用于控制力矩電機的變頻控制器及方法技術

用于控制力矩電機的變頻控制器及方法，包括主電路、控制電路以及操作面板，主電路包括電源輸入接口、整流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路以及變頻變壓輸出接口；控制電路包括中央處理器、集成電路、基極驅動電路、直流側電壓采集模塊、直流側電流采集模塊以及交流側電壓采集模塊；集成電路主要包括運算電路。通過設定運算電路的軟件算法，在運算電路中計算矩頻曲線時，使電壓保持恒定不變，實現恒力矩的控制目的。該變頻控制器能有效解決力矩電機最高轉速不可調的問題，提高控制精度，同時降低了生產成本。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】，包括主電路、控制電路以及操作面板，主電路包括電源輸入接口、整流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路以及變頻變壓輸出接口；控制電路包括中央處理器、集成電路、基極驅動電路、直流側電壓采集模塊、直流側電流采集模塊以及交流側電壓采集模塊；集成電路主要包括運算電路。通過設定運算電路的軟件算法，在運算電路中計算矩頻曲線時，使電壓保持恒定不變，實現恒力矩的控制目的。該變頻控制器能有效解決力矩電機最高轉速不可調的問題，提高控制精度，同時降低了生產成本。【專利說明】
本專利技術涉及變頻控制器，具體涉及。
技術介紹
現在的線材加工設備大多需要對加工完成的成品進行工字輪收線。過去常采用力矩電機驅動工字輪收線，材料經過前級處理后需要按照一定的張力要求收緊在工字輪上，通過力矩電機驅動收卷工字輪，通過力矩電機控制器(調壓器)設定收卷轉矩，驅動力矩電機保持設定張力；收卷部分沒有安裝反饋當前張力大小的信號的檢測裝置。但該方式能耗大，力矩電機和控制器維護成本高，電機最高速度固定(50Hz)，無法根據需要調整。急需一種新的控制方式來解決以上問題，以保證對力矩電機的精確控制，提高產品質量和生產安全性,滿足不同的生產加工需求。
技術實現思路
本專利技術的目的之一在于提供一種用于控制力矩電機的變頻控制器。根據本專利技術的用于控制力矩電機的變頻控制器包括主電路、控制電路以及操作面板，主電路包括電源輸入接口、整流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路以及變頻變壓輸出接口 ；控制電路包括中央處理器、集成電路、基極驅動電路、直流側電壓采集模塊、直流側電流采集模塊以及交流側電壓采集模塊；集成電路主要包括運算電路；其中，電源輸入接口連接整流電路，整流電路通過濾波電路以及制動電路與逆變電路連通，逆變電路與變頻變壓輸出接口相連，整流電路與逆變電路之間形成主電路直流側，逆變電路與變頻變壓輸出接口之間形成主電路交流側，主電路直流側分別經直流側電壓采集模塊、直流側電流采集模塊連接到控制電路的中央處理器；中央處理器與集成電路相連通，基極驅動電路與主電路的逆變電路和控制電路的運算電路均連通，變壓變頻輸出接口還通過交流側電壓采集模塊與中央處理器連接；操作面板與中央處理器和集成電路均連通。本專利技術的另一個目的在于提供一種用于控制力矩電機的方法。根據本專利技術的用于控制力矩電機的方法包括以下步驟:提供上述的用于控制力矩電機的變頻控制器；通過運算電路將外部的速度、轉矩等指令同電流、電壓采集模塊采集的信號進行比較運算；設定運算電路的軟件算法，在運算電路中計算矩頻曲線時，使電壓保持恒定不變；然后，基極驅動電路將運算電路的控制信號進行放大，并輸入到逆變電路對力矩電機進行控制。本專利技術的有益效果在于:通過本變頻控制器的使用，很好地解決了力矩電機最高轉速不可調的問題，保證了控制精度，電機轉速控制范圍變大，響應更加迅速，便于操作人員觀測加工過程中設備的輸出電壓、電流、轉矩等參數，產品可靠性進一步提高，同時降低了生產成本。【專利附圖】【附圖說明】圖1是本專利技術的用于控制力矩電機的變頻控制器的結構示意圖；圖2是通用變頻控制器工作時的V/F特性曲線；以及圖3是根據本專利技術的變頻控制器工作時的V/F特性曲線。【具體實施方式】下面結合附圖詳細描述本專利技術的。本領域技術人員應當理解，下面描述的實施例僅是對本專利技術的示例性說明，而非用于對其作出任何限制。如圖1所示，根據本專利技術的用于控制力矩電機的變頻控制器，主要包括主電路1、控制電路2以及操作面板3。主電路I主要包括電源輸入接口、整流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路以及變頻變壓輸出接口。控制電路2主要包括中央處理器(CPU)、集成電路(LSI)、基極驅動電路、直流側電壓采集模塊、直流側電流采集模塊以及交流側電壓采集模塊。如圖1所示，電源輸入接口連接整流電路，整流電路通過濾波電路以及制動電路與逆變電路連通，逆變電路與變頻變壓輸出接口相連，整流電路與逆變電路之間形成主電路直流側，逆變電路與變頻變壓輸出接口之間形成主電路交流側，主電路直流側分別經直流側電壓采集模塊、直流側電流采集模塊連接到控制電路2的CPU ；CPU與LSI相連通，基極驅動電路與主電路I的逆變電路和控制電路2的LSI均連通，變壓變頻輸出接口還通過交流側電壓采集模塊與CPU連接。其中，LSI主要包括運算電路、驅動電路以及保護電路，運算電路與CPU和基極驅動電路均連接。操作面板3與CPU和LSI均連通，操作面板3上安裝有多個開關按鈕以及信號參數顯示和調節儀表。下面以用于控制線材生產加工中的力矩電機為例，詳細描述根據本專利技術的變頻控制器的工作原理及控制方法。現在的線材加工設備大多需要對加工完成的成品進行工字輪收線，通常采用力矩電機驅動工字輪收線。材料經過前級處理后需要按照一定的張力要求收緊在工字輪上，通過力矩電機驅動收卷工字輪，通過力矩電機控制器(通常為調壓器)設定收卷轉矩，驅動力矩電機保持設定張力。如圖1所示，當本專利技術的變頻控制器取代常用的調壓器用于控制線材生產加工中的力矩電機時，力矩電機與變頻控制器的變頻變壓輸出接口相連。整流器將工頻交流電通過整流變成直流電；為了減少和抑制變頻器所產生的電磁干擾，直流電經過濾波電路到達逆變電路，再由逆變電路把直流電變換為頻率、電壓均可控的交流電；輸出的交流電驅動力矩電機進行工作；為了消耗減速剎車過程中電機產生的回饋能量，制動電路部分的電阻可以消耗升高的電壓，輔助變頻控制器減速剎車，保護主電路I。通過操作面板3的電源開關啟動變頻控制器，按照預定的力矩設定操作面板3上的輸入力矩參數。操作面板3將輸入信號傳輸給CPU和LSI，CPU同時接收直流側電壓采集模塊、直流側電流采集模塊以及交流側電壓采集模塊采集的信號，經過運算處理后產生控制信號傳輸給LSI。由于收卷要求力矩恒定，否則收線會出現松緊不一致的情況。而實際應用中收卷初期絲錠外徑比較小，此時轉速比較高。而隨著絲錠外徑的增加，速度要隨之降下來，但是力矩要保持不變。通過LSI的運算電路將外部的速度、轉矩等指令同電流、電壓采集模塊采集的信號進行比較運算，決定逆變電路的輸出電壓(V)、頻率(F)。通過設定運算電路的軟件算法，在運算電路中計算V/F曲線時，使V保持恒定不變。然后，基極驅動電路將運算電路的控制信號進行放大，并輸入到逆變電路對力矩電機進行控制，從而實現恒力矩的控制目的。如圖2和圖3所示，根據本專利技術的變頻控制器在控制力矩電機工作時，其矩頻特性曲線不是傳統的隨著頻率的增加而增加，反而是力矩隨著頻率的增加/降低而保持不變。因此，根據本專利技術的變頻控制器在控制力矩電機工作時，實現了力矩電機最高轉速的可調和更寬闊的轉速/轉矩設定范圍。在全速度范圍內可持續提供額定或者更高的轉矩，對收卷盤徑適應能力強，識別精度高，抗擾動能力強，從而從根本上保證了線材加工時提供前后一致的張力控制特性。張力控制精確，特別是能夠在加減速動態運行中提供持續恒定的張力。同時，采用本專利技術的變頻控制器控制力矩電機方案時，原有的操作習慣不變。另外，根據本專利技術的用于控制力矩電機的變頻控制器，既可以單獨改變電壓，又可以單獨改變頻率，根據實際需要進行相關的設定即可。同時，變頻控制器的使用，使操作人員能夠觀測加工過程中設備的輸出電壓、電流、轉矩等參數，為加工生產提供本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于控制力矩電機的變頻控制器，包括主電路、控制電路以及操作面板，主電路包括電源輸入接口、整流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路以及變頻變壓輸出接口；控制電路包括中央處理器、集成電路、基極驅動電路、直流側電壓采集模塊、直流側電流采集模塊以及交流側電壓采集模塊；集成電路主要包括運算電路；其中，電源輸入接口連接整流電路，整流電路通過濾波電路以及制動電路與逆變電路連通，逆變電路與變頻變壓輸出接口相連，整流電路與逆變電路之間形成主電路直流側，逆變電路與變頻變壓輸出接口之間形成主電路交流側，主電路直流側分別經直流側電壓采集模塊、直流側電流采集模塊連接到控制電路的中央處理器；中央處理器與集成電路相連通，基極驅動電路與主電路的逆變電路和控制電路的運算電路均連通，變壓變頻輸出接口還通過交流側電壓采集模塊與中央處理器連接；操作面板與中央處理器和集成電路均連通。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔡錦達，張劍皓，
申請(專利權)人：上海理工大學，
類型：發明
國別省市：