一种基于永磁同步电机的风机控制方法

1.本发明涉及永磁同步电机技术领域，具体涉及一种基于永磁同步电机的风机控制方法。

背景技术：

2.轴流式风机是是市场上最常用的一种通风、送风设备，之所以称为“轴流式”，是因为气体平行于风机轴流动。轴流风机通常用在流量要求较高而压力要求较低的场合。因此轴流风机在鼓风机、送风机、扫地机用电机等，国民生产各个领域和生活中的各行各业得到了非常广泛的运用。
3.由于气体在轴流风机中的流动情况十分复杂，运行工况因时因地都有变化，轴流风机气体流量检测的目的是为了实时检测轴流风机堵孔工况，以确保轴流风机在较高的效率范围内运行。传统的轴流风机气体流量检测是通过检测转速来实现对机械的保护，气体流量等于转速乘以出风口面积，这种方法持续时间长，相对繁琐，会影响工作效率和测值的准确性，不能科学有效的进行。
4.本发明根据转速、转矩电流、运行功率等信息对运行工况进行系统判断并进行针对控制。

技术实现要素：

5.本发明提供了一种基于永磁同步电机的风机控制方法，以解决现有技术中转速检测气体流量方法带来的测量不准确和工况判断的问题。
6.本发明提供了一种基于永磁同步电机的风机控制方法，包括流量检测过程以及保护控制过程；
7.其中，流量检测过程包括如下步骤：
8.步骤a1：预设功率，启动风机，并以预设功率运行；
9.步骤a2：获取电机的实际功率，将实际功率与预设功率进行比较：当实际功率大于等于预设功率时，执行步骤a3a；
10.当实际功率小于预设功率时，执行步骤a3b；
11.步骤a3a：根据当前转速、当前反馈转矩电流计算无堵孔流量和实际流量，或者根据当前转速、当前反馈转矩电流计算无堵孔流量，根据当前转速、预设功率计算实际流量；
12.步骤a3b：获取风机给定的转矩电流，当转矩电流饱和时，则判断为风机进风口全堵，气体流量为零；当转矩电流未饱和时，则根据当前转速和实际功率计算无堵孔流量和实际流量；
13.其中，保护控制过程包括：
14.预设最高转速、数个堵孔保护时间、高速保护时间，根据风机状态对风机运行状态进行控制，具体为：
15.当风机进风口全堵时，则控制风机停机；
16.当风机进风口未全堵时，则根据计算所得的无堵孔流量和实际流量，计算进风口堵孔大小，根据堵孔大小选择对应的堵孔保护时间；当堵孔的持续时间到达对应的保护时间，则控制风机停机；
17.当风机转速达到最高转速时，则最高转速持续时间达高速保护时间时控制风机停机。
18.可选地，所述步骤a3a中根据当前转速、当前反馈转矩电流计算无堵孔流量和实际流量，具体计算方法为：
[0019][0020][0021]
其中，ie为额定电流，qe为额定流量，ve为额定转速；qs为无堵孔流量；q
t
为实际流量；v
t
为当前转速；iq为当前反馈转矩电流；k
qb
为转矩电流转化为母线电流的系数。
[0022]
可选地，所述步骤a3a中根据当前转速、预设功率计算实际流量，具体计算方法为：
[0023][0024]
其中，pe为额定功率，ps为预设功率。
[0025]
可选地，所述步骤a3b中根据当前转速和实际功率计算无堵孔流量和实际流量，具体方法是：
[0026][0027][0028]
其中，p
t
为实际功率。
[0029]
可选地，所述保护控制中根据所计算的无堵孔流量和实际流量，计算进风口堵孔大小，具体方法为：
[0030][0031]
其中，b为堵孔大小。
[0032]
本发明的有益效果：
[0033]
1、本发明包括根据转速、转矩电流、运行功率等数据来获得风机的运行状态，加上风机的额定参数来较为简单的计算出气体流量，提高检测效率，并计算的无堵孔流量和实
际流量，能够快速判断堵孔状态，实现相应堵孔工况下的保护。
[0034]
2、本发明利用转矩电流，来判断是否全堵孔，是否触发最高转速，在保证检测效果的前提下提高了检测速度。
[0035]
3、本发明考虑了不同保护工况，能够有效防止特殊工况下的电机损伤。在不同堵孔工况下，由于气流的减小，会导致风机散热能下降；设置不同的保护时间，可以及时保护风机，避免发热导致电机损伤。
附图说明
[0036]
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
[0037]
图1为本发明具体实施例流量检测过程的流程图。
具体实施方式
[0038]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
本发明实施例提供一种基于永磁同步电机的风机控制方法，包括流量检测过程以及保护控制过程；
[0040]
其中，如图1所示，流量检测过程包括如下步骤：
[0041]
步骤s1：预设功率，启动风机，并以预设功率运行；
[0042]
步骤s2：获取电机的实际功率，将实际功率与预设功率进行比较：当实际功率大于等于预设功率时，执行步骤s3a；
[0043]
当实际功率小于预设功率时，执行步骤s3b；
[0044]
步骤s3a：根据当前转速、当前反馈转矩电流计算无堵孔流量和实际流量；
[0045]
具体计算方法为：
[0046][0047][0048]
其中，ie为额定电流，qe为额定流量，ve为额定转速；qs为无堵孔流量；q
t
为实际流量；v
t
为当前转速；iq为当前反馈转矩电流；k
qb
为转矩电流转化为母线电流的系数；
[0049]
对于实际流量的计算还可以根据当前转速、预设功率计算实际流量，具体计算方法为：
[0050][0051]
其中，pe为额定功率，ps为预设功率；
[0052]
步骤s3b：获取风机给定的转矩电流，当转矩电流饱和时，则判断为风机进风口全堵，气体流量为零；当转矩电流未饱和时，则根据当前转速和实际功率计算无堵孔流量和实际流量，具体方法是：
[0053][0054][0055]
其中，p
t
为实际功率，qs为无堵孔流量；q
t
为实际流量。
[0056]
步骤s3b中给定的转矩电流和转速限制的关系有：当实际功率小于预设功率、且转速未触发最高转速时，会增加给定转矩电流，使得实际功率更加接近预设功率；当实际功率小于预设功率、且转速触发最高转速时，此时给定转矩电流被限制，小于饱和电流。
[0057]
保护控制过程包括：
[0058]
预设最高转速、数个堵孔保护时间、高速保护时间，根据风机状态对风机运行状态进行控制，具体为：
[0059]
当风机进风口全堵时，则控制风机停机；
[0060]
当风机进风口未全堵时，则根据计算所得的无堵孔流量和实际流量，计算进风口堵孔大小，具体方法为：
[0061][0062]
其中，b为堵孔大小；
[0063]
根据堵孔大小选择对应的堵孔保护时间；当堵孔的持续时间到达对应的保护时间，则控制风机停机；
[0064]
当风机转速达到最高转速时，则最高转速持续时间达高速保护时间时控制风机停机。
[0065]
具体实施例中采用的是风机额定参数是20000r/min，额定风量10l/s，额定电流2a，额定电压24v，额定功率48w。额定工况不代表是极限工况，效率忽略不计。
[0066]
实例一，若v
t
＝40000r/min，iq＝16a，kqb＝0.5，ps＝p
t
＝144w，则有：
[0067]
[0068][0069]
或者
[0070]
此时qs＝q
t
，没有发生堵孔。
[0071]
实例二，若v
t
＝80000r/min，kqb＝0.5，ps＝144w，p
t
＝96w，则有：
[0072][0073][0074]
此时发生87.5％程度堵孔。
[0075]
根据所计算的无堵孔流量和实际流量，计算进风口堵孔大小，选择相应堵孔保护时间；堵孔保护时间可以这样设置：
[0076][0077]
即当87.5％程度堵孔持续10s后便会停机保护。堵孔保护是为了：电机不会因流经气体过少导致温升严重。持续堵孔会导致风机本体发热严重。
[0078]
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

技术特征：

1.一种基于永磁同步电机的风机控制方法，其特征在于，包括流量检测过程以及保护控制过程；其中，流量检测过程包括如下步骤：步骤a1：预设功率，启动风机，并以预设功率运行；步骤a2：获取电机的实际功率，将实际功率与预设功率进行比较：当实际功率大于等于预设功率时，执行步骤a3a；当实际功率小于预设功率时，执行步骤a3b；步骤a3a：根据当前转速、当前反馈转矩电流计算无堵孔流量和实际流量，或者根据当前转速、当前反馈转矩电流计算无堵孔流量，根据当前转速、预设功率计算实际流量；步骤a3b：获取风机给定的转矩电流，当转矩电流饱和时，则判断为风机进风口全堵，气体流量为零；当转矩电流未饱和时，则根据当前转速和实际功率计算无堵孔流量和实际流量；其中，保护控制过程包括：预设最高转速、数个堵孔保护时间、高速保护时间，根据风机状态对风机运行状态进行控制，具体为：当风机进风口全堵时，则控制风机停机；当风机进风口未全堵时，则根据计算所得的无堵孔流量和实际流量，计算进风口堵孔大小，根据堵孔大小选择对应的堵孔保护时间；当堵孔的持续时间到达对应的保护时间，则控制风机停机；当风机转速达到最高转速时，则最高转速持续时间达高速保护时间时控制风机停机。2.如权利要求1所述的基于永磁同步电机的风机控制方法，其特征在于，所述步骤a3a中根据当前转速、当前反馈转矩电流计算无堵孔流量和实际流量，具体计算方法为：中根据当前转速、当前反馈转矩电流计算无堵孔流量和实际流量，具体计算方法为：其中，i
e
为额定电流，q
e
为额定流量，v
e
为额定转速；q
s
为无堵孔流量；q
t
为实际流量；v
t
为当前转速；i
q
为当前反馈转矩电流；k
qb
为转矩电流转化为母线电流的系数。3.如权利要求1所述的基于永磁同步电机的风机控制方法，其特征在于，所述步骤a3a中根据当前转速、预设功率计算实际流量，具体计算方法为：其中，p
e
为额定功率，p
s
为预设功率。4.如权利要求1所述的基于永磁同步电机的风机控制方法，其特征在于，所述步骤a3b
中根据当前转速和实际功率计算无堵孔流量和实际流量，具体方法是：中根据当前转速和实际功率计算无堵孔流量和实际流量，具体方法是：其中，p
t
为实际功率。5.如权利要求1所述的基于永磁同步电机的风机控制方法，其特征在于，所述保护控制中根据所计算的无堵孔流量和实际流量，计算进风口堵孔大小，具体方法为：其中，b为堵孔大小。

技术总结

本发明公开了一种基于永磁同步电机的风机控制方法，包括流量检测过程以及保护控制过程；其中，流量检测过程是根据实际功率的大小，选择不用的方式计算无堵孔流量和实际流量；保护控制过程是根据风机转速和风机进风口状态选择不同的停机方式。本发明能够快速判断堵孔状态，实现相应堵孔工况下的保护。实现相应堵孔工况下的保护。实现相应堵孔工况下的保护。