用于控制力矩电机的变频控制器及方法
【专利摘要】用于控制力矩电机的变频控制器及方法，包括主电路、控制电路以及操作面板，主电路包括电源输入接口、整流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路以及变频变压输出接口；控制电路包括中央处理器、集成电路、基极驱动电路、直流侧电压采集模块、直流侧电流采集模块以及交流侧电压采集模块；集成电路主要包括运算电路。通过设定运算电路的软件算法，在运算电路中计算矩频曲线时，使电压保持恒定不变，实现恒力矩的控制目的。该变频控制器能有效解决力矩电机最高转速不可调的问题，提高控制精度，同时降低了生产成本。
【专利说明】用于控制力矩电机的变频控制器及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及变频控制器，具体涉及用于控制力矩电机的变频控制器及方法。
【背景技术】
[0002]现在的线材加工设备大多需要对加工完成的成品进行工字轮收线。过去常采用力矩电机驱动工字轮收线，材料经过前级处理后需要按照一定的张力要求收紧在工字轮上，通过力矩电机驱动收卷工字轮，通过力矩电机控制器(调压器)设定收卷转矩，驱动力矩电机保持设定张力；收卷部分没有安装反馈当前张力大小的信号的检测装置。但该方式能耗大，力矩电机和控制器维护成本高，电机最高速度固定(50Hz)，无法根据需要调整。急需一种新的控制方式来解决以上问题，以保证对力矩电机的精确控制，提高产品质量和生产安全性,满足不同的生产加工需求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的之一在于提供一种用于控制力矩电机的变频控制器。
[0004]根据本发明的用于控制力矩电机的变频控制器包括主电路、控制电路以及操作面板，主电路包括电源输入接口、整流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路以及变频变压输出接口 ；控制电路包括中央处理器、集成电路、基极驱动电路、直流侧电压采集模块、直流侧电流采集模块以及交流侧电压采集模块；集成电路主要包括运算电路；其中，
[0005]电源输入接口连接整流电路，整流电路通过滤波电路以及制动电路与逆变电路连通，逆变电路与变频变压输出接口相连，整流电路与逆变电路之间形成主电路直流侧，逆变电路与变频变压输出接口之间形成主电路交流侧，主电路直流侧分别经直流侧电压采集模块、直流侧电流采集模块连接到控制电路的中央处理器；中央处理器与集成电路相连通，基极驱动电路与主电路的逆变电路和控制电路的运算电路均连通，变压变频输出接口还通过交流侧电压采集模块与中央处理器连接；操作面板与中央处理器和集成电路均连通。
[0006]本发明的另一个目的在于提供一种用于控制力矩电机的方法。
[0007]根据本发明的用于控制力矩电机的方法包括以下步骤:
[0008]提供上述的用于控制力矩电机的变频控制器；
[0009]通过运算电路将外部的速度、转矩等指令同电流、电压采集模块采集的信号进行比较运算；
[0010]设定运算电路的软件算法，在运算电路中计算矩频曲线时，使电压保持恒定不变；
[0011]然后，基极驱动电路将运算电路的控制信号进行放大，并输入到逆变电路对力矩电机进行控制。
[0012]本发明的有益效果在于:通过本变频控制器的使用，很好地解决了力矩电机最高转速不可调的问题，保证了控制精度，电机转速控制范围变大，响应更加迅速，便于操作人员观测加工过程中设备的输出电压、电流、转矩等参数，产品可靠性进一步提高，同时降低了生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的用于控制力矩电机的变频控制器的结构示意图；
[0014]图2是通用变频控制器工作时的V/F特性曲线；以及
[0015]图3是根据本发明的变频控制器工作时的V/F特性曲线。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图详细描述本发明的用于控制力矩电机的变频控制器及方法。本领域技术人员应当理解，下面描述的实施例仅是对本发明的示例性说明，而非用于对其作出任何限制。
[0017]如图1所示，根据本发明的用于控制力矩电机的变频控制器，主要包括主电路1、控制电路2以及操作面板3。主电路I主要包括电源输入接口、整流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路以及变频变压输出接口。控制电路2主要包括中央处理器(CPU)、集成电路(LSI)、基极驱动电路、直流侧电压采集模块、直流侧电流采集模块以及交流侧电压采集模块。
[0018]如图1所示，电源输入接口连接整流电路，整流电路通过滤波电路以及制动电路与逆变电路连通，逆变电路与变频变压输出接口相连，整流电路与逆变电路之间形成主电路直流侧，逆变电路与变频变压输出接口之间形成主电路交流侧，主电路直流侧分别经直流侧电压采集模块、直流侧电流采集模块连接到控制电路2的CPU ；CPU与LSI相连通，基极驱动电路与主电路I的逆变电路和控制电路2的LSI均连通，变压变频输出接口还通过交流侧电压采集模块与CPU连接。其中，LSI主要包括运算电路、驱动电路以及保护电路，运算电路与CPU和基极驱动电路均连接。操作面板3与CPU和LSI均连通，操作面板3上安装有多个开关按钮以及信号参数显示和调节仪表。
[0019]下面以用于控制线材生产加工中的力矩电机为例，详细描述根据本发明的变频控制器的工作原理及控制方法。
[0020]现在的线材加工设备大多需要对加工完成的成品进行工字轮收线，通常采用力矩电机驱动工字轮收线。材料经过前级处理后需要按照一定的张力要求收紧在工字轮上，通过力矩电机驱动收卷工字轮，通过力矩电机控制器(通常为调压器)设定收卷转矩，驱动力矩电机保持设定张力。
[0021]如图1所示，当本发明的变频控制器取代常用的调压器用于控制线材生产加工中的力矩电机时，力矩电机与变频控制器的变频变压输出接口相连。整流器将工频交流电通过整流变成直流电；为了减少和抑制变频器所产生的电磁干扰，直流电经过滤波电路到达逆变电路，再由逆变电路把直流电变换为频率、电压均可控的交流电；输出的交流电驱动力矩电机进行工作；为了消耗减速刹车过程中电机产生的回馈能量，制动电路部分的电阻可以消耗升高的电压，辅助变频控制器减速刹车，保护主电路I。
[0022]通过操作面板3的电源开关启动变频控制器，按照预定的力矩设定操作面板3上的输入力矩参数。操作面板3将输入信号传输给CPU和LSI，CPU同时接收直流侧电压采集模块、直流侧电流采集模块以及交流侧电压采集模块采集的信号，经过运算处理后产生控制信号传输给LSI。
[0023]由于收卷要求力矩恒定，否则收线会出现松紧不一致的情况。而实际应用中收卷初期丝锭外径比较小，此时转速比较高。而随着丝锭外径的增加，速度要随之降下来，但是力矩要保持不变。通过LSI的运算电路将外部的速度、转矩等指令同电流、电压采集模块采集的信号进行比较运算，决定逆变电路的输出电压(V)、频率(F)。通过设定运算电路的软件算法，在运算电路中计算V/F曲线时，使V保持恒定不变。然后，基极驱动电路将运算电路的控制信号进行放大，并输入到逆变电路对力矩电机进行控制，从而实现恒力矩的控制目的。
[0024]如图2和图3所示，根据本发明的变频控制器在控制力矩电机工作时，其矩频特性曲线不是传统的随着频率的增加而增加，反而是力矩随着频率的增加/降低而保持不变。
[0025]因此，根据本发明的变频控制器在控制力矩电机工作时，实现了力矩电机最高转速的可调和更宽阔的转速/转矩设定范围。在全速度范围内可持续提供额定或者更高的转矩，对收卷盘径适应能力强，识别精度高，抗扰动能力强，从而从根本上保证了线材加工时提供前后一致的张力控制特性。张力控制精确，特别是能够在加减速动态运行中提供持续恒定的张力。同时，采用本发明的变频控制器控制力矩电机方案时，原有的操作习惯不变。
[0026]另外，根据本发明的用于控制力矩电机的变频控制器，既可以单独改变电压，又可以单独改变频率，根据实际需要进行相关的设定即可。同时，变频控制器的使用，使操作人员能够观测加工过程中设备的输出电压、电流、转矩等参数，为加工生产提供了更可靠的控制方案。
【权利要求】
1.一种用于控制力矩电机的变频控制器，包括主电路、控制电路以及操作面板，主电路包括电源输入接口、整流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路以及变频变压输出接口；控制电路包括中央处理器、集成电路、基极驱动电路、直流侧电压采集模块、直流侧电流采集模块以及交流侧电压采集模块；集成电路主要包括运算电路；其中， 电源输入接口连接整流电路，整流电路通过滤波电路以及制动电路与逆变电路连通，逆变电路与变频变压输出接口相连，整流电路与逆变电路之间形成主电路直流侧，逆变电路与变频变压输出接口之间形成主电路交流侧，主电路直流侧分别经直流侧电压采集模块、直流侧电流采集模块连接到控制电路的中央处理器；中央处理器与集成电路相连通，基极驱动电路与主电路的逆变电路和控制电路的运算电路均连通，变压变频输出接口还通过交流侧电压采集模块与中央处理器连接；操作面板与中央处理器和集成电路均连通。
2.一种用于控制力矩电机的方法，包括以下步骤: 提供根据权利要求1所述的用于控制力矩电机的变频控制器； 通过运算电路将外部的速度、转矩等指令同电流、电压采集模块采集的信号进行比较运算； 设定运算电路的软件算法，在运算电路中计算矩频曲线时，使电压保持恒定不变； 然后，基极驱动电路将运算电路的控制信号进行放大，并输入到逆变电路对力矩电机进行控制。
【文档编号】H02P27/06GK103457534SQ201310395649
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】蔡锦达, 张剑皓 申请人:上海理工大学