变频器及其频率控制方法和起重的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种变频器及其频率控制方法和起重机，其中方法包括以下步骤：S1、检测变频器当前时刻母线电压是否小于降速运行电压，是则转步骤S2启动随压降速功能，否则转步骤S4；S2、根据当前时刻母线电压计算频率，该计算出的频率低于变频器的额定频率，并将变频器的输出频率设定为该计算出的频率运行；S3、检测变频器当前时刻母线电压是否大于正常运行电压，是则转步骤S4退出随压降速功能，否则转步骤S2；S4、将变频器输出频率设定为正常供电时的给定频率运行。本发明可以根据变频器的母线电压情况自动调节输出频率，避免了变频器因输出能力下降而带来的安全隐患。
【专利说明】变频器及其频率控制方法和起重机
【技术领域】
[0001]本发明涉及变频器【技术领域】，更具体地说，涉及一种变频器及其频率控制方法和起重机。
【背景技术】
[0002]在变频器的运行过程中，当外部供电电压下降时，变频器的输出能力下降，若此时依然维持启动的给定频率运行则变频器不能保证能够输出足够的转矩。这时，如果变频器的负载很大，则存在很大的安全隐患。尤其在起重行业的现场应用中，由于现场一般都有很多工频设备，因此外围供电电压非常不稳定，工频设备启动时供电电压可以由380V突然下降到300V甚至更低。如果此时起重机承载的负载很大，则给现场带来较大的安全隐患。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题在于，针对现有变频器在供电电压下降时依然维持启动的给定频率运行不能保证能够输出足够的转矩的缺陷，提供一种变频器及其频率控制方法和起重机。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种变频器的频率控制方法，包括以下步骤:
[0005]S1、检测变频器当前时刻母线电压是否小于降速运行电压，是则转步骤S2启动随压降速功能，否则转步骤S4;
[0006]S2、根据当前时刻母线电压计算频率，该计算出的频率低于变频器的额定频率，并将变频器的输出频率设定为该计算出的频率运行；
[0007]S3、检测变频器当前时刻母线电压是否大于正常运行电压，是则转步骤S4退出随压降速功能，否则转步骤S2;
[0008]S4、将变频器输出频率设定为正常供电时的给定频率运行。
[0009]在根据本发明所述的变频器的频率控制方法中，所述步骤S2具体通过以下公式计算频率F:
[0010]F = — *Fr 5
Ur
[0011]其中，Uk为变频器的额定母线电压，Fe为变频器额定频率。
[0012]在根据本发明所述的变频器的频率控制方法中，所述步骤S2具体包括以下步骤:
[0013]S21、判断当前时刻母线电压相对上一时刻母线电压是否下降，是则转步骤S22，否则转步骤S24 ；
[0014]S22、判断当前时刻母线电压是否低于转折电压，转折电压的初始值为所述降速运行电压；
[0015]S23、根据变频器的当前时刻母线电压计算频率f = 巧；其中，Uk为变频器
UR的额定母线电压，Fk为变频器额定频率；并记录该当前时刻母线电压为转折电压，转步骤S21 ；
[0016]S24、保持频率不变，转步骤S3。
[0017]在根据本发明所述的变频器的频率控制方法中，所述正常运行电压与降速运行电压的比值范围为105%至110%。
[0018]在根据本发明所述的变频器的频率控制方法中，所述正常运行电压与降速运行电压的比值为105%。
[0019]本发明还提供了一种变频器，包括:
[0020]降速启动模块，用于判断检测变频器当前时刻母线电压是否小于降速运行电压，是则发送降速运行指令给降速运行模块，否则发送正常运行指令给正常运行模块；
[0021]降速运行模块，用于在接收降速运行指令时根据当前时刻母线电压计算频率，该计算出的频率低于变频器的额定频率，并将变频器的输出频率设定为该计算出的频率运行，同时发送检测指令给降速恢复模块；
[0022]降速恢复模块，用于在接收检测指令时判断检测变频器当前时刻母线电压是否大于正常运行电压，是则发送正常运行指令给正常运行模块，否则发送降速运行指令给所述降速运行模块；
[0023]正常运行模块，用于在接收到正常运行指令时将变频器输出频率设定为正常供电时的给定频率运行。
[0024]在根据本发明所述的变频器中，所述降速运行模块具体通过以下公式计算频率F:
[0025]F = — *Fr ;
Ur
[0026]其中，Uk为变频器的额定母线电压，Fe为变频器额定频率。
[0027]在根据本发明所述的变频器中，所述降速运行模块进一步包括:
[0028]电压趋势判断单元，用于判断当前时刻母线电压相对上一时刻母线电压是否下降，是则发送启动信号给转折电压判断单元，否则发送启动信号给频率保持单元；
[0029]转折电压判断单元，用于判断当前时刻母线电压是否低于转折电压，转折电压的初始值为所述降速运行电压，是则发送启动信号给降速频率计算单元，否则发送启动信号给频率保持单元；
[0030]降速频率计算单元，用于根据变频器的当前时刻母线电压计算频率F = ^*Fr ;
uR
其中，Uk为变频器的额定母线电压，Fk为变频器额定频率；并将该当前时刻母线电压作为转折电压发送给所述转折电压判断单元，同时发送启动信号给所述电压趋势判断单元；
[0031]频率保持单元，用于保持频率不变，并发送检测指令启动所述降速恢复模块。
[0032]在根据本发明所述的变频器中，所述正常运行电压与降速运行电压的比值范围为105% 至 110%。
[0033]本发明还提供了一种起重机，包括如前所述的变频器。
[0034]实施本发明的变频器及其频率控制方法和起重机，具有以下有益效果:本发明可以根据变频器的母线电压情况实时调节输出频率，在母线电压较低时以低于额定频率的频率运行，避免了变频器因输出能力下降而带来的安全隐患。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0036]图1为根据本发明优选实施例中变频器的频率控制方法流程图；
[0037]图2为根据本发明的变频器的频率控制方法中降速运行步骤流程图；
[0038]图3为根据本发明的变频器的频率控制方法中随压降速功能的具体执行时序示意图；
[0039]图4为根据本发明优选实施例的变频器的模块示意图；
[0040]图5为根据本发明的变频器的降速运行模块的框图。
【具体实施方式】
[0041]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
[0042]请参阅图1，为根据本发明优选实施例中变频器的频率控制方法流程图。如图1所示，该实施例提供的变频器的频率控制方法包括以下步骤:
[0043]在步骤SO中，流程开始。
[0044]在步骤SI中，检测变频器当前时刻母线电压U是否小于降速运行电压U1，是则转步骤S2启动随压降速功能，否则转步骤S4。在该步骤中，变频器实时监测变频器当前时刻母线电压U，当母线电压U从额定母线电压Uk下降，并低于降速运行电压U1时，启动随压降速功能。该降速运行电压U1为随压降速功能的启动电压，可以通过以下公式获得:
[0045]U1 = X% *UE ；
[0046]其中X%为预设的功能参数，且0〈X%〈I。
[0047]在步骤S2中，根据当前时刻母线电压U计算频率F，并将变频器的输出频率设定为该计算出的频率F运行。该计算出的频率F低于变频器的额定频率FK。因此本发明可以在母线电压较高时采用额定频率Fk运行，而在母线电压较低时采用低于额定频率Fk的频率F运行。
[0048]在步骤S3中，检测变频器当前时刻母线电压U是否大于正常运行电压U2，是则转步骤S4退出随压降速功能，否则转步骤S2。在本发明的一些实施例中，正常运行电压U2与降速运行电压U1相等，即U2 = Up在本发明的另一些实施例中，该正常运行电压正常运行电压与降速运行电压的比值K为105%至110%，即U2 = KW1，且105%彡K ( 110%。优选地，K = 105%。
[0049]在步骤S4中，将变频器输出频率设定为正常供电时的给定频率运行。变频器根据内部算法，使变频器输出频率从初始频率逐渐平稳上升至额定频率FK。
[0050]在本发明的一个优选实施例中，步骤S2具体通过以下公式计算频率F:
[0051]F = — *Fr ;
Ur
[0052]其中，Uk为变频器的额定母线电压，Fe为变频器的额定频率。
[0053]在本发明的另一个实施例中，步骤S2的降速运行步骤采用更优化的频率计算方案。请结合参阅图2，为根据本发明的变频器的频率控制方法中降速运行步骤流程图。如图2所示，该降速运行步骤具体包括以下步骤:
[0054]在步骤S20中，该降速运行步骤开始。
[0055]在步骤S21中，判断当前时刻母线电压U相对上一时刻母线电压是否下降，是则转步骤S22，否则转步骤S24。
[0056]在步骤S22中，判断当前时刻母线电压U是否低于转折电压Ut，转折电压Ut的初始值为降速运行电压U10如果低于则转步骤S23，否则转步骤S24。
[0057]在步骤S23中，通过以下公式根据变频器的当前时刻母线电压U计算频率F:
[0058]F 二^Fr'
[0059]其中，Uk为变频器的额定母线电压，Fe为变频器额定频率。
[0060]并记录该当前时刻母线电压U为转折电压Ut的值，转步骤S21。
[0061]在步骤S24中，保持频率F不变运行，转步骤S25。该步骤中计算出的当前时刻的频率F等于前一时刻的频率。
[0062]在步骤S25中，该降速运行步骤结束。
[0063]请结合参阅图3，为根据本发明的变频器的频率控制方法中随压降速功能的具体执行时序示意图。如图3中，曲线A为运行指令时序图，曲线B为母线电压随时间变化的示意图，曲线C为频率随时间变化的示意图。
[0064]Dt1时刻:变频器开始运行，检测到变频器当前时刻母线电压U为母线额定电压Uk，判断其保持不变且大于降速运行电压U1，因此不启动随压降速功能，将变频器输出频率设定为正常供电时的给定频率运行。变频器根据内部算法，使变频器输出频率从初始频率O逐渐平稳上升至额定频率FK。
[0065]2)t2时刻:检测到变频器当前时刻母线电压U下降，且开始低于降速运行电压U1启动随压降速功能，将变频器输出频率设定为1。随后母线电压持续下降，依然
UR
使用该公式根据变频器的当前时刻母线电压U计算F。并随时使用母线电压更新转折电压Ut。
[0066]3) t3时刻:当前时刻母线电压U开始停止下降，即转为上升或不变，此时得到转折电压Ut为转折点的母线电压。随后母线电压在上升趋势时保持频率F不变，在母线电压维持不变时也保持频率F不变，在母线电压再次转为下降趋势但是未低于转折电压Ut时仍然保持频率F不变。也就是说，即使母线电压上升，频率F也不会立即上升，这是避免母线电压波动而造成的输出频率波动。
[0067]4)t4时刻:当前时刻母线电压U为下降趋势，并且开始低于转折电压Ut时根据变频器的当前时刻母线电压U计算频率H =，并随时更新转折电压υτ。
[0068]5)t5时刻:当前时刻母线电压U随后为保持不变或者持续上升趋势，在其小于正常运行电压U2之前，保持频率F不变。
[0069]6) t6时刻:当前时刻母线电压U升至大于正常运行电压U2，是则退出随压降速功能，将变频器输出频率设定为正常供电时的给定频率运行。变频器根据内部算法，使变频器输出频率从当前频率逐渐平稳上升至额定频率FK。
[0070]请参阅图4，为根据本发明优选实施例的变频器的模块示意图。如图4所示，该变频器100包括降速启动模块10、降速运行模块20、降速恢复模块30和正常运行模块40。
[0071]其中，降速启动模块10用于判断检测变频器当前时刻母线电压U是否小于降速运行电压U1,是则发送降速运行指令给降速运行模块20，否则发送正常运行指令给正常运行模块40。在该步骤中，降速启动模块10实时监测变频器当前时刻母线电压U，当母线电压U从额定母线电压Uk下降，并低于降速运行电压U1时，启动随压降速功能。该降速运行电压U1为随压降速功能的启动电压，可以通过以下公式获得:
[0072]U1 = X% *UE ；
[0073]其中X%为预设的功能参数，且0〈X%〈I。
[0074]降速运行模块20用于在接收降速运行指令时根据当前时刻母线电压U计算频率F，并将变频器的输出频率设定为该计算出的频率运行。该计算出的频率F低于变频器的额定频率FK。降速运行模块20同时发送检测指令给降速恢复模块30。
[0075]降速恢复模块30用于在接收检测指令时，判断检测变频器当前时刻母线电压是否大于正常运行电压，是则发送正常运行指令给正常运行模块40，否则发送降速运行指令给降速运行模块20。在本发明的一些实施例中，正常运行电压U2与降速运行电压U1相等，即U2 = U10在本发明的另一些实施例中，该正常运行电压正常运行电压与降速运行电压的比值 K 为 105%至 110%，即 U2 = KW1，且 105%彡 K 彡 110%。优选地，K = 105%。
[0076]正常运行模块40用于在接收到正常运行指令时将变频器输出频率设定为正常供电时的给定频率运行。变频器根据内部算法，使变频器输出频率从初始频率逐渐平稳上升至额定频率Fk。
[0077]在本发明的一个优选实施例中，降速运行模块20具体通过以下公式计算频率F:
[0078]F = — *Fr ;
Ur
[0079]其中，Uk为变频器的额定母线电压，Fe为变频器的额定频率。
[0080]在本发明的另一个实施例中，降速运行模块20采用更优化的频率计算方案。请结合参阅图5，为根据本发明的变频器的降速运行模块的框图。如图5所示，该降速运行模块20具体包括:电压趋势判断单元21、转折电压判断单元22、降速频率计算单元23和频率保持单元24。
[0081]其中电压趋势判断单元21与降速启动模块10和降速恢复模块30相连，用于在接收到降速运行指令时，判断当前时刻母线电压U相对上一时刻母线电压是否下降，是则发送启动信号给转折电压判断单元22，否则发送启动信号给频率保持单元24。
[0082]转折电压判断单元22与电压趋势判断单元21和降速频率计算单元23相连，用于判断当前时刻母线电压U是否低于转折电压Ut，转折电压Ut的初始值为降速运行电压U10如果是则发送启动信号给降速频率计算单元23，否则发送启动信号给频率保持单元24。
[0083]降速频率计算单元23与转折电压判断单元22相连，用于根据变频器的当前时刻母线电压U计算频率K =其中，Uk为变频器的额定母线电压，匕为变频器额定频
UR率。降速频率计算单元23还将该当前时刻母线电压U作为转折电压Ut发送给转折电压判断单元22，同时发送启动信号给电压趋势判断单元21。
[0084]频率保持单元24与电压趋势判断单元21和转折电压判断单元22相连，用于保持频率F不变，并发送检测指令启动降速恢复模块30。
[0085]本发明还提供了一种起重机，该起重机包括前述的变频器。本发明的起重机在变频器中开发了前述随压降速功能，保障了变频器能够实时输出足够的转矩满足起重设备的使用要求。
[0086]本发明可以根据变频器的母线电压情况实时调节输出频率，在母线电压较低时以低于额定频率的频率运行，且降频后能够保证变频器始终输出最大转矩，避免了变频器因输出能力下降而带来的安全隐患。
[0087]本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。
【权利要求】
1.一种变频器的频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、检测变频器当前时刻母线电压是否小于降速运行电压，是则转步骤S2启动随压降速功能，否则转步骤S4 ； 52、根据当前时刻母线电压计算频率，该计算出的频率低于变频器的额定频率，并将变频器的输出频率设定为该计算出的频率运行； 53、检测变频器当前时刻母线电压是否大于正常运行电压，是则转步骤S4退出随压降速功能，否则转步骤S2 ； 54、将变频器输出频率设定为正常供电时的给定频率运行。
2.根据权利要求1所述的变频器的频率控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体通过以下公式计算频率F: 厂
tjR 其中，Uk为变频器的额定母线电压，Fe为变频器额定频率。
3.根据权利要求1所述的变频器的频率控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤: 521、判断当前时刻母线电压相对上一时刻母线电压是否下降，是则转步骤S22，否则转步骤S24 ； 522、判断当前时刻母线电压是否低于转折电压，转折电压的初始值为所述降速运行电压； 523、根据变频器的当前时刻母线电压计算频率P=;其中，Uk为变频器的额定
UR母线电压，Fk为变频器额定频率；并记录该当前时刻母线电压为转折电压，转步骤S21 ； 524、保持频率不变，转步骤S3。
4.根据权利要求1所述的变频器的频率控制方法，其特征在于，所述正常运行电压与降速运行电压的比值范围为105%至110%。
5.根据权利要求4所述的变频器的频率控制方法，其特征在于，所述正常运行电压与降速运行电压的比值为105%。
6.一种变频器，其特征在于，包括: 降速启动模块，用于判断检测变频器当前时刻母线电压是否小于降速运行电压，是则发送降速运行指令给降速运行模块，否则发送正常运行指令给正常运行模块； 降速运行模块，用于在接收降速运行指令时根据当前时刻母线电压计算频率，该计算出的频率低于变频器的额定频率，并将变频器的输出频率设定为该计算出的频率运行，同时发送检测指令给降速恢复模块； 降速恢复模块，用于在接收检测指令时判断检测变频器当前时刻母线电压是否大于正常运行电压，是则发送正常运行指令给正常运行模块，否则发送降速运行指令给所述降速运行模块； 正常运行模块，用于在接收到正常运行指令时将变频器输出频率设定为正常供电时的给定频率运行。
7.根据权利要求6所述的变频器，其特征在于，所述降速运行模块具体通过以下公式计算频率F: F = ;* Frx
Ur 其中，Uk为变频器的额定母线电压，Fe为变频器额定频率。
8.根据权利要求6所述的变频器，其特征在于，所述降速运行模块进一步包括: 电压趋势判断单元，用于判断当前时刻母线电压相对上一时刻母线电压是否下降，是则发送启动信号给转折电压判断单元，否则发送启动信号给频率保持单元； 转折电压判断单元，用于判断当前时刻母线电压是否低于转折电压，转折电压的初始值为所述降速运行电压，是则发送启动信号给降速频率计算单元，否则发送启动信号给频率保持单元； 降速频率计算单元，用于根据变频器的当前时刻母线电压计算频率P =其中，Uk为变频器的额定母线电压，Fk为变频器额定频率；并将该当前时刻母线电压作为转折电压发送给所述转折电压判断单元，同时发送启动信号给所述电压趋势判断单元； 频率保持单元，用于保持频率不变，并发送检测指令启动所述降速恢复模块。
9.根据权利要求6所述的变频器，其特征在于，所述正常运行电压与降速运行电压的比值范围为105%至110%。
10.一种起重机，其特征在于，包括权利要求6-9中任意一项所述的变频器。
【文档编号】B66C13/22GK104129714SQ201410294972
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】殷杰, 邱志红 申请人:苏州汇川技术有限公司