一種防止變頻電機共振的驅動方法

2023-08-08 15:42:31 1

專利名稱：一種防止變頻電機共振的驅動方法
技術領域：
本發明涉及一種變頻電機的驅動方法，使變頻電機無論拖動何種實際負載,都能避免在某個固有頻率點發生共振。
背景技術：
目前的變頻電機在變頻器的驅動下，普遍支持在一個較 寬的頻率範圍譬如IOHz至IOOHz內平穩運行。但是在實際的應用場景下，當變頻電機被固定在機器上，並接上負載後，變頻電機與應用對象共同構成了一個整體，該整體的共振頻率點往往有可能落在變頻電機的運行頻率範圍內。為了避免變頻電機與應用對象發生共振而引起的危害，變頻器應具備一定的防止共振發生的能力。目前市面的變頻器往往通過禁止變頻電機運行在共振頻率點的做法來避免共振的發生，但是共振頻率點會因具體應用場景而異，因此無法通用，具體操作起來也不方便。於是需要對現有技術進行改進。

發明內容
本發明旨在提供一種無論變頻電機被用於何種對象和場景，使用同一套策略即可避免共振的驅動方法。本發明的驅動方法如下一種防止變頻電機共振的驅動方法每隔固定的時間間隔t，在變頻器的原輸出頻率上疊加一個具有確定邊界的隨機數；所述時間間隔t大於等於變頻電機速度閉環的響應時間。本發明的設計思路如下電機在工作狀態下，轉子每秒鐘迴轉固定的圈數，記為運行頻率f·。當電機被安裝到工作檯上，電機軸接上負載後，電機-機臺-負載共同構成一個整體，該整體因物理形狀、質量分布不同而通常呈現出不同的共振頻率點fftjS。譬如變頻空調中，壓縮機-箱體-熱交換管路所組成的室外機整體，其共振頻率點fftjs通常在28Hz至40Hz。當某種工況下電機運行頻率剛好與室外機整體的共振頻率點 * 重合時，室外機整體包括電機本體都將發生共振而產生不良後果。經過對電機實際運行數據進行大量分析後，我們發現單個結構整體的振動幅度的頻譜以共振頻率點fftjs為中心，快速地向兩側衰減，呈現的特性如圖I所示。可見在共振頻率點的±1Ηζ處，共振的能量已經極大地衰減。鑑於目前很多變頻應用場合允許電機的運行頻率精度在±1Ηζ甚至更低要求，如應用在變頻空調、變頻風機的場合。於是我們設計在變頻器的原輸出頻率上每隔固定的時間間隔t，就疊加一個具有確定邊界的隨機數，使得變頻器的實際輸出頻率每隔固定的時間間隔t就變化一次。由於所疊加的隨機數具有邊界，即隨機數的值只處在某預設範圍內，因此變頻器的實際輸出頻率也只會在有限的範圍內作離散性的變化。電機的運行頻率f_始終追隨著變化的變頻器實際輸出頻率，而不是固定於一個頻點上。這樣的做法使得即使變頻器的原輸出頻率與共振頻率點fftJS相同，電機的運行頻率最多只會短時在共振頻率點fftjs工作，而更多的時候會在共振頻率點fftjs附近的頻率工作，從而避免可能性的電機長時間工作於共振頻率點fftjs而引起的長 時間共振。所述隨機數可以通過在一個有確定邊界的隨機數序列I中連續取值而獲得。如圖2所示，經實驗測試，在採用本發明的驅動方法後，變頻電機振動幅度的頻譜在共振頻率點fftjs以及共振頻率點fftjs附近的振動幅度被極大地攤薄，電機的振動位移明顯減小。本發明具有避免變頻電機與其所在的結構整體之間發生共振的效果，且該效果的獲得與結構整體的共振頻點無關，共振頻點不同的各結構整體均適用。本發明還具有易於實現的特點。


圖I是常規情況下結構整體的「變頻電機運行頻率一震動幅度」圖像；圖2是採用本發明方法後結構整體的「變頻電機運行頻率一震動幅度」圖像。
具體實施例方式實施例I假設某結構整體的共振頻率點f共振為40Hz，某工況下變頻器的原輸出頻率也是40Hz，於是變頻電機的運行頻率f·非常接近40Hz，此時變頻電機與該結構整體之間將發生共振。假設本例的變頻電機的速度閉環響應時間為200ms。為解決本例的共振問題，每隔200ms就在變頻器的原輸出頻率上疊加一個在±1Ηζ範圍內的隨機數，使得變頻器的實際輸出頻率在39Hz至41Hz之間變化，例如每隔200ms，所疊加的隨機數為-O. 5Hz，+0. 1Hz,
+0. 6Hz，-0. 3Hz，0Hz，IHz，-O. 7Ηζ，_1Ηζ......,則此時變頻器的實際輸出頻率對應為39. 5Hz,
40.1Hz, 40. 6Ηζ，39· 7Hz, 40Hz, 41Hz, 39. 3Ηζ, 39Ηζ......。由於變頻電機的運行頻率始終
追隨著變化的變頻器的實際輸出頻率，於是該工況下即使變頻器的原輸出頻率與共振頻率
相同，但由於變頻器的實際輸出頻率的上述特性，使得變頻電機與該結構整體之間的共振效應被大大降低。本例的變頻電機實際應用時通常會採用RPM (轉每分鐘)的方式來描述其轉速。±1Ηζ範圍的隨機數轉換為RPM，即需要獲得在-60至59範圍內的隨機數，然後再將該_60至59範圍內的隨機數疊加到變頻器的原輸出轉速上。這等效於在一個O至119範圍內的隨機數序列I中連續取值，然後疊加到變頻器的原輸出轉速上。這樣的隨機數列I可採用以下公式計算得出IJ+1=(IjXa+c)mod(120)其中a和c是可隨便選定的一個正整數，I0作為本數列的第一個隨機數稱為「種子」，我們可以從變頻器CPU的時鐘數值獲取。實施例2本實施例與實施例I的不同之處在於根據所要求的精度，在變頻器的原輸出頻率上疊加一個在-O. 8Hz至+0. 5Hz範圍內的隨機數。本說明書列舉的僅為本發明的較佳實施方式，凡在本發明的工作原理和思路下所 做的等同技術變換，均視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.ー種防止變頻電機共振的驅動方法，其特徵是每隔固定的時間間隔t，在變頻器的原輸出頻率上疊加ー個具有確定邊界的隨機數；所述時間間隔t大於等於變頻電機速度閉環的響應時間。
2.如權利要求I所述的ー種防止變頻電機共振的驅動方法，其特徵是所述隨機數通過在ー個有確定邊界的隨機數序列I中連續取值而獲得。
3.如權利要求2所述的ー種防止變頻電機共振的驅動方法，其特徵是所述隨機數序列I採用如下公式計算得出I.+i=(IjXa+c)mod(120) 其中a和c是可隨便選定的ー個正整數，I0作為本序列的第一個隨機數稱為「種子」，I0從變頻器CPU的時鐘數值獲取。
4.如權利要求I所述的ー種防止變頻電機共振的驅動方法，其特徵是所述隨機數的邊界為±1Ηζ。
全文摘要
本發明提供一種無論變頻電機被用於何種對象和場景，使用同一套策略即可避免共振的驅動方法。一種防止變頻電機共振的驅動方法每隔固定的時間間隔t，在變頻器的原輸出頻率上疊加一個具有確定邊界的隨機數；所述時間間隔t大於等於變頻電機速度閉環的響應時間。本發明具有避免變頻電機與其所在的結構整體之間發生共振的效果，且該效果的獲得與結構整體的共振頻點無關，共振頻點不同的各結構整體均適用。本發明還具有易於實現的特點。
文檔編號H02P23/00GK102843092SQ201210364579
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者馮建宏, 李有興 申請人:佛山市順德區和而泰電子科技有限公司