蒸呢机变频器频率输出方法、蒸呢机变频器及蒸呢的制造方法

蒸呢机变频器频率输出方法、蒸呢机变频器及蒸呢的制造方法
【专利摘要】一种蒸呢机变频器频率输出方法，通过测算卷辊卷径的变化来改变变频器输出频率，以保持材料的线速度恒定，不需要额外增加测速辊和测速编码器，降低了硬件和软件开发成本，还降低了蒸呢机的结构设计难度。本发明还公开一种蒸呢机变频器和蒸呢机。
【专利说明】蒸呢机变频器频率输出方法、蒸呢机变频器及蒸呢机

【技术领域】
[0001] 本发明涉及变频器领域，特别涉及一种蒸呢机变频器频率输出方法、蒸呢机变频 器及蒸呢机。

【背景技术】
[0002] 在蒸呢机中，需要布料在蒸辊和包布辊之间进行收放，当蒸辊作为放卷辊时，包布 辊作为于收卷辊；当包布辊作为放卷辊时，蒸辊作为收卷辊；两卷辊均由电机带动。在一些 蒸呢机中，两辊的电机均由变频器控制。在收放过程中，一卷辊变频器控制布料收放速度， 另一卷辊的变频器控制布料张力恒定。大部分蒸呢机中，控制收放速度的变频器仅控制电 机运行转速恒定，但由于绕卷在卷辊上的布料的变化，导致布料卷径（卷辊加上布料的直 径）发生变化，从而导致在卷辊转速恒定的情况下，布料实际的线速度并不恒定。少部分蒸 呢机为了达到布料线速度的恒定，额外增加了测速辊和测速编码器，将测速编码器的信号 反馈给PLC或变频器，由PLC或变频器进行恒线速度控制。但是这样会增加测速辊和测速 编码器的硬件成本，增加测速辊也给整个蒸呢机的结构设计增加了难度，同时PLC的程序 开发也增加了蒸呢机的开发难度。


【发明内容】

[0003] 基于此，有必要提供一种低成本的用于控制布料线速度恒定的蒸呢机变频器频率 输出方法，以及提供一种蒸呢机变频器和蒸呢机。
[0004] -种蒸呢机变频器频率输出方法，材料的所需线速度为V，变频器所需输出频率为 F，电机旋转频率为H)，机械传动比为K，单层材料厚度为d，初始时卷辊加上所述材料的直 径为D0,电机极对数为P，包括步骤：
[0005] 获取当前的电机转速V1 ;
[0006] 获取变频器运行时间T ;
[0007] 获取材料的当前线速度v0,其中：
[0008] ν0 = π *(D0+2*d*Vl*T/K)*V1/K ;
[0009] 通过ν和ν0得到频率调节量Fd ;
[0010] 获取并输出变频器所需输出频率F，其中：F = RHFd。
[0011] 在其中一个实施例中，所述获取当前的电机转速VI的步骤包括：
[0012] 获取电机参数；
[0013] 检测变频器的输出电流值；
[0014] 通过克拉克变换将所述输出电流值变换为二相静止坐标系下的电流值；
[0015] 通过矢量控制算法获取电机旋转频率和当前的电机转速VI。
[0016] 在其中一个实施例中，所述电机参数包括：额定功率、额定电压、额定电流、额定频 率、额定转速、电机定子电阻、转子电阻、漏感、互感、空载电流。
[0017] 在其中一个实施例中，所述输出电流值为电机的三相电流值。
[0018] 在其中一个实施例中，所述变频器运行时间T通过定时中断方法获取。
[0019] 一种蒸呢机变频器，材料的所需线速度为V，变频器所需输出频率为F，电机旋转 频率为R)，机械传动比为Κ，单层材料厚度为d，初始时卷辊加上所述材料的直径为D0,包括 速度辨识模块，计时模块，计算模块和频率输出模块，所述速度辨识模块、所述计时模块、所 述频率输出模块分别和所述计算模块通信连接；
[0020] 所述速度辨识模块用于获取当前的电机转速VI ;
[0021] 所述计时模块用于获取变频器运行时间T ;
[0022] 所述计算模块用于计算材料的当前线速度vO和频率调节量Fd，其中：
[0023] ν0 = π *(D0+2*d*Vl*T/K)*Vl/K ;
[0024] 所述计算模块用于获取变频器所需输出频率F，其中：F = RHFd ;
[0025] 所述频率输出模块用于输出变频器所需输出频率F。
[0026] 在其中一个实施例中，所述速度辨识模块包括参数获取单元、检测单元和计算单 元，所述参数获取单元、所述检测单元分别和所述计算单元通信连接；
[0027] 所述参数获取单元用于获取电机参数；
[0028] 所述检测单元用于检测变频器的输出电流值；
[0029] 所述计算单元用于通过克拉克变换将所述输出电流值变换为二相静止坐标系下 的电流值；
[0030] 所述计算单元还用于通过矢量控制算法获取电机旋转频率和当前的电机转速 VI。
[0031] 在其中一个实施例中，所述计时模块包括定时器。
[0032] -种蒸呢机，包括上述的蒸呢机变频器。
[0033] 在其中一个实施例中，上述蒸呢机还包括空间矢量脉宽调制设备和智能功率模块 设备，所述蒸呢机变频器用于为所述空间矢量脉宽调制设备提供所述蒸呢机变频器所需输 出频率F，所述空间矢量脉宽调制设备用于根据所述蒸呢机变频器所需输出频率F控制所 述智能功率模块设备，所述智能功率模块设备用于控制电机。
[0034] 上述蒸呢机变频器频率输出方法、蒸呢机变频器和蒸呢机，通过测算卷辊卷径的 变化来改变变频器输出频率，以保持材料的线速度恒定，不需要额外增加测速辊和测速编 码器，降低了硬件和软件开发成本，还降低了蒸呢机的结构设计难度。

【专利附图】

【附图说明】
[0035] 图1为一实施例的蒸呢机变频器频率输出方法的流程图；
[0036] 图2为一实施例的获取当前的电机转速VI的流程图；
[0037] 图3为一实施例的蒸呢机变频器的模块图；
[0038] 图4为一实施例的速度辨识模块的模块图；
[0039] 图5为一实施例的蒸呢机的模块图。

【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细描述。在下面描述中，符号*代 表乘号，符号/代表除号。
[0041] 图1为一实施例的蒸呢机变频器频率输出方法的流程图。
[0042] 见图1，材料的所需线速度为V，变频器所需输出频率为F，电机旋转频率为F0,机 械传动比为K，单层材料厚度为d，初始时卷辊加上所述材料的直径为D0, 一种蒸呢机变频 器频率输出方法，包括步骤：
[0043] 步骤S100 :获取当前的电机转速VI。通过当前的电机转速VI获取当前的卷辊转 速V2,其中V2 = Vl/Κ。当前的电机转速VI和当前的卷辊转速V2都是以"转数/时间"为 单位的，时间可以是分。
[0044] 步骤S200 :获取变频器运行时间T。
[0045] 步骤S300 :获取材料的当前线速度vO,其中：
[0046] νΟ = π *(D0+2*d*Vl*T/K)*V1/K。
[0047] 步骤S400 :通过v和vO得到频率调节量Fd。
[0048] 步骤S500 :获取并输出变频器所需输出频率F，其中：F = RHFd。
[0049] 步骤S300中vO的获取过程如下：获取卷绕在卷辊上的材料的层数C，其中C = V2*T。接着获取卷辊加上材料的直径D，其中D = D0+2*d*C。然后通过公式v0= Ji*D*V2， 得到 vO = π *(D0+2*d*Vl*T/K)*Vl/K。
[0050] 电机旋转频率为FO在刚开始时，可以通过公式FO = 0来得到。
[0051] 上述蒸呢机变频器频率输出方法，通过测算卷辊卷径的变化来改变变频器输出频 率，以保持材料的线速度恒定，不需要额外增加测速辊和测速编码器，降低了硬件和软件开 发成本，还降低了蒸呢机的结构设计难度。
[0052] 卷辊在本实施例中为收卷辊，，电机为带动卷辊转动的电机。在其他实施例中，可 以按照实际的需求来选择是收卷辊或者放卷辊。在本实施例中单层材料厚度为d可以预先 测定。
[0053] 步骤S100中，见图2,获取当前的电机转速VI的步骤包括：
[0054] 步骤S110 :获取电机参数。电机参数包括：额定功率、额定电压、额定电流、额定频 率、额定转速、电机定子电阻、转子电阻、漏感、互感、空载电流。刚开始时，可以通过变频器 操作面板输入电机的铭牌值，例如额定功率、额定电压、额定电流、额定频率、额定转速。然 后通过内置于变频器的参数自整定功能获得电机的定子电阻、转子电阻、漏感、互感、空载 电流等参数。
[0055] 步骤S120 :检测变频器的输出电流值。通过相电流检测电路将电机二相电流检测 出来，然后根据三相电流总和为零，求出第三相电流。
[0056] 步骤S130 :通过克拉克变换将输出电流值变换为二相静止坐标系下的电流值。
[0057] 步骤S140 :通过矢量控制算法获取电机旋转频率R)以及当前的电机转速VI。将 二相静止坐标系下的电流输入矢量控制模块，通过矢量控制算法辨识电机旋转频率，得到 电机旋转频率以及当前的电机转速VI。
[0058] 步骤S200中，变频器运行时间T可以通过定时中断方法获取。
[0059] 本发明还公开一种蒸呢机变频器和蒸呢机。
[0060] 见图3, 一种蒸呢机变频器，材料的所需线速度为V，变频器所需输出频率为F，电 机旋转频率为H)，机械传动比为K，单层材料厚度为d，初始时卷辊加上所述材料的直径为 D0,包括速度辨识模块100,计时模块200,计算模块300和频率输出模块400,速度辨识模块 100、计时模块200、400频率输出模块分别和计算模块200通信连接。
[0061] 速度辨识模块100用于获取当前的电机转速VI。还用于获取当前的卷辊转速V2， 其中 V2 = V1/K。
[0062] 计时模块200用于获取变频器运行时间T。计时模块200在本实施例中包括定时 器。
[0063] 计算模块300用于计算材料的当前线速度vO和频率调节量Fd，其中：
[0064] vO = Ji*(D0+2*d*Vl*T/K)*Vl/K。vO的获取过程如下：获取卷绕在卷辊上的材料 的层数C，其中C = V2*T。接着获取卷辊加上材料的直径D，其中D = D0+2*d*C。然后通过公 式 vO = Ji *D*V2,得到 νΟ = π * (D0+2*d*Vl*T/K) *V1/K。计算模块 300包括PID (Proportion Integration Differentiation)调节器，将材料的所需线速度为v和材料的当前线速度v0 输入PID调节器，即可得到频率调节量Fd。
[0065] 计算模块300用于获取变频器所需输出频率F，其中：F = RHFd。电机旋转频率 为在刚开始时，可以通过公式= 〇来得到。
[0066] 频率输出模块400用于输出变频器所需输出频率F。
[0067] 见图4,速度辨识模块100包括参数获取单元110、检测单元120和计算单元130， 参数获取单元110、检测单元120分别和计算单元130通信连接。
[0068] 参数获取单元110用于获取电机参数。
[0069] 检测单元120用于检测变频器的输出电流值。
[0070] 计算单元130用于通过克拉克变换将输出电流值变换为二相静止坐标系下的电 流值。
[0071] 计算单元130还用于通过矢量控制算法获取电机旋转频率R)和获取当前的电机 转速VI。
[0072] 见图5, 一种蒸呢机，包括上述的蒸呢机变频器10、空间矢量脉宽调制（SVPWM， Space Vector Pulse Width Modulation)设备 20 和智能功率模块（IPM，Intelligent Power Module)设备30,蒸呢机变频器10用于为空间矢量脉宽调制设备20提供蒸呢机变 频器10所需输出频率F，空间矢量脉宽调制设备20用于根据蒸呢机变频器10所需输出频 率F控制智能功率模块设备30,智能功率模块设备30用于控制电机40。步骤S140中的矢 量控制模块即包括空间矢量脉宽调制设备20。
[0073] 上述蒸呢机变频器和蒸呢机，通过测算卷辊卷径的变化来改变变频器输出频率， 以保持材料的线速度恒定，不需要额外增加测速辊和测速编码器，降低了硬件和软件开发 成本，还降低了蒸呢机的结构设计难度。
[0074] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1. 一种蒸呢机变频器频率输出方法，材料的所需线速度为V，变频器所需输出频率为 F，电机旋转频率为H)，机械传动比为K，单层材料厚度为d，初始时卷辊加上所述材料的直 径为DO，其特征在于，包括步骤： 获取当前的电机转速VI ; 获取变频器运行时间T ; 获取材料的当前线速度v〇,其中： vO = Ji *(D0+2*d*Vl*T/K)*Vl/K ; 通过v和vO得到频率调节量Fd ; 获取并输出变频器所需输出频率F，其中：F = RHFd。
2. 根据权利要求1所述的蒸呢机变频器频率输出方法，其特征在于，所述获取当前的 电机转速VI的步骤包括： 获取电机参数； 检测变频器的输出电流值； 通过克拉克变换将所述输出电流值变换为二相静止坐标系下的电流值； 通过矢量控制算法获取电机旋转频率和当前的电机转速VI。
3. 根据权利要求2所述的蒸呢机变频器频率输出方法，其特征在于，所述电机参数包 括：额定功率、额定电压、额定电流、额定频率、额定转速、电机定子电阻、转子电阻、漏感、互 感、空载电流。
4. 根据权利要求2所述的蒸呢机变频器频率输出方法，其特征在于，所述输出电流值 为电机的三相电流值。
5. 根据权利要求1所述的蒸呢机变频器频率输出方法，其特征在于，所述变频器运行 时间T通过定时中断方法获取。
6. -种蒸呢机变频器，材料的所需线速度为V，变频器所需输出频率为F，电机旋转频 率为H)，机械传动比为K，单层材料厚度为d，初始时卷辊加上所述材料的直径为D0,其特征 在于，包括速度辨识模块，计时模块，计算模块和频率输出模块，所述速度辨识模块、所述计 时模块、所述频率输出模块分别和所述计算模块通信连接； 所述速度辨识模块用于获取当前的电机转速VI ; 所述计时模块用于获取变频器运行时间T ; 所述计算模块用于计算材料的当前线速度v〇和频率调节量Fd，其中： vO = Ji *(D0+2*d*Vl*T/K)*Vl/K ; 所述计算模块用于获取变频器所需输出频率F，其中：F = RHFd ; 所述频率输出模块用于输出变频器所需输出频率F。
7. 根据权利要求6所述的蒸呢机变频器，其特征在于，所述速度辨识模块包括参数获 取单元、检测单元和计算单元，所述参数获取单元、所述检测单元分别和所述计算单元通信 连接； 所述参数获取单元用于获取电机参数； 所述检测单元用于检测变频器的输出电流值； 所述计算单元用于通过克拉克变换将所述输出电流值变换为二相静止坐标系下的电 流值； 所述计算单元还用于通过矢量控制算法获取电机旋转频率Η)和当前的电机转速VI。
8. 根据权利要求6所述的蒸呢机变频器，其特征在于，所述计时模块包括定时器。
9. 一种蒸呢机，其特征在于，包括权利要求6?8任一项所述的蒸呢机变频器。
10. 根据权利要求9所述的蒸呢机，其特征在于，还包括空间矢量脉宽调制设备和智能 功率模块设备，所述蒸呢机变频器用于为所述空间矢量脉宽调制设备提供所述蒸呢机变频 器所需输出频率F，所述空间矢量脉宽调制设备用于根据所述蒸呢机变频器所需输出频率 F控制所述智能功率模块设备，所述智能功率模块设备用于控制电机。
【文档编号】H02P21/00GK104143944SQ201410327751
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】张宁, 王国锋, 袁飞平 申请人:深圳市海浦蒙特科技有限公司