Система и способ динамического регулирования активной мощности на нагрузке

Система и способ динамического регулирования активной мощности на нагрузке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники, предшествующий изобретению

Настоящее изобретение относится, в общем, к электродвигателям переменного тока, а более конкретно к системе и способу уменьшения потребления активной мощности разомкнутых систем привода электродвигателя переменного тока (которые могут включать в себя по меньшей мере привод электродвигателя, электродвигатель и присоединенную нагрузку).

Разомкнутые приводы электродвигателя переменного тока обычно запрограммированы таким образом, чтобы функционировать на основе рабочей характеристики "напряжение/частота" (В/Гц). Поскольку настройки характеристики "В/Гц" разомкнутого привода электродвигателя обычно регулируются только в то время, когда привод не функционирует и/или фактические условия нагрузки электродвигателя не известны во время ввода привода в эксплуатацию, рабочая характеристика "В/Гц" обычно представляет собой предварительно заданную и статическую характеристику, которая программируется во время начального монтажа и настройки привода. Электропривод может быть запрограммирован имеющим рабочую характеристику "В/Гц" первого порядка или линейную для того, чтобы поддерживать постоянное соотношение между напряжением и частотой, прикладываемыми к электродвигателю. Такого рода рабочая характеристика сохраняет постоянный магнитный поток в воздушном зазоре и, следовательно, создает постоянный крутящий момент на электродвигателе. В качестве альтернативы, может быть выбрана характеристика "В/Гц" второго порядка, при которой выходной крутящий момент приблизительно пропорционален квадрату скорости вращения электродвигателя. Некоторые приводы от электродвигателей также предусматривают предварительно задаваемые программируемые пользователем настройки "В/Гц", удовлетворяющие требованию специальных вариантов применения. Будучи запрограммирован, привод электродвигателя обычно функционирует на основе этой предварительно заданной рабочей характеристики в течение срока службы привода, если только оператор позже не изменит настройку привода.

Некоторые приводы сегодня имеют возможности по энергосбережению, такие как "Минимизации магнитного потока" или "Оптимизация магнитного потока". Эти возможности часто спроектированы таким образом, чтобы динамически осуществлять поиск минимального тока или магнитного потока в электродвигателе, но не полной входной мощности электродвигателя. Для этих возможностей обычно выбирается напряжение на электродвигателе, которое находится между линейной настройкой характеристики "В/Гц" и квадратичной настройкой характеристики "В/Гц".

Как правило, линейная характеристика "В/Гц", обычно именуемая как постоянная характеристика "В/Гц", является настройкой по умолчанию большей части разомкнутых приводов электродвигателей. В то время как настройки линейной характеристика "В/Гц" для некоторого данного привода электродвигателя обычно программируются таким образом, чтобы обеспечивать нагрузке постоянный крутящий момент, такой постоянный выходной крутящий момента не нужен для многих вариантов применения с переменным крутящим моментом. Следовательно, эти настройки характеристики "В/Гц" часто имеют своим результатом бесполезно израсходованную энергию и неэффективное функционирование системы привода электродвигателя, в частности электродвигателя и присоединенной к нему нагрузки.

Кроме того, по причине того, что эта характеристика "В/Гц" является статической, привод электродвигателя функционирует независимо от любых изменений в рабочих условиях. Хотя некоторые приводы электродвигателя могут позволить пользователю изменять характеристику "В/Гц", например, устанавливая точки начала, середины и/или конца характеристики "В/Гц", такое программирование не может быть выполнено автоматически самим приводом и может быть завершено только при отключенном электродвигателе. Это обычно требует квалифицированного технического специалиста, который полностью разбирается как в приводе электродвигателя, так и в профиле нагружения конкретного применения электродвигателя и нагрузки.

Другая причина, по которой оператор, вводящий привод в эксплуатацию, обычно выбирает линейную характеристику "В/Гц", заключается в том, что линейная характеристика "В/Гц" обеспечивает постоянный крутящий момент и минимизирует риск того, что фактический крутящий момент при использовании нелинейной характеристики "В/Гц" (например, характеристики второго порядка) может быть недостаточным для того, чтобы удовлетворить потребность крутящем моменте нагрузки для вариантов применения с переменным крутящим моментом. Это особенно истинно в том случае, если оператор, вводящий привод в эксплуатацию, полностью не понимает профиль нагрузки в том варианте применения электродвигателя, для которого установлен привод. Например, на установках обработки сточных вод электродвигатели насосов часто спроектированы таким образом, чтобы удовлетворять пиковую потребность в случае, когда летом идет проливной дождь. Однако в течение большей части года процент нагрузки электродвигателя насоса может быть очень низким. Использование характеристики "В/Гц" второго порядка в этом варианте применения может быть рискованным по той причине, что характеристика "В/Гц" второго порядка может не обеспечить достаточного крутящего момента в случае, когда имеет место событие проливного дождя. Кроме того, оператор, который вводит привод в эксплуатацию, обычно не является тем специалистом на предприятии, который ответственен за мониторинг и контроль в области энергосбережения. Таким образом, у оператора, который вводит привод в эксплуатацию, может не быть большого стимула выбирать другую настройку характеристики "В/Гц" для энергосбережения по отношению к стандартной настройке линейной характеристики "В/Гц".

Следовательно, было бы желательно разработать аппарат и способ осуществления динамического регулирования рабочей характеристики "В/Гц" разомкнутого привода электродвигателя переменного тока во время функционирования электродвигателя так, чтобы сам привод мог определять оптимальное напряжение и частоту, прикладываемые к электродвигателю, с целью минимизации входной активной мощности электродвигателя и достижения дополнительного энергосбережения, сохраняя при этом условия стабильного функционирования электродвигателя.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение предусматривает систему и способ для управления приводом электродвигателя переменного тока, соединенным с нагрузкой, которые преодолевают вышеупомянутые недостатки.

В соответствии с одним аспектом изобретения система управления запрограммирована таким образом, чтобы вводить в привод электродвигателя переменного тока начальную команду "напряжение-частота", основанную на начальной характеристике "напряжение/герц" ("В/Гц"), принимать вывод данных в реальном масштабе времени из привода электродвигателя переменного тока, генерируемых в соответствии с этой начальной командой "напряжение-частота", и передавать в обратном направлении приводу электродвигателя переменного тока множество измененных команд "напряжение-частота", причем каждая команда из этого множества измененных команд "напряжение-частота" содержит отклонение от начальной характеристики "В/Гц". Система управления также запрограммирована таким образом, чтобы определять в реальном масштабе времени значение параметра электродвигателя, соответствующее каждой команде из этого множества измененных команд "напряжение-частота" и передавать в обратном направлении приводу электродвигателя переменного тока измененную команду "напряжение-частота", так чтобы это определяемое в реальном масштабе времени значение параметра электродвигателя находилось в пределах некоторой области допустимых значений параметра электродвигателя.

В соответствии с другим аспектом изобретения способ для управления выходом привода электродвигателя включает в себя этапы, на которых: управляют приводом электродвигателя в соответствии со статическим графиком "напряжение-частота", создавая выходную мощность, и определяют значение некоторого указанного параметра электродвигателя, соответствующее статическому графику "напряжение-частота". Способ также включает в себя этапы, на которых: определяют область допустимых значений указанного параметра электродвигателя, выборочно изменяют статический график "напряжение-частота" во время функционирования привода электродвигателя, создавая пониженную входную мощность электродвигателя, и управляют приводом электродвигателя при настройке "напряжение-частота", соответствующей значению указанного параметра в пределах области допустимых значений.

В соответствии с еще одним другим аспектом изобретения привод электродвигателя сконфигурирован таким образом, чтобы подавать мощность на нагрузку. Привод электродвигателя включает в себя инвертор, предназначенный для того, чтобы подавать мощность на нагрузку, и контроллер, операционно с ним соединенный таким образом, чтобы управлять функционированием инвертора. Контроллер сконфигурирован таким образом, чтобы заставлять инвертор регулировать настройку "напряжение-частота" во время функционирования привода электродвигателя для того, чтобы заставлять инвертор функционировать в соответствии с каждой из множества варьированных настроек "напряжение-частота" и контролировать в реальном масштабе времени значение параметра электродвигателя, соответствующее каждой настройке "напряжение-частота". Контроллер также сконфигурирован таким образом, чтобы устанавливать область допустимых значений для этого параметра электродвигателя и заставлять инвертор функционировать в соответствии с такой настройкой "напряжение-частота", при которой параметр электродвигателя находится в пределах области допустимых значений.

Другие разнообразные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидны из нижеследующих подробного описания и чертежей.

Краткое описание чертежей

Чертежи иллюстрируют предпочтительные варианты реализации, предусматриваемые в настоящее время для осуществления изобретения.

На чертежах:

Фиг.1 представляет собой схему системы управления, включающей в себя систему привода электродвигателя, соответствующую одному аспекту изобретения.

Фиг.2 представляет собой схему системы управления, включающей в себя систему привода электродвигателя, соответствующую другому аспекту изобретения.

Фиг.3 представляет собой схему системы управления, включающей в себя систему привода электродвигателя, соответствующую еще одному другому аспекту изобретения.

Фиг.4 представляет собой блок-схему алгоритма, изображающую приводимые в качестве примера этапы способа управления приводом электродвигателя, которые могут быть реализованы в любой из систем привода электродвигателя, показанных на фигурах 1-3, соответствующих вариантам реализации изобретения.

Фиг.5 представляет собой ряд приводимых в качестве примера графиков параметров электродвигателя, определяемых в реальном масштабе времени, для способа управления приводом электродвигателя, показанного на Фиг.4.

Фиг.6 представляет собой приводимый в качестве примера график, иллюстрирующий энергосбережение для некоторого заданного привода электродвигателя, управляемого в соответствии со способом управления приводом электродвигателя, показанным на Фиг.4, соответствующим варианту реализации изобретения.

Фиг.7 представляет собой приводимый в качестве примера график, иллюстрирующий энергосбережение для некоторого заданного привода электродвигателя, управляемого в соответствии со способом управления приводом электродвигателя, показанным на Фиг.4, соответствующим варианту реализации изобретения.

Фигуры 8-10 представляют собой ряд приводимых в качестве примера графиков, иллюстрирующих сравнение ряда способов управления приводом электродвигателя.

Подробное описание изобретения

Предложено несколько вариантов реализации изобретения, которые относятся к системе и способу управления приводом электродвигателя переменного тока, соединенным с нагрузкой, которые преодолевают вышеупомянутые недостатки. Эти варианты реализации изобретения относятся к оптимизирующей энергию системе управления для разомкнутых приводов электродвигателей, охватывая множество конструкций и схем управления.

Общая схема системы (10) привода электродвигателя и связанного с ней привода (12) электродвигателя переменного тока показана на Фиг.1. Привод (12) электродвигателя может быть сконфигурирован, например, как привод с регулируемой скоростью, спроектированный таким образом, чтобы получать трехфазную подводимую мощность (14а)-(14с) переменного тока, выпрямлять подводимый переменный ток и выполнять преобразование постоянного тока в переменный ток для выпрямленной части, преобразуя ее в трехфазное переменное напряжение переменной частоты и амплитуды, которое подается на нагрузку. В соответствии с одним вариантом реализации изобретения в привод (12) электродвигателя может быть интегрировано звено (16) управления приводом, который функционирует как часть внутренней логики привода (12) электродвигателя. В качестве альтернативы, звено (16) управления приводом может быть реализовано во внешнем модуле, отличном от привода (12) электродвигателя, и принимать от него данные (например, сигналы напряжения и/или тока), как это более подробно описано в отношении фигур 2 и 3.

Обратимся к Фиг.1, где в приводимом в качестве примера варианте реализации изобретения привод (12) электродвигателя включает в себя звено (18) силового блока привода, которое может, например, содержать неуправляемое или управляемое выпрямляющее звено (20) (преобразует нерегулируемый переменный ток в постоянный ток), фильтрующую катушку (22) индуктивности, конденсатор (24) шины постоянного тока, и инвертор (26) на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ-инвертор) (преобразует постоянный ток в регулируемый переменный ток). В качестве альтернативы, звено (18) силового блока привода может быть предусмотрено без такого рода выпрямляющего звена таким образом, чтобы шина постоянного тока была напрямую соединена с инвертором. Звено силового блока привода может быть предусмотрено без выпрямляющего звена в том случае, когда, например, применяется с источником бесперебойного питания (UPS-источником).

Привод (12) электродвигателя принимает трехфазный подводимый переменный ток (14а)-(14с), который подается в выпрямляющее звено (20). Выпрямляющее звено (20) преобразует подводимую мощность переменного тока в постоянный ток таким образом, что между выпрямляющим звеном (20) и ШИМ-инвертором (26) имеется напряжение на шине постоянного тока и ШИМ-инвертор (26) инвертирует, приводя к заданным параметрам, мощность постоянного тока в мощность регулируемого переменного тока для передачи на электродвигатель (28) переменного тока. ШИМ-инвертор (26) включает в себя множество переключателей (не показанных на чертеже) и сконфигурирован таким образом, чтобы функционировать в соответствии со схемой ШИМ-управления, такой как, например, схема управления пространственно-векторной модуляцией (SVM) или схема управления синусоидально-триангулярной ШИМ, управляя этим множеством переключателей таким образом, чтобы тем самым создавать управляемую выходную мощность переменного тока. В соответствии с приводимым в качестве примера вариантом реализации изобретения ШИМ-инвертор (26) сконфигурирован таким образом, чтобы функционировать в соответствии со схемой SVM-управления.

Звено (16) управления приводом функционирует таким образом, чтобы формировать схему SVM-управления для ШИМ-инвертора (26). Если описать это более конкретно, то схема SVM-управления для ШИМ-инвертора (26) формируется системой (10) привода электродвигателя на основе настройки или команды "напряжение-частота" (В/Гц) (то есть на основе графика или характеристики В/Гц), используемой для управления приводом (12) электродвигателя. В соответствии с приводимым в качестве примера вариантом реализации изобретения, система (10) привода электродвигателя запрограммирована таким образом, чтобы осуществлять динамическое регулирования напряжения и частоты, подаваемых на электродвигатель (28), на основе потребности электродвигателя или нагрузки, что на самом деле динамически регулирует форму или профиль предварительно заданной характеристики "В/Гц" (и связанную с ней схему SVM-управления), внутренней по отношению к приводу (12) электродвигателя.

Кроме того, привод (12) электродвигателя включает в себя пользовательский интерфейс (30) привода или панель управления приводом, сконфигурированные таким образом, чтобы осуществлять ввод параметров (32) электродвигателя и вывод опорной частоты (34), ускоряющее напряжение (36), которое используется для создания пускового крутящего момента, для ускорения электродвигателя с нулевой скорости, и информацию технического паспорта (NPI) (38) электродвигателя. Пользовательский интерфейс (30) также используется для того, чтобы отображать для пользователя в контрольных целях перечень рабочих параметров электродвигателя, таких как, например, выходное напряжение на электродвигателе (действующее значение), ток в электродвигателе (действующее значение), входная мощность на электродвигателе, скорость, крутящий момент и т.д.

Как показано на Фиг.1, звено (16) управления приводом включает в себя модуль (40) алгоритма управления, существующую или предварительно заданную характеристику (42) "В/Гц", генератор (44) сигналов для генерирования сигналов SVM-управления и вычислитель (46) параметров электродвигателя. Звено (16) управления приводом функционирует таким образом, чтобы принимать выходные данные из звена (18) силового блока привода, определять и контролировать параметр(ы) электродвигателя и, основываясь на определенных таким образом параметре (параметрах) электродвигателя, определять оптимальные напряжение и частоту для того, чтобы сформировать схему SVM-управления для управления приводом (12) электродвигателя.

В соответствии с одним вариантом реализации изобретения звено (16) управления приводом принимает из звена (18) силового блока привода сигнал (48) напряжения на шине постоянного тока и сигналы (50) входного тока электродвигателя. Используя сигнал (48) напряжения на шине постоянного тока и переключающие ШИМ-сигналы (56), рассчитывают входные напряжения электродвигателя. Сигналы (50) и сигналы входного напряжения электродвигателя могут быть получены из выходной мощности переменного тока привода (12) электродвигателя, например, посредством проводных или беспроводных датчиков, которые передают сигналы (48) напряжения в режиме реального времени и сигналы (50) тока в регионе реального времени. В качестве альтернативы, вычислитель (46) параметров электродвигателя может принимать сигналы, указывающие скорость вращения электродвигателя от датчика скорости или устройства оценки скорости, интегрированного в привод (12) электродвигателя. Звено (16) управления приводом может также принимать сигнал (36) ускоряющего напряжения, который используется для того, чтобы создавать пусковой крутящий момент для ускорения электродвигателя (28) переменного тока с нулевой скорости и опорный сигнал (52) скорости. Основываясь на принятых сигналах (36), (48), (50), звено (16) управления приводом передает ряд переключающих сигналов или переключающих команд (54) ШИМ-инвертору (26), формируя, таким образом, схему SVM-управления.

При функционировании звено (16) управления приводом, входящее в состав системы (10) привода электродвигателя, после пуска или возврата к стандартной настройке привода (12) электродвигателя функционирует в режиме/настройке по умолчанию. Функционируя с настройкой по умолчанию, звено (16) управления приводом контролирует сигнал (48) напряжения на шине постоянного тока и сигналы (50) тока от датчиков, основываясь на сигнале (48) напряжения на шине постоянного тока и сигналах (50) тока, определяет рабочую точку в блоке (42) существующей характеристики "В/Гц" и передает ШИМ-инвертору (26) переключающие команды для режима по умолчанию, основанные на этой предварительно установленной рабочей точке. В соответствии с одним вариантом реализации изобретения звено (16) управления приводом принимает команду частоты (или скорости) от устройства ввода (не показанного на чертеже), генерируя команду частоты и команду величины напряжения. Команда величины напряжения задается функцией команды частоты, обычно именуемой как характеристика "В/Гц". Звено (16) управления приводом генерирует команду трехфазного напряжения, основанную на команде частоты, используемую для того, чтобы управлять переключением матрицы переключателей в инверторе (26) на основе широтно-импульсной модуляции. В частности, генератор (44) сигналов принимает команду (56)напряжения и команду (58) частоты из существующей характеристики (42) "В/Гц" и генерирует шесть сигналов широтно-импульсной модуляции, управляющих шестью соответствующими переключателями в инвертор (26) на основе широтно-импульсной модуляции. Другими словами, система (10) привода электродвигателя передает команды "частоты-напряжения", соответствующие статическому предварительно заданному графику "В/Гц" в режиме по умолчанию.

После первоначального функционирования в режиме по умолчанию звено (16) управления приводом затем переходит к функционированию в режиме оптимизации энергопотребления, при котором модуль (40) алгоритма управления шунтирует блока (42) существующей характеристики "В/Гц" и принимает в качестве входных данных опорную частоту (34), сигнал (36) ускоряющего напряжения и информацию (38) технического паспорта, поступающие от пользовательского интерфейса (30) привода. Модуль (40) алгоритма управления также принимает оцененные или вычисленные параметры (60) электродвигателя от вычислителя (46) параметров. В режиме оптимизации энергопотребления модуль (40) алгоритма управления использует принятые сигнал (48) напряжения на шине постоянного тока и/или сигналы (50) тока и информацию (38) технического паспорта для того, чтобы рассчитать или оценить выбранные опорные определяемые в реальном масштабе времени параметры электродвигателя. В одном варианте реализации изобретения определяемые в реальном масштабе времени параметры электродвигателя могут представлять собой среднее действующее значение напряжения на электродвигателе, среднее действующее значение тока в электродвигателе, мгновенное значение коэффициента входной мощности электродвигателя, коэффициент полезного действия электродвигателя или скольжение ротора электродвигателя (или скорость). После этого модуль (40) алгоритма управления определяет то, достигнуто ли состояние оптимального функционирования, определяя, достиг ли какой-либо из этих определенных в реальном масштабе времени параметров электродвигателя своей предварительно заданной области допустимых значений, как это более подробно описано в отношении Фиг.4. Если состояние оптимального функционирования не достигнуто, то алгоритм регулирует команду напряжения с постоянным или переменным шагом и сохраняет ту же самую команду частоты. В ином случае алгоритм сохраняет ту же самую команду напряжения и частоты до тех пор, пока не обнаружена новая опорная частота или не обнаружен нежелательный режим функционирования или не обнаружено неустойчивое функционирование электродвигателя. Модуль (40) алгоритма управления передает определенную таким образом команду (62) напряжения и команду (64) частот генератору (44) сигналов. Используя команды (62), (64) напряжения и частоты, принятые от модуля (40) алгоритма управления, генератор (44) сигналов передает переключающий сигнал (54) в звено (18) силового блока привода. В ответ на это звено (18) силового блока привода синтезирует формы сигнала напряжения переменного тока с постоянной частотой и амплитудой для выдачи на электродвигатель (28) переменного тока.

В режиме оптимизации энергопотребления звено (16) управления приводом сконфигурировано таким образом, чтобы непрерывно осуществлять мониторинг системы (10) привода электродвигателя и передавать последовательность измененных переключающих команд (54) инвертору (26) на основе широтно-импульсной модуляции. В частности, звено (16) управления приводом рассчитывает входные напряжения на электродвигателе, используя сигнал (48) напряжения на шине постоянного тока и переключающие сигналы (56) широтно-импульсной модуляции, и принимает сигналы (50) тока, поступающие от датчиков. Звено (16) управления приводом рассчитывает или оценивает один или более параметров электродвигателя в реальном масштабе времени исходя из рассчитанных входных напряжений на электродвигателе, сигналов (50) тока и информации (38) технического паспорта. Модуль (40) управления также определяет то, обнаружены ли неустойчивость системы, резкое изменение нагрузки или нежелательный режим функционирования, как это подробно описывается ниже. Вслед за этим модуль (40) управления, основываясь на одном или более определенных в реальном масштабе времени параметрах электродвигателя, определяет, то было ли достигнуто состояние оптимального функционирования. Если модуль (40) управления не обнаруживает состояние оптимального функционирования, неустойчивость системы, резкое изменение нагрузки или нежелательный режим функционирования, то модуль (40) управления в таком случае генерирует увеличенную (или уменьшенную) команду (64) частоты и/или увеличенную (или уменьшенную) команду (62) напряжения в течение каждого периода исполнения и посылает увеличенные команды (62), (64) "частоты-напряжения" генератору (44) сигналов. Например, модуль (40) управления может увеличивать (или уменьшать) только одну команду (62), (64), например, команду (64) частоты, сохраняя в то самое время предыдущую команду (62) напряжения, и передавать генератору (44) сигналов увеличенную команду (64) частоты и неувеличенную команду (62) напряжения. В качестве альтернативы, модуль (40) управления может увеличивать (или уменьшать) как команду (64) частоты, так и команду (62) напряжения и передавать генератору (44) сигналов обе увеличенные команды (62), (64). Используя увеличенную (или уменьшенную) команды "напряжение-частота", генератор (44) изменяет переключающие команды (54), передаваемые инвертору (26) на основе широтно-импульсной модуляции таким образом, чтобы входная активная мощность на электродвигателе (28) переменного тока в режиме оптимизации энергопотребления была ниже, чем входная активная мощность при использовании первоначальной статической настройки характеристики "В/Гц" в режиме по умолчанию.

В соответствии с одним приводимым в качестве примера вариантом реализации изобретения предварительно заданная область допустимых значений опорного параметра электродвигателя определяется как некоторая малая зона вокруг предварительно заданного значения, как, например, его максимального и минимального значения, его расчетного или номинального значения или любого конкретного значения, определенного пользователем. Осуществляется мониторинг тенденции этого определенного в реальном масштабе времени параметра электродвигателя для того, чтобы определить, попадает ли значение в реальном масштабе времени этого опорного параметра электродвигателя в рамки его предварительно заданной области допустимых значений, например, если значение в реальном масштабе времени этого параметра электродвигателя находится достаточно близко к его максимальному или минимальному значению. Если согласно алгоритму определено, что параметр электродвигателя находится в пределах его области допустимых значений, то в таком случае достигнуто ли состояние оптимального функционирования. Согласно алгоритму те же самые команды напряжения и частоты сохраняются до тех пор, пока не будут обнаружены новая опорная частота или неустойчивое функционирование электродвигателя или нежелательный режим функционирования. В соответствии с этой оптимально поддерживаемой командой "напряжение-частота" генератор (44) сигналов заставляют генерировать соответствующие переключающие команды (54) (то есть команду управления SVM-модуляцией), заставляющие привод электродвигателя функционировать в точке оптимального функционирования, в которой активная входная мощность на электродвигателе (28) переменного тока используется наиболее эффективным образом.

В режиме оптимизации энергопотребления звено (16) управления приводом также сконфигурировано таким образом, чтобы непрерывно осуществлять мониторинг на резкое изменение нагрузки, неустойчивость системы и/или нежелательный режим функционирования. Если неустойчивость системы и/или нежелательный режим функционирования подтверждены, то звено (16) управления приводом передает инвертору (26) на основе широтно-импульсной модуляции последовательность измененных переключающих команд (54). Во время режима оптимизации энергопотребления система могла стать неустойчивой вследствие, например, резких изменений нагрузки или в случае, если скольжение ротора электродвигателя (или скорость) выходит за пределы некоторого пограничного значения скольжения (или скорости). Состояние неустойчивости системы может быть определено посредством мониторинга на резкие изменения значения или скорости изменения сигналов тока электродвигателя, коэффициента мощности или скорости (или скольжения ротора) или посредством мониторинга тенденции определяемого в реальном масштабе времени параметра (параметров) электродвигателя, как это будет подробно рассмотрено ниже. Сравнивая определенный в реальном масштабе времени параметр (параметры) электродвигателя и установленную тенденцию определяемого в реальном масштабе времени параметра (параметров) электродвигателя с их предварительно заданными пограничными значениями, модуль (40) управления определяет, обнаружены ли неустойчивость системы или нежелательный режим функционирования. Если такая неустойчивость системы или нежелательный режим функционирования обнаружены, то модуль (40) управления может передать генератору (44) сигналов измененные команды "напряжение-частота" для того, чтобы попытаться восстановить устойчивость системы. В качестве альтернативы, модуль (40) управления может войти в "процедуру возврата к стандартной настройке" для того, чтобы возвратить управление приводом электродвигателя в режим "по умолчанию" в пределах одного или более периодов исполнения и увеличить (или уменьшить) команду (62) напряжения до первоначальной предварительно заданной характеристики "В/Гц" или линейной характеристики "В/Гц", передавая при этом генератору (44) сигналов ту же самую команду (64) частоты, для того, чтобы восстанавливать и сохранять устойчивость системы до тех пор, пока рабочая точка нагрузки не будет считаться устойчивой. В соответствии с одним вариантом реализации изобретения команда (64) частоты может удерживаться постоянной до тех пор, пока пользователь или внешний контроллер процесса не потребует изменения опорной частоты (34).

Звено (16) управления приводом может также осуществлять мониторинг определяемых в реальном масштабе времени параметров электродвигателя для граничных условий, специализированных по варианту применения, которые могут быть предварительно заданы оператором для указания состояния системы реального времени, которое (состояние) может не указывать неустойчивое или нежелательное состояние системы, но, тем не менее, быть нежелательным для этого конкретного варианта применения. Например, звено (16) управления приводом может осуществлять мониторинг минимального пограничного значения напряжения, максимального пограничного значения напряжения, максимального пограничного значения тока, максимального пограничного значения скольжения (минимального пограничного значения скорости), минимального пограничного значения коэффициента мощности, максимального пограничного значения крутящего момента или максимального пограничного значения температуры электродвигателя.

Однако во время режима оптимизации энергопотребления уменьшенная команда напряжения может вызвать уменьшение скорости вращения электродвигателя. По этой причине звено (16) управления приводом может быть дополнительно запрограммировано таким образом, чтобы осуществлять мониторинг скорости вращения электродвигателя и увеличивать команду (64) частоты таким образом, чтобы электродвигатель функционировал с требуемой скоростью, функционируя при этом в режиме оптимизации энергопотребления, в соответствии с "режимом компенсации скольжения" таким образом, что скорость вала электродвигателя поддерживается постоянной на синхронной скорости вращения для опорной частоты f_ref (34). Полезно, что характеристика "В/Гц" (будь то линейная, квадратичная или другие аналогичные настройки (например, настройка с минимизацией магнитного потока)) может, соответственно, быть отрегулирована таким образом, чтобы оптимизировать отношение "В/Гц", так чтобы электродвигатель развивал минимальный крутящий момент, удовлетворяющий потребность крутящего момента нагрузки, в отличие от предварительно заданной характеристики "В/Гц", при которой развиваемый крутящий момент является постоянным.

Принимая, что фактическая основная частота (f₁) электродвигателя точно соответствует команде (f_cmd) (64) частоты привода (то есть f₁=f_cmd), синхронная скорость (ω_syn) вращения электродвигателя может быть рассчитана в соответствии со следующей формулой:

ω s y n = 120 × f 1 p = 120 × f c m d p ,                                                    ( Уравнение 1 )

где р представляет собой количество полюсов электродвигателя (28). Как показано на Фиг.6, вследствие фактического условия нагружения на нагрузке (то есть формы кривой нагрузочной характеристики) фактическая скорость (ω_r) вращения вала электродвигателя в случае, когда команда (64) частоты привода составляет f_cmd (таким образом, основная частота электродвигателя составляет f₁=f_cmd), всегда немного ниже, чем синхронная скорость (ω_syn) вращения. Процентная разность между синхронной скоростью (ω_syn) вращения и скоростью вала электродвигателя определяется в соответствии со следующей формулой:

s = ω s y n − ω r ω s y n ,                                                                          ( Уравнение 2 )

где s представляет собой скольжение ротора электродвигателя. Следовательно, для того чтобы компенсировать падение скорости вследствие нагрузки, команда (64) частоты привода может быть задана немного более высокой, чем опорная частота (34), так чтобы фактическая скорость вращения вала электродвигателя была равна синхронной скорости вращения первоначальной опорной частоты (34). Это и составляет "режим компенсации скольжения".

Режим "компенсации скольжения" может быть использован тогда, когда пользователь или расположенный во внешнем контуре контроллер привода ожидает, что скорость вращения вала электродвигателя будет соответствовать синхронной скорости вращения для опорной частоты (34) (в этом случае опорная частота (34) дается, по существу, как "опорное значение скорости"). Например, для четырехполюсного асинхронного электродвигателя, когда пользователь на пользовательском интерфейсе привода задает опорную частоту (34) равной 40 Гц, пользователь часто ожидает, что электродвигатель будет функционировать с синхронной скоростью вращения 40 Гц (то есть 2400 оборотов в минуту). Однако если привод пошлет команду (64) частоты, составляющую 40 Гц, то фактическая скорость вращения электродвигателя будет немного ниже, чем 2400 оборотов в минуту, вследствие фактического условия нагружения (в соответ