基于变频器的起升负载计算方法、装置以及电动机与流程

本发明涉及电动机，具体地涉及基于变频器的起升负载计算方法、装置以及电动机。

背景技术：

现有起升负载识别方法有两种：其一为通过传感器测量，其二为通过模拟量转换。第一种识别方法需要增加传感器，从而引起成本增加，不利于产品推广。对于第二种识别方法，因为变频器是直接控制电机输出的设备，根据变频器输出电流和负载成比例的原理，通过读取变频器的输出电流信号，可以计算当前负载大小，但该方法并不精确，使用该不精确的负载进行后续操作具有安全风险。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种基于变频器的起升负载计算方法、装置以及电动机，该基于变频器的起升负载计算方法、装置以及电动机可以精确计算负载，保证了利用负载进行后续操作的安全。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种基于变频器的起升负载计算方法，所述变频器用于控制电动机，该方法包括：检测所述负载的运动方向；检测所述变频器的输出电流；以及根据所述变频器的输出电流、所述电动机的相关参数以及所述负载的运动方向计算所述负载。

优选地，所述根据所述变频器的输出电流、所述电动机的相关参数以及所述负载的运动方向计算所述负载包括：在所述负载向上运动时，根据所述变频器的输出电流和所述电动机的相关参数计算得到所述负载；以及在所述负载向下运动时，根据所述变频器的输出电流、所述电动机的相关参数以及电磁力比值系数计算得到所述负载，其中所述电磁力比值系数大于1。

优选地，所述电磁力比值系数通过以下方式确定：检测所述负载向上运动时所述变频器的输出电流；检测所述负载向下运动时所述变频器的输出电流；以及计算所述负载向上运动时所述变频器的输出电流和所述负载向下运动时所述变频器的输出电流的比值以得到所述电磁力比值系数。

优选地，所述电动机的相关参数包括：转子电路的功率因数、与所述电动机结构相关的常数、旋转磁场每极的磁通量以及所述负载至转动中心的力臂。

优选地，所述根据所述变频器的输出电流、所述电动机的相关参数以及电磁力比值系数计算所述负载包括：根据所述变频器的输出电流确定转子电流；根据所述转子电流、转子电路的功率因数、与所述电动机结构相关的常数以及旋转磁场每极的磁通量确定所述电动机的负载转矩；以及根据所述负载转矩、所述负载至转动中心的力臂以及所述电磁力比值系数计算所述负载。

本发明实施例提供一种基于变频器的起升负载计算装置，所述变频器控制电动机的输出，该装置包括：检测单元以及处理单元，其中，所述检测单元用于检测所述负载的运动方向和所述变频器的输出电流；以及所述处理单元用于根据所述变频器的输出电流、所述电动机的相关参数以及所述负载的运动方向计算所述负载。

优选地，所述根据所述变频器的输出电流、所述电动机的相关参数以及所述负载的运动方向计算所述负载包括：

在所述负载向上运动时，根据所述变频器的输出电流和所述电动机的相关参数计算得到所述负载；以及在所述负载向下运动时，根据所述变频器的输出电流、所述电动机的相关参数以及电磁力比值系数计算得到所述负载，其中所述电磁力比值系数大于1。

优选地，所述电磁力比值系数通过以下方式确定：检测所述负载向上运动时所述变频器的输出电流；检测所述负载向下运动时所述变频器的输出电流；以及计算所述负载向上运动时所述变频器的输出电流和所述负载向下运动时所述变频器的输出电流的比值以得到所述电磁力比值系数。

优选地，所述电动机的相关参数包括：转子电路的功率因数、与所述电动机结构相关的常数、旋转磁场每极的磁通量以及所述负载至转动中心的力臂。

优选地，所述根据所述变频器的输出电流、所述电动机的相关参数以及电磁力比值系数计算所述负载包括：根据所述变频器的输出电流确定转子电流；根据所述转子电流、转子电路的功率因数、与所述电动机结构相关的常数以及旋转磁场每极的磁通量确定所述电动机的负载转矩；以及根据所述负载转矩、所述负载至转动中心的力臂以及所述电磁力比值系数计算所述负载。

本发明实施例还提供一种电动机，该电动机包括上文所述的基于变频器的起升负载计算装置。

通过上述技术方案，采用本发明提供的基于变频器的起升负载计算方法、装置以及电动机，检测所述负载的运动方向和所述变频器的输出电流；根据所述变频器的输出电流、所述电动机的相关参数以及所述负载的运动方向计算所述负载。在计算负载时考虑负载的运动方向，可以精确计算负载，保证了利用负载进行后续操作的安全。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明一实施例提供的基于变频器的起升负载计算方法的流程图；

图2是本发明另一实施例提供的基于变频器的起升负载计算方法的流程图；

图3是本发明一实施例提供的电磁力比值系数确定方法的流程图；

图4是本发明一实施例提供的不同负载的电磁力比值系数的示意图；

图5是本发明另一实施例提供的负载向下运动时的计算方法的流程图；以及

图6是本发明一实施例提供的基于变频器的起升负载计算装置的结构示意图。

附图标记说明

1检测单元2处理单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1是本发明一实施例提供的基于变频器的起升负载计算方法的流程图。如图1所示，所述变频器用于控制电动机，该方法包括：

步骤s11，检测所述负载的运动方向；

步骤s12，检测所述变频器的输出电流；以及

步骤s13，根据所述变频器的输出电流、所述电动机的相关参数以及所述负载的运动方向计算所述负载。

利用变频器实现起升的随载随速控制，是目前起升卷扬行业中的一个重要的效率提升技术，而随载随速控制的基础就是利用变频器安全、准确地确定当前负载，从而利用确定出来的负载进行后续计算，负载确定的结果直接决定了后续计算的输出值。

现有的技术方案中，读取变频器的输出电流，通过内部转换和计算，直接判断当前负载的方法，该方法用于重物上升时是可行的，而用于重物下降时是偏于危险的，原因如下：

在实际过程中，因为系统中存在阻尼，阻尼方向与运动方向相反，向上运动时，变频器输出的电流用于提供物体匀速向上运动和阻尼消耗，向下运动时，变频器输出的电流用于提供物体匀速向下运动和阻尼消耗，设向上时电磁力大小为f1，向下是电磁力大小为f2，负载重量为g，故有如下关系：

f1＝g+f；f2＝g-f，根据变频器输出电磁力的定义，向上时的输出电流i1正比于f1，向下时输出电流i2正比于f2，可知i1>i2，所识别出来的向上时负载大于向下时负载，故起升过程中利用变频器识别的负载与实际负载有差别。

负载下降过程中，因为存在系统阻尼，变频器的输出电流要小于向上时的输出电流，仅根据变频器的输出电流值进行计算时，所识别的负载并不精确，系统会认为当前处于“较轻的”载荷，从而会输出过大的频率，对于传动系统而言，在同样吊载下所能承受的瞬时功率(重物重量×速度)是一定的，故在相同重物时向下会产生过大的输出速度，容易引发机构的损坏、电机发热等故障，因此负载向下运动与负载向上运动不能使用同样的计算方式来计算负载。

在本发明实施例中，通过检测负载的运动方向并检测变频器的输出电流，以根据变频器的输出电流、电动机的相关参数以及负载的运动方向计算负载。随负载不同的运动方向(向上或向下)进行不同方式的计算，使计算出的负载更加准确。负载向下运动与负载向上运动的不同的负载计算方式将在下文详述。

图2是本发明另一实施例提供的基于变频器的起升负载计算方法的流程图。如图2所示，该方法包括：

步骤s21，检测所述负载的运动方向；

步骤s22，检测所述变频器的输出电流；

步骤s23，在所述负载向上运动时，根据所述变频器的输出电流和所述电动机的相关参数计算得到所述负载；以及

步骤s24，在所述负载向下运动时，根据所述变频器的输出电流、所述电动机的相关参数以及电磁力比值系数计算得到所述负载，其中所述电磁力比值系数大于1。

在本实施例中，通过将实际环境中的阻尼f作为变量加以考虑，通过数学分析可以得到向下过程中的电磁力f2与向上过程中的电磁力f1成一个比例关系，比例值的大小取决于负载重量g和阻尼f的比值，即，通过数学关系转换消除阻尼f后，可得：

从变频器识别的安全性出发，在向上过程中，使用变频器的输出电流和电动机的相关参数所识别的电磁力可以作为负载，对于向下过程的电磁力，可以通过上述电磁力比值系数(大于1)进行转换得到，保持变频器对于向上和向下两个方向的得到的负载相等。

图3是本发明一实施例提供的电磁力比值系数确定方法的流程图。如图3所示，所述电磁力比值系数通过以下方式确定：

步骤s31，检测所述负载向上运动时所述变频器的输出电流；

步骤s32，检测所述负载向下运动时所述变频器的输出电流；以及

步骤s33，计算所述负载向上运动时所述变频器的输出电流和所述负载向下运动时所述变频器的输出电流的比值以得到所述电磁力比值系数。

在本实施例中提供了电磁力比值系数的获得方式。在式(1)的基础上，根据变频器的输出电流与电磁力成正比的原理，可得：

随后，基于式(2)，通过对实际塔机的负载试验，检测并记录负载向上运动时变频器的输出电流和负载向下运动时变频器的输出电流，并计算二者的比值即电磁力比值系数。图4是本发明一实施例提供的不同负载的电磁力比值系数的示意图。如图4所示，试验结果表明，电磁力比值系数的取值范围在一个较小的范围内波动，在一定控制精度内，可以近似认为向上的电磁力与向下电磁力成正比关系，可以取电磁力比值系数为1.4。

图5是本发明另一实施例提供的负载向下运动时的计算方法的流程图。如图5所示，所述电动机的相关参数包括：转子电路的功率因数、与所述电动机结构相关的常数、旋转磁场每极的磁通量以及所述负载至转动中心的力臂，该方法包括：

步骤s51，检测所述变频器的输出电流；

步骤s52，根据所述变频器的输出电流确定转子电流；

步骤s53，根据所述转子电流、转子电路的功率因数、与所述电动机结构相关的常数以及旋转磁场每极的磁通量确定所述电动机的负载转矩；以及

步骤s54，根据所述负载转矩、所述负载至转动中心的力臂以及所述电磁力比值系数计算所述负载。

本实施例提供负载向下运动时的详细计算方法。

由于转子电流与变频器的输出电流成正比，在检测变频器的输出电流之后，由变频器的输出电流得到转子电流，并根据转子电流、转子电路的功率因数、与所述电动机结构相关的常数以及旋转磁场每极的磁通量确定所述电动机的负载转矩，其公式如下式(3)：

其中，t为所述电动机的负载转矩，ct为与所述电动机结构相关的常数，φm为旋转磁场每极的磁通量，i2为转子电流，为转子电路的功率因数。

在得到负载转矩后，将负载转矩、负载至转动中心的力臂以及电磁力比值系数(可以为1.4)相乘可以计算得到负载的大小。

另外，如上文所述，在负载向上运动时，根据变频器的输出电流和电动机的相关参数就可以计算得到负载，无需考虑电磁力比值系数，即根据上述计算过程，只要将得到的负载转矩和负载至转动中心的力臂相乘即可得到负载的大小。

本申请考虑不同运动方向会有不同系统阻尼的影响，利用向上时电流和向下时电流的近似比例关系，并对此比例关系进行了工程模拟和简化，结果可应用在随载随速的负载识别上，对于向上时的识别负载，其实大于实际负载，将此负载设为变频器实际负载，即变频器认为当前“较重”，可以输出相对较低的速度；对于向下时的识别负载，将此负载值乘以电磁力比值系数，将此负载设为变频器实际负载，即变频器认为当前情况近似上升时的负载，就不会产生过高的输出频率。

应用上述随载随速的计算结果，可以使起升动作随着负载不同、充分利用了电机效能，输出相应较高的速度，解决人为分段控制速度中的效率低的问题。

图6是本发明一实施例提供的基于变频器的起升负载计算装置的结构示意图。如图6所示，所述变频器控制电动机的输出，该装置包括：检测单元1以及处理单元2，其中，所述检测单元1用于检测所述负载的运动方向和所述变频器的输出电流；以及所述处理单元2用于根据所述变频器的输出电流、所述电动机的相关参数以及所述负载的运动方向计算所述负载。

优选地，所述根据所述变频器的输出电流、所述电动机的相关参数以及所述负载的运动方向计算所述负载包括：

在所述负载向上运动时，根据所述变频器的输出电流和所述电动机的相关参数计算得到所述负载；以及在所述负载向下运动时，根据所述变频器的输出电流、所述电动机的相关参数以及电磁力比值系数计算得到所述负载，其中所述电磁力比值系数大于1。

优选地，所述电磁力比值系数通过以下方式确定：检测所述负载向上运动时所述变频器的输出电流；检测所述负载向下运动时所述变频器的输出电流；以及计算所述负载向上运动时所述变频器的输出电流和所述负载向下运动时所述变频器的输出电流的比值以得到所述电磁力比值系数。

优选地，所述电动机的相关参数包括：转子电路的功率因数、与所述电动机结构相关的常数、旋转磁场每极的磁通量以及所述负载至转动中心的力臂。

优选地，所述根据所述变频器的输出电流、所述电动机的相关参数以及电磁力比值系数计算所述负载包括：根据所述变频器的输出电流确定转子电流；根据所述转子电流、转子电路的功率因数、与所述电动机结构相关的常数以及旋转磁场每极的磁通量确定所述电动机的负载转矩；以及根据所述负载转矩、所述负载至转动中心的力臂以及所述电磁力比值系数计算所述负载。

上述装置的实施例与上文所述的方法的实施例类似，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种电动机，该电动机包括上文所述的基于变频器的起升负载计算装置。

通过上述技术方案，采用本发明提供的基于变频器的起升负载计算方法、装置以及电动机，检测所述负载的运动方向和所述变频器的输出电流；根据所述变频器的输出电流、所述电动机的相关参数以及所述负载的运动方向计算所述负载。在计算负载时考虑负载的运动方向，可以精确计算负载，保证了利用负载进行后续操作的安全。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。