用于控制力矩電機的變頻控制器及方法
【專利摘要】用于控制力矩電機的變頻控制器及方法，包括主電路、控制電路以及操作面板，主電路包括電源輸入接口、整流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路以及變頻變壓輸出接口；控制電路包括中央處理器、集成電路、基極驅(qū)動電路、直流側(cè)電壓采集模塊、直流側(cè)電流采集模塊以及交流側(cè)電壓采集模塊；集成電路主要包括運算電路。通過設(shè)定運算電路的軟件算法，在運算電路中計算矩頻曲線時，使電壓保持恒定不變，實現(xiàn)恒力矩的控制目的。該變頻控制器能有效解決力矩電機最高轉(zhuǎn)速不可調(diào)的問題，提高控制精度，同時降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】用于控制力矩電機的變頻控制器及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變頻控制器，具體涉及用于控制力矩電機的變頻控制器及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在的線材加工設(shè)備大多需要對加工完成的成品進行工字輪收線。過去常采用力矩電機驅(qū)動工字輪收線，材料經(jīng)過前級處理后需要按照一定的張力要求收緊在工字輪上，通過力矩電機驅(qū)動收卷工字輪，通過力矩電機控制器(調(diào)壓器)設(shè)定收卷轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動力矩電機保持設(shè)定張力；收卷部分沒有安裝反饋當前張力大小的信號的檢測裝置。但該方式能耗大，力矩電機和控制器維護成本高，電機最高速度固定(50Hz)，無法根據(jù)需要調(diào)整。急需一種新的控制方式來解決以上問題，以保證對力矩電機的精確控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全性,滿足不同的生產(chǎn)加工需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一在于提供一種用于控制力矩電機的變頻控制器。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的用于控制力矩電機的變頻控制器包括主電路、控制電路以及操作面板，主電路包括電源輸入接口、整流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路以及變頻變壓輸出接口 ；控制電路包括中央處理器、集成電路、基極驅(qū)動電路、直流側(cè)電壓采集模塊、直流側(cè)電流采集模塊以及交流側(cè)電壓采集模塊；集成電路主要包括運算電路；其中，
[0005]電源輸入接口連接整流電路，整流電路通過濾波電路以及制動電路與逆變電路連通，逆變電路與變頻變壓輸出接口相連，整流電路與逆變電路之間形成主電路直流側(cè)，逆變電路與變頻變壓輸出接口之間形成主電路交流側(cè)，主電路直流側(cè)分別經(jīng)直流側(cè)電壓采集模塊、直流側(cè)電流采集模塊連接到控制電路的中央處理器；中央處理器與集成電路相連通，基極驅(qū)動電路與主電路的逆變電路和控制電路的運算電路均連通，變壓變頻輸出接口還通過交流側(cè)電壓采集模塊與中央處理器連接；操作面板與中央處理器和集成電路均連通。
[0006]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種用于控制力矩電機的方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的用于控制力矩電機的方法包括以下步驟:
[0008]提供上述的用于控制力矩電機的變頻控制器；
[0009]通過運算電路將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同電流、電壓采集模塊采集的信號進行比較運算；
[0010]設(shè)定運算電路的軟件算法，在運算電路中計算矩頻曲線時，使電壓保持恒定不變；
[0011]然后，基極驅(qū)動電路將運算電路的控制信號進行放大，并輸入到逆變電路對力矩電機進行控制。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:通過本變頻控制器的使用，很好地解決了力矩電機最高轉(zhuǎn)速不可調(diào)的問題，保證了控制精度，電機轉(zhuǎn)速控制范圍變大，響應(yīng)更加迅速，便于操作人員觀測加工過程中設(shè)備的輸出電壓、電流、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，產(chǎn)品可靠性進一步提高，同時降低了生產(chǎn)成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的用于控制力矩電機的變頻控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是通用變頻控制器工作時的V/F特性曲線；以及
[0015]圖3是根據(jù)本發(fā)明的變頻控制器工作時的V/F特性曲線。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的用于控制力矩電機的變頻控制器及方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，下面描述的實施例僅是對本發(fā)明的示例性說明，而非用于對其作出任何限制。
[0017]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的用于控制力矩電機的變頻控制器，主要包括主電路1、控制電路2以及操作面板3。主電路I主要包括電源輸入接口、整流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路以及變頻變壓輸出接口?？刂齐娐?主要包括中央處理器(CPU)、集成電路(LSI)、基極驅(qū)動電路、直流側(cè)電壓采集模塊、直流側(cè)電流采集模塊以及交流側(cè)電壓采集模塊。
[0018]如圖1所示，電源輸入接口連接整流電路，整流電路通過濾波電路以及制動電路與逆變電路連通，逆變電路與變頻變壓輸出接口相連，整流電路與逆變電路之間形成主電路直流側(cè)，逆變電路與變頻變壓輸出接口之間形成主電路交流側(cè)，主電路直流側(cè)分別經(jīng)直流側(cè)電壓采集模塊、直流側(cè)電流采集模塊連接到控制電路2的CPU ；CPU與LSI相連通，基極驅(qū)動電路與主電路I的逆變電路和控制電路2的LSI均連通，變壓變頻輸出接口還通過交流側(cè)電壓采集模塊與CPU連接。其中，LSI主要包括運算電路、驅(qū)動電路以及保護電路，運算電路與CPU和基極驅(qū)動電路均連接。操作面板3與CPU和LSI均連通，操作面板3上安裝有多個開關(guān)按鈕以及信號參數(shù)顯示和調(diào)節(jié)儀表。
[0019]下面以用于控制線材生產(chǎn)加工中的力矩電機為例，詳細描述根據(jù)本發(fā)明的變頻控制器的工作原理及控制方法。
[0020]現(xiàn)在的線材加工設(shè)備大多需要對加工完成的成品進行工字輪收線，通常采用力矩電機驅(qū)動工字輪收線。材料經(jīng)過前級處理后需要按照一定的張力要求收緊在工字輪上，通過力矩電機驅(qū)動收卷工字輪，通過力矩電機控制器(通常為調(diào)壓器)設(shè)定收卷轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動力矩電機保持設(shè)定張力。
[0021]如圖1所示，當本發(fā)明的變頻控制器取代常用的調(diào)壓器用于控制線材生產(chǎn)加工中的力矩電機時，力矩電機與變頻控制器的變頻變壓輸出接口相連。整流器將工頻交流電通過整流變成直流電；為了減少和抑制變頻器所產(chǎn)生的電磁干擾，直流電經(jīng)過濾波電路到達逆變電路，再由逆變電路把直流電變換為頻率、電壓均可控的交流電；輸出的交流電驅(qū)動力矩電機進行工作；為了消耗減速剎車過程中電機產(chǎn)生的回饋能量，制動電路部分的電阻可以消耗升高的電壓，輔助變頻控制器減速剎車，保護主電路I。
[0022]通過操作面板3的電源開關(guān)啟動變頻控制器，按照預(yù)定的力矩設(shè)定操作面板3上的輸入力矩參數(shù)。操作面板3將輸入信號傳輸給CPU和LSI，CPU同時接收直流側(cè)電壓采集模塊、直流側(cè)電流采集模塊以及交流側(cè)電壓采集模塊采集的信號，經(jīng)過運算處理后產(chǎn)生控制信號傳輸給LSI。
[0023]由于收卷要求力矩恒定，否則收線會出現(xiàn)松緊不一致的情況。而實際應(yīng)用中收卷初期絲錠外徑比較小，此時轉(zhuǎn)速比較高。而隨著絲錠外徑的增加，速度要隨之降下來，但是力矩要保持不變。通過LSI的運算電路將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同電流、電壓采集模塊采集的信號進行比較運算，決定逆變電路的輸出電壓(V)、頻率(F)。通過設(shè)定運算電路的軟件算法，在運算電路中計算V/F曲線時，使V保持恒定不變。然后，基極驅(qū)動電路將運算電路的控制信號進行放大，并輸入到逆變電路對力矩電機進行控制，從而實現(xiàn)恒力矩的控制目的。
[0024]如圖2和圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的變頻控制器在控制力矩電機工作時，其矩頻特性曲線不是傳統(tǒng)的隨著頻率的增加而增加，反而是力矩隨著頻率的增加/降低而保持不變。
[0025]因此，根據(jù)本發(fā)明的變頻控制器在控制力矩電機工作時，實現(xiàn)了力矩電機最高轉(zhuǎn)速的可調(diào)和更寬闊的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩設(shè)定范圍。在全速度范圍內(nèi)可持續(xù)提供額定或者更高的轉(zhuǎn)矩，對收卷盤徑適應(yīng)能力強，識別精度高，抗擾動能力強，從而從根本上保證了線材加工時提供前后一致的張力控制特性。張力控制精確，特別是能夠在加減速動態(tài)運行中提供持續(xù)恒定的張力。同時，采用本發(fā)明的變頻控制器控制力矩電機方案時，原有的操作習(xí)慣不變。
[0026]另外，根據(jù)本發(fā)明的用于控制力矩電機的變頻控制器，既可以單獨改變電壓，又可以單獨改變頻率，根據(jù)實際需要進行相關(guān)的設(shè)定即可。同時，變頻控制器的使用，使操作人員能夠觀測加工過程中設(shè)備的輸出電壓、電流、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，為加工生產(chǎn)提供了更可靠的控制方案。
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制力矩電機的變頻控制器，包括主電路、控制電路以及操作面板，主電路包括電源輸入接口、整流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路以及變頻變壓輸出接口；控制電路包括中央處理器、集成電路、基極驅(qū)動電路、直流側(cè)電壓采集模塊、直流側(cè)電流采集模塊以及交流側(cè)電壓采集模塊；集成電路主要包括運算電路；其中， 電源輸入接口連接整流電路，整流電路通過濾波電路以及制動電路與逆變電路連通，逆變電路與變頻變壓輸出接口相連，整流電路與逆變電路之間形成主電路直流側(cè)，逆變電路與變頻變壓輸出接口之間形成主電路交流側(cè)，主電路直流側(cè)分別經(jīng)直流側(cè)電壓采集模塊、直流側(cè)電流采集模塊連接到控制電路的中央處理器；中央處理器與集成電路相連通，基極驅(qū)動電路與主電路的逆變電路和控制電路的運算電路均連通，變壓變頻輸出接口還通過交流側(cè)電壓采集模塊與中央處理器連接；操作面板與中央處理器和集成電路均連通。
2.一種用于控制力矩電機的方法，包括以下步驟: 提供根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于控制力矩電機的變頻控制器； 通過運算電路將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同電流、電壓采集模塊采集的信號進行比較運算； 設(shè)定運算電路的軟件算法，在運算電路中計算矩頻曲線時，使電壓保持恒定不變； 然后，基極驅(qū)動電路將運算電路的控制信號進行放大，并輸入到逆變電路對力矩電機進行控制。
【文檔編號】H02P27/06GK103457534SQ201310395649
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】蔡錦達, 張劍皓 申請人:上海理工大學(xué)