CN102678504A - 泵系统和用于操作该系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种泵系统和用于操作该泵系统的方法。该泵系统包括AC电动机、转换器、平滑单元、逆变器、瓦特/赫兹脉冲宽度调制控制器，以及主控制器。AC电动机操作作为负载的泵。转换器接收AC电力并且将所述AC电力转换成DC电力。平滑单元平滑由所述转换器转换的DC电压。逆变器将由所述平滑单元输出的所述DC电压转换为AC电压。伏特/赫兹脉冲宽度调制控制器将切换电压施加至所述转换器的半导体切换装置。当所述AC电动机运行时所述主控制器根据负载改变运行频率，并且在判定出负载量运行状态之后将所述AC电动机置为睡眠状态。

Description

泵系统和用于操作该系统的方法
相关申请的交叉引用
根据35U.S.C.119和35U.S.C.365，本申请要求2011年3月18日提交的，申请号为10-2011-0024558的韩国专利申请的优先权，其全文通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及一种泵系统，尤其涉及这样一种泵系统和用于操作该泵系统的方法：其设计为当泵在无流量状态下处于空载运行时，通过使电动机进入睡眠模式而避免由电动机的空载运行造成的不必要的能耗。
背景技术
在使用风机或者泵控制主要流速和液压的应用领域中，利用多种电动机来控制流速、液压、气流或者风压。通常地，对于在加热、通风和空调(HAVC)市场中使用的电动机，存在一些特定的要求以满足诸如建筑通信协议等的周围环境。而且，在用作控制器的逆变器中可以包括应对电动机被置于潮湿环境中的情况的技术。从终端用户的角度来看，这意味着一个控制器在所有的情况中进行自我调节以使得能耗最小。此外，其可以导致减少的设备成本和对于相同的整个系统的减少的总体持有成本(TOC)。
在现有技术的交流(AC)电动机驱动系统的情形中，商业电源的功率的电压和频率是变化的，并且然后被供应至AC电动机。因此，AC电动机驱动系统是可变速电动机驱动系统，其中能够以高效率控制电动机转度和扭矩。在这种AC电动机驱动系统中，可以使用单独的逆变器控制器来控制主要用于调节风机或者泵的流速和液压的多种电动机。
通常地，诸如逆变器的控制器根据反馈所接收到的过程控制变量通过使用嵌入式比例积分微分(PID)控制器基于PID来控制一个主电动机。如果必须的话，可以采用辅助电动机，并且可以控制用于共同操作的外部信号，并且可以恒定地保持反馈控制变量。
在基于多电动机控制(MMC)的操作控制期间，当预设的流速或者液压不足或者过量以使得仅通过一个主电动机不可能控制时，自动地打开或者关闭辅助电动机。在这种情形中，优点是用户能够通过使用控制器节省能耗。如果负载量小时，可以通过使用睡眠以及唤醒模式设定前面提到的经济运行。
在现有技术中的泵系统中，控制器将以下视为睡眠模式：
1)对于运行频率等于或者低于满足睡眠条件的睡眠频率；
2)对于保持停止的逆变器的所有多重控制辅助电动机；
3)对于主反馈电平小于预设电平；
4)经过的时间等于或者长于由用户设定的稳定系统延迟时间。
在现有技术中，如果满足了所有的上述条件，正常的睡眠以及唤醒操作能够节省能量。当控制器判定出在一定的负载下所需的控制变量是足够的时，控制器暂停输出并且逆变器停止系统。在这种情形中，如果负载量随着时间再次增加，那么控制器通过检查负载检测传感器而操作用于适于负载量的运行的逆变器。
图1是图示出上述睡眠模式操作和唤醒操作顺序的图。
参照图1，在目前应用的多数负载中，睡眠和唤醒操作是以上述方式进行的。然而，当尽管负载量小但由于泵特性使得实际的频率未达到睡眠频率时，即使当负载量小时，没有进行睡眠模式转换。
发明内容
实施例提供了这样一种泵系统和用于操作该泵系统的方法：其设计为当泵由于无流量状态处于空载运行时，自动地转换泵电动机运行模式。
实施例还提供了这样一种泵系统和用于操作该泵系统的方法：其设计为当泵在无流量状态下处于空载运行时，避免由于空载运行造成的不必要的能耗。
本公开的范围和宗旨并不限于上文所述，并且从下文的说明书中本领域技术人员将清楚地理解此处未描述的其他特征。
在一个实施例中，泵系统包括：AC(交流)电动机，其用于操作作为负载的泵；转换器，其用于接收AC电力并且将所述AC电力转换成DC(直流)电源；平滑单元，其用于平滑由所述转换器转换的DC电压；逆变器，其用于将由所述平滑单元输出的所述DC电压转换为AC电压；伏特/赫兹脉冲宽度调制控制器，其将切换电压施加至所述转换器的半导体切换装置；以及主控制器，当所述AC电动机运行时所述主控制器根据负载改变运行频率，并且在判定出负载运行状态之后将所述AC电动机置为睡眠状态，其中，所述主控制器根据输入至所述逆变器的DC电压和从所述逆变器输出的三相电压收集相电流数据，并且输出电压指令V*和频率指令f*至所述伏特/赫兹脉冲宽度调制控制器。
在另一个实施例中，提供了一种用于操作泵系统的方法，所述泵系统包括泵、用于驱动泵的AC电动机、转换器、脉冲宽度调制控制器，以及用于操作并控制所述AC电动机的主控制器，所述方法包括：当所述AC电动机运行时检测负载量；根据检测到的负载量将运行频率改变至任意值；根据改变后的运行频率检查负载反馈值；并且根据所述负载反馈值的变化将所述AC电动机置入睡眠模式。
附图说明
图1是图示出在现有技术的泵系统中的睡眠模式操作和唤醒操作顺序的图；
图2是图示出根据实施例的AC电动机控制系统的示意图；
图3是用于说明根据实施例的用于操作泵系统的方法的流程图。
具体实施方式
说明书和权利要求书中使用的术语不限于通常的意义或者字典中解释的意义。也即是说，因为发明人能够定义术语以正确地描述其发明，所以此处使用的术语应当根据本公开的宗旨和范围作出解释。
说明书和附图中描述和示出的实施例和构造是示例性的并且并不表示本公开的所有宗旨和范围，并且因此应当理解的是可以做出各种等同方案和改进。
图2是图示出根据实施例的AC电动机控制系统的示意图。
参照图2，AC电动机控制系统包括转换器102、滤波电容器103、脉冲宽度调制(PWM)逆变器104、主控制器105和瓦特/赫兹(v/f)PWM控制器106。
转换器102接收来自AC电源101的AC电压，并且将电压转换为直流(DC)电压以操作AC电动机110。
滤波电容器103平滑由转换器102转换的DC电压。
PWM逆变器104将滤波电容器103输出的DC电压转换为AC电压，并且可以根据可变电压和可变频率调制AC脉冲的宽度。
主控制器105根据PWM逆变器104输入的三相电压和DC电压收集诸如相电流的数据，并且安排各种操作。
当AC电动机110运行时，主控制器105可以检测来自负载量检测传感器(未示出)的负载量。主控制器105可以比较检测出的负载量和预设的负载量。如果检测出的负载量等于或者低于预设的负载量，那么主控制器105可以调制运行频率。当泵产生的流速为零时，主控制器105可以基于负载反馈的变化判定出泵在空载运行状态下运行。主控制器105可以根据判定出的运行状态将AC电动机110置入睡眠模式。
主控制器105保存用于AC电动机110的运行频率的变化的标准负载量和负载反馈数据，并且可以进一步包括保存用于睡眠模式转换的程序的存储器。
而且，可以通过使用包括流量传感器和压力传感器中的至少一个的传感器来检测负载量。
v/fPWM控制器106根据主控制器105输出的电压指令值v*和频率指令值f*生成PWM波形，并且可以将切换电压施加至PWM逆变器104的每个相的切换装置。
可以通过PWM逆变器104对AC电动机110进行操作。
可以通过AC电动机110对负载112进行操作。负载可以是泵。
图3是用于说明根据实施例的用于操作泵系统的方法的流程图。
参照图3，泵系统的AC电动机110在运行模式下运行(S302)。
主控制器105根据负载量检测传感器(未示出)检测负载量(S304)。
主控制器105判定检测出的负载量是否等于或者低于预设的负载量(S306)。
如果检测出的负载量超过了预设的负载量，那么主控制器105将AC电动机110保持在正常的运行模式。
如果检测出的负载量等于或者低于预设的负载量，那么主控制器105可以累计特定时间的负载量状态数据(S308)。累计了特定时间的负载状态数据，并且考虑了诸如即时负载量减小或者增加或者正常化的暂时性问题。
主控制器105检查在特定时间内累计的负载量状态数据，并且可以判定负载是否在标准范围内灵活地变化(S310)。
如果判定处负载量为已经在预设范围内灵活地变化，那么主控制器105可以将运行频率改变为任意值(S312)。
主控制器105根据改变为任意值的运行频率检测负载反馈值(S314)。主控制器105预定时间量地将运行频率改变为任意值，并且可以根据其检测负载反馈值。
主控制器105判定检测出的负载反馈值是否变化(S316)。如果检测出的负载反馈值已经减少或者增加，则将状态认为是正常状态，并且AC电动机110保持在正常运行状态。
如果没有跟随负载运行频率变化(速度减少或者增加)的负载反馈变化，那么主控制器105可以根据泵的无流量将其判定为空载运行状态。因此，可以将AC电动机110从正常运行模式转换成睡眠模式(S318)。
如上文所述，根据本公开的泵系统和操作该泵系统的方法，当泵在无流量状态下运行时，泵电动机运行模式被自动转换为睡眠模式，从而能够避免由空载运行导致的不必要的能耗。

Claims (8)

1.一种泵系统，其包括：
交流电动机，其用于操作作为负载的泵；
转换器，其用于接收交流电力并且将所述交流电力转换成直流电力；
平滑单元，其用于平滑由所述转换器转换的直流电压；
逆变器，其用于将由所述平滑单元输出的所述直流电压变换为交流电压；
伏特/赫兹脉冲宽度调制控制器，其将切换电压施加至所述转换器的半导体切换装置；以及
主控制器，当所述交流电动机运行时所述主控制器根据负载量改变运行频率，并且在判定出负载运行状态之后将所述交流电动机置为睡眠模式，
其中，所述主控制器根据输入至所述逆变器的直流电压和从所述逆变器输出的三相电压收集相电流数据，并且输出电压指令V*和频率指令f*至所述伏特/赫兹脉冲宽度调制控制器。
2.根据权利要求1所述的泵系统，其中，如果在所述交流电动机运行期间检测到的负载量等于或者低于预设的负载量，那么所述主控制器改变运行频率。
3.根据权利要求1所述的泵系统，其中，所述主控制器改变运行频率以检查负载反馈值的变化，并且如果所述负载反馈值没有变化，那么所述主控制器将负载状态判定为无流量导致的空载运行状态并且将所述交流电动机置为睡眠模式。
4.根据权利要求1所述的泵系统，其中，所述主控制器累计在负载量检测期间特定时间的负载量状态，并且根据累计的负载量状态改变运行频率。
5.一种用于操作泵系统的方法，所述泵系统包括泵、用于驱动泵的交流电动机、转换器、脉冲宽度调制控制器，和用于操作并控制所述交流电动机的主控制器，所述方法包括：
当所述交流电动机运行时检测负载量；
根据检测到的负载量将运行频率改变至任意值；
根据改变后的运行频率检查负载反馈值；以及
根据所述负载反馈值的变化将所述交流电动机置入睡眠模式。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，如果检测到的负载量等于或者低于预设的标准负载量，那么改变所述运行频率。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，至少实施预定次数的所述运行频率的改变和所述负载反馈值的检查。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，如果所述负载反馈值没有改变，那么判定为由无流量导致的空载运行，并且运行模式被改变为睡眠模式。
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