一种能实现绕线转子异步电机转子串电阻与定子调压同步控制的方法与流程

1.本发明是涉及一种能实现绕线转子异步电机转子串电阻与定子调压同步控制的方法，属于绕线转子异步电机控制技术领域。

背景技术：

2.绕线转子型三相异步电机(简称为绕线转子异步电机)由于转子绕组有三相引出线，可以通过在转子回路中串接电阻以改善电机的机械特性，能增大启动转矩，从而被广泛应用于冶金、港口等行业的起升设备(如：起重机系统)中。一般情况下，起重机系统中的金属结构件的使用寿命较长，对起重机的改造升级均是对起重电机(即：绕线转子异步电机)及其控制系统进行改造。
3.目前，在冶金行业中对起重电机的控制大部分是采用传统的转子串电阻控制方式，该种控制方式是采用接触器通断电机三相电压，并改变电机转子串电阻的方法进行控制，此方法的优点是结构简单，工作可靠，缺点是不能调压，电机定子电压为全压定值，不能实现软启动，运行过程中频繁的全压启动和制动，均会产生较大电流冲击，容易导致接触器和电机被烧坏，以致对起重机机械结构的冲击非常大，致使整套起重机系统的使用寿命受到很大影响，并且此方式不能实现动态调节电机转速。虽然现有的变频调速器可实现动态调压调速，但成本高，关键是，若将传统转子串电阻控制方式升级为变频调速控制方式，需要将现有的整套电阻器系统都替换掉，以致造成资源浪费、升级改造成本高昂且周期长，以致该类控制技术仅适用于一些高端应用场合，不适于对大量传统起重机系统进行升级改造。而我国冶金行业中现存的起重机大部分都是采用传统转子串电阻控制方式，随着产业发展，对起重电机的控制特性、使用寿命的要求越来越高，因此本领域急需研发一种能够兼顾这类电机的控制效果与经济性的最优改造升级方法。

技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种能实现绕线转子异步电机转子串电阻与定子调压同步控制的方法，以实现转子串电阻控制方式与定子调压控制方式的有机结合，使传统起重电机在具有转子串电阻控制功能的基础上，能同时具有软启动和定子调压调速控制功能，致使转子电阻的切除、接入时机更为精准，能实现以最小改动、最低成本对传统起重电机的控制系统进行升级改造，从而使传统起重电机的控制性能和机械特性得到最大优化和最佳发挥。
5.为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种能实现绕线转子异步电机转子串电阻与定子调压同步控制的方法，包括主控器，所述主控器内设有电压输出斜率控制单元、转子串电阻时间控制单元、转子串电阻频率控制单元；所述的电压输出斜率控制单元预设有电机启动电压、电机各运行档位所对应的目标定子电压及不同载荷比(即：实际载荷与额定载荷的比值)所对应的电压输出斜率推荐
值及电压输出斜率的计算公式：k＝(目标定子电压－电机启动电压)/δt，其中的k表示电压输出斜率值，δt表示由电机启动电压上升或下降到目标定子电压所花的时长；所述的转子串电阻时间控制单元预设有延时计数变量c和各级电阻切除所对应的延时值；所述的转子串电阻频率控制单元预设有各级电阻切除所对应的转子频率值；且所述方法包括如下步骤：
7.s1、主控器获取电机运行档位输入信息和载荷比输入信息及转子串电阻的控制模式；
8.s2、电压输出斜率控制单元根据获知的电机运行档位确定所对应的目标定子电压，并根据获知的载荷比确定所对应的电压输出斜率推荐值，然后按电压输出斜率的计算公式计算的电压升/降的时长δt控制电压输出，以实现定子调压及电机的软启动；
9.s3、若转子串电阻的控制模式设为时间控制模式，则转子串电阻时间控制单元一获知电机运行档位不为零档，就启动延时计数变量c的计数，并对c值与预设的各级电阻切除所对应的延时值进行动态比较，一旦c值与预设的某级电阻切除所对应的延时值相等时，就立即输出切除该级电阻的控制信息；若转子串电阻的控制模式设为频率控制模式，则转子串电阻频率控制单元一获知电机运行档位不为零档，就启动转子频率反馈值与预设的各级电阻切除所对应的转子频率值进行动态比较，一旦转子频率反馈值与某级电阻切除所对应的转子频率值相等时，就立即输出切除该级电阻的控制信息；
10.并且，步骤s2的电压输出控制与步骤s3的电阻切除控制在时序上保持严格同步关系。
11.一种实施方案，将电机运行档位分为零档、低档和高档，其中：零档对应的目标定子电压为0伏，高档对应的目标定子电压为全压380伏，低档对应的目标定子电压为全压的60％～85％，由用户根据具体需要在ac 228v～ac 323v范围内自行设置。
12.一种实施方案，载荷比与电压输出斜率推荐值之间为负相关，即：载荷比越大，电压输出斜率推荐值越小。
13.一种优选方案，载荷比与电压输出斜率推荐值之间的对应关系如下：
14.载荷比30％50％80％100％电压输出斜率推荐值210.50.3
15.其中的载荷比是指实际载荷与额定载荷的百分比值。
16.一种实施方案，电压输出斜率控制单元将计算得到的δt平分为n个时间片段，并根据公式：(目标定子电压－电机启动电压)/n计算和控制每个时间片段所需输出的电压增量或减量，其中的n为大于2的自然数。
17.一种实施方案，只要电机运行档位为零档，就使延时计数变量c的计数清零。
18.一种优选方案，若电机运行档位为低档，以预设的各级电阻切除所对应的延时值中的最大值设为延时计数变量c的计数上限值。
19.与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：
20.利用本发明所述的方法，可实现绕线转子异步电机转子串电阻与定子调压同步控制，不仅能实现转子串电阻控制方式与定子调压控制方式的有机结合，可使传统起重机系统中的该类绕线转子异步电机在具有转子串电阻控制功能的基础上，能同时兼有软启动、定子调压调速控制功能，可实现对现有转子串电阻控制的无缝兼容，而且能使转子串电阻
的切除、接入时机更为精准，控制模式可根据需要自由选择时间或频率控制模式，实现了对该类电机的多纬度控制；另外，本发明所述方法无需更换原有电阻器等硬件，能实现以最小改动、最低成本对传统起重电机的控制系统进行升级改造，能使传统起重电机的控制性能和机械特性得到最大优化和最佳发挥。因此，相对于现有技术，本发明具有显著性进步和很强的工业应用价值。
附图说明
21.图1是本发明实施例提供的一种能实现绕线转子异步电机转子串电阻与定子调压同步控制的方法对传统起重电机进行升级改造的原理框图。
具体实施方式
22.以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。
23.实施例
24.本实施例提供的一种能实现绕线转子异步电机转子串电阻与定子调压同步控制的方法，包括主控器，所述主控器内设有电压输出斜率控制单元、转子串电阻时间控制单元、转子串电阻频率控制单元；所述的电压输出斜率控制单元预设有电机启动电压、电机各运行档位所对应的目标定子电压及不同载荷比(即：实际载荷与额定载荷的比值)所对应的电压输出斜率推荐值及电压输出斜率的计算公式：k＝(目标定子电压－电机启动电压)/δt，其中的k表示电压输出斜率值，δt表示由电机启动电压上升或下降到目标定子电压所花的时长；所述的转子串电阻时间控制单元预设有延时计数变量c和各级电阻切除所对应的延时值；所述的转子串电阻频率控制单元预设有各级电阻切除所对应的转子频率值；且所述方法包括如下步骤：
25.s1、主控器获取电机运行档位输入信息和载荷比输入信息及转子串电阻的控制模式；
26.s2、电压输出斜率控制单元根据获知的电机运行档位确定所对应的目标定子电压，并根据获知的载荷比确定所对应的电压输出斜率推荐值，然后按电压输出斜率的计算公式计算的电压升/降的时长δt控制电压输出，以实现定子调压及电机的软启动；
27.s3、若转子串电阻的控制模式设为时间控制模式，则转子串电阻时间控制单元一获知电机运行档位不为零档，就启动延时计数变量c的计数，并对c值与预设的各级电阻切除所对应的延时值进行动态比较，一旦c值与预设的某级电阻切除所对应的延时值相等时，就立即输出切除该级电阻的控制信息；若转子串电阻的控制模式设为频率控制模式，则转子串电阻频率控制单元一获知电机运行档位不为零档，就启动转子频率反馈值与预设的各级电阻切除所对应的转子频率值进行动态比较，一旦转子频率反馈值与某级电阻切除所对应的转子频率值相等时，就立即输出切除该级电阻的控制信息；
28.并且，步骤s2的电压输出控制与步骤s3的电阻切除控制在时序上保持严格同步关系。
29.本实施例中，电机运行档位分为零档、低档和高档，其中：零档对应的目标定子电压为0伏，高档对应的目标定子电压为全压380伏，低档对应的目标定子电压为全压的60％～85％，由用户根据具体需要在ac 228v～ac 323v范围内自行设置。另外，只要电机运行档
位为零档，就使延时计数变量c的计数清零；若电机运行档位为低档，以预设的各级电阻切除所对应的延时值中的最大值设为延时计数变量c的计数上限值。
30.本实施例中，载荷比与电压输出斜率推荐值之间为负相关，即：载荷比越大，电压输出斜率推荐值越小，载荷比与电压输出斜率推荐值之间的对应关系优选如下：
31.载荷比30％50％80％100％电压输出斜率推荐值210.50.3
32.其中的载荷比是指实际载荷与额定载荷的百分比值。
33.作为优选方案，本实施例中的电压输出斜率控制单元将计算得到的δt平分为n个时间片段，并根据公式：(目标定子电压－电机启动电压)/n计算和控制每个时间片段所需输出的电压增量或减量，其中的n为大于2的自然数。
34.请参阅图1所示，运用本发明实施例提供的一种能实现绕线转子异步电机转子串电阻与定子调压同步控制的方法对传统起重电机进行升级改造的方法如下：
35.使本发明所述的主控器与主令开关、按键输入单元和电阻模式切换开关分别相连接，通过主令开关采集电机运行档位输入信息和通过按键输入单元获知载荷比输入信息及通过电阻模式切换开关获知转子串电阻控制模式的选择信息；
36.使起重电机自带的转子频率信号输出端与实现转子频率信号采集和信号处理(将正弦波信号转变成方波信号)的转子频率反馈电路的信号输入端相连接，并使转子频率反馈电路的信号输出端与本发明所述主控器的一信号输入端相连接；
37.并使本发明所述主控器中的转子串电阻时间控制单元和转子串电阻频率控制单元的信号输出端分别与能将对应控制单元输出的控制电平信号转换为220v ac信号的多路继电器开关模块的信号输入端相连接，该多路继电器开关模块的信号输出端与原有起重电机控制系统中的电阻器的信号输入端相连接；
38.并使本发明所述主控器中的电压输出斜率控制单元的信号输出端与用于采集该控制单元输出的d/a信号并对该d/a信号进行抬升、隔离和输出处理的电压输出电路的信号输入端相连接，该电压输出电路的信号输出端与用于将采集的控制电压信号转换为晶闸管相位角控制信号的晶闸管移相触发器模块的信号输入端相连接，并使该晶闸管移相触发器模块的信号输出端与用于控制原有起重电机正反运转的晶闸管驱动模块的信号输入端相连接；
39.因本发明所述主控器中的电压输出斜率控制单元可根据电机运行档位和实际载荷比及根据多年实践经验预设的电压输出斜率推荐值，很容易实现对输出电压的精准调控，从而实现电机的软启动功能和定子调压调速功能；同时，本发明所述主控器可根据所选择的转子串电阻的不同控制模式，在一接收到电机运行档位信息，就能实现对转子串电阻的同步控制；由此可见：因本发明所述方法能实现绕线转子异步电机转子串电阻与定子调压同步控制，可实现转子串电阻控制方式与定子调压控制方式的有机结合，因而可使传统起重机系统中的该类绕线转子异步电机在具有转子串电阻控制功能的基础上，能同时兼有软启动、定子调压调速控制功能，因此能实现对现有转子串电阻控制的无缝兼容，可使转子串电阻的切除、接入时机更为精准，控制模式可根据需要自由选择，可实现对该类电机的多纬度控制；并且，应用本发明所述方法对传统起重电机的控制方式进行升级改造，无需更换原有电阻器等硬件，且所需辅助硬件均为可市购或可利用现有技术集成制作的常用模块，
具有成本低，易于实现等优点，能实现以最小改动、最低成本对传统起重电机的控制系统进行升级改造，从而能使传统起重电机的控制性能和机械特性得到最大优化和最佳发挥。
40.综上所述，本发明相对于现有技术，具有显著性进步和很强的工业应用价值。
41.最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种能实现绕线转子异步电机转子串电阻与定子调压同步控制的方法，其特征在于：包括主控器，所述主控器内设有电压输出斜率控制单元、转子串电阻时间控制单元、转子串电阻频率控制单元；所述的电压输出斜率控制单元预设有电机启动电压、电机各运行档位所对应的目标定子电压及不同载荷比所对应的电压输出斜率推荐值及电压输出斜率的计算公式：k＝(目标定子电压－电机启动电压)/δt，其中的k表示电压输出斜率值，δt表示由电机启动电压上升或下降到目标定子电压所花的时长；所述的转子串电阻时间控制单元预设有延时计数变量c和各级电阻切除所对应的延时值；所述的转子串电阻频率控制单元预设有各级电阻切除所对应的转子频率值；且所述方法包括如下步骤：s1、主控器获取电机运行档位输入信息和载荷比输入信息及转子串电阻的控制模式；s2、电压输出斜率控制单元根据获知的电机运行档位确定所对应的目标定子电压，并根据获知的载荷比确定所对应的电压输出斜率推荐值，然后按电压输出斜率的计算公式计算的电压升/降的时长δt控制电压输出，以实现定子调压及电机的软启动；s3、若转子串电阻的控制模式设为时间控制模式，则转子串电阻时间控制单元一获知电机运行档位不为零档，就启动延时计数变量c的计数，并对c值与预设的各级电阻切除所对应的延时值进行动态比较，一旦c值与预设的某级电阻切除所对应的延时值相等时，就立即输出切除该级电阻的控制信息；若转子串电阻的控制模式设为频率控制模式，则转子串电阻频率控制单元一获知电机运行档位不为零档，就启动转子频率反馈值与预设的各级电阻切除所对应的转子频率值进行动态比较，一旦转子频率反馈值与某级电阻切除所对应的转子频率值相等时，就立即输出切除该级电阻的控制信息；并且，步骤s2的电压输出控制与步骤s3的电阻切除控制在时序上保持严格同步关系。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将电机运行档位分为零档、低档和高档，其中：零档对应的目标定子电压为0伏，高档对应的目标定子电压为全压380伏，低档对应的目标定子电压为全压的60％～85％，由用户根据具体需要在ac 228v～ac 323v范围内自行设置。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：载荷比与电压输出斜率推荐值之间为负相关，即：载荷比越大，电压输出斜率推荐值越小。4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于：载荷比与电压输出斜率推荐值之间的对应关系如下：对应关系如下：其中的载荷比是指实际载荷与额定载荷的百分比值。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：电压输出斜率控制单元将计算得到的δt平分为n个时间片段，并根据公式：(目标定子电压－电机启动电压)/n计算和控制每个时间片段所需输出的电压增量或减量，其中的n为大于2的自然数。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：只要电机运行档位为零档，就使延时计数变量c的计数清零。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：若电机运行档位为低档，以预设的各级电
阻切除所对应的延时值中的最大值设为延时计数变量c的计数上限值。

技术总结

本发明公开了一种能实现绕线转子异步电机转子串电阻与定子调压同步控制的方法，包括主控器，所述主控器内设有电压输出斜率控制单元、转子串电阻时间控制单元、转子串电阻频率控制单元；其中，电压输出斜率控制单元预设有电机启动电压、电机各运行档位所对应的目标定子电压及不同载荷比所对应的电压输出斜率推荐值及电压输出斜率的计算公式，转子串电阻时间控制单元预设有延时计数变量C和各级电阻切除所对应的延时值，转子串电阻频率控制单元预设有各级电阻切除所对应的转子频率值；主控器通过获取电机运行档位和载荷比的输入信息及转子串电阻控制模式的选择，可同步输出电压输出控制信号和转子串电阻控制信号，能用于传统起重电机的功能改造。起重电机的功能改造。