[發明專利]利用變頻器的風機中的失速檢測

有效

• 申請號: 201210091348.7
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102734195A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 尤西·塔米寧;泰羅·阿霍寧;耶羅·阿霍拉
• 申請（專利權）人: ABB公司
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 陳煒;李德山

技術領域

本發明涉及風機，并且尤其涉及利用變頻器控制的風機。

背景技術

風機是工業和服務部門廣泛使用的器械。通常風機是生產過程中的重要部件，而風機系統的故障會引起重大的生產損失并危及工人安全。除了在生產過程中的重要性之外，風機系統消耗大量的電能。在工業部門中，電動機耗電的六分之一是由風機系統消耗的，而在服務部門中，電動機耗電的四分之一以上是由風機系統消耗的。

由于轉速控制的效率益處，變頻器在風機系統的控制中的應用已變得普遍并且在未來這種情況會增加。基于電動機模型以及內部電流和電壓測量，變頻器還能夠產生對電動機狀態的估計，其中，電動機狀態包括軸機械轉矩和轉速。借助于風機制造商提供的風機參數，這些估計可以用于確定風機的工作點(即所產生的流速和壓強)。

失速(stalling)現象是風機中發生的最常見的有害事件之一，失速現象會降低風機的使用壽命和可靠性。存在例如通過修改上游流量而可用于降低風機失速風險的裝備，但是還沒有公布用于在不使用外部測量的情況下檢測風機中的失速發生的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種方法和用于實施該方法的設備，以便解決上述與失速檢測相關的問題。本發明的目的通過獨立權利要求所述的方法和設備來實現。從屬權利要求公開了本發明的優選實施方式。

本發明基于使用由驅動風機的變頻器所提供的估計以及風機的特性曲線的構思。變頻器產生對連接到風機的電動機的軸轉矩和轉速的估計。這些估計在后面被稱為風機轉矩估計和風機轉速估計。該信息可以用于確定風機的工作點位置。當風機的工作點在失速區中或者當檢測到電力中的低頻變化時，可能發生風機失速。根據優選的實施方式，將上述兩種指示結合起來以更準確地確定失速。

本發明的優點在于能夠準確地估計風機失速而無需任何額外的傳感器或測量，風機可以被控制至另一工作點，以使得風機失速不會磨損或損壞風機或與風機相關的任何其它結構。

附圖說明

以下參照附圖通過優選實施方式對本發明進行更加詳細地描述，在附圖中：

圖1示出QP計算的示例；

圖2示出軸流式風機(axial?fan)的失速區的示例；

圖3示出針對低頻均方根(RMS)幅度計算參考值的功能的流程圖；

圖4示出風機的失速檢測的流程圖；以及

圖5示出受測風機的測量出的風機曲線。

具體實施方式

風機的工作點位置是通過由風機產生的流速和壓強(分別為Q_v和p)確定的。可以使用轉速估計n_est和轉矩估計T_est以及制造商公布的風機曲線估計工作點。這種方法是已知的且將其稱為QP計算。工作點可以用于評價風機系統的能量效率并且可以用于確定風機是否易受失速影響。

另外，失速現象被說成是響應于壓強變化而引起脈動氣流噪聲以及系統灰塵通過。假定這些現象在風機的功耗中產生低頻時域變量(例如0-2Hz)。注意，可以在變頻器的轉矩估計和轉速估計中找到功率中的這些變量。變量的幅度和關系取決于風機系統的特性和變頻器的內部控制結構。

QP計算及估計波動的監視可以單獨地或一起用于失速檢測。與使用單獨的方法相比，通過將這兩種方法結合起來可以提高診斷的可靠性。

本發明的方法被分成以下三個連貫的功能：估計風機工作點位置；測量轉矩估計和轉速估計的低頻波動的參考值；以及基于工作點和/或測量出的參考值確定失速的發生。

風機工作點位置的估計

利用風機特性曲線以及變頻器的轉速估計和轉矩估計(分別為n_est和T_est)可以連續地估計風機工作點位置。該方法稱為QP計算。在轉矩估計和轉速估計以牛米(Nm)和轉/分鐘(rpm)為單位已知時，可以根據轉矩估計和轉速估計計算風機的機械功率：