專利名稱：負(fù)載的實(shí)際功率的動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及AC電動(dòng)機(jī)，并且更具體地，涉及用于降低開(kāi)環(huán)AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(其可至少包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)和連接的負(fù)載)的實(shí)際功率(real power)使用的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
開(kāi)環(huán)AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器典型地被編程為基于電壓/頻率(V/Hz)運(yùn)行曲線來(lái)運(yùn)行。由于開(kāi)環(huán)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的V/Hz設(shè)置典型地僅僅在驅(qū)動(dòng)器并非正在運(yùn)行時(shí)才是可調(diào)整的，和/或?qū)嶋H的電動(dòng)機(jī)負(fù)載條件在驅(qū)動(dòng)器調(diào)試(commissioning)時(shí)是不知道的,所以V/Hz運(yùn)行曲線典型地是在驅(qū)動(dòng)器的初始安裝和設(shè)置過(guò)程中編程的預(yù)先設(shè)置的且靜態(tài)的曲線?？梢酝ㄟ^(guò)ー階或線性V/Hz運(yùn)行曲線來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行編程，以保持施加到電動(dòng)機(jī)的頻率和電壓之間的恒定比率。這種運(yùn)行曲線保持氣隙中的恒定通量，并且因此生成電動(dòng)機(jī)中的恒定轉(zhuǎn)矩。作為替代的是，可以選擇ニ階V/Hz曲線，其中，輸出轉(zhuǎn)矩近似地與電動(dòng)機(jī)速度的平方成比例。ー些電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器還提供預(yù)先設(shè)置的用戶可編程V/Hz設(shè)置以滿足特定應(yīng)用的要求。一旦編程，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器在驅(qū)動(dòng)器的壽命期間典型地基于預(yù)先設(shè)置的運(yùn)行曲線來(lái)運(yùn)行，除非操作者在稍后時(shí)改變了驅(qū)動(dòng)器設(shè)置。目前，一些驅(qū)動(dòng)器具有能量保持選項(xiàng)，例如“通量最小化”或“通量最佳化”。這些選項(xiàng)通常被設(shè)計(jì)為動(dòng)態(tài)地尋找電動(dòng)機(jī)中的最小電流或通量，而不是整體電動(dòng)機(jī)輸入功率。這些選項(xiàng)典型地選擇這樣的電動(dòng)機(jī)電壓其在線性V/Hz設(shè)置和二次V/Hz設(shè)置之間。典型地，通常被稱為恒定V/Hz曲線的線性V/Hz曲線是大部分開(kāi)環(huán)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的默認(rèn)設(shè)置。雖然用于給定電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的線性V/Hz曲線設(shè)置典型地被編程為向負(fù)載提供恒定轉(zhuǎn)矩，但是許多可變轉(zhuǎn)矩應(yīng)用不需要這種恒定轉(zhuǎn)矩輸出。因此，V/Hz曲線設(shè)置通常導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)——特別是電動(dòng)機(jī)及其連接的負(fù)載——的浪費(fèi)的能量以及低效率的運(yùn)行。此外，由于V/Hz曲線設(shè)置是靜態(tài)的，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器獨(dú)立于運(yùn)行條件中的任何變化而運(yùn)行。盡管ー些電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器可允許用戶通過(guò)例如調(diào)整V/Hz曲線的開(kāi)始、中間和/或結(jié)束點(diǎn)來(lái)改變V/Hz曲線，但是這樣的編程不能由驅(qū)動(dòng)器自身自動(dòng)執(zhí)行，并且可能是僅當(dāng)電動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)才可完成。這典型地需要對(duì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器和特定電動(dòng)機(jī)及負(fù)載應(yīng)用的負(fù)載分布曲線(loading profile)具有透徹理解的熟練技師。調(diào)試驅(qū)動(dòng)器的操作者典型地選擇線性V/Hz曲線的另一原因在于線性V/Hz曲線提供恒定的轉(zhuǎn)矩并使這樣的風(fēng)險(xiǎn)最小化使用非線性V/Hz曲線(例如，ニ階曲線)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩可能不足以滿足可變轉(zhuǎn)矩應(yīng)用的負(fù)載轉(zhuǎn)矩需求。如果調(diào)試驅(qū)動(dòng)器的操作者不完全理解安裝驅(qū)動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的負(fù)載分布曲線，這一點(diǎn)尤其成立。例如，在廢水處理廠中，水泵電機(jī)通常被設(shè)計(jì)為滿足在夏天發(fā)生大雨時(shí)的峰值需求。然而，在一年的大部分時(shí)間里，水泵電機(jī)的負(fù)載百分比可能非常低。在此應(yīng)用中使用ニ階V/Hz曲線可能是有風(fēng)險(xiǎn)的，這是由于在大雨事件發(fā)生時(shí)，ニ階V/Hz曲線可能不能提供足夠的轉(zhuǎn)矩。另外，調(diào)試驅(qū)動(dòng)器的操作者通常與エ廠中負(fù)責(zé)監(jiān)視和控制能量節(jié)省的人不是同一個(gè)人。因此，調(diào)試驅(qū)動(dòng)器的操作者選擇超越標(biāo)準(zhǔn)線性V/Hz曲線設(shè)置的、用于能量節(jié)省的不同V/Hz曲線設(shè)置的動(dòng)機(jī)可能很小。因此，設(shè)計(jì)這樣的裝置和方法將會(huì)是受歡迎的其用于在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)調(diào)整開(kāi)環(huán)AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的V/Hz運(yùn)行曲線，使得驅(qū)動(dòng)器自己能夠確定施加到電動(dòng)機(jī)的最佳電壓和頻率，以便使得電動(dòng)機(jī)輸入實(shí)際功率最小化，并實(shí)現(xiàn)附加的能量節(jié)省，同時(shí)，保持穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于控制連接到負(fù)載的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)和方法，其克服了上述缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面，控制系統(tǒng)被編程為，基于初始電壓/赫茲(V/Hz)曲線將初始電壓-頻率命令輸入到AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，接收根據(jù)初始電壓-頻率命令生成的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的實(shí)時(shí)輸出，以及將多個(gè)修改后的電壓-頻率命令反饋到AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述多個(gè)修改后的電壓-頻率命令的每ー個(gè)包括與初始V/Hz曲線間的偏差。控制系統(tǒng)還被編程為，確定與所述多個(gè)修改后的電壓-頻率命令中的每ー個(gè)對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)參數(shù)的實(shí)時(shí)值，并將修改后的電壓-頻率命令反饋到AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使得電動(dòng)機(jī)參數(shù)的實(shí)時(shí)值在電動(dòng)機(jī)參數(shù)公差范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出的方法包括根據(jù)靜態(tài)電壓-頻率分布曲線來(lái)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器以生成輸出功率，確定與靜態(tài)電壓-頻率分布曲線對(duì)應(yīng)的規(guī)定的電動(dòng)機(jī)參數(shù)的值。所述方法還包括確定規(guī)定的電動(dòng)機(jī)參數(shù)的公差帶，在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行期間有選擇地修改靜態(tài)電壓-頻率分布曲線，以生成降低的電動(dòng)機(jī)輸入功率，按與公差帶內(nèi)的規(guī)定的電動(dòng)機(jī)參數(shù)值對(duì)應(yīng)的電壓-頻率設(shè)置來(lái)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器被配置為向負(fù)載供電。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括被設(shè)計(jì)為向負(fù)載提供電カ的逆變器以及可操作地連接以控制逆變器的運(yùn)行的控制器?？刂破鞅慌渲脼樵陔妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行期間使得逆變器調(diào)整電壓-頻率設(shè)置，以便使逆變器根據(jù)多個(gè)變化的電壓-頻率設(shè)置中的每ー個(gè)來(lái)進(jìn)行運(yùn)行，并監(jiān)視與每個(gè)電壓-頻率設(shè)置對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)參數(shù)的實(shí)時(shí)值?？刂破鬟€被配置為識(shí)別對(duì)于電動(dòng)機(jī)參數(shù)的公差帯，并使逆變器根據(jù)電壓-頻率設(shè)置來(lái)運(yùn)行，使得電動(dòng)機(jī)參數(shù)落在公差帶內(nèi)。通過(guò)下面的詳細(xì)說(shuō)明和附圖將會(huì)了解本發(fā)明的多種其他特征和優(yōu)點(diǎn)。


附圖示出了目前為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所想到的優(yōu)選實(shí)施例。在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的不意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一方面包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的示意圖3是根據(jù)本發(fā)明的再一方面包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的示意圖；
圖4為一流程圖，其詳述了可以在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖I至3的任意電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制技術(shù)的示例性步驟；圖5是用于圖4的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制技術(shù)的實(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的一系列示意性圖表;圖6為ー不意性圖表,其不出了對(duì)于根據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例的圖4的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制技術(shù)運(yùn)行的給定電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的能量節(jié)??；圖7為ー示意性圖表，其示出了對(duì)于根據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例的圖4的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制技術(shù)運(yùn)行的給定電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的能量節(jié)??；圖8-10為ー系列示意性圖表，其示出了多個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制技術(shù)的比較。
具體實(shí)施例方式給出了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，其涉及克服了前述缺點(diǎn)的對(duì)連接到負(fù)載的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的這些實(shí)施例被指向用于包括多種結(jié)構(gòu)和控制方案的開(kāi)環(huán)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的能量最優(yōu)化控制系統(tǒng)。圖I中示出了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)10和相關(guān)聯(lián)的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器12的通常結(jié)構(gòu)。例如，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器12可以被配置為可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動(dòng)器，其被設(shè)計(jì)為接收三相AC功率輸入14a-14c，對(duì)AC輸入進(jìn)行整流，并且將經(jīng)整流的部分DC/AC轉(zhuǎn)換為供應(yīng)給負(fù)載的可變頻率和幅度的三相交流電壓。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)器控制單元16可以被集成在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器12內(nèi)，并用作電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器12的內(nèi)部邏輯的一部分。作為替代的是，如參照?qǐng)D2和圖3更為詳細(xì)地介紹的那樣，驅(qū)動(dòng)器控制單元16可包含在與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器12不同的外部模塊中并從之接收數(shù)據(jù)(例如，電壓和/或電流信號(hào))。參見(jiàn)圖1，在示例性實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器12包括驅(qū)動(dòng)器功率塊單元18，其可以包含例如不可控制的或可控制的整流單元20 (不受控制的AC到DC)、濾波電感22、DC母線電容24以及脈寬調(diào)制(PWM)逆變器26 (DC到受控制的AC)。作為替代的是，驅(qū)動(dòng)器功率塊単元18可以不具有這種整流単元，使得DC母線直接地連接到逆變器。例如，當(dāng)應(yīng)用于不間斷電源(UPS)吋，驅(qū)動(dòng)器功率塊單元可以不具有整流単元。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器12接收被饋送到整流単元20的三相AC輸入14a_14c。整流単元20將AC功率輸入轉(zhuǎn)換為DC功率，使得在整流單元20和PWM逆變器26之間存在DC母線電壓，逆變器26將DC功率逆變且調(diào)節(jié)為用于傳輸?shù)紸C電動(dòng)機(jī)28的受控制的AC功率。PWM逆變器26包括多個(gè)開(kāi)關(guān)(未示出)并被配置為根據(jù)PWM控制方案運(yùn)行以控制所述多個(gè)開(kāi)關(guān)，由此產(chǎn)生受控制的AC功率輸出，PWM控制方案例如是空間矢量調(diào)制(SVM)控制方案或正弦-三角PWM控制方案。根據(jù)ー示例性實(shí)施例，PWM逆變器26被配置為根據(jù)SVM控制方案運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)器控制單元16進(jìn)行操作，以生成用于PWM逆變器26的SVM控制方案。更具體地，基于用于運(yùn)行電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器12的電壓-頻率(V/Hz)設(shè)置或命令(即V/Hz分布曲線或曲線)，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)10生成用于PWM逆變器26的SVM控制方案。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)10被編程為基于電動(dòng)機(jī)或負(fù)載需求來(lái)動(dòng)態(tài)地調(diào)整施加到電動(dòng)機(jī)28的電壓和頻率，其有效地動(dòng)態(tài)調(diào)整電動(dòng)機(jī)12內(nèi)部的預(yù)設(shè)V/Hz曲線(以及相關(guān)聯(lián)的SVM控制方案)的形狀或分布曲線。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器12進(jìn)ー步包括驅(qū)動(dòng)器用戶接ロ 30或驅(qū)動(dòng)器控制板，其被配置為輸入電動(dòng)機(jī)參數(shù)32并且輸出頻率參考34、升壓電壓36和電動(dòng)機(jī)銘牌信息(NPI) 38，其中，升壓電壓36被用于產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩以從零速度開(kāi)始對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行加速。用戶接ロ 30還用于向用戶顯示電動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的列表以用于監(jiān)視目的，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)例如是電動(dòng)機(jī)輸出電壓(rms)、電動(dòng)機(jī)電流(rms)、電動(dòng)機(jī)輸入功率、速度、轉(zhuǎn)矩等。如圖I中所示，驅(qū)動(dòng)器控制單元16包括控制算法模塊40、已有或預(yù)設(shè)的V/Hz曲線42、用于生成SVM控制的信號(hào)生成器44以及電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算器46。驅(qū)動(dòng)器控制單元16用于接收來(lái)自驅(qū)動(dòng)器功率塊單元18的輸出，確定并且監(jiān)視電動(dòng)機(jī)參數(shù)，以及基于所確定的電動(dòng)機(jī)參數(shù)來(lái)確定最佳電壓和頻率，以形成用于運(yùn)行電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器12的SVM控制方案。根據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)器控制單元16從驅(qū)動(dòng)器功率塊單元18接收DC母線電壓信號(hào)48和電動(dòng)機(jī)輸入電流信號(hào)50。使用DC母線電壓信號(hào)48和PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)56來(lái)計(jì)算 電動(dòng)機(jī)輸入電壓。例如通過(guò)向之傳送實(shí)時(shí)電壓信號(hào)48和實(shí)時(shí)電流信號(hào)50的有線或無(wú)線傳感器，可以從電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器12的AC功率輸出獲得信號(hào)50和電動(dòng)機(jī)輸入電壓信號(hào)。作為替代的是，電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算器46可以從電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器12中集成的速度傳感器或推定器來(lái)接收指示電動(dòng)機(jī)速度的信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器控制單元16還可以接收升壓電壓信號(hào)36和速度參考信號(hào)52，升壓電壓信號(hào)36被用于產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩以從零速度開(kāi)始對(duì)AC電動(dòng)機(jī)28進(jìn)行加速。基于接收的信號(hào)36、48、50，驅(qū)動(dòng)器控制單兀16將一系列開(kāi)關(guān)信號(hào)或開(kāi)關(guān)命令54傳送到PWM逆變器26，由此形成SVM控制方案。在運(yùn)行中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器12啟動(dòng)或重置吋，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)10的驅(qū)動(dòng)器控制単元16以默認(rèn)模式/設(shè)置運(yùn)行。在以默認(rèn)設(shè)置運(yùn)行的情況下，驅(qū)動(dòng)器控制單元16監(jiān)視來(lái)自傳感器的DC母線電壓信號(hào)48和電流信號(hào)50，基于DC母線電壓信號(hào)48和電流信號(hào)50來(lái)確定已有的V/Hz曲線塊42的運(yùn)行點(diǎn)，并基于預(yù)設(shè)的運(yùn)行點(diǎn)將默認(rèn)的開(kāi)關(guān)命令54傳送到PWM逆變器26。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)器控制單元16從輸入設(shè)備(未示出)接收頻率(或速度)命令，以生成頻率命令和電壓量值命令。通過(guò)頻率命令的函數(shù)——通常被稱為V/Hz曲線——來(lái)給出電壓量值命令。驅(qū)動(dòng)器控制單元16基于頻率命令來(lái)生成三相電壓命令，其用于控制PWM逆變器26中的開(kāi)關(guān)陣列的開(kāi)關(guān)。具體地，信號(hào)生成器44從已有的V/Hz曲線42接收電壓命令56和頻率命令58，并生成六個(gè)PWM信號(hào)以控制PWM逆變器26中的六個(gè)對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)。換句話說(shuō)，在默認(rèn)模式中，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10根據(jù)靜態(tài)的預(yù)設(shè)V/Hz分布曲線來(lái)傳送電壓-頻率命令。在默認(rèn)模式中的初始運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)器控制單元16然后轉(zhuǎn)換為以能量最優(yōu)化模式運(yùn)行，其中，控制算法模塊40對(duì)已有的V/Hz曲線塊42進(jìn)行旁路，并作為輸入地從驅(qū)動(dòng)器用戶接ロ 30接收頻率參考34、升壓電壓信號(hào)36和NPI 38。控制算法模塊40還從電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算器46接收推定的或計(jì)算的電動(dòng)機(jī)參數(shù)60。在能量最優(yōu)化模式中，控制算法模塊40使用所接收的DC母線電壓信號(hào)48和/或電流信號(hào)50和NPI 38來(lái)計(jì)算或推定所選擇的參考實(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)參數(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，實(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)參數(shù)可以是平均電動(dòng)機(jī)rms電壓、平均電動(dòng)機(jī)rms電流、瞬時(shí)電動(dòng)機(jī)輸入功率因數(shù)、電動(dòng)機(jī)效率或電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率(slip)(或速度)。于是，通過(guò)判斷所確定的實(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)參數(shù)中的任意一個(gè)是否到達(dá)其預(yù)定義的公差帯，控制算法模塊40判斷是否取得最佳運(yùn)行，如參考圖4更為詳細(xì)地介紹的那樣。如果沒(méi)有獲得最佳運(yùn)行，算法利用固定的或可變的步長(zhǎng)來(lái)調(diào)整電壓命令并且保持相同的頻率命令。否貝1J，算法保持相同的電壓和頻率命令，直到檢測(cè)到新的頻率參考或檢測(cè)到不期望的運(yùn)行或不穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行?？刂扑惴K40將所確定的電壓命令62和頻率命令64傳送到信號(hào)生成器44。使用從控制算法模塊40接收的電壓和頻率命令62、64，信號(hào)生成器44將開(kāi)關(guān)信號(hào)54傳送到驅(qū)動(dòng)器功率塊單元18。作為響應(yīng)，驅(qū)動(dòng)器功率塊單元18合成具有固定頻率和幅度的AC電壓波形以傳送到AC電動(dòng)機(jī)28。在能量?jī)?yōu)化模式中，驅(qū)動(dòng)器控制單元16被配置為連續(xù)地監(jiān)視電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)10并且將一系列修改后的開(kāi)關(guān)命令54傳送到PWM逆變器26。具體地，驅(qū)動(dòng)器控制單元16使用DC母線信號(hào)48和PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)56計(jì)算電動(dòng)機(jī)輸入電壓，并且從傳感器接收電流信號(hào)50。驅(qū)動(dòng)器控制單元16由所計(jì)算的電動(dòng)機(jī)輸入電壓、電流信號(hào)50和NPI 38來(lái)計(jì)算或推定一個(gè)或多于ー個(gè)的實(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)參數(shù)?？刂颇K40還判斷是否檢測(cè)到系統(tǒng)不穩(wěn)定性、突然負(fù)載變化、或不期望的運(yùn)行，如下面詳細(xì)介紹的那樣。 基于所述一個(gè)或多于ー個(gè)的實(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)參數(shù)，控制模塊40進(jìn)ー步判斷是否達(dá)到最佳運(yùn)行條件。如果控制模塊40沒(méi)有檢測(cè)到最佳運(yùn)行條件、系統(tǒng)不穩(wěn)定性、突然負(fù)載變化或不期望的運(yùn)行，于是，控制模塊40為每個(gè)執(zhí)行時(shí)間段生成增加的(或減小的)頻率命令54和/或增加的(或減小的)電壓命令62，并且將増加的電壓-頻率命令62、64傳送到信號(hào)生成器44。例如，控制模塊40可増加(或減小)僅僅ー個(gè)命令62、64——例如頻率命令64——并保持先前的電壓命令62，將增加的頻率命令64和不增加的電壓命令62傳送到信號(hào)發(fā)生器44?；蛘?，控制模塊40可増加(或減小)頻率指令64和電壓指令62 二者，并將增加的指令62、64 二者傳送到信號(hào)生成器44。使用增加的(或減小的)電壓-頻率命令，信號(hào)生成器44修改被傳送到PWM逆變器26的開(kāi)關(guān)命令54，使得在能量?jī)?yōu)化模式中到AC電動(dòng)機(jī)28的實(shí)際功率輸入小于在默認(rèn)模式中使用原始靜態(tài)V/Hz曲線設(shè)置的實(shí)際功率輸入。根據(jù)示例性實(shí)施例，將電動(dòng)機(jī)參考參數(shù)的預(yù)定義公差帶限定為圍繞預(yù)定義值的較小范圍，預(yù)定義值例如為其最大和最小值，其額定或標(biāo)稱值，或由用戶定義的任何特定值。對(duì)這種實(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的趨勢(shì)進(jìn)行監(jiān)視，以判斷此電動(dòng)機(jī)參考參數(shù)的實(shí)時(shí)值是否落入其預(yù)定義的公差帶之內(nèi)，例如，此電動(dòng)機(jī)參數(shù)的實(shí)時(shí)值是否足夠接近其最大或最小值。如果算法判斷為電動(dòng)機(jī)參數(shù)在其公差帶內(nèi)，則獲得最佳運(yùn)行。算法保持相同的電壓和頻率命令，直到檢測(cè)到新的頻率參考或不穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行或不期望的運(yùn)行。根據(jù)這種最優(yōu)化地保持的電壓-頻率命令，使得信號(hào)生成器44生成對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)命令54(即，SVM控制命令)，以便使電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器以最佳運(yùn)行點(diǎn)運(yùn)行。在最佳運(yùn)行點(diǎn)上，到AC電動(dòng)機(jī)28的實(shí)際功率輸入得到最為聞效的使用。在能量?jī)?yōu)化模式中，驅(qū)動(dòng)器控制單元16還被配置為連續(xù)地監(jiān)視是否存在突然負(fù)載變化、系統(tǒng)不穩(wěn)定性和/或不期望的運(yùn)行。如果確認(rèn)了系統(tǒng)不穩(wěn)定性和/或不期望的運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)器控制單元16將一系列經(jīng)修改的開(kāi)關(guān)命令54傳送到PWM逆變器26。在能量?jī)?yōu)化模式中，由于例如負(fù)載的突然改變或在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率(或速度)超出轉(zhuǎn)差率(或速度)邊界的條件下，系統(tǒng)可能變得不穩(wěn)定。如下面將詳細(xì)討論的，通過(guò)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)電流、功率因數(shù)或速度(或轉(zhuǎn)差率)信號(hào)的變化率或值中的突然變化，或通過(guò)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的趨勢(shì)，可確定系統(tǒng)不穩(wěn)定性條件。通過(guò)將實(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)參數(shù)和確定的實(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的趨勢(shì)與它們的預(yù)定義邊界相比較，控制模塊40判斷是否檢測(cè)到系統(tǒng)不穩(wěn)定性或不期望的運(yùn)行。如果檢測(cè)到這種系統(tǒng)不穩(wěn)定性或不期望的運(yùn)行，控制模塊40可以將修改的電壓-頻率命令傳送到信號(hào)生成器44，以試圖恢復(fù)系統(tǒng)穩(wěn)定性。作為替代的是，控制模塊40可進(jìn)入“主機(jī)重置例程”以在ー個(gè)或多于ー個(gè)的執(zhí)行時(shí)間段內(nèi)將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制重置為默認(rèn)模式并將將增加(或減小)的電壓命令62重置為原始的預(yù)設(shè)V/Hz曲線或線性V/Hz曲線，同時(shí)，將相同的頻率命令64傳送到信號(hào)生成器44，以重新獲取或保持系統(tǒng)穩(wěn)定性，直到負(fù)載的運(yùn)行點(diǎn)被認(rèn)為是穩(wěn)定的。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，頻率命令64可以保持為恒定，直到用戶或外部過(guò)程控制器要求頻率參考34中的變化。
驅(qū)動(dòng)器控制單元16還可監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)參數(shù)，以確定是否存在應(yīng)用專用的邊界條件，應(yīng)用專用的邊界條件可以由操作者預(yù)設(shè)，以指示可能不表示不穩(wěn)定或不期望的系統(tǒng)條件、但認(rèn)為特定應(yīng)用所不希望的實(shí)時(shí)系統(tǒng)條件。例如，驅(qū)動(dòng)器控制單元16可以監(jiān)測(cè)最小電壓邊界、最大電壓邊界、最大電流邊界、最大轉(zhuǎn)差率(最小速度)邊界、最小功率因數(shù)邊界、最大轉(zhuǎn)矩邊界或最大電動(dòng)機(jī)溫度邊界。然而，在能量?jī)?yōu)化模式中，降低的電壓命令可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)速度的降低。因此，驅(qū)動(dòng)器控制単元16可被進(jìn)ー步編程為監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)速度并增大頻率命令64，使得電動(dòng)機(jī)在根據(jù)“轉(zhuǎn)差率補(bǔ)償模式”以能量?jī)?yōu)化模式運(yùn)行的同時(shí)以希望的速度運(yùn)行，從而將電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速保持為恒定在頻率參考fMf34的同步速度。有益的是，V/Hz曲線(線性的、二次的或其它類似的設(shè)置(例如，通量最小化設(shè)置))因此可以被調(diào)整為對(duì)V/Hz比率進(jìn)行最優(yōu)化，使得相比于所建立的轉(zhuǎn)矩為恒定的預(yù)設(shè)V/Hz曲線，在電動(dòng)機(jī)中建立最小轉(zhuǎn)矩，以滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩要求。假設(shè)實(shí)際電動(dòng)機(jī)基頻も密切匹配于驅(qū)動(dòng)器頻率命令fMd 64(即，= fMd)，可以根據(jù)下面的公式來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)同步速度《syn:
........120x/l 120x/cm,,一、其中，P是電動(dòng)機(jī)28的極的數(shù)量。如圖6中所示，由于負(fù)載的實(shí)際負(fù)載條件(即，負(fù)載特性曲線的形狀)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器頻率命令64為fMd時(shí)(因此，電動(dòng)機(jī)基頻是= fcmd)，實(shí)際電動(dòng)機(jī)軸速度總是稍小于同步速度《syn。根據(jù)下述公式來(lái)定義同步速度和電動(dòng)機(jī)軸速度之間的百分比差異
_ 0Kyn ~ωτ5 =-，
^syn(公式2)其中，s是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率。因此，為了補(bǔ)償由于負(fù)載導(dǎo)致的速度下降，可以將驅(qū)動(dòng)器頻率命令64設(shè)置為稍微高于頻率參考34，使得實(shí)際電動(dòng)機(jī)軸速度等于原始頻率參考34的同步速度。這是“轉(zhuǎn)差率補(bǔ)償模式”。當(dāng)用戶或驅(qū)動(dòng)器外環(huán)(outer-loop)控制器希望電動(dòng)機(jī)軸速度與頻率參考34的同步速度相匹配時(shí)(在這種情況下，頻率參考34本質(zhì)上被給定為“速度參考”。)，可以使用轉(zhuǎn)差率補(bǔ)償模式。例如，對(duì)于4-極感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)用戶在驅(qū)動(dòng)器用戶接口中將頻率參考34設(shè)置為40Hz時(shí)，用戶通常希望電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在40Hz的同步速度上(即，2400rpm)。然而，如果驅(qū)動(dòng)器發(fā)送40Hz的頻率命令62，由于實(shí)際負(fù)載條件(根據(jù)圖6)，實(shí)際電動(dòng)機(jī)速度將稍微低于2400rpm,例如，2375rpm。使用公式2,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率可以被計(jì)算為
權(quán)利要求
1.ー種用于控制AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)被編程為 基于初始電壓/頻率(V/Hz)曲線，將初始電壓-頻率命令輸入到AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器； 接收根據(jù)初始電壓-頻率命令生成的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的實(shí)時(shí)輸出； 將多個(gè)修改后的電壓-頻率命令反饋到AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述多個(gè)修改后的電壓-頻率命令中的每ー個(gè)包括與初始V/Hz曲線的偏差； 確定與所述多個(gè)修改后的電壓-頻率命令中的每ー個(gè)對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)參數(shù)的實(shí)時(shí)值；以及 將修改后的電壓-頻率命令反饋到AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使得電動(dòng)機(jī)參數(shù)的實(shí)時(shí)值落在電動(dòng)機(jī)參數(shù)公差范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其中，電動(dòng)機(jī)參數(shù)包括下列中的ー個(gè)電動(dòng)機(jī)rms電壓、電動(dòng)機(jī)rms電流、電動(dòng)機(jī)輸入功率、電動(dòng)機(jī)速度、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率、電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)、電動(dòng)機(jī)效率以及電動(dòng)機(jī)溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其被編程為監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的實(shí)時(shí)值和電動(dòng)機(jī)參數(shù)實(shí)時(shí)值的變化率中的至少ー個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其被編程為基于所接收的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的實(shí)時(shí)輸出來(lái)確定不穩(wěn)定性識(shí)別參數(shù)和不期望運(yùn)行參數(shù)中的至少ー個(gè)的值，不穩(wěn)定性識(shí)別參數(shù)和不期望運(yùn)行參數(shù)包括下列中的至少ー個(gè)電動(dòng)機(jī)電壓、電動(dòng)機(jī)電流、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)速度、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率、電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)、電動(dòng)機(jī)效率以及電動(dòng)機(jī)溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其被編程為 基于不穩(wěn)定性識(shí)別參數(shù)的值來(lái)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定性條件；以及 如果檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定性條件，調(diào)整電壓-頻率命令。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其被編程為，如果檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定性條件，在一時(shí)間段內(nèi)將電壓-頻率命令重置為匹配初始V/Hz曲線、線性V/Hz曲線和預(yù)定義V/Hz曲線中的ー個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其被編程為 基于不期望運(yùn)行參數(shù)的值，檢測(cè)不期望的電動(dòng)機(jī)條件；以及 如果檢測(cè)到不期望的電動(dòng)機(jī)條件，調(diào)整電壓-頻率命令。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其中，AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的實(shí)時(shí)輸出包括實(shí)時(shí)電壓和實(shí)時(shí)電流中的至少ー個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其被編程為基于電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)、效率、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率、電壓、電流、轉(zhuǎn)矩和溫度中的所述至少一個(gè)的變化率或值，檢測(cè)電動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定性條件和瞬時(shí)電動(dòng)機(jī)條件。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其被編程為以預(yù)定義值對(duì)電壓-頻率命令進(jìn)行調(diào)整，從而修改電壓-頻率命令。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其被編程為 將初始電壓-頻率命令與與電動(dòng)機(jī)參數(shù)公差帶內(nèi)的電動(dòng)機(jī)參數(shù)值對(duì)應(yīng)的修改后的電壓-頻率命令進(jìn)行比較；以及 基于該比較，確定電動(dòng)機(jī)輸入功率節(jié)省。
12.—種用于控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出的方法,包括根據(jù)靜態(tài)電壓-頻率分布曲線來(lái)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，以產(chǎn)生輸出功率； 確定與靜態(tài)電壓-頻率分布曲線對(duì)應(yīng)的規(guī)定的電動(dòng)機(jī)參數(shù)的值； 確定所述規(guī)定的電動(dòng)機(jī)參數(shù)的公差帶； 在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行期間有選擇地修改靜態(tài)電壓-頻率分布曲線，以產(chǎn)生降低的電動(dòng)機(jī)輸入功率；以及 按照與公差帶內(nèi)的所述規(guī)定的電動(dòng)機(jī)參數(shù)的值對(duì)應(yīng)的電壓-頻率設(shè)置來(lái)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，有選擇地修改默認(rèn)電壓-頻率分布曲線包括 在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行期間調(diào)整電壓-頻率設(shè)置，使得根據(jù)動(dòng)態(tài)電壓-頻率分布曲線來(lái)產(chǎn)生降低的電動(dòng)機(jī)輸入功率；以及 對(duì)于動(dòng)態(tài)電壓-頻率分布曲線的每個(gè)電壓-頻率設(shè)置，確定所述規(guī)定的電動(dòng)機(jī)參數(shù)的值。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，確定所述規(guī)定的電動(dòng)機(jī)參數(shù)的值包括確定電動(dòng)機(jī)rms電壓、電動(dòng)機(jī)rms電流、電動(dòng)機(jī)輸入功率、電動(dòng)機(jī)速度、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率、電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)、電動(dòng)機(jī)效率以及電動(dòng)機(jī)溫度中的ー個(gè)的值。
15.ー種被配置為向負(fù)載供電的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括 逆變器，其被設(shè)計(jì)為向負(fù)載供電；以及 控制器，其被可操作地連接，以控制逆變器的運(yùn)行，所述控制器被配置為 在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行期間調(diào)整電壓-頻率設(shè)置，以使逆變器根據(jù)多個(gè)改變后的電壓-頻率設(shè)置中的各個(gè)來(lái)運(yùn)行； 監(jiān)測(cè)與各個(gè)電壓-頻率設(shè)置對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)參數(shù)的實(shí)時(shí)值； 識(shí)別對(duì)于電動(dòng)機(jī)參數(shù)的公差??；以及 使得逆變器根據(jù)電壓-頻率設(shè)置來(lái)運(yùn)行，以使電動(dòng)機(jī)參數(shù)落在公差帶內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中，公差帶包括與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的最優(yōu)化運(yùn)行對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)參數(shù)的值的范圍。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中，被監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)參數(shù)包括下列中的ー個(gè)rms電壓、rms電流、電動(dòng)機(jī)速度、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率、電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)以及電動(dòng)機(jī)效率。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中，所述控制器被配置為 基于電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)、效率、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率、電壓、電流、轉(zhuǎn)矩和溫度中的至少ー個(gè)的實(shí)時(shí)值，檢測(cè)不期望的電動(dòng)機(jī)條件；以及 在檢測(cè)到不期望的電動(dòng)機(jī)條件吋，將電壓-頻率設(shè)置重置為初始電壓-頻率設(shè)置、線性電壓-頻率設(shè)置以及預(yù)定義電壓-頻率設(shè)置中的ー個(gè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中，控制器被配置為調(diào)整電動(dòng)機(jī)電壓和電動(dòng)機(jī)頻率中的至少ー個(gè)，以調(diào)整電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行期間的電壓-頻率設(shè)置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中，控制器被配置為調(diào)整電動(dòng)機(jī)電壓和電動(dòng)機(jī)頻率中的所述至少ー個(gè)，以使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)輸入功率中的至少ー個(gè)最小化。
全文摘要
一種用于控制AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)和方法，包括通過(guò)被配置為對(duì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行進(jìn)行最優(yōu)化的能量算法來(lái)編程的控制系統(tǒng)。具體地，控制系統(tǒng)基于初始電壓/頻率(V/Hz)曲線將初始電壓-頻率命令輸入到AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，接收根據(jù)初始電壓-頻率命令生成的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的實(shí)時(shí)輸出，并將多個(gè)修改后的電壓-頻率命令反饋到AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述多個(gè)修改后的電壓-頻率命令中的每一個(gè)包括與初始V/Hz曲線的偏差?？刂葡到y(tǒng)還確定與所述多個(gè)修改后的電壓-頻率命令的每一個(gè)對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)參數(shù)的實(shí)時(shí)值，并將修改后的電壓-頻率命令反饋到AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使得電動(dòng)機(jī)參數(shù)的實(shí)時(shí)值落在電動(dòng)機(jī)參數(shù)公差范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)H02P23/14GK102668366SQ201080035695
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者B·陸, C·盧布克, S·弗萊德特, T·閆 申請(qǐng)人:伊頓公司