[發明專利]負載轉矩控制系統和負載轉矩控制方法

有效

• 申請號: 201210365891.1
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN103840736B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 呂春野;劉立偉
• 申請（專利權）人: 西門子工廠自動化工程有限公司
• 主分類號: H02P29/00
• 分類號: H02P29/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 李慧

技術領域

本發明涉及機械設備控制領域，尤其涉及一種用于長軸系或彈性負載機械設備的負載轉矩控制系統；另外，本發明還涉及用于控制長軸系或彈性負載機械設備的負載轉矩的方法。

背景技術

長軸系（long?shaft）或彈性負載（flexible?load）機械設備在運轉過程中，在遇到負載轉矩突增或者突減而造成轉速不合理的情況時，很容易造成機械設備損壞等故障，嚴重影響設備安全性，降低使用壽命。

長軸系或彈性負載機械設備在運轉過程中需要維持平穩的旋轉速度，在設備突然加速時，由于設備自身具備一定的彈性，轉動慣量較大，設備軸系會吸收電機傳輸到軸驅動端的能量，造成軸系末端速度低于驅動端；當驅動端速度平穩以后，驅動器將保持恒定的能量輸出；由于軸系儲存能量的存在，這些能量會繼續釋放到軸系末端，如果能量釋放速度過快，軸系末端轉速會持續升高并高于驅動端速度，從而帶動整個軸系速度超調；電機驅動端將減小能量輸出以保持速度實際值與速度設定值一致，這種調節過程將反復出現，轉矩的反復波動和沖擊會造成設備振動，影響使用壽命。

長軸系或彈性負載機械設備在運轉過程中，負載突然增加或堵轉時，由于機械軸系很長或彈性的存在，軸系會吸收部分能量，所以軸驅動端速度不會有明顯變化，電機會繼續旋轉，持續輸入能量，施加到機械軸系上轉矩的增大，導致軸系末端轉矩變得非常大，當傳遞的轉矩超過負載時，軸系末端的旋轉將失去控制，直到電機端檢測到轉速的增加。電機將降低輸出轉矩并傳遞到軸系末端，軸系末端將會再次被阻；如果采用普通的轉矩控制方式，這種失控的旋轉波動會周期性傳遞，將發生軸向扭振、徑向諧振、失速、反轉等失控問題，造成機械設備磨損、扭斷、橫向切斷等故障。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種提高變速驅動器效率的系統和方法，用以提高變速驅動器的效率，進一步確保變速驅動器的線性度。

因此，本發明的目的在于提供了一種負載轉矩控制系統，該負載轉矩控制系統實時監測機械設備實際轉矩、旋轉速度、速度的瞬態波動，系統自動對速度進行調節，實現能量的平穩傳遞和釋放，提高安全性和使用壽命。另外，本發明的另一目的在于提供一種負載轉矩控制方法，利用該方法，能夠實時監測機械設備實際轉矩、旋轉速度、速度的瞬態波動，系統自動對速度進行調節，實現能量的平穩傳遞和釋放，提高安全性和使用壽命。

根據本發明的一個方面，提供了一種負載轉矩控制系統，該負載轉矩控制系統包括：輸入單元，通過該輸入單元輸入電機的轉速設定值；檢測單元，該檢測單元檢測電機的轉矩實際值；計算單元，該計算單元根據檢測單元檢測的轉矩實際值計算轉矩變化率，將所述計算單元所計算的轉矩變化率與預先設定值相比較，并且在所述轉矩變化率大于所述預先設定值時，改變所述轉速設定值，并根據改變后的轉速設定值改變電機的轉速。

由此，在電機的轉矩發生劇烈變化時，例如在負載或阻力增大時，在現有技術中，由于速度保持恒定，則電機的轉矩輸出急劇增加，超出電機所允許的功率極限，造成電機或設備的損壞。但是根據本發明，在負載或阻力增大時，負載轉矩控制系統在允許的波動范圍內將電機的轉速下降，由此，即便電機轉矩增加，也不會導致電機功率超出允許的功率極限，由此避免了電機或設備的損壞

優選的是，所述預先設定值為固定值，由此，所述預先設定值可以通過輸入單元輸入或者事先在系統中固化。另外，所述預先設定值可以與電機轉速成反比，且與電機的平均功率和最大允許功率成反比。

優選的是，所述輸入單元還輸入轉速調節系數K，所述計算單元根據所述轉速調節系數K改變所述轉速設定值。該轉速調節系統K可以根據具體的應用情況予以人工設置，由此，可以根據不同的實際情況人工干預電機的轉速調節。

優選的是，所述計算單元還包括波動范圍計算單元，該波動范圍計算單元計算電機速度的波動范圍，以在波動范圍內改變所述轉速設定值。

通過設定該波動范圍計算單元，可以防止將轉速設定值變化過大，由此造成電機轉速波動劇烈。優選的是，該波動范圍小于所述轉速設定值的50%。

所述輸入單元還輸入轉矩限定值，優選的是，所述波動范圍計算單元包括：第一平均值計算器，該第一平均值計算器計算所述檢測單元所檢測的轉矩實際值的平均值；第一功率計算單元，該第一功率計算單元計算所述轉矩限定值和所述轉速設定值的乘積作為最大允許功率；速度計算單元，該速度計算單元計算所述最大允許功率除以所述轉矩平均值的結果作為電機當前最大允許速度；以及速度補償計算器，該速度補償計算器計算所述電機當前最大勻速速度與所述電機設定速度的差作為所述波動范圍。