[發(fā)明專(zhuān)利]動(dòng)態(tài)調(diào)整到負(fù)載的實(shí)際功率的系統(tǒng)和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380037573.5
• 申請(qǐng)日: 2013-07-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104428990A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: E·J·奧爾森;B·陸;T·閆;S·J·弗雷德特;C·J·盧布克
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 伊頓公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02P23/14
• 分類(lèi)號(hào): H02P23/14;H02P27/04
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 楊曉光;于靜

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本發(fā)明是2009年8月14日提交的序列號(hào)為12/541,320的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)案并且要求其權(quán)益，而該美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)要求2009年6月11日提交的序列號(hào)為61/186,287的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，上述非臨時(shí)申請(qǐng)和臨時(shí)申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)引用的方式在此納入。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及AC電動(dòng)機(jī)，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于減少開(kāi)環(huán)AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(該系統(tǒng)可至少包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、電動(dòng)機(jī)和連接的負(fù)載)的實(shí)際功率使用的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

開(kāi)環(huán)AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置通常被設(shè)計(jì)為基于電壓/頻率(V/Hz)操作曲線執(zhí)行操作。由于開(kāi)環(huán)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的V/Hz設(shè)置通常只在驅(qū)動(dòng)裝置不執(zhí)行操作和/或在驅(qū)動(dòng)裝置試運(yùn)行時(shí)不了解實(shí)際電動(dòng)機(jī)負(fù)載情況時(shí)可調(diào)整，因此，V/Hz操作曲線通常是在驅(qū)動(dòng)裝置的初始安裝和設(shè)置期間設(shè)計(jì)的預(yù)設(shè)的靜態(tài)曲線。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置可被設(shè)計(jì)為具有一階或線性V/Hz操作曲線，以便在被施加到電動(dòng)機(jī)的電壓與頻率之間保持恒定比率。此類(lèi)操作曲線在氣隙中保持恒定通量(flux)，因此，在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩。備選地，可選擇二階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。有些電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置還提供預(yù)設(shè)的用戶可編程V/Hz設(shè)置以滿足特殊應(yīng)用的要求。一經(jīng)設(shè)計(jì)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置通常在驅(qū)動(dòng)裝置的生命周期中基于預(yù)設(shè)的操作曲線執(zhí)行操作，除非操作員在后來(lái)的時(shí)間更改驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置。

當(dāng)今的某些驅(qū)動(dòng)裝置具有節(jié)能選項(xiàng)，例如“通量最小化”或“通量?jī)?yōu)化”。這些選項(xiàng)一般被設(shè)計(jì)為動(dòng)態(tài)地查找電動(dòng)機(jī)中的最小電流或通量，而不是全部電動(dòng)機(jī)輸入功率。這些選項(xiàng)通常選擇介于線性V/Hz設(shè)置與二次V/Hz設(shè)置之間的電動(dòng)機(jī)電壓。

通常，一般被稱(chēng)為恒定V/Hz曲線的線性V/Hz曲線是大多數(shù)開(kāi)環(huán)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的默認(rèn)設(shè)置。盡管給定電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的線性V/Hz曲線設(shè)置通常被設(shè)計(jì)為給負(fù)載提供恒定轉(zhuǎn)矩，但是對(duì)于許多可變轉(zhuǎn)矩應(yīng)用而言，不需要此類(lèi)恒定轉(zhuǎn)矩輸出。因此，V/Hz曲線設(shè)置經(jīng)常導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量浪費(fèi)以及操作效率降低，尤其是對(duì)于電動(dòng)機(jī)及其連接的負(fù)載而言。

而且，由于V/Hz曲線設(shè)置為靜態(tài)的，因此電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置獨(dú)立于操作狀況的任何變化執(zhí)行操作。盡管有些電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置允許用戶例如通過(guò)調(diào)整V/Hz曲線的起點(diǎn)、中間點(diǎn)和/或終點(diǎn)來(lái)修改V/Hz曲線，但是此類(lèi)設(shè)定無(wú)法由驅(qū)動(dòng)裝置本身自動(dòng)執(zhí)行，而只能在電動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)完成。這通常需要徹底了解特定電動(dòng)機(jī)和負(fù)載應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和加載分布(profile)的技術(shù)人員。

試運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置的操作員通常選擇線性V/Hz曲線的另一原因是線性V/Hz曲線提供恒定轉(zhuǎn)矩，并且最小化了使用非線性V/Hz曲線(例如，二階曲線)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩不足以滿足可變轉(zhuǎn)矩應(yīng)用的負(fù)載轉(zhuǎn)矩需求的風(fēng)險(xiǎn)。如果試運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置的操作員不完全了解安裝有驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的負(fù)載分布，則情況更是如此。例如，在廢水處理廠中，經(jīng)常將泵電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)為在夏天出現(xiàn)大雨時(shí)滿足峰值需求。但是，在一年的大部分時(shí)間內(nèi)，泵電動(dòng)機(jī)的負(fù)載百分比可能極低。在該應(yīng)用中使用二階V/Hz曲線可能有風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槎AV/Hz曲線可能在出現(xiàn)大雨時(shí)無(wú)法提供足夠的轉(zhuǎn)矩。另外，試運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置的操作員通常與工廠中負(fù)責(zé)監(jiān)視和控制節(jié)能的人員不是同一人。這樣，試運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置的操作員幾乎沒(méi)有動(dòng)機(jī)來(lái)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)線性V/Hz曲線設(shè)置選擇用于節(jié)能的不同V/Hz曲線設(shè)置。

因此，理想的情況是設(shè)計(jì)一種在電動(dòng)機(jī)操作期間動(dòng)態(tài)地調(diào)整AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的V/Hz操作曲線的系統(tǒng)和方法，以便最小化電動(dòng)機(jī)輸入實(shí)際功率并實(shí)現(xiàn)額外節(jié)能。進(jìn)一步理想的情況是，此系統(tǒng)和方法能夠在保持穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)操作狀況的同時(shí)，對(duì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的參考速度變化做出響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種能夠克服上述缺陷的用于控制與負(fù)載相連的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的系統(tǒng)和方法。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于控制AC電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置的控制系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為：將初始電壓-頻率指令輸入到所述驅(qū)動(dòng)裝置，所述初始電壓-頻率指令包括對(duì)應(yīng)于初始電壓/頻率(V/Hz)曲線的操作點(diǎn)的參考電壓和參考頻率；監(jiān)視所述驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)時(shí)輸出；根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)裝置的所述實(shí)時(shí)輸出修改所述參考電壓；以及將修改的電壓-頻率指令發(fā)送到所述驅(qū)動(dòng)裝置，所述修改的電壓-頻率指令對(duì)應(yīng)于由所修改的參考電壓和所述初始V/Hz曲線定義的修改的V/Hz曲線的操作點(diǎn)。