[發(fā)明專利]使電驅(qū)動系統(tǒng)的能量效率最大化的方法和設(shè)備

有效

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• 申請日: 2013-11-21
• 公開（公告）號: CN103840734A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尤卡·卡萊維·托爾瓦寧
• 申請（專利權(quán)）人: ABB公司
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P23/14
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王萍;李春暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電驅(qū)動系統(tǒng)，特別是涉及使電驅(qū)動系統(tǒng)的能量效率最大化。

背景技術(shù)

現(xiàn)在的變頻器的制造商可以使用各種技術(shù)用于控制電驅(qū)動應用中電動機轉(zhuǎn)矩的相對于電動機旋轉(zhuǎn)速度的行為。

可以例如基于負載的行為將應用分成兩組：線性轉(zhuǎn)矩/速度比應用和平方轉(zhuǎn)矩/速度比應用。在線性（轉(zhuǎn)矩/速度比）應用中，施加到負載的轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)速度成比例。在平方（轉(zhuǎn)矩/速度比）應用中，轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)速度的平方成比例。

一些線性應用，例如通常在工業(yè)應用中發(fā)現(xiàn)的恒轉(zhuǎn)矩負載，可能要求高的動態(tài)性能。為了能夠維持電動機在各種電動機速度的滿轉(zhuǎn)矩輸出，驅(qū)動器給電動機提供額定磁通。

然而，在一些平方應用中，例如泵或風扇應用，動態(tài)性能要求可以不如線性應用那樣苛刻。在這樣的應用中，可以限制驅(qū)動器應用的磁通，從而允許更經(jīng)濟的性能。另一方面，該方法可能導致驅(qū)動器的動態(tài)性能下降，因為可用的磁通能力比額定磁通更有限。

在一些變頻器中，可以選擇上面的方法中的一種（即動態(tài)性能更好或經(jīng)濟性能更好）作為默認性能的方法，另外的方法可以由用戶選擇。然而，用戶不總是為所討論的應用選擇更合適的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供克服上面的缺點的方法和實施該方法的設(shè)備。通過在獨立權(quán)利要求中陳述特征的方法和布置來達到本發(fā)明的目的。在從屬權(quán)利要求中公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。

本公開的方法允許自動選擇運行模式，即使用額定磁通的動態(tài)性能模式或限制磁通從而實現(xiàn)節(jié)能的經(jīng)濟性能模式。

本公開的方法首先收集一組在不同旋轉(zhuǎn)速度時的轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)點。然后，該方法計算數(shù)據(jù)點與負載的哪一個行為（即線性行為或平方行為）有更好的相關(guān)性。根據(jù)這個計算的結(jié)果，選擇兩個轉(zhuǎn)矩/速度行為中的一個行為來表示系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩特性，根據(jù)選擇的行為控制電動機。由于行為被自動確定，所以選擇更合適的運行模式不必依賴用戶輸入。

附圖說明

下面，參照附圖，通過優(yōu)選實施方式，將更詳細地描述本發(fā)明，其中，

圖1示出了轉(zhuǎn)矩的相對于旋轉(zhuǎn)速度的線性和平方行為；

圖2示出了本公開方法的示例性實施方式的流程圖；以及

圖3示出了使包括電動機和負載的電驅(qū)動系統(tǒng)的能量效率最大化的設(shè)備。

具體實施方式

本文公開了使包括電動機和負載的電驅(qū)動系統(tǒng)的能量效率最大化的方法。本公開的方法允許自動檢測電動機轉(zhuǎn)矩的相對于電動機旋轉(zhuǎn)速度的不同行為，即不同轉(zhuǎn)矩/速度比的檢測。

在本公開的方法中，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩特性可以選自兩種類型的行為：轉(zhuǎn)矩的相對于旋轉(zhuǎn)速度的線性行為或平方行為。

圖1示出了轉(zhuǎn)矩的相對于旋轉(zhuǎn)速度的線性和平方系統(tǒng)行為。線性行為（點線）表示轉(zhuǎn)矩T與旋轉(zhuǎn)速度f成比例的情形。

T=af+b，??????????????（1）

其中，a是表示轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)速度之間關(guān)系的系數(shù)，b表示與旋轉(zhuǎn)速度無關(guān)的恒定轉(zhuǎn)矩。

平方行為（虛線）表示轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)速度f的平方成比例的情形。

T=af²+b，?????????????（2）

同樣，a表示轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系，b表示與旋轉(zhuǎn)速度無關(guān)的恒定轉(zhuǎn)矩。

為了能夠使能量效率最大化，本公開的方法自動確定所討論系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩特性，即方程（1）和（2）哪一個更好地描述了系統(tǒng)。然后可以根據(jù)確定的轉(zhuǎn)矩特性控制電動機。

確定轉(zhuǎn)矩特性可以例如包括首先確定電動機的轉(zhuǎn)矩和電動機的旋轉(zhuǎn)速度。轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)速度可以被直接測量，或者也可以例如由控制電動機的變頻器來估計電動機的轉(zhuǎn)矩和電動機的旋轉(zhuǎn)速度。如果關(guān)于多少功率供應到電動機的信息是可用的，那么可以從該功率計算出轉(zhuǎn)矩。從變頻器的輸出頻率可以確定旋轉(zhuǎn)速度。

本公開的方法然后可以收集多個數(shù)據(jù)點，每一個數(shù)據(jù)點表示在電動機旋轉(zhuǎn)速度時的電動機轉(zhuǎn)矩。

基于數(shù)據(jù)點可以計算第一參數(shù)的值。第一參數(shù)表示數(shù)據(jù)點偏離平方行為的程度。基于數(shù)據(jù)點也可以計算第二參數(shù)的值。而第二參數(shù)表示數(shù)據(jù)點偏離線性行為的程度。然后，第一參數(shù)可以與第二參數(shù)進行比較，基于所述比較可以確定轉(zhuǎn)矩特性。

確定了轉(zhuǎn)矩特性后，基于確定的轉(zhuǎn)矩特性，可以控制電動機。基于轉(zhuǎn)矩特性，可以選擇運行模式，即不限制磁通的動態(tài)性能模式或限制磁通的經(jīng)濟性能模式，從而提高能量效率。

如果基于轉(zhuǎn)矩參考值來控制電驅(qū)動系統(tǒng)，并且如果電驅(qū)動可以最初被設(shè)為經(jīng)濟性能模式，那么通過監(jiān)控轉(zhuǎn)矩參考值的變化率或轉(zhuǎn)矩參考值和實際轉(zhuǎn)矩之間的差值，也可以完成轉(zhuǎn)矩特性的確定。