[发明专利]负载的实际功率的动态调整系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求2009年6月11日提交的序列号为61/186,287的美国临时专利申请以及2009年8月14日提交的序列号为12/541,320的美国非临时专利申请的优先权。

技术领域

本发明一般涉及AC电动机，并且更具体地，涉及用于降低开环AC电动机驱动系统(其可至少包括电动机驱动器、电动机和连接的负载)的实际功率(real power)使用的系统和方法。

背景技术

开环AC电动机驱动器典型地被编程为基于电压/频率(V/Hz)运行曲线来运行。由于开环电动机驱动器的V/Hz设置典型地仅仅在驱动器并非正在运行时才是可调整的，和/或实际的电动机负载条件在驱动器调试(commissioning)时是不知道的，所以V/Hz运行曲线典型地是在驱动器的初始安装和设置过程中编程的预先设置的且静态的曲线。可以通过一阶或线性V/Hz运行曲线来对电动机驱动器进行编程，以保持施加到电动机的频率和电压之间的恒定比率。这种运行曲线保持气隙中的恒定通量，并且因此生成电动机中的恒定转矩。作为替代的是，可以选择二阶V/Hz曲线，其中，输出转矩近似地与电动机速度的平方成比例。一些电动机驱动器还提供预先设置的用户可编程V/Hz设置以满足特定应用的要求。一旦编程，电动机驱动器在驱动器的寿命期间典型地基于预先设置的运行曲线来运行，除非操作者在稍后时改变了驱动器设置。

目前，一些驱动器具有能量保持选项，例如“通量最小化”或“通量最佳化”。这些选项通常被设计为动态地寻找电动机中的最小电流或通量，而不是整体电动机输入功率。这些选项典型地选择这样的电动机电压：其在线性V/Hz设置和二次V/Hz设置之间。

典型地，通常被称为恒定V/Hz曲线的线性V/Hz曲线是大部分开环电动机驱动器的默认设置。虽然用于给定电动机驱动器的线性V/Hz曲线设置典型地被编程为向负载提供恒定转矩，但是许多可变转矩应用不需要这种恒定转矩输出。因此，V/Hz曲线设置通常导致电动机驱动器系统——特别是电动机及其连接的负载——的浪费的能量以及低效率的运行。

此外，由于V/Hz曲线设置是静态的，电动机驱动器独立于运行条件中的任何变化而运行。尽管一些电动机驱动器可允许用户通过例如调整V/Hz曲线的开始、中间和/或结束点来改变V/Hz曲线，但是这样的编程不能由驱动器自身自动执行，并且可能是仅当电动机关闭时才可完成。这典型地需要对电动机驱动器和特定电动机及负载应用的负载分布曲线(loading profile)具有透彻理解的熟练技师。

调试驱动器的操作者典型地选择线性V/Hz曲线的另一原因在于线性V/Hz曲线提供恒定的转矩并使这样的风险最小化：使用非线性V/Hz曲线(例如，二阶曲线)的实际转矩可能不足以满足可变转矩应用的负载转矩需求。如果调试驱动器的操作者不完全理解安装驱动器的电动机应用的负载分布曲线，这一点尤其成立。例如，在废水处理厂中，水泵电机通常被设计为满足在夏天发生大雨时的峰值需求。然而，在一年的大部分时间里，水泵电机的负载百分比可能非常低。在此应用中使用二阶V/Hz曲线可能是有风险的，这是由于在大雨事件发生时，二阶V/Hz曲线可能不能提供足够的转矩。另外，调试驱动器的操作者通常与工厂中负责监视和控制能量节省的人不是同一个人。因此，调试驱动器的操作者选择超越标准线性V/Hz曲线设置的、用于能量节省的不同V/Hz曲线设置的动机可能很小。

因此，设计这样的装置和方法将会是受欢迎的：其用于在电动机运行期间动态调整开环AC电动机驱动器的V/Hz运行曲线，使得驱动器自己能够确定施加到电动机的最佳电压和频率，以便使得电动机输入实际功率最小化，并实现附加的能量节省，同时，保持稳定的电动机运行条件。

发明内容

本发明提供了一种用于控制连接到负载的AC电动机驱动器的系统和方法，其克服了上述缺点。

根据本发明的一个方面，控制系统被编程为，基于初始电压/赫兹(V/Hz)曲线将初始电压-频率命令输入到AC电动机驱动器，接收根据初始电压-频率命令生成的AC电动机驱动器的实时输出，以及将多个修改后的电压-频率命令反馈到AC电动机驱动器，所述多个修改后的电压-频率命令的每一个包括与初始V/Hz曲线间的偏差。控制系统还被编程为，确定与所述多个修改后的电压-频率命令中的每一个对应的电动机参数的实时值，并将修改后的电压-频率命令反馈到AC电动机驱动器，使得电动机参数的实时值在电动机参数公差范围内。