[发明专利]基于转矩角控制的空压机变转速调节方法

说明书

技术领域

本发明属于空压机节能运行与电机运动控制技术领域，具体涉及一种基于转矩角控制的空压机变转速调节方法。

背景技术

节约能源、安全生产已成为我国目前工业生产中所面临的一项重要课题。空压机作为一种把原动机的机械能转换为工作气体压力能的通用机械，广泛地应用在工业，交通运输等各部门。已成为各部门不可或缺的核心设备，然而由于传统空压机都在全速运行，不仅耗电量大，并且存在大量的浪费现象。同时由于控制动作的频繁，对设备造成不利影响甚至导致设备损坏，危及工作人员的人身安全。所以对空压机进行节能安全控制势在必行。

目前，变频调速技术已广泛应用于对空气压缩机的节能安全控制，针对同步电机驱动的空压机，主要变频方式有以下几种：

1、采用恒压频比控制的它控式变频器的变频调速，这种方法由于是转速开环控制，原动机较易发生失步与振荡现象，对设备及生产安全构成巨大的潜在威胁。

2、采用矢量或直接转矩控制的它控式变频器的变频调速，这种方法虽然有效的抑制了原动机的失步与振荡，但由于在生产过程中要对电机本身进行改造，过程复杂，在有些特殊场合几乎不可行。

3、采用自控式变频器或专用变频器的变频调速，这种方法由于其在安装上的困难以及变频器价格的昂贵。在国内诸如风机泵类这些对调速性能要求不高的场合，鲜有使用。

综上可见，现有技术的变频调速方法存在着各自的缺点，因此，发明一种节能廉价可靠的空压机变工况调节控制方法是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术存在的问题，提供一种空压机的恒压变频调速调节控制方法，采用价格相对较低且被广泛使用的通用变频器，控制上采用技术较为成熟的恒压频比控制，通过附加的转矩角闭环控制，确保了同步电机的稳定运行。

基于转矩角控制的空压机变转速调节方法，包括以下步骤：

1）将转矩角测算装置与空压机上的进口流量计以及出口压力计相连接，并与转矩角控制装置相连接，然后转矩角控制装置经电压调节器及电流调节器分别与通用变频器及励磁调节单元相连接；在管网或容器罐中安装压力变送装置，压力变送装置再与PID调节器相连接，构成压力闭环控制系统；

2）启动步骤1），将被测压力值经压力变送装置送到PID调节器中与给定压力值相比较，所得偏差经PID调节器处理后，得到电压信号U₁，将电压信号U₁送至电压调节器中，电压调节器调用预存的电机本身的U^*/f^*特性曲线，锁定与U₁匹配的特性曲线，并将其转化为相应的“占空比/频率”曲线，然后将该曲线信号送通用变频器，提供所需的电压，控制同步电机转速，从而改变气体流量，既而改变管网或容器罐中的压力值，维持压力恒定；

3）在步骤2）执行的过程中，空压机上的进口流量计以及出口压力计将各自测量得到的Q_a与P_c送给转矩角测算装置，转矩角测算装置通过调用空压机特性曲线模型P_c＝f(n，Q_a)，得出空压机转速n；

4）根据步骤3）中得到的转速n，转矩角测算装置再调用速度传感器模型，得出与转速n相对应的感应电动势E_c，感应电动势E_c经波形变换与分频后，生成与端电压等频的正弦波两者通过比相处理后，得到角θ，最后通过角度变换得到转矩角δ；

5）根据步骤4）中测算得出的转矩角δ，经过转矩角控制装置计算出转矩角偏差以及与转矩角相匹配的电压值分别送给电流调节器和电压调节器，然后将由调节器得来的信号分别送给励磁调节单元和通用变频器，从而控制转矩角的恒定，抑制冲击负载或其它扰动所带来的电机失步与振荡。

步骤5）中所述的转矩角控制装置的控制方法包括以下步骤：

步骤一，首先判断测算得来的转矩角δ与给定值δ₀是否相等，如果两者相等，继续循环判断，如果两者不相等，继而判断转矩角δ是否小于给定值δ₀，如果转矩角δ小于给定值δ₀，则将转矩角偏差Δδ送给电流调节器，经计算可得出需要调节的励磁电流ΔI_f，将ΔI_f送至励磁调节单元，继而控制励磁功率单元来减小励磁电流，消除偏差，返回继续执行；否则需判断dδ/dt是否小于等于转矩角一阶导的给定值F；