专利名称：感应电机控制方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种感应电机的控制方法及其实现装置。
背景技术：
当前技术条件下，控制感应电机在负载大范围变化的情况下运转以提高运行效率的 基本方法是针对电机的实时负载施加相应适当的驱动电压。如果电机轻负载时对应过高 的电压值(相对所需的电机扭矩而言)，则电机工作电流过大，工作效率降低。但是如 果在这样的状况下电压过低，则突然增加的电机负载可能导致停机或其他不稳定的工作 状况。现有技术中已经提出多种方案用来控制感应电机的功率供应，以便最大化工作效 率。然而，通常这些方案要么很难在感应电机低负载时防止停机或其他不稳定状况，要 么在中低负载条件下过度消耗功率。
当前技术已经提供了一个感应电机控制方法，该方法基于检测电机运转时的功率因 素，以此控制电机的电源电压，将功率因素保持在预设值。如果电机是在高负载条件下 工作卜电压适当，则相应功率因素也是适当的。如果增加负载，则电机电流和电压之间 的滞后量将增加，因此，功率因素将减小。相反，电机负载的减小将导致功率因素的增 加。因此，电机负载的改变可通过功率因素的改变进行检测，进而根据检测负载的改变 控制电源电压，以便将功率因素保持在预设值。然而在实际操作中，对于这样的方法， 如果选择满负载电机运转的功率因素为预设最佳值，则电机轻负载运转时施加的电压对 于该负载值来说不是最佳的。同样，当电机工作于中等水平负载时，对于该负载值电压 不是适当的。
当前感应电机控制的另一个方法是变频驱动。对于任一特定驱动频率，其控制原理 与以上描述相同。区别在于根据不同驱动频率需要选择功率因素的不同预设值。但是， 在任一特定驱动频率下，依然存在上述问题，即仅仅当施加特定负载(称为"标准负载") 时，电机将以最优功率因素运转。不可能在大范围的电机可变负载上确保操作的高效和 稳定性。
上述论述将参考图1说明，其中曲线B表示从无负载到满负载(100%)的感应电
机的功率因素的最优值。假定满负载操作的最优功率因素为80%。对于上述现有技术的 感应电机控制系统，功率因子被控制保持在80%的值(即，虚线部分A)。然而，当以 满负载50%的负载操作，最优功率因子实际上是64%,且在无负载条件下，系统仍将 功率因子保持在80%。可见，现有技术中的最优功率因素预设值只是特定频率标准负载 下的最优值，而不是任何当前频率和当前负载下的最优值，这种控制方法不能在大范围 变化的电机负载上提供最优操作效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种感应电机的控制方法及其实现装置，保证电 机工作在不同频率，工作负载大范围变化时，电机的实际功率因素始终为当前频率和当 前负载的最优功率因素，从而使得电机能够连续地在大范围内变化的负载上工作于最优 功率因素值，确保在大范围变化的负载状况下都以最大工作效率运转。
本发明所采用的技术方案是
感应电机控制方法，通过DC-AC反相器将DC电压转换为AC电压并提供给电机，AC 电压的电平可变，且可以选择多个适合的频率。
实时检测感应电机在当前工作频率和当前工作负载下的实际功率因素值。 将检测到的实际功率因素值与该当前工作频率和当前工作负载条件下的最优功率 因素值比较。
根据比较结果实时调整感应电机的工作电压，使实际功率因素值与最优功率因素值 相等。
其中，通过实时检测感应电机的工作电流和工作电压获得电机当前工作频率和当前 工作负载下的实际功率因素值。
根据不同的工作负载和工作频率确定不同的功率因素预设值和功率因素补偿值，将 当前工作频率和当前工作负载下的功率因素预设值和功率因素补偿值的乘积作为最优
功率因素值。
根据比较实际功率因素值和最优功率因素值所得差值调节输出AC电压的振幅，使 实际功率因素值与当前最优功率因素值趋于相等。
实现所述方法的装置包括电流互感器CT1， CT2、加法器、功率因素检测和处理部件、 功率因素预设部件、函数转换电路、乘法器、功率因素比较器、输出信号发生电路、驱
动电路。
电流互感器CT1， CT2和加法器分别与感应电机的三相供电线路连接，电流互感器 和加法器的输出信号输入功率因素检测和处理部件，功率因素预设部件产生的功率因素 预设值输出与函数转换电路产生的功率因素补偿值输出一起输入乘法器，乘法器输出的 最优功率因素值和功率因素检测和处理部件输出的实际功率因素值一起输入功率因素 比较器，功率因素比较器输出的送到输出信号发生电路，输出信号发生电路的输出送驱 动电路并控制感应电机。
本发明的积极效果是
本发明通过检测感应电机的实际功率因素并与当前工作频率当前工作负载下的最 优功率因素比较，根据比较结果来控制感应电机的电压水平，从而按照电机负载的变化 改变供应电压水平。使功率因素按照电机负载的变化连续调整，电机的工作状况一直保 持在当前负载下的最优功率因素。从而使得电机能够连续地在大范围内变化的负载上工 作于最优功率因素值，确保在大范围变化的负载状况下都以最大工作效率运转，节能电 能。
图1是最优功率因素和电机负载之间关系曲线图，
图2是不同频率下功率因素补偿值和电机电压关系图，
图3是本发明实现装置的方框图。
具体实施例方式
感应电机控制方法如下:通过DC-AC反相器将DC电压转换为AC电压并提供给电机，
AC电压的电平可变，且可以选择多个适合的频率。
实时检测感应电机在当前工作频率和当前工作负载下的实际功率因素。 将检测到的实际功率因素与该当前工作频率和当前工作负载条件下的最优功率因
素比较。
根据比较结果实时调整感应电机的工作电压，使实际功率因素与最优功率因素相等。
具体实施时，可通过实时检测感应电机的工作电流和工作电压获得电机当前工作频 率和当前工作负载下的实际功率因素。
根据不同的工作负载和工作频率确定不同的功率因素预设值和功率因素补偿值，将 当前工作频率和当前工f负载下的功率因素预设值和功率因素补偿值的乘积作为最优 功率因素值。
根据比较实际功率因素值和最优功率因素值所得差值调节输出AC电压的振幅，使 实际功率因素值与当前最优功率因素值趋于相等。 具体地说，在一个特定驱动频率下，
连续检测电机工作的功率因素被并与预设的功率因素比较，该预设的功率因素是在 特定驱动频率和特定电机负载值的最优功率因素。前述预设的功率因素通过乘以一定的 补偿值而调整，该补偿值在0到1的范围内，并且是根据此时电机电压的水平确定的。 例如，当电机驱动频率为50 Hz时，功率因素补偿值和电机电压之间的关系如图2中的 曲线Cl所示。如图所示，功率因素补偿值按照电机电压的减小而减小，即按照电机负 载水平的减小而减小。通过这样的方法，就可以按照如图l所示的曲线，随着电机负载 改变，确定在当前负载下的最优功率因素。
变频状况下最优功率因素相对于电机电源电压的变化特征是根据驱动频率改变的。 因此，需要使用图2表示功率因素补偿值和电机电源电压之间关系曲线，其中C2和C3 是驱动频率分别为25Hz和12Hz的变化曲线，其他频率类似。电机电源电压值的变化 范围根据驱动频率而改变。
实现所述方法的装置包括电流互感器CT1， CT2、加法器、功率因素检测和处理部件、 功率因素预设部件、函数转换电路、乘法器、功率因素比较器、输出信号发生电路、驱 动电路。
如图3所示，电流互感器CT1， CT2和加法器分别与感应电机的三相供电线路连接，
电流互感器和加法器的输出信号输入功率因素检测和处理部件，功率因素预设部件产生 的功率因素预设值输出与函数转换电路产生的功率因素补偿值输出一起输入乘法器，乘
法器输出的最优功率因素值和功率因素检测和处理部件输出的实际功率因素值一起输 入功率因素比较器，功率因素比较器输出的送到输出信号发生电路，输出信号发生电路 的输出送至驱动电路并控制感应电机。
在图3中，从电流互感器CT1， CT2接收电机电流值Iu， Iw和Iv。加法器用于获取 电压值Vuv， Vwv。这些电压值是与电流值Iu， Iw，和Iv —起提供给功率因素检测和处 理部件的，该部件通过检测电流和电压值从而获取电机的实时功率因素。预设功率因素 值作为输入由功率因素预设部件产生，并可做调整以便建立所需的预设功率因素值。预 设功率因素值被输入到乘法器，然后乘以从函数转换电路产生的补偿值。函数转换电路 实际由多套存储器和在存储器中的数值表组成，且每个表相应于特定的电机驱动频率 值。因此各转换函数是为不同的驱动频率值建立的。转换获取功率因素补偿值是通过按 照Vuv(RMS)的值从一个表中读出补偿值而执行的。为了易于理解，所示的Vuv(RMS)是 通过有效值转换电路(其作用是对输入电压进行"平方一取平均值一开平方"运算) 获取的，实际上需要在获取测量的功率因素值的过程中获得Vuv(RMS)。测量的功率因素 和最优功率因素值之间的差是通过功率因素比较器获得的，该差作为比较值被提供给输 出信号发生电路。输出信号发生电路响应产生输出信号以控制驱动电路。驱动电路发生 一组3相开关控制信号。这些驱动信号被提供给DC-AC反相器的三个开关元件，从而将 AC-DC转换器产生的DC电压转换为一组3相电压，该电压将提供给感应电机。
在该实施例中，电机驱动频率由频率指示部件(为了描述简单，该部件从附图中略 去)决定，该频率指示部件还确定(按照规定的驱动频率)被选择供函数转换电路使用 的函数，从而通过选择前述多个补偿值表中的一个将Vuv转换为相应的功率因素补偿值。
可以理解，本发明通过测量电机功率因素和最优功率因素之间比较，控制电机电源 电压，使得感应电机工作点的功率因素按照电机的负载连续保持在最优值，在电机操作 于低负载条件下时可实现稳定的操作和最小功率消耗。
特定频率下，满负荷电机的供应电压能够提供足够的扭矩，平衡负载，同时轻负载 时不会提供过高的电压(过度功率消耗)，同时在该轻负载条件下的低电压不会导致电 机操作停机或不稳定。在感应电机的变频驱动应用场合，任何电机负载值相应的电压将 按照驱动频率改变。
在施加到感应电机的负载高度变化时，本发明能够提供非常显著的节能。
权利要求
1、感应电机控制方法，通过DC-AC反相器将DC电压转换为AC电压并提供给电机，AC电压的电平可变，且可以选择多个适合的频率，其特征在于实时检测感应电机在当前工作频率和当前工作负载下的实际功率因素值，将检测到的实际功率因素值与该当前工作频率和当前工作负载条件下的最优功率因素值比较，根据比较结果实时调整感应电机的工作电压，使实际功率因素值与最优功率因素值相等。
2、 如权利要求l所述的感应电机控制方法，其特征在于通过实时检测感应电机的工作电流和工作电压获得电机当前工作频率和当前工作 负载下的实际功率因素值，根据不同的工作负载和工作频率确定不同的功率因素预设值和功率因素补偿值，将 当前工作频率和当前工作负载下的功率因素预设值和功率因素补偿值的乘积作为最优 功率因素值，根据比较实际功率因素值和最优功率因素值所得差值调节输出AC电压的振幅，使 实际功率因素值与当前最优功率因,素值趋于相等。
3、 实现如权利要求1所述方法的装置，包括电流互感器CT1， CT2、加法器、功率 因素检测和处理部件、功率因素预设部件、函数转换电路、乘法器、功率因素比较器、 输出信号发生电路、驱动电路，电流互感器CT1， CT2和加法器分别与感应电机的三相供电线路连接，电流互感器 和加法器的输出信号输入功率因素检测和处理部件，功率因素预设部件产生的功率因素 预设值输出与函数转换电路产生的功率因素补偿值输出一起输入乘法器，乘法器输出的 最优功率因素值和功率因素检测和处理部件输出的实际功率因素值一起输入功率因素 比较器，功率因素比较器输出的送到输出信号发生电路，输出信号发生电路的输出送驱 动电路并控制感应电机。
全文摘要
本发明涉及电机控制技术，具体为一种感应电机控制方法及其实现装置，该方法主要为，实时检测感应电机在当前工作频率和当前工作负载下的实际功率因素，将检测到的实际功率因素与该当前工作频率和当前工作负载条件下的最优功率因素比较，调整感应电机的工作电压，使实际功率因素与最优功率因素相等。其实现装置主要包括测量感应电机参数的电流互感器、加法器、处理部件、预设部件、函数转换电路、乘法器、功率因素比较器、输出信号发生电路、驱动电路。该方法及其装置解决了现有技术不能在电机负载大范围变化的情况下使电机始终工作于最优功率因素的问题，保证感应电机以最优状态运行，具有显著的节能效果。
文档编号H02P27/06GK101378245SQ20071013146
公开日2009年3月4日 申请日期2007年8月28日 优先权日2007年8月28日
发明者张国辉, 方怒萌 申请人:张国辉