一种变频电机负载的不平衡检测方法与流程

本发明专利涉及负载的不平衡状态的检测方法，特别是一种变频电机负载的不平衡检测方法。

背景技术：

变频电机涉及电机及其控制器。随着电力电子技术和微控制技术的发展，变频器价格越来越低，它现在不仅大量用在工业控制中，而且已大量进入民用设备中，如白色家电中的变频洗衣机、空调、冰箱等。当变频电机负载不平衡时，变频电机的转速越高，系统的振动和噪声就会越大，从而降低设备的使用寿命，该情况在洗衣机上表现尤其突出。变频电机负载的不平衡量(oob)的检测结果可以用于控制系统对电机进行转速控制，从而有效减小电机负载不平衡所造成的振动幅度，延长电机和负载的使用寿命，减小系统噪声。如果变频电机具有负载不平衡检测功能，当发现负载不平衡时，可以通过调整电机的转速，或者通过改变负载的不平衡状态，从而减小系统的振动和噪声。下面以洗衣机为例进行说明：附图1a显示了洗衣机滚筒中的衣物积聚在一侧的不平衡状态，附图1b显示了滚筒中的衣物均匀分布的平衡状态。当洗衣机脱水高速旋转时，如果洗衣机处在附图1a所示的衣物积聚在一侧的不平衡状态时，滚筒会剧烈晃动，并且产生噪声，还存在电机工作效率低和洗衣机寿命缩短等问题。因此，洗衣机在脱水高速旋转前需要检测变频电机负载(滚筒内衣物)的不平衡量，当检测到较大的不平衡量时，洗衣机需要通过调整电机转速和动作，使衣物尽可能均匀分布在滚筒内(如附图1b所示)，从而使电机负载的不平衡量小于一定值后可以进行高速脱水。

传统的不平衡检测方法主要有两种：1)基于电机速度的不平衡检测方法；2)基于电机电流或功率的不平衡检测方法。基于电机速度的不平衡检测方法受控制器的pi参数影响较大，其测量结果误差较大；基于电机电流或功率的不平衡检测方法需要专门的电流采样电路，且其精度受电流采样电路精度的影响。因此，如何在不增加成本的前提下，易于实现电机负载的不平衡检测，并且提高不平衡检测的精度，是本领域的技术人员急需解决的技术难题。

技术实现要素：

为解决上述难题，发明提供一种变频电机负载的不平衡检测方法，根据变频器的pi控制器的输出信号，来计算负载的不平衡量(obb)，该方法包括以下步骤：

s1.控制系统判断不平衡(oob)检测的采样周期的时间是否已到，如果已到，则进入s2，否则进入s13；

s2.读取电机负载转速，用于s3的采用次数计算；

s3.按采样点数与采样周期的乘积等于电机负载的转动周期的整数倍的约束条件计算采样次数n；

s4.读取pi控制器的输出信号；

s5.计算pi控制器输出信号的平均值；

s6.根据s5的平均值和当前输出信号值计算信号波动的绝对值；

s7.根据历史信号波动累加值和s6计算出的信号波动绝对值计算新的信号波动累加值；

s8.采样次数变量加1；

s9.判定采样次数是否达到n，如果达到则进入s10，否则进入s13；

s10.根据采样次数n和信号波动累加值计算电机负载的不平衡量；

s11.信号波动绝对值累加值减去n次保存数据中的最早历史波动数据，用于下次不平衡的计算；

s12.采样次数变量减1，保证下次采样后又可以计算不平衡量；

s13.退出。

所述变频电机负载的不平衡检测方法中pi控制器的输出信号为电压、电流、功率信号中的一个或多个。计算电机负载的不平衡量(oob)时，采样点数与采样周期的乘积等于电机负载的转动周期的整数倍。

本发明根据变频器的pi控制器的输出电压幅值的波动计算电机负载的不平衡量(oob)，不需要硬件电路检测电机的电流和电压，具有成本低的优势；又由于采样周期与采样点数的乘积等于负载设备的转动周期的整数倍，从而具有检测精度高的优势，可以广泛应用于白色家电变频器、工业变频器等技术领域。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为洗衣机衣物均匀分布和不均匀分布示意图。

图2为应用系统框图。

图3为pi控制器框图。

图4为变频电机负载的不平衡量(oob)检测流程图。

具体实施方式

应用系统框图如附图2所示，它包括变频器、电机和负载，pi控制器是变频器的一个重要软件模块。

pi控制器框图如图3所示，它的输入信号是目标速度和反馈速度的误差，然后它通过pi算法得到电机的控制电压，最后根据下面的公式1和公式2计算出不平衡量(oob)的值：

为了提高不平衡量(oob)的检测精度，在进行公式1和公式2的计算时，需要满足采样点数与采样周期的乘积等于电机负载的转动周期的整数倍。

本发明的软件算法如附图4所示，具体步骤如下：

1.控制系统判断不平衡(oob)检测的采样周期的时间是否已到，如果已到，则进入第2步，否则进入第13步；

2.读取电机负载转速，用于第三步的采用次数计算；

3.按采样点数与采样周期的乘积等于电机负载的转动周期的整数倍的约束条件计算采样次数n；

4.读取pi控制器的输出电压；

5.计算pi控制器输出电压的平均电压；

6.根据第5步的平均电压和当前电压计算波动电压的绝对值；

7.根据历史波动电压累加值和第6步计算出的波动电压绝对值计算新的波动电压累加值；

8.采样次数变量加1；

9.判定采样次数是否达到n，如果达到则进入第10步，否则进入第13步；

10.根据采样次数n和波动电压累加值计算电机负载的不平衡量；

11.波动电压绝对值累加值减去n次保存数据中的最早历史波动数据，用于下次不平衡的计算；

12.采样次数变量减1，保证下次采样后又可以计算不平衡量；

13.退出。

以上所述仅是本发明的一个典型应用，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，对所述的软件算法或软件流程做出若干改变和润饰，比如改 变计算平均电压的操作方法等，这些改变和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种变频电机负载的不平衡检测方法，其检测过程如下：首先控制变频电机转到一定速度，然后根据变频器的PI控制器的输出信号的幅值，计算其波动值大小，并据此计算变频电机负载的不平衡量(OOB)。

技术研发人员：王家友
受保护的技术使用者：常州新亚电机有限公司
技术研发日：2015.12.30
技术公布日：2017.07.07