风机变频调速方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开的风机变频调速方法，包括以下步骤：11）获取当前风机转速以及目标风机转速；12）逐步调节所述当前风机转速对应的当前电磁转矩至所述目标风机转速对应的目标电磁转矩，依据各步电磁转矩调节幅度对应的频率调节幅度，逐步调节所述当前风机转速对应的当前风机频率至所述目标风机转速对应的目标风机频率。本发明还公开了一种风机变频调速系统。上述方法和系统能够降低交变力大小、以缓解风压局部突变、风机的电机输出的电磁转矩突变等不利因素的影响，使得风机运行更安全，能够延长风机的使用寿命。
【专利说明】风机变频调速方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及风机控制【技术领域】，更为具体地说，涉及一种风机变频调速方法及系统。
【背景技术】
[0002]烧结主抽风机的电能消耗约占整个烧结厂总能耗的一半左右，所以烧结主抽风机的节能对于整个烧结厂的节能具有重要意义。鉴于节能的需要，烧结主抽风机采用变频启动方式工作。随着风机变频控制技术越来越成熟，风机改传统的工频拖动方式为变频拖动方式实施风量的调节，通过变频拖动的方式实施风量调节能够减少风机的损耗，降低能耗。
[0003]风机采用变频拖动实施风量的调节导致风机工作方式发生改变，即由传统工频拖动的恒力恒转速方式变为变力变转速方式运转。这会导致风机的叶轮受到额外的交变力作用。风机的叶轮受力发生变化，而风机的调速方式没有做出相应的调整，仍然按照传统的直接变频调速方式进行调速，所以在风机调速的过程中交变力会带来共振、风压局部突变、风机的电机输出转矩突变等不利因素，这会缩短风机的使用寿命。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种风机变频调速方法及系统，以解决采用直接变频调速方式导致风机寿命较短的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案:
[0006]风机变频调速方法，包括以下步骤:
[0007]11)获取当前风机转速以及目标风机转速；
[0008]12)逐步调节所述当前风机转速对应的当前电磁转矩至所述目标风机转速对应的目标电磁转矩，依据各步电磁转矩调节幅度对应的频率调节幅度，逐步调节所述当前风机转速对应的当前风机频率至所述目标风机转速对应的目标风机频率。
[0009]优选的，上述风机变频调速方法中，步骤12)包括:
[0010]21)将所述当前风机转速至所述目标风机转速形成的转速区间均分成多个转速调节子区间；
[0011]22)按照每个所述转速调节子区间对应的转矩调节区间，逐步调节所述当前电磁转矩至所述目标电磁转矩，依据所述转矩调节区间对应的频率调节区间，逐步调节所述当前风机频率至所述目标风机频率。
[0012]优选的，上述风机变频调速方法中，步骤12)包括:
[0013]31)以第一设定值为转矩调节区间，逐步调节所述当前电磁转矩至所述目标电磁转矩，依据所述转矩调节区间对应的频率调节区间，逐步调节所述当前风机频率至所述目标风机频率。
[0014]优选的，上述风机变频调速方法中，获取当前风机转速以及目标风机转速与步骤31)之间还包括:[0015]判断第二设定值是否小于或等于第一设定值，若否，则进入步骤31)，所述第二设定值为所述当前电磁转矩与所述目标电磁转矩的差值。
[0016]优选的，上述风机变频调速方法中，所述第一设定值小于或等于转矩安全阈值，所述转矩安全阈值为风机运行过程中的最小负载转矩值。
[0017]优选的，上述风机变频调速方法中，步骤31)包括:
[0018]61)以所述第一设定值为区间，划分负载转矩为多个负载转矩区间段以及根据多个所述负载转矩区间段确定多个风机转速区间段；
[0019]62)确定所述当前风机转速和目标风机转速所属的风机转速区间段；
[0020]63)以所述风机转速区间段的端值对应的电磁转矩中间值和风机频率中间值为逐步调节中间点，逐步调节所述当前电磁转矩至所述目标电磁转矩，以及逐步调节所述当前风机频率至所述目标风机频率。
[0021]优选的，上述风机变频调速方法中，步骤31)包括:
[0022]71)确定所述当前风机转速对应的当前电磁转矩以及所述目标风机转速对应的目标电磁转矩；
[0023]72)判断所述当前电磁转矩与所述目标电磁转矩的差值是否大于所述第一设定值，若是，进入步骤73)，否则，进入步骤75)；
[0024]73)以所述第一设定值为调节区间，将所述当前电磁转矩调节至中间电磁转矩，直至所述中间电磁转矩与所述目标电磁转矩的差值小于或等于所述第一设定值，进入74)；
[0025]74)将所述中间电磁转矩调节至所述目标电磁转矩；
[0026]75)将所述当前电磁转矩调节至所述目标电磁转矩。
[0027]优选的，上述风机变频调速方法中，步骤11)包括:
[0028]81)周期性地检测参考风机转速；
[0029]82)取多次检测的所述参考风机转速的均值，作为所述当前风机转速。
[0030]另一方面，本发明提供了一种风机变频调速系统，包括:
[0031]第一获取单元，用于获取当前风机转速；
[0032]第二获取单元，用于获取目标风机转速；
[0033]控制单元，用于逐步调节所述当前风机转速对应的当前电磁转矩至所述目标风机转速对应的目标电磁转矩，依据各步电磁转矩调节幅度对应的频率调节幅度，逐步调节所述当前风机转速对应的当前风机频率至所述目标风机转速对应的目标风机频率。
[0034]优选的，上述风机变频调速系统中，所述控制单元包括:
[0035]控制子单元，用于以第一设定值为转矩调节区间，逐步调节所述当前电磁转矩至所述目标电磁转矩，依据所述转矩调节区间对应的频率调节区间，逐步调节所述当前风机频率至所述目标风机频率，所述第一设定值小于或等于转矩安全阈值，所述转矩安全阈值为风机运行过程中的最小负载转矩值。
[0036]本发明提供的风机变频调速方法中，通过逐步调节当前电磁转矩至目标电磁转矩，同样逐步调节当前风机频率至目标风机频率。相比于【背景技术】中所述的采用直接一步完成的变频调速方式而言，能够减小每一次调节的电磁转矩变化幅度以及每一次调节的风机频率变化幅度，进而降低调速过程产生的交变力的变化幅度，进而降低交变力大小、缓解风压局部突变、风机的电机输出的电磁转矩突变等不利因素，使得风机运行更安全，能够延长风机的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0038]图1是本发明实施例一提供的风机变频调速方法的流程示意图；
[0039]图2是本发明实施例二提供的风机变频调速方法的流程示意图；
[0040]图3是本发明实施例三提供的风机变频调速方法的流程示意图；
[0041]图4是本发明实施例四提供的风机变频调速系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0042]本发明实施例提供了一种风机变频调速方法及系统，解决了【背景技术】中所述的采用直接变频调速方式调速对风机寿命影响的问题。
[0043]为了使本【技术领域】的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。
[0044]实施例一
[0045]请参考附图1，图1示出了本发明实施例一提供的风机变频调速方法的流程。
[0046]图1所示的流程，包括:
[0047]S101、获取当前风机转速。
[0048]步骤SlOl的目的在于获取当前情况下风机的转速，通常情况下采用转速传感器检测当前风机转速。优选的方案，可按照如下步骤获取当前风机转速:
[0049]a、周期性地检测参考风机转速；
[0050]b、取多次检测的参考风机转速的均值，作为当前风机转速。
[0051]由于风机的运行工况不稳定，实际的转速有波动，上述采用周期性检测方式，并将多次检测的参考风机转速的均值作为当前风机转速，能够提高当前风机转速获取的精确度。
[0052]S102、获取目标风机转速。
[0053]S103、逐步调节当前电磁转矩至目标电磁转矩。
[0054]根据风机变频运行特性曲线，风机的转速稳定时，风机的转速对应的电磁转矩和负载转矩确定且两者平衡。因此本发明实施例中的当前电磁转矩和目标电磁转矩分别指的是当前风机转速和目标风机转速稳定运转时对应的转矩。即当前风机转速对应有当前电磁转矩，目标风机转速对应有目标电磁转矩。本步骤中采用逐步调节当前风机转速对应的当前电磁转矩至目标风机转速对应的目标电磁转矩，通过逐步调节的方式使得电磁转矩满足目标风机转速的要求。
[0055]S104、逐步调节当前风机频率至目标风机频率。
[0056]根据风机变频调节曲线可知，不同的风机转速，相应的电机工作电源的频率不同。当前风机转速对应有当前风机频率，目标风机转速对应有目标风机频率。本步骤依据步骤S103中各步电磁转矩调节幅度对应的频率调节幅度，逐步调节当前风机转速对应的当前风机频率至目标风机转速对应的目标风机频率。
[0057]本发明实施例一提供的风机变频调速方法中，通过逐步调节当前电磁转矩至目标电磁转矩，同样逐步调节当前风机频率至目标风机频率。相比于【背景技术】中所述的采用直接一步完成的变频调速方式而言，能够减小每一次调节的电磁转矩变化幅度以及每一次调节的风机频率变化幅度，进而降低调速过程产生的交变力的变化幅度，最终降低交变力大小，缓解风压局部突变、风机输出的电磁转矩突变等不利因素影响，使得风机运行更安全，能够延长风机的使用寿命。
[0058]本发明实施例一提供的风机变频调速方法适用于各种调速过程中受较大交变力的风机，特别对于大型风机(额定功率4000千瓦以上的风机)的调速具有明显的调节效果。
[0059]实施例二
[0060]请参考附图2，图2示出了本发明实施例二提供的风机变频调速方法的流程。
[0061 ] 图2所示的流程，包括:
[0062]S203、将当前风机转速至目标风机转速形成的转速区间均分成多个转速调节子区间。
[0063]本步骤中将风机转速需要变化的区间均分成多个转速调节子区间，进而以转速调节子区间作为逐步调节的依据。
[0064]S204、按照每个转速调节子区间对应的转矩调节区间，逐步调节当前电磁转矩至目标电磁转矩。
[0065]如实施例一中所述，根据转速调节子区间各个端值对应的电磁转矩，可以确定转矩调节区间，最终依据转矩调节区间，逐步调节当前电磁转矩至目标电磁转矩。
[0066]S205、依据转矩调节区间对应的频率调节区间，逐步调节当前风机频率至目标风机频率。
[0067]同样道理，依据转矩调节区间可以确定相对应的频率调节区间，从而作为逐步调节当前风机频率至目标风机频率的依据。
[0068]由于直接变频控制使得电磁转矩变化较大，为了减少风机叶轮冲击，本发明实施例二将直接变频调节的大跨度频率变化调速，依据转速分成几个较小的变速段，进而形成阶梯式调速，这样能够减小每次调速的电磁转矩变化幅度，进而减小各段电磁转矩和负载转矩平衡之前合转矩的值，进而减小交变力对风机叶轮的冲击，能够延长风机寿命。
[0069]当然，上述步骤S203中也可以采用不等距方式划分转速调节子区间，当然本领域技术人员可以根据转速调节子区间对风机变频调速过程中电磁转矩的变化幅值的影响，合理地划分转速调节子区间，以保证调节过程中电磁转矩的变化在安全范围之内。
[0070]需要说明的是，图2中步骤S201和S202分别与实施例一中的步骤SlOl和S102一一对应，且内容相同，具体请参考实施例一中相应部分的描述即可，此不赘述。
[0071]实施例三
[0072]根据电机变频调速理论，风机变频调速的过程中，当需要加速时，先改变励磁电流使得风机(的电机)输出的电磁转矩增大，风机在电磁转矩和负载转矩(即阻力转矩)共同作用下加速，随着转速的增大同步调整电源输出频率，在输出电磁转矩恒定条件下，负载转矩增大，电磁转矩和负载转矩的合转矩减小，速度增加率减小，当转速增大至目标转速时，负载转矩和电磁转矩平衡，风机将稳定在目标转速运行。同理，当需要减速时，先改变励磁电流输出使得风机输出的电磁转矩减小，风机在电磁转矩和负载转矩共同作用下减速，随转速减小同步调整电源输出频率，在输出电磁转矩恒定条件下，负载转矩减小，电磁转矩和负载转矩的合转矩减小，速度减小率减小，当转速减小至目标转速时，负载转矩与电磁转矩平衡，风机将稳定在目标转速。所以在风机变频调速的过程中，交变力是由电磁转矩与负载转矩的合力距变化导致，只要将电磁转矩变化的幅值保证在安全范围内，那么交变力对风机叶轮的影响也就处于安全范围内。
[0073]如实施例二所述，按照转速等分分段后形成转速调节子区间，依照转速调节子区间对应的电磁转矩调节幅度进行调节的过程中，各步调节过程中的合转矩(电磁转矩和负载转矩的合转矩)明显减小，但是如果划分不合理，会使得调节过程中满载段的合力矩明显大于轻载段，仍然会使得电磁转矩的变化赋值处于较大的范围内，所以以电磁转矩的变化为划分依据，更能够直接保证风机变频调速的安全。
[0074]为此，请参考附图3，图3示出了本发明实施例三提供的风机变频调速方法的流程。
[0075]图3所示的流程，包括:
[0076]S303、以第一设定值为转矩调节区间，逐步调节当前电磁转矩至目标电磁转矩。
[0077]步骤S203以第一设定值为区间将当前电磁转矩和目标电磁转矩均分成多个转矩调节区间，以转矩调节区间为各步的调节依据，逐步调节当前电磁转矩至目标电磁转矩。本步骤中第一设定值指的是保证转矩调节处于安全范围内的幅度值。
[0078]S304、依据转矩调节区间对应的频率调节区间，逐步调节当前风机频率至目标风机频率。
[0079]步骤S204以转矩调节区间对应的频率调节区间作为各步调节的依据，调节当前风机频率。
[0080]本发明实施例三提供的风机变频调速方法，依据一定的转矩调节区间为依据，逐步调节当前风机频率，调节的依据更为合理。
[0081]当然，在实际的调节过程中，若当前风机转速对应的当前电磁转矩与目标风机转速对应的目标电磁转矩的差值小于第一设定值，也就说明当前电磁转矩直接调到目标电磁转矩处于安全的调节范围内，此时也就无需逐步调节，若仍然按照上述逐步调节的方式实施势必会降低调节效率。为了解决此问题，本发明实施例三的基础之上，优选的，在步骤S303之前还包括:
[0082]判断第二设定值是否小于或等于第一设定值，若否，则进入步骤S303，若是，则直接将当前风机转速调节至目标风机转速，其中，第二设定值为当前电磁转矩与目标电磁转矩的差值。
[0083]根据风机运行特性曲线分析，风机的设计使得风机必然能够承受风机运行过程中的最小负载转矩，因此，优选方案中，上述第一设定值小于或等于转矩安全阈值，转矩安全阈值优选为风机运行过程中的最小负载转矩值，这种方式使得风机变频调速过程，电磁转矩的调节幅度始终小于最小负载转矩值，进一步保证风机调速过程的安全性，延长风机的使用寿命。
[0084]本发明实施例三中，以第一设定值为转矩调节区间，逐步调节当前电磁转矩至目标电磁转矩，依据转矩调节区间对应的频率调节区间，逐步调节当前风机频率至目标风机频率，可以通过以下两种方式实现。
[0085]一种方式，包括如下步骤:
[0086]Al、以第一设定值为区间，划分负载转矩为多个负载转矩区间段以及根据多个负载转矩区间段确定多个风机转速区间段。
[0087]本步骤以第一设定值为区间，将负载转矩划分为多个负载转矩区间，当然每个负载转矩区间都在安全的调节范畴内。如表一所示，第一设定值为10M%。相应的多个负载
转矩区间段包括100M%~ 90M%，90M%~ 80M%......,多个风机转速区间段包括100n%~
9611^,96]!1%~92n%......,其中，表一中M为风机额定电磁转矩；n为额定风机转速。当然
表一中还包括各个区间对应的频率区间，输出参数(设定频率，电磁转矩)。
[0088]A2、确定当前风机转速和目标风机转速所属的风机转速区间段。
[0089]通过表一中的多个风机转速区间段，查询当前风机转速和目标风机转速所述的风机转速区间段，以确定调节的始末。
[0090]A3、以风机转速区间段的端值对应的电磁转矩中间值和风机频率中间值为逐步调节中间点，逐步调节当前电磁转矩至目标电磁转矩，以及逐步调节当前风机频率至目标风机频率。
[0091]表一中风机转速区间段的端值都对应电磁转矩中间值和风机频率中间值，上述对应电磁转矩中间值和风机频率中间值作为调节中间点，实现逐步调节。上述每步的调节直接按照传统的直接调节的方式一步完成即可。
[0092]为了简洁明了地说明上述优选方案，请参考下表一，通过举例说明。
[0093]表一
[0094]
【权利要求】
1.风机变频调速方法，其特征在于，包括以下步骤: 11)获取当前风机转速以及目标风机转速； 12)逐步调节所述当前风机转速对应的当前电磁转矩至所述目标风机转速对应的目标电磁转矩，依据各步电磁转矩调节幅度对应的频率调节幅度，逐步调节所述当前风机转速对应的当前风机频率至所述目标风机转速对应的目标风机频率。
2.根据权利要求1所述的风机变频调速方法，其特征在于，步骤12)包括: 21)将所述当前风机转速至所述目标风机转速形成的转速区间均分成多个转速调节子区间； 22)按照每个所述转速调节子区间对应的转矩调节区间，逐步调节所述当前电磁转矩至所述目标电磁转矩，依据所述转矩调节区间对应的频率调节区间，逐步调节所述当前风机频率至所述目标风机频率。
3.根据权利要求1所述的风机变频调速方法，其特征在于，步骤12)包括: 31)以第一设定值为转矩调节区间，逐步调节所述当前电磁转矩至所述目标电磁转矩，依据所述转矩调节区间对应的频率调节区间，逐步调节所述当前风机频率至所述目标风机频率。
4.根据权利要求3所述的风机变频调速方法，其特征在于，获取当前风机转速以及目标风机转速与步骤31)之间还包括: 判断第二设定值是否小于或等于第一设定值，若否，则进入步骤31)，所述第二设定值为所述当前电磁转矩与所述目标电磁转矩的差值。`
5.根据权利要求4所述的风机变频调速方法，其特征在于，所述第一设定值小于或等于转矩安全阈值，所述转矩安全阈值为风机运行过程中的最小负载转矩值。
6.根据权利要求3所述的风机变频调速方法，其特征在于，步骤31)包括: 61)以所述第一设定值为区间，划分负载转矩为多个负载转矩区间段以及根据多个所述负载转矩区间段确定多个风机转速区间段； 62)确定所述当前风机转速和目标风机转速所属的风机转速区间段； 63)以所述风机转速区间段的端值对应的电磁转矩中间值和风机频率中间值为逐步调节中间点，逐步调节所述当前电磁转矩至所述目标电磁转矩，以及逐步调节所述当前风机频率至所述目标风机频率。
7.根据权利要求3所述的风机变频调速方法，其特征在于，步骤31)包括: 71)确定所述当前风机转速对应的当前电磁转矩以及所述目标风机转速对应的目标电磁转矩； 72)判断所述当前电磁转矩与所述目标电磁转矩的差值是否大于所述第一设定值，若是，进入步骤73)，否则，进入步骤75)； 73)以所述第一设定值为调节区间，将所述当前电磁转矩调节至中间电磁转矩，直至所述中间电磁转矩与所述目标电磁转矩的差值小于或等于所述第一设定值，进入74)； 74)将所述中间电磁转矩调节至所述目标电磁转矩； 75)将所述当前电磁转矩调节至所述目标电磁转矩。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的风机变频调速方法，其特征在于，步骤11)包括:81)周期性地检测参考风机转速； 82)取多次检测的所述参考风机转速的均值，作为所述当前风机转速。
9.风机变频调速系统，其特征在于，包括: 第一获取单元，用于获取当前风机转速； 第二获取单元，用于获取目标风机转速； 控制单元，用于逐步调节所述当前风机转速对应的当前电磁转矩至所述目标风机转速对应的目标电磁转矩，依据各步电磁转矩调节幅度对应的频率调节幅度，逐步调节所述当前风机转速对应的当前风机频率至所述目标风机转速对应的目标风机频率。
10.根据权利要求9所述的风机变频调速系统，其特征在于，所述控制单元包括: 控制子单元，用于以第一设定值为转矩调节区间，逐步调节所述当前电磁转矩至所述目标电磁转矩，依据所述转矩调节区间对应的频率调节区间，逐步调节所述当前风机频率至所述目标风机频率，所述第一设定值小于或等于转矩安全阈值，所述转矩安全阈值为风机运行过程中的最小负载转 矩值。
【文档编号】F04D27/00GK103671199SQ201310730852
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】高鹏双, 邓逸 申请人:中冶长天国际工程有限责任公司