專利名稱：變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)電安全領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前，起重機(jī)被廣泛應(yīng)用于施工現(xiàn)場、碼頭、倉庫、車間等場合，用于吊裝建筑材料、機(jī)器設(shè)備、貨物等，其工作特點(diǎn)是啟動(dòng)頻繁、起重量不確定，在工作過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)超載的情況。當(dāng)起重機(jī)超載運(yùn)行時(shí)，會(huì)引發(fā)安全事故并對起重機(jī)的部件造成損壞。為了避免起重機(jī)的安全事故，并延長起重機(jī)的使用壽命，需要對起重機(jī)進(jìn)行超載限制。例如，目前起重行業(yè)在提升機(jī)構(gòu)上都要求安裝超載限制器。該超載限制器件通過機(jī)械形變來檢測起重機(jī)提升機(jī)構(gòu)所拉的負(fù)載。根據(jù)負(fù)載情況輸出給控制機(jī)構(gòu)一個(gè)數(shù)字量信號(hào)用來限制起重機(jī)提升機(jī)構(gòu)的超載運(yùn)行。然而，上述超載限制器價(jià)格昂貴，許多起重機(jī)制造廠商都不安裝或使用劣質(zhì)、成本較低的超載限制器，這樣造成市面上的起重機(jī)普遍存在超載運(yùn)行的安全隱患。此外，目前國內(nèi)起重行業(yè)普遍存在超載使用的現(xiàn)象，即使廠家使用標(biāo)準(zhǔn)、合格的超載限制器，使用方為了讓起重機(jī)超載運(yùn)行會(huì)想法設(shè)法解除超載限制器對提升機(jī)構(gòu)的限制?；谝陨蟽蓚€(gè)原因，機(jī)械式的超載限制器在限制起重機(jī)超載運(yùn)行的功能上存在一定的缺陷，甚至在一定情況下不能起到任何限制作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對上述起重機(jī)超載限制器價(jià)格昂貴問題，提供一種變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)及方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一 種變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)，包括輸出控制單元、轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元、輸出檢測單元以及超載保護(hù)單元；所述輸出控制單元，用于在變頻器執(zhí)行提升操作時(shí)，使變頻器運(yùn)行到設(shè)定頻率并在該設(shè)定頻率運(yùn)行指定時(shí)間；所述輸出檢測單元，用于檢測變頻器的輸出電壓和電流；所述轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元，用于根據(jù)所述輸出電壓和電流計(jì)算變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩；所述超載保護(hù)單元，用于在所述輸出轉(zhuǎn)矩超過設(shè)定的最大輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)確認(rèn)超載并使所述變頻器執(zhí)行減速停車操作，同時(shí)生成禁止提升指令。在本發(fā)明所述的變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括緊急停車單元，用于在所述超載保護(hù)單元確認(rèn)超載時(shí)輸出制動(dòng)器關(guān)閉指令直到變頻器停車。在本發(fā)明所述的變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括緊急下放單元，用于在所述緊急停車單元執(zhí)行緊急停車后使所述變頻器執(zhí)行下放操作并在變頻器的下放轉(zhuǎn)矩小于最小輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)解除禁止提升指令。在本發(fā)明所述的變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)中，所述轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元通過以下公式計(jì)算變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩T :T=aX VX I，其中a為常數(shù)，V為變頻器的輸出電壓，I為變頻器的輸出電流。在本發(fā)明所述的變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)中，所述設(shè)定頻率小于變頻器的額定頻率，所述指定時(shí)間不小于0.3秒。本發(fā)明還提供一種變頻器超載保護(hù)方法，包括以下步驟(a)在變頻器執(zhí)行提升操作時(shí)，使變頻器運(yùn)行到設(shè)定頻率并在該設(shè)定頻率運(yùn)行指定時(shí)間；(b)檢測變頻器的輸出電壓和電流，并根據(jù)所述輸出電壓和電流計(jì)算變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩；(C)判斷所述輸出轉(zhuǎn)矩是否超過設(shè)定的最大輸出轉(zhuǎn)矩，若是則確認(rèn)變頻器超載并使所述變頻器執(zhí)行減速停車操作，同時(shí)生成禁止提升指令。在本發(fā)明所述的變頻器超載保護(hù)方法中，所述步驟(C)之后包括以下步驟(dl)輸出制動(dòng)器關(guān)閉指令直到變頻器停車； (d2)使所述變頻器執(zhí)行下放操作。在本發(fā)明所述的變頻器超載保護(hù)方法中，所述步驟(d2)之后包括以下步驟(d3)判斷變頻器的下放轉(zhuǎn)矩是否小于最小輸出轉(zhuǎn)矩，若是則解除所述禁止提升指令，否則返回步驟(d2)。在本發(fā)明所述的變頻器超載保護(hù)方法中，所述步驟(b)中通過以下公式計(jì)算變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩T :T=aX VX I，其中a為常數(shù)，V為變頻器的輸出電壓，I為變頻器的輸出電流。在本發(fā)明所述的變頻器超載保護(hù)方法中，所述步驟(a)中的設(shè)定頻率小于變頻器的額定頻率，所述指定時(shí)間不小于0. 3秒。本發(fā)明的變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)及方法，通過檢測變頻器勻速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩判斷變頻器是否超載，超載判斷的準(zhǔn)確率高且成本極低。本發(fā)明可通過集成到變頻器的軟件實(shí)現(xiàn)，不易被制造廠商棄用。


圖I是本發(fā)明變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)第一實(shí)施例的示意圖。圖2是本發(fā)明變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)第二實(shí)施例的示意圖。圖3是本發(fā)明變頻器超載保護(hù)方法第一實(shí)施例的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖I所示，是本發(fā)明變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)第一實(shí)施例的示意圖。在本實(shí)施例中，系統(tǒng)包括輸出控制單元11、轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元13、輸出檢測單元12以及超載保護(hù)單元14。上述各單元可由集成到變頻器的軟件實(shí)現(xiàn)，并利用變頻器內(nèi)原有的硬件設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)操作；當(dāng)然上述各單元也可采用獨(dú)立于變頻器的設(shè)備實(shí)現(xiàn)。輸出控制單元11用于在變頻器執(zhí)行提升操作(例如起重機(jī)將重物向上提升)時(shí)，使變頻器運(yùn)行到設(shè)定頻率并在該設(shè)定頻率運(yùn)行指定時(shí)間。此時(shí)，變頻器處于勻速運(yùn)行狀態(tài)，其輸出轉(zhuǎn)矩即為該變頻器拉動(dòng)負(fù)載的轉(zhuǎn)矩。上述設(shè)定頻率及指定時(shí)間都可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，設(shè)定頻率通常小于變頻器的額定頻率，指定時(shí)間例如為0. 3秒以上。輸出檢測單元12用于在變頻器勻速運(yùn)行指定時(shí)間后檢測變頻器的輸出電壓V和輸出電流I，其可直接從變頻器的輸出端獲取上述檢測值。轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元13用于根據(jù)輸出檢測單元12測得的輸出電壓V和輸出電流I計(jì)算該變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩。根據(jù)電機(jī)學(xué)的理論可以得知，功率P=力X速度，即P=FX V (I)其中F為作用在物體上的力，V為物體運(yùn)行的速度。而轉(zhuǎn)矩T=扭力FX作用半徑R，即
F=T/R (2)線速度v=2 RX每秒轉(zhuǎn)速n，則可以推導(dǎo)出V=Ji RXN/30(3)其中N為每分轉(zhuǎn)速。將公式⑵和公式(3)代入公式⑴可以得到P=F*v=T/RX Ji RN/30= Ji /30XTXN(4)其中P是功率，單位為W ；T是轉(zhuǎn)矩，單位為Nm ；N是每分鐘的電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/min。如果將P的單位轉(zhuǎn)換為kW，則以上公式可以推導(dǎo)為PX 1000= /30XTXN30000/3. 1415926XP=TXN9549. 297 X P=T X N最終得到轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式T=9550*P/N (5)由于電機(jī)轉(zhuǎn)速N=60F/p(p為電機(jī)極對數(shù)，例如四級電機(jī)的p=2)，因此當(dāng)輸出頻率為固定值時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速N也為固定值。從而只需獲知變頻器的輸出功率P即可得到變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩T=9550XVXI/N，即T=aXVXI (其中a=9550/N，為常數(shù))。超載保護(hù)單元14用于在輸出轉(zhuǎn)矩超過設(shè)定的最大輸出轉(zhuǎn)矩(該值可根據(jù)變頻器的額定功率等設(shè)定)時(shí)確認(rèn)超載并使變頻器執(zhí)行減速停車操作，同時(shí)生成禁止提升指令，即禁止變頻器再執(zhí)行提升操作。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，也可直接通過比較設(shè)定頻率勻速運(yùn)行的功率與設(shè)定最大功率來判斷是否超載。上述系統(tǒng)中，由于變頻器從執(zhí)行提升操作到加速至設(shè)定頻率并勻速運(yùn)行的時(shí)間很短，因此重物提升的距離不大，一旦發(fā)現(xiàn)超載即減速停車，從而消除了安全隱患。當(dāng)上述各個(gè)單元集成到變頻器時(shí)，無需增加硬件成本，并且不易被生產(chǎn)廠商棄用。如圖2所示，是本發(fā)明變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)第二實(shí)施例的示意圖。該系統(tǒng)除了包括輸出控制單元21、轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元23、輸出檢測單元22以及超載保護(hù)單元24外，還包括緊急停車單元25以及緊急下放單元26。緊急停車單元25用于在超載保護(hù)單元確認(rèn)超載時(shí)輸出制動(dòng)器關(guān)閉指令直到變頻器停車。緊急下放單元26用于在緊急停車單元25執(zhí)行緊急停車后使變頻器執(zhí)行下放操作并在變頻器的下放轉(zhuǎn)矩小于最小輸出轉(zhuǎn)矩(此時(shí)提升的重物已落地)時(shí)解除禁止提升指令，從而變頻器可在減重后再次執(zhí)行提升操作并進(jìn)行超載判斷。上述下放轉(zhuǎn)矩在變頻器執(zhí)行下放操作過程中實(shí)時(shí)檢測，并可直接使用公式(5)計(jì)算。雖然實(shí)際轉(zhuǎn)矩相對公式(5)的計(jì)算結(jié)果可能有誤差，但并不影響重物落地判斷。
如圖3所示，是本發(fā)明變頻器超載保護(hù)方法第一實(shí)施例的流程圖，該方法可由集成到變頻器的軟件或獨(dú)立于變頻器的設(shè)備實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟步驟S31 :在變頻器執(zhí)行提升操作時(shí)，使變頻器運(yùn)行到設(shè)定頻率并在該設(shè)定頻率運(yùn)行指定時(shí)間。此時(shí)，變頻器處于勻速運(yùn)行狀態(tài)，其輸出轉(zhuǎn)矩即為該變頻器拉動(dòng)負(fù)載的轉(zhuǎn)矩。上述設(shè)定頻率及指定時(shí)間都可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，設(shè)定頻率通常小于變頻器的額定頻率，指定時(shí)間例如為0. 3秒以上。步驟S32 :檢測變頻器的輸出電壓和電流，并根據(jù)輸出電壓和電流計(jì)算變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩。該步驟中，具體可采用以下方式計(jì)算變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩T:T=aXVXI，其中a為常數(shù)，V為變頻器的輸出電壓，I為變頻器的輸出電流。步驟S33 :判斷輸出轉(zhuǎn)矩是否超過設(shè)定的最大輸出轉(zhuǎn)矩，若是則執(zhí)行步驟S35，否則執(zhí)行步驟S34。
步驟S34 :使變頻器恢復(fù)正常運(yùn)行，例如加速到額定頻率執(zhí)行相應(yīng)操作。步驟S35 :確認(rèn)變頻器超載并使變頻器執(zhí)行減速停車操作，同時(shí)生成禁止提升指令。在上述步驟S35之后，還包括輸出制動(dòng)器關(guān)閉指令直到變頻器停車；使變頻器執(zhí)行下放操作。在執(zhí)行下放操作過程中，通過判斷變頻器的下放轉(zhuǎn)矩是否小于最小輸出轉(zhuǎn)矩來判斷重物是否落地，若是則解除禁止提升指令，從而變頻器可在減重后再次執(zhí)行提升操作并進(jìn)行超載判斷。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于包括輸出控制單元、轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元、輸出檢測單元以及超載保護(hù)單元；所述輸出控制單元，用于在變頻器執(zhí)行提升操作時(shí)，使變頻器運(yùn)行到設(shè)定頻率并在該設(shè)定頻率運(yùn)行指定時(shí)間；所述輸出檢測單元，用于檢測變頻器的輸出電壓和電流；所述轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元，用于根據(jù)所述輸出電壓和電流計(jì)算變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩；所述超載保護(hù)單元，用于在所述輸出轉(zhuǎn)矩超過設(shè)定的最大輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)確認(rèn)超載并使所述變頻器執(zhí)行減速停車操作，同時(shí)生成禁止提升指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括緊急停車單元，用于在所述超載保護(hù)單元確認(rèn)超載時(shí)輸出制動(dòng)器關(guān)閉指令直到變頻器停車。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括緊急下放單元，用于在所述緊急停車單元執(zhí)行緊急停車后使所述變頻器執(zhí)行下放操作并在變頻器的下放轉(zhuǎn)矩小于最小輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)解除禁止提升指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所述轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元通過以下公式計(jì)算變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩T :T=aX VX I，其中a為常數(shù)，V為變頻器的輸出電壓，I為變頻器的輸出電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所述設(shè)定頻率小于變頻器的額定頻率，所述指定時(shí)間不小于0. 3秒。
6.一種變頻器超載保護(hù)方法，其特征在于包括以下步驟 (a)在變頻器執(zhí)行提升操作時(shí)，使變頻器運(yùn)行到設(shè)定頻率并在該設(shè)定頻率運(yùn)行指定時(shí)間； (b)檢測變頻器的輸出電壓和電流，并根據(jù)所述輸出電壓和電流計(jì)算變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩； (c)判斷所述輸出轉(zhuǎn)矩是否超過設(shè)定的最大輸出轉(zhuǎn)矩，若是則確認(rèn)變頻器超載并使所述變頻器執(zhí)行減速停車操作，同時(shí)生成禁止提升指令。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變頻器超載保護(hù)方法，其特征在于所述步驟(c)之后包括以下步驟 (dl)輸出制動(dòng)器關(guān)閉指令直到變頻器停車； (d2)使所述變頻器執(zhí)行下放操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變頻器超載保護(hù)方法，其特征在于所述步驟(d2)之后包括以下步驟 (d3)判斷變頻器的下放轉(zhuǎn)矩是否小于最小輸出轉(zhuǎn)矩，若是則解除所述禁止提升指令，否則返回步驟(d2)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變頻器超載保護(hù)方法，其特征在于所述步驟(b)中通過以下公式計(jì)算變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩T :T=aXVX I，其中a為常數(shù)，V為變頻器的輸出電壓，I為變頻器的輸出電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項(xiàng)所述的變頻器超載保護(hù)方法，其特征在于所述步驟Ca)中的設(shè)定頻率小于變頻器的額定頻率，所述指定時(shí)間不小于0. 3秒。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種變頻器超載保護(hù)系統(tǒng)，包括輸出控制單元、轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元、輸出檢測單元以及超載保護(hù)單元；所述輸出控制單元，用于在變頻器執(zhí)行提升操作時(shí)，使變頻器運(yùn)行到設(shè)定頻率并在該設(shè)定頻率運(yùn)行指定時(shí)間；所述輸出檢測單元，用于檢測變頻器的輸出電壓和電流；所述轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元，用于根據(jù)所述輸出電壓和電流計(jì)算變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩；所述超載保護(hù)單元，用于在所述輸出轉(zhuǎn)矩超過設(shè)定的最大輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)確認(rèn)超載并使所述變頻器執(zhí)行減速停車操作，同時(shí)生成禁止提升指令。本發(fā)明還提供一種對應(yīng)的方法。本發(fā)明通過檢測變頻器勻速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩判斷變頻器是否超載，超載判斷的準(zhǔn)確率高且成本極低。
文檔編號(hào)B66C15/00GK102701081SQ20121015188
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者周暉強(qiáng), 唐杰, 殷杰, 邱志紅 申請人:深圳市匯川技術(shù)股份有限公司, 蘇州匯川技術(shù)有限公司, 蘇州默納克控制技術(shù)有限公司