[發明專利]基于轉矩角控制的空壓機變轉速調節方法

無效

• 申請號: 201310059060.6
• 申請日: 2013-02-25
• 公開（公告）號: CN103133320A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 謝慕君;姜長泓;步偉明;王盛慧;陳月巖
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: F04B49/06
• 分類號: F04B49/06
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發明屬于空壓機節能運行與電機運動控制技術領域，具體涉及一種基于轉矩角控制的空壓機變轉速調節方法。

背景技術

節約能源、安全生產已成為我國目前工業生產中所面臨的一項重要課題。空壓機作為一種把原動機的機械能轉換為工作氣體壓力能的通用機械，廣泛地應用在工業，交通運輸等各部門。已成為各部門不可或缺的核心設備，然而由于傳統空壓機都在全速運行，不僅耗電量大，并且存在大量的浪費現象。同時由于控制動作的頻繁，對設備造成不利影響甚至導致設備損壞，危及工作人員的人身安全。所以對空壓機進行節能安全控制勢在必行。

目前，變頻調速技術已廣泛應用于對空氣壓縮機的節能安全控制，針對同步電機驅動的空壓機，主要變頻方式有以下幾種：

1、采用恒壓頻比控制的它控式變頻器的變頻調速，這種方法由于是轉速開環控制，原動機較易發生失步與振蕩現象，對設備及生產安全構成巨大的潛在威脅。

2、采用矢量或直接轉矩控制的它控式變頻器的變頻調速，這種方法雖然有效的抑制了原動機的失步與振蕩，但由于在生產過程中要對電機本身進行改造，過程復雜，在有些特殊場合幾乎不可行。

3、采用自控式變頻器或專用變頻器的變頻調速，這種方法由于其在安裝上的困難以及變頻器價格的昂貴。在國內諸如風機泵類這些對調速性能要求不高的場合，鮮有使用。

綜上可見，現有技術的變頻調速方法存在著各自的缺點，因此，發明一種節能廉價可靠的空壓機變工況調節控制方法是亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是為解決現有技術存在的問題，提供一種空壓機的恒壓變頻調速調節控制方法，采用價格相對較低且被廣泛使用的通用變頻器，控制上采用技術較為成熟的恒壓頻比控制，通過附加的轉矩角閉環控制，確保了同步電機的穩定運行。

基于轉矩角控制的空壓機變轉速調節方法，包括以下步驟：

1）將轉矩角測算裝置與空壓機上的進口流量計以及出口壓力計相連接，并與轉矩角控制裝置相連接，然后轉矩角控制裝置經電壓調節器及電流調節器分別與通用變頻器及勵磁調節單元相連接；在管網或容器罐中安裝壓力變送裝置，壓力變送裝置再與PID調節器相連接，構成壓力閉環控制系統；

2）啟動步驟1），將被測壓力值經壓力變送裝置送到PID調節器中與給定壓力值相比較，所得偏差經PID調節器處理后，得到電壓信號U₁，將電壓信號U₁送至電壓調節器中，電壓調節器調用預存的電機本身的U^*/f^*特性曲線，鎖定與U₁匹配的特性曲線，并將其轉化為相應的“占空比/頻率”曲線，然后將該曲線信號送通用變頻器，提供所需的電壓，控制同步電機轉速，從而改變氣體流量，既而改變管網或容器罐中的壓力值，維持壓力恒定；

3）在步驟2）執行的過程中，空壓機上的進口流量計以及出口壓力計將各自測量得到的Q_a與P_c送給轉矩角測算裝置，轉矩角測算裝置通過調用空壓機特性曲線模型P_c＝f(n，Q_a)，得出空壓機轉速n；

4）根據步驟3）中得到的轉速n，轉矩角測算裝置再調用速度傳感器模型，得出與轉速n相對應的感應電動勢E_c，感應電動勢E_c經波形變換與分頻后，生成與端電壓等頻的正弦波兩者通過比相處理后，得到角θ，最后通過角度變換得到轉矩角δ；

5）根據步驟4）中測算得出的轉矩角δ，經過轉矩角控制裝置計算出轉矩角偏差以及與轉矩角相匹配的電壓值分別送給電流調節器和電壓調節器，然后將由調節器得來的信號分別送給勵磁調節單元和通用變頻器，從而控制轉矩角的恒定，抑制沖擊負載或其它擾動所帶來的電機失步與振蕩。

步驟5）中所述的轉矩角控制裝置的控制方法包括以下步驟：

步驟一，首先判斷測算得來的轉矩角δ與給定值δ₀是否相等，如果兩者相等，繼續循環判斷，如果兩者不相等，繼而判斷轉矩角δ是否小于給定值δ₀，如果轉矩角δ小于給定值δ₀，則將轉矩角偏差Δδ送給電流調節器，經計算可得出需要調節的勵磁電流ΔI_f，將ΔI_f送至勵磁調節單元，繼而控制勵磁功率單元來減小勵磁電流，消除偏差，返回繼續執行；否則需判斷dδ/dt是否小于等于轉矩角一階導的給定值F；