负荷的最大运行效率点适用系统技术方案

本发明专利技术涉及负荷的最大运行效率点适用系统，其设置有如下结构，即，包括：马达，用于驱动负荷；逆变器，用于控制所述马达的速度和电压；传感部，用于检测所述马达的磁通量电流和转矩量电流；以及控制部，确定所述逆变器的速度，并且当以所确定的速度驱动所述马达时，利用在不增加总电流的范围内检测的磁通量电流与转矩量电流比例值或在功率因数达到最大时确定所述逆变器的最佳电压。通过如上所述的马达逆变器的控制系统来控制马达的速度和电压，从而在允许的范围内选择最低频率的同时以符合水头的电压来控制，可使电力降低到最低，由此，使电力使用量最小化，从而可以最大限度地节省能量。

Load Maximum Operating Efficiency Point Applicable System

The invention relates to a maximum operating efficiency point application system for a load, which is provided with the following structures: a motor for driving the load; an inverter for controlling the speed and voltage of the motor; a sensing unit for detecting the magnetic flux current and the torque current of the motor; and a control unit for determining the speed of the inverter and when driven at a determined speed. When moving the motor, the optimal voltage of the inverter is determined by using the ratio of magnetic flux current to torque current detected in the range of no increase of total current or when the power factor reaches the maximum. By controlling the speed and voltage of the motor through the control system of the motor inverter as described above, the lowest frequency can be selected within the allowable range while the voltage in accordance with the head can be controlled, so that the power can be lowered to the lowest level, thereby minimizing the power usage and thus maximizing the energy saving.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负荷的最大运行效率点适用系统
本专利技术涉及控制驱动风扇、泵、鼓风机等的负荷的马达并同时控制马达的速度及电压来适用最大运行效率的负荷的最大运行效率点适用系统。
技术介绍
通常，为了驱动空调用风扇或循环水的泵，具有驱动马达的转矩与速度的2乘成比来增加的特性。如上所述，若向驱动2乘降低形态的负荷的马达直接输入电源电压来使用，则能源浪费较多。即，若举例以作为电源频率的60Hz的旋转速度的进准为4极的流动电动机，基准速度为1800rpm，此速度与负荷条件无关地运行。因此，在轻负荷条件中达到较大地消耗不必要的能源的原因。这种问题适用根据负荷控制速度的逆变器，使得可减少耗电。对2乘降低负荷等负荷和减少能源原理进行更具体的说明。如图1所示，负荷，例如，2乘降低负荷为离心泵和离心风扇等的负荷，具有通过摩擦和惯性与速度的3乘成比来耗电的特征。因此，若减少马达的速度，则耗电降低至其以上，可大大减少能源。更详细的说明如下，假设以1800rpm的速度且以1小时的时间运行泵的情况。此时，假设消耗的电力或电费为100％。并且，将泵的速度降低至900rpm，减少50％，运行时间增加至2小时，增加2倍。那么，虽然实际通过泵提捞的流量相同，但是其电力使用量或电费仅负担14％，而不是100％。即，随着减少50％的速度，可将耗电量减少86％。假设此泵为37kw并将此37kw，1天1小时来运行1年时，其电费为135万韩元左右。但是，若将1天运行1小时更换速度来运行4小时并减少相应的速度，则其电费为约2万韩元左右。并且，若使泵更慢慢地以6小时的时间运行整晚，则电费仅为6千韩元，但可供给与之前135万韩元电力使用相同量的流量。如上所述，2乘降低负荷与速度的3乘成比来耗电，因此，若减少速度，则可大大减少电费。将2乘降低与速度的3乘成比的耗电称为相似法则#3(或affinityLow#3)。因此，通过利用逆变器控制马达，使得可节省能源。以下，对与根据现有技术的负荷有关的逆变器的控制进行具体说明。首先，对马达，即，流动电动机的特性进行说明。流动电动机的速度N(r/min)通过下述数学式显示。数学式1其中，N为流动电动机(或马达)的速度，f为频率，P为马达极数，S为滑移。根据相似法则#1，流量Q与旋转数(或流动电动机的速度)N变化成比。因此，流动电动机的速度越快，则通过马达供给的流量比例增多。并且，流动电动机的电压V、频率f与磁通量(转矩)之间的关系如下。数学式2其中，Φ为磁通量，V为电压，f为频率。此时，流动电动机的磁通量(Φ)或转矩(τ)需通过负荷的大小，即，水头(H)的大小(或高度)控制。即，需以马达的磁通量或转矩可驱动负荷的大小的方式以最低限度的大小控制。逆变器可任意控制频率f和电压V，因此，可使流动电动机以任意速度改变并运行。当以泵等负荷作为对象时，泵侧的流量和水头在逆变器立场中分别相当于频率f和电压V。即，控制通过逆变器以多快的速度、多快的力量提捞水。即，当提捞水时，确定提捞多少水的变数为频率f，确定以多少高度提捞的水头确定逆变器立场中的电压V。具体地，当提捞水时，需确定“以多少流量，即，多快的速度提捞”水的要素和“以多高的高度提捞、高水槽位于多高的高度(位于5层、10层或60层)”水的要素。泵的控制要素为以“多快的速度”和“多高的高度”提捞，前者相当于流量，后者相当于水头。若水头高，则水压变高，为了承受水压，在泵中需要大的转矩，因此，「水头/压力/转矩」具有相同的含义。因此，为了最大限度地减少电力，需控制符合水头的电压并选择最低的频率才可最大限度地减少电力。并且，反之，最大限度地减少电力意味着最终具有最大的效率。但是，根据现有技术，当利用逆变器控制与负荷有关的马达时，主要以马达的速度为中心进行控制[专利文献1、2]。即，现有技术的逆变器用于确定马达以多快的速度旋转的旋转数，确定马达的旋转数的为逆变器。而且，马达制造者提供相对应的马达的水头和流量曲线。所述水头和流量曲线，即，H-Q曲线(水头-流量曲线)通过使用相似的第一法则和第二法则制造为控制逆变器所需的曲线，由此，制造为H-N曲线(水头-速度曲线)来控制逆变器。即，如图2所示，流量Q适用以下的数学式3及4的相似法则#1、#2之后通过传递函数求得H-N曲线，利用H-N曲线控制马达(或逆变器)。数学式3Q∝N数学式4H∝N2(T∝N2)其中，Q示出流量(或风量)，N示出速度，T示出转矩，H示出水头(或压力、量定、静压)。最终，根据现有技术，利用H-N曲线控制逆变器。因此，若水头(H)高，则相应地，控制速度也要高(N)。例如，假设没有逆变器地以1800rpm进行工作的情况。此时，所需的水头(H)为120。并且，为了减少借助相似法则(affinityLow)的电力，假设目前系统所需的流量为1200rpm。即，为将马达的速度从1800rpm降低至1200rpm的情况。但是，当以1200rpm的马达的速度进行旋转时，若观察当时的1200rpm，则水头(H)仅为50。因此，所需的水头为120，当以1200rpm进行运行时，无法提捞水。但是，根据H-N曲线，则在水头为120的情况下，为以1600rpm的马达的速度进行工作的情况。因此，为了减少电力，可将马达的速度从1800rpm降低至1200rpm，但是，由于H-N曲线的制约，仅可减少至1600rpm。如上所述，通过相似法则(affinityLow)，耗电与速度的3乘成比。根据现有技术，从1800rpm至1600rpm，能够以200rpm的3乘份节省电力。但是，马达速度可最大限度地减少至1200rpm，因此，浪费与作为1600与1200的差异的400rpm的3乘份相对应的电力。并且，马达的性能规格为额定运行中的效率，因此，在马达中，若在作为EMF式的V＝4.44fnφ(V：电压，n＝旋转数，φ＝磁通量)中提高对比额定频率的电压，则达到饱和状态，诱发绕组线圈的损伤。因此，逆变器的频率控制以使额定电压/额定频率为一定比的方式进行控制。如上所述，为了提捞水，需控制流量和水头2个，仅通过流量进行控制，最终使水头不符合。因此，根据现有技术，需满足2种控制要素，即，流量和水头，因此，快速提捞水且以符合水头的方式以大的流量提捞。由此，进一步消耗400rpm，浪费相当于400rpm的3乘份的电力。若计算此，则算出为浪费44％的电力。因此，以往的逆变器无法控制电压，因此，可知，在2乘降低负荷中，耗电较大。以往的逆变器无法控制电压，因此，以1200rpm的速度提捞水就可以，但，最终以1600的速度提捞水，通过相似法则(affinityLow)浪费大量的电力。并且，公开使用控制转矩的逆变器的技术[专利文献3、4]，已普及用于转矩控制的矢量控制逆变器。因此，使用控制转矩，而不是控制电压的逆变器来适用于负荷。但是，在使用转矩的逆变器，即，矢量控制逆变器的情况下，相比于仅控制速度的逆变器，以2.5倍左右的高价销售。并且，即使可控制转矩的矢量型逆变器，没有以实现负荷中的最大效率控制的方式设计。即使以最大效率控制设计，交流器无法知道负荷中所需的所有条件，因此，实际上，无法实现以最大效率控制。即，矢量控制(Vectorcontrol，Fieldorientedcontrol本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种马达控制系统，用于控制由马达和逆变器构成的马达系统，其特征在于，包括控制部，所述控制部确定用于使所述马达的耗电效率最优化的所述控制速度和所述控制电压，并以使所述逆变器根据所确定的所述控制速度和控制电压驱动所述马达的速度和电压的方式进行控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.04 KR 10-2016-00844011.一种马达控制系统，用于控制由马达和逆变器构成的马达系统，其特征在于，包括控制部，所述控制部确定用于使所述马达的耗电效率最优化的所述控制速度和所述控制电压，并以使所述逆变器根据所确定的所述控制速度和控制电压驱动所述马达的速度和电压的方式进行控制。2.根据权利要求1所述的马达控制系统，其特征在于，当以所确定的控制速度驱动所述马达时，所述控制部确定所述马达的最佳控制电压，以仅供给需要维持的最小磁通量电流。3.根据权利要求1所述的马达控制系统，其特征在于，还包括用于检测所述马达的电流的传感部，所述控制部确定所述控制速度，并且当以所确定的控制速度驱动所述马达时，利用与所检测的电流有关的检测值来计算电流指标，根据计算出的电流指标或所述电流指标的变化量确定所述控制电压。4.根据权利要求3所述的马达控制系统，其特征在于，所述电流指标为所述马达的转矩量电流的相对大小、所述马达的磁通量电流的大小及所述马达的总电流的大小中的一种以上。5.根据权利要求4所述的马达控制系统，其特征在于，所述马达的转矩量电流的相对大小通过相对于所述马达的输入电流或磁通量电流的所述马达的转矩量电流的大小来计算。6.根据权利要求3所述的马达控制系统，其特征在于，所述电流指标的变化量为当从预设的初始控制电压逐渐降低控制电压的同时以所确定的所述控制速度和降低的控制电压驱动马达时检测并计算的电流指标的变化值。7.根据权利要求6所述的马达控制系统，其特征在于，当所述电流指标的变化量达到预设的阈值以下时，所述控制部将此时下降而设定的电压设定为最佳控制电压。8.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李容海，李丁勋，
申请(专利权)人：韩国数码控制株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR