CN102893511B - 用于电动机的电动机速度推定的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于电动机管理系统的系统和方法，包含计算机可读存储介质和处理单元。处理单元被配置为：确定输入到交流(AC)电动机的电压的电压值；确定输入到AC电动机的电压和电流的至少一个的频率值；确定来自AC电动机的负荷值；访问一组电动机铭牌数据，其中，所述一组电动机铭牌数据包括AC电动机的额定功率、额定速度、额定频率以及额定电压。处理单元还被配置为，基于所述电压值、所述频率值、所述负荷值以及所述一组铭牌数据来推定电动机速度，并将电动机速度存储在计算机可读存储介质上。

Description

用于电动机的电动机速度推定的系统和方法

政府许可权利

如美国能源部裁决的合约No.DE-FC36-04GO14000的条款所规定的，美国政府具有本发明的使用权以及在限定情况下要求专利拥有人以合理条件向其他人授予许可的权利。

技术领域

本发明一般涉及电动机，尤其涉及用于确定电动机的转子速度的系统和方法。

背景技术

电动机消耗所产生的电气容量的大的百分比。对于工业中的这种“重负荷机器”的很多应用为风扇和泵浦工业应用。例如，在典型的集成造纸厂中，低压和中压电动机可包含约70％的全部驱动电气负荷。由于这些电动机在工业中的普遍使用，可靠而高效地运行电动机是重要的。电动机管理系统常常需要电动机设计参数和性能参数，以优化电动机的控制和运行。类似地，电动机状态监测使得电动机能够可靠地运行。许多电动机状态监测技术也寻求特定的电动机设计参数和性能参数。

有助于优化电动机的控制和运行的一种这样的电动机性能参数为转子或电动机速度。现有的用于电动机--例如感应电动机--的电动机速度推定方法通常基于电动机等效模型或复杂的数字信号处理技术，例如快速傅立叶变换(FFT)或其他频域信号处理运算。对于低端电动机控制或监测产品，这些技术通常由于硬件和软件约束而不能实施。对于线路连接(line-connected)电动机，可以使用实施从额定电动机速度(RPM)和同步速度(RPM)获得的线性速度-负荷曲线的技术来推定速度。然而，对于例如可变频率驱动(VFD)电动机的逆变器馈送的电动机，通常不能使用这样的电动机速度推定，因为铭牌中的额定RPM仅对于额定电动机运行(例如，在额定电压和额定频率处)有效。

因此，希望设计一种不依赖于设定负荷、电压和频率条件的用于确定电动机的电动机速度的系统和方法，以便使得对于逆变器馈送的电动机的改进的电动机管理和电动机状态监测成为可能。

发明内容

本发明提供用于确定AC电动机的电动机速度的系统和方法。

根据本发明一个方面，电动机管理系统包含计算机可读存储介质和处理单元。处理单元被配置为，确定在AC电动机运行期间到交流(AC)电动机的电压输入的电压值，确定在AC电动机运行期间到AC电动机的电压输入和电流输入中至少一个的频率值，确定在AC电动机运行期间来自AC电动机的负荷值，并访问(access)一组电动机铭牌数据，其中，所述一组电动机铭牌数据包括AC电动机的额定功率、额定速度、额定频率以及额定电压。处理单元还被配置为，基于电压值、频率值、负荷值以及所述一组铭牌数据来推定运行中的AC电动机的电动机速度，并将电动机速度存储在计算机可读存储介质上。

根据本发明的另一方面，用于控制电动机速度的方法包含，经由电压感测装置确定输入运行中的电动机的能量的电压，确定输入运行中的电动机的能量的频率，以及确定运行中的电动机的负荷值。该方法还包含基于电压、频率和负荷值来推定运行中的电动机的电动机速度，其中，推定电动机速度不需要频域信号处理运算。该方法还包含将电动机速度存储在计算机可读存储介质上。

根据本发明另一个方面，电动机速度推定系统被编程为基于如下几项来推定电动机的电动机速度：运行期间输入到电动机的能量的频率、运行期间输入到电动机的能量的电压、运行期间来自电动机的负荷值、电动机的额定输出功率、电动机的额定速度、电动机的额定电压以及电动机的额定频率。该系统还被编程为将电动机速度存储到计算机存储介质上。

由下面的详细描述和附图，将会明了本发明的多种其他特征和优势点。

附图说明

附图示出了当前为实现本发明所想到的优选实施例。

在附图中：

图1为一流程图，其示出了根据本发明的实施例用于确定电动机的电动机速度的技术；

图2示出了以额定值运行的电动机的第一速度曲线以及以任意电压和频率运行的电动机的第二速度曲线的图形表示；

图3为根据本发明的实施例用于确定电动机的电动机速度的系统的框图；

图4为根据本发明另一实施例用于确定电动机的电动机速度的系统的框图；以及

图5为根据本发明再一实施例用于确定电动机的电动机速度的系统的框图。

具体实施方式

这里给出的本发明的实施例涉及这样的系统和方法：其用于不依赖于设定负荷、电压和频率条件地确定交流(AC)电动机的速度，以便使得对于AC电动机的改进的电动机管理和电动机状态监测成为可能。所述系统--其可被布置在电动机驱动器中或电动机驱动器外部的装置或系统中--被配置为监测运行的AC电动机，并基于电动机输入频率、电动机输入电压、负荷和铭牌数据来确定电动机速度。

参考图1，示出了根据本发明的实施例用于确定运行中的AC电动机的电动机速度的技术100的流程图。技术100可用于确定多种AC电动机的电动机速度。例如，技术100可以用于确定单相电动机、多相电动机、例如可变频率驱动电动机的逆变器驱动电动机、耦合到软启动器的AC电动机以及其他类型的AC电动机或AC电动机设施的电动机速度。另外，本发明的实施例不限于仅以电动机的额定频率或电压运行的电动机。相反，本发明的实施例--例如技术100--在推定以变化的输入电压和/或变化的输入频率运行的AC电动机的电动机速度上是有效的。

技术100从框102开始，其中，确定电动机的线路(line)或输入电压。在一个实施例中，可以使用多个电压传感器来测量电动机输入电压。对于单相电动机或对于三相电动机，技术100可被实施为基于仅仅一相的电动机输入电压来推定电动机速度。然而，对于输入三相电动机的电动机电压的测量，可以确定多相的电动机输入电压并进行平均，以产生单个输入电压值。

在电动机输入电压被确定102后，过程控制进行到框104，其中，确定AC电动机的线路或电动机输入频率。例如，电动机输入频率可以使用功率分析器来测量。作为替代的是，可以从已知的运行参数来计算电动机输入频率。例如，通过使用电动机电流和电压波形以及通过检测电流和电压的过零点，可以确定电动机输入频率。本领域技术人员将会明了，可以想到，可由输入或感应到电动机之中的电压或电流确定输入频率。

在确定电动机输入频率104之后，在框106处确定运行期间的电动机的例如负荷百分比或功率输出的负荷值。例如，负荷值可以使用例如功率计的感测装置来感测。作为替代的是，例如电动机功率输出的负荷值可以近似为等于电动机的输入功率或以其他方式确定。下面将关于公式10更为详细地说明有关负荷值的确定的细节。

在确定负荷值106之后，在框108处访问电动机铭牌数据或电动机铭牌信息(NPI)。根据本发明的实施例，NPI包括电动机的额定运行频率、电动机的额定运行电压、电动机的额定运行速度以及电动机的额定运行输出功率。这些NPI参数对于电动机可在其铭牌标签上获得。这种NPI可从多种源访问。例如，可由用户通过用户界面手动输入NPI。另外，可从位于对电动机进行控制的电动机驱动器内部或外部的存储器单元访问NPI。还可以预想，可以从例如国际互联网络的网络访问或收集NPI。

注意，根据本发明的实施例，如框102-108所示的确定或访问电动机输入电压、电动机输入频率、电动机功率输出和NPI的顺序不需要与图1所示的顺序相同。相反，可以同时或以与图1所示顺序不同的顺序访问NPI以及确定电动机输入电压、电动机输入频率和负荷值。

再参考图1所示的当前实施例，在访问NPI108之后，过程控制前进到框110，其中，基于所确定的电动机输入电压、所确定的电动机输入频率、所确定的负荷值以及所访问的NPI来确定电动机的速度。

根据本发明的一个实施例，根据下面的关系推定电动机速度：

(公式1)

其中，ω_{r_x}表示电动机速度(即电动机的角速度)。如将在下面详细示出的那样，可以从电动机输入电压、电动机输入频率、例如电动机功率输出或负荷百分比的电动机负荷值P_{m_x}以及电动机的NPI来确定公式1的变量。

为了根据公式1包含的实施方式来推定电动机的速度，从将所访问的电动机的NPI设定为下述项来开始：

额定电压，υ_{s_1}；

额定频率，f_{s_1}；

额定输出功率，P_{m_额定_1}；以及

以弧度每秒为单位的额定速度，ω_{r_定_1}。

这些NPI参数表示在额定电动机运行条件下(即在额定电压和额定频率下运行的电动机)的额定值。

由NPI，可以如下地限定电动机的额定转矩：

(公式2)

另外，可以以下面的方式确定电动机的额定同步速度ω_{同步_1}：

(公式3)

其中，p表示电动机的极数。

接着，可以通过以下方式确定电动机的额定转差率(slip)S_{额定_1}：

(公式4)

使用上述公式1-4，可以确定代表以额定运行参数(例如额定电压υ_{s_1}和额定频率f_{s_1})运行的AC电动机的速度曲线。下面将参考图2描述这样的速度曲线的实例。

仍参考当前实施例，现在可以使用下面的公式组来确定以任何的任意输入电压υ_{s_2}、任意输入频率f_{s_2}以及任意负荷值P_{m_x}运行的AC电动机的电动机速度：

(公式5)；

(公式6)；

ω_{r_额定_2}＝ω_{同步_2}·(1-S_{额定_2})，(公式7)；

(公式8)；以及

P_{m_额定_2}＝T_{额定_2}·ω_{r额定_2}，(公式9)。

通过实施公式2-9，可以通过下面再次示出的公式1给出的方式来推定以任何给定负荷(例如当电动机传送任何给定机械输出功率P_{m_x}时)、任何给定输入电压υ_{s_2}以及任何给定输入频率f_{s_2}运行的AC电动机的速度ω_{r_x}：

(公式1)

换句话说，如上面的公式1-9以及对应的描述所示，可以仅使用所确定的电动机输入电压υ_{s_2}、所确定的电动机输入频率f_{s_2}、例如电动机功率输出的所确定的负荷值P_{m_x}以及所访问的NPI(即电动机的额定电动机功率，P_{m_额定_1}、额定电动机速度ω_{r_额定_1}、额定电压υ_{s_1}以及额定频率f_{s_1})来推定电动机速度ω_{r_x}。本发明的实施例产生在任何的任意输入电压υ_{s_2}和任何的任意输入频率f_{s_2}而不是仅仅在AC电动机的额定电压和额定频率下的有效速度推定。另外，这样的实施例避免了对实施频域信号处理运算--例如快速傅立叶变换(FFT)运算或小波分析运算--的需求。

现在参考图2，根据本发明一实施例示出了以额定值(例如以额定频率f_{s_1}、额定电压υ_{s_1}以及额定输出功率P_{m_额定_1})运行的电动机的第一确定速度曲线111和以任意输入电压υ_{s_2}、任意输入频率f_{s_2}以及任意输出功率P_{m_x}运行的电动机的第二确定速度曲线113。第一和第二确定速度曲线111和113一起用作公式1-9所包含的实施例的图形表示。

如图所示，第一确定速度曲线111由额定输出功率P_{m_额定_1}、额定电动机速度ω_{r_额定_1}和额定同步速度ω_{同步_1}(例如参考公式3)限定。然而，注意，第一确定速度曲线111可作为替代地由经验确定的数据而不是由NPI确定。

通过实施公式2-9，可以从第一确定速度曲线111线性地确定或推定第二确定速度曲线113。如图所示，第二确定速度曲线113由P_{m_额定_2}、ω_{r_额定_2}和ω_{同步_2}限定，P_{m_额定_2}可考虑为修改的额定功率(例如参考公式9)，ω_{r_额定_2}可考虑为修改的额定电动机速度(例如参考公式7)，且ω_{同步_2}可考虑为修改的额定同步速度(例如参考公式6)。P_{m_额定_2}、ω_{r_额定_2}和ω_{同步_2}中的每个可以从第一确定速度曲线111的额定参数以及υ_{s_2}和f_{s_2}(即所述任何的给定输入电压以及所述任何的给定频率)来确定。

因此，当输出功率P_{m_x}(或者，在替代性实施例中，负荷百分比)被确定时，可以从第二确定速度曲线113确定电动机速度ω_{r_x}。注意，图2的功率轴P可以替换为负荷百分比轴。在这样的情况下，可对公式1-9进行推导，以示出对于负荷百分比的依赖性，以基本相同的方式有效求解电动机速度ω_{r_x}。

还应注意，输入电压υ_{s_2}、输入频率f_{s_2}以及负荷值(例如功率输出P_{m_x})可使用相应的感测装置来测量，或者可以以其他方式计算或确定。例如，可以以下面公式10给出的方式从输入功率P_{i_x}确定输出功率P_{m_x}：

P_{m_x}＝η·P_{i_x}，(公式10)

其中，P_{i_x}指输入到电动机的功率。功率输入值P_{i_x}可以使用功率计来测量。然而，也可以推定/计算功率输入P_{i_x}。例如，使用用于单相电动机的例如的已知关系式，可通过使用电动机的所确定的输入电流和电压值来推定功率输入。

继续参考公式10，η指电动机的经验平均效率，其可以存储在存储器介质中。下面的表1示出了与多种尺寸的电动机的额定马力P_{m_额定_1}相关联的示例性效率η。然而，可以使用其他效率推定。

表1

电动机额定功率(Pm_额定_1)	近似电动机效率(η)
		＜5HP	85％
5-30HP	88％
		30-100HP	92％
＞1000HP	95％

在替代性实施例中，可从负荷百分比值确定电动机功率输出P_{m_x}。例如，使用已知的负荷百分值L，可以从下面的关系确定功率输出P_{m_x}：

(公式11)

这样，通过将公式11代入公式1，可以在不直接确定电动机功率输出的情况下确定电动机速度ω_{r_x}。当然，可以使用所确定的负荷百分比值L和额定马力P_{m_额定_1}间接地有效确定输出功率。例如，可以通过电动机驱动器或由耦合到电动机的负荷百分比传感器来确定负荷百分值L。

在另一个实施例中，电动机功率输入可以近似为电动机功率输出，而不是测量电动机功率输出η或使用电动机效率和功率输入P_{i_x}来推定功率输出。也就是说，电动机功率输入P_{i_x}可以用作电动机功率输出P_{m_x}的近似值。然而，注意，在将功率输出近似为等于功率输入时，当电动机负荷小于容量的百分之三十或大于额定负荷的百分之九十时，速度推定可能更为准确。换句话说，当电动机负荷百分比在百分之三十至九十的容量范围中时，将功率输入近似为等于功率输出可能不够准确。注意，取决于应用场合，除百分之三十至九十之外的范围可以确定这种近似的准确度。例如，可以确定，当电动机负荷百分比在百分之四十至八十五的范围中时，将功率输入近似为等于功率输出可产生更为准确的结果。

如上所述，可以使用以多种方式确定的负荷值推定电动机的速度。例如，可以从确定负荷百分比、功率输入值、和/或电动机功率输出值的传感器确定负荷值。另外，如果依赖于推定的功率输出值，可以使功率输入等于功率输出，或者，可以依赖于例如公式10的关系式，以便从功率输入值确定功率输出值。

本发明的实施例可依赖于电动机和/或电动机驱动器的电压、频率、电流和/或功率传感器以确定用于推定电动机速度的输入值。另外，注意，推定电动机速度ω_{r_x}不需要严格的硬件或软件要求，因为本发明的实施例不需要实施处理大量数据点的“复杂”的数字处理技术，例如频域信号处理技术(例如快速傅立叶变换(FFT)技术或小波分析技术)。还应注意，本发明的实施例允许确定在任何的任意输入电压、任何的任意输入频率以及任意负荷下的电动机速度。

现在参考图3，根据本发明一实施例示出了被配置为推定AC电动机114的速度的外部装置112的框图。在当前实施例中，外部装置112耦合到可变频驱动器(VFD)116，其在调节供给能量118以产生适当的电动机输入能量120时驱动电动机114。外部装置112可以固定地附接到VFD116，或者可拆卸地耦合到VFD116。注意，本发明的实施例可用于任何类型的AC电动机，而不仅仅是耦合到例如VFD116的VFD的AC电动机。

根据图3所示的一个实施例，外部装置112包含处理器122和存储器模块124。外部装置112可以配置或编程为监视通过VFD 116输入电动机114的电压和频率。另外，外部装置112可以监视或确定电动机114的电动机负荷值(例如负荷百分比或输出功率)。

在一个实施例中，代表电动机输入电压、电动机输入频率和负荷值的数据传送到处理器122，处理器122从存储器模块124访问NPI。使用电动机输入电压数据、电动机输入频率数据、负荷值以及NPI(即电动机114的额定电压、额定频率、额定功率以及额定电动机速度)，处理器122以基于本发明的实施例(例如实施上面关于图1讨论的一个或多于一个的实施例)的方式推定电动机114的速度。图3的外部装置112不需要具有任何电压、频率、电流或功率传感器来推定电动机114的电动机速度。相反，外部装置112可依赖于VFD 116的一个或多于一个传感器126(以虚线示出)和/或耦合到电动机输入能量120的一个或多于一个传感器128(以虚线示出)，和/或电动机114的一个或多于一个传感器130(以虚线示出)，以便提供近似输入以推定电动机速度。另外，耦合到电动机114的输出传感器132(以虚线示出)可以向VFD 116提供输出功率值以推定电动机速度。

可以想到，所推定的速度可以存储在外部装置112的计算机可读的存储介质134(以虚线示出)中。作为替代的是，推定的速度可以存储在存储器模块124中。

还可想到，外部装置112可以将推定的电动机速度传送到VFD116。因此，例如，VFD116可以使用这样的信息来实施管理策略。作为替代的是，外部装置112可以在外部装置显示器138(以虚线示出)和/或在VFD显示器136(以虚线示出)上显示电动机速度。这样，用户可以使用该信息在需要时修改电动机速度。

现在参考图4，根据本发明的示例性实施例示出了具有电动机速度推定器142以推定电动机144的电动机速度的VFD 140的框图。供给能量146进入VFD 140，VFD 140对此能量进行调节，以产生驱动电动机144的适当的电动机输入能量148。

如图4所示，VFD 140包含驱动器控制模块150、电动机速度推定器142以及存储器模块152。驱动器控制模块150的输入/输出(I/O)装置154允许用户向VFD 140输入频率或速度命令，以确定至电动机144的输入频率。可以想到，电动机速度推定器142可以是例如驱动器控制模块150的硬件部件(例如处理器)或软件/固件部件。

驱动器控制模块150将电动机电压值、电动机输入频率值以及负荷值--例如功率输出或输入值--传送到电动机速度推定器142。基于电动机输入电压值、电动机输入频率值、负荷值以及从存储器模块152访问的NPI，电动机速度推定器142推定电动机144的速度。例如，电动机速度推定器142可以实施图1的技术100和/或其实施例，以推定图4的电动机144的电动机速度。一旦被确定，电动机速度可被存储在计算机可读存储介质或装置156(以虚线示出)和/或存储器模块152上。

除了将推定的速度存储在存储装置(例如152，156)上之外，所推定的电动机速度可被传送到并被显示在I/O装置154上。这样，基于显示的速度，如果需要，用户可以修改输入频率或其他参数以调节速度。

如上面所讨论的，可以使用例如功率输出值、功率输入值或功率输出值和功率输入值二者等的负荷值来推定电动机速度。在一个实施例中，如果仅依赖于功率输出值来推定电动机速度，可以使用耦合到电动机144的功率计158(以虚线示出)来确定电动机144的输出功率，并将功率输出值传送到VFD 140的电动机速度推定器142。

在功率输入值被用于推定功率输出值、功率输出值又被用于推定电动机速度的替代性实施例中，电动机速度推定器142可以使用功率输入值、电动机效率值和例如公式10的关系来推定功率输出值。在这样的情况下，电动机速度推定器142从存储器模块152访问效率值，以便基于上述公式10确定功率输出值。

如果依赖于电动机功率输入值来推定电动机功率输出值、例如关于公式10的那样，可以通过多种技术或方法来确定或计算功率输入值。例如，如果AC电动机144是三相电动机，电动机速度推定器142或驱动器控制模块150可以基于每相的电压和电流值来确定输入功率，以计算输入到电动机144的功率。例如，如果电动机144是三相电动机，可以依赖于例如P_i＝v_ai_a+v_bi_b+v_ci_c＝-v_ca(i_a+i_b)-v_abi_b的公式确定输入到电动机144的功率，其中v_ab、v_bc和v_ca是线间电压，v_a、v_b和v_c是线到中性点的电压，i_a、i_b和i_c是相电流。作为替代的是，功率输入可以仅基于三相电动机的三相中的一相的电压和电流值。类似地，如果AC电动机144是单相电动机，单相的电压和电流可以用于确定输入功率。

在另一个实施例中，电动机速度推定器142使用功率输入值来近似电动机144的功率输出，而不是基于电动机144的测量或计算的功率输出(即负荷值)推定电动机速度。例如，在负荷范围30％-90％之外，电动机功率输入可以提供电动机功率输出的恰当推定。这样，驱动器控制模块150可以将用作负荷值的功率输入值传送到电动机速度推定器142，而不是将功率输出值传送到电动机速度推定器142。作为替代的是，电动机速度推定器142而不是驱动器控制模块150可基于运行参数来确定电动机功率输入值，以近似电动机功率输出值。

可以从传感器计算和/或确定用于推定电动机速度的参数。例如，可以经由驱动器控制模块150的一个或多于一个传感器160(以虚线示出)、耦合到输出能量148的一个或多于一个传感器162(以虚线示出)以及/或者电动机144的一个或多于一个传感器164(以虚线示出)来确定输入频率、输入电压、输出功率和/或输入功率。另外，耦合到电动机144的输出传感器166(以虚线示出)可用于向驱动器控制模块150提供输出功率值。

图4所示的实施例可以考虑开环系统。也就是说，使用所推定的电动机速度，用户可以经由I/O装置154修改电动机参数(例如电动机输入频率)，以影响电动机144的电动机速度。然而，可以想到，本发明的实施例可作用于闭环系统，使得对电动机速度的改变自动发生，而不需要用户输入。

例如，图5是根据本发明的实施例使用闭环系统的VFD 168的框图。VFD 168包含驱动器控制模块170、电动机速度推定器142、存储器模块158以及速度控制器172。可以想到，速度控制器172可以为电动机速度推定器142或驱动器控制模块170的分立的硬件部件，或者，作为替代的是，为软件/固件部件。

可以是单相或多相电动机的AC电动机144耦合到VFD 168。可以想到，VFD 168包含输入装置174(以虚线示出)，其中，用户可以输入一个或多于一个的控制命令。例如，用户可以向输入装置174输入优选的电动机速度或频率命令，以初始化AC电动机144的运行。

类似于上面参考图4所讨论的实施例，图5的驱动器控制器模块170向电动机速度推定器142传送电动机输入电压值、电动机输入频率值以及负荷值。可以从一个或多于一个传感器确定电动机输入值。例如，VFD168的一个或多于一个传感器176(以虚线示出)、耦合到输出能量148的一个或多于一个传感器178(以虚线示出)和/或电动机144的一个或多于一个传感器180(以虚线示出)可以提供用于电动机速度推定的适当的输入值。另外，耦合到电动机144的输出的传感器182(以虚线示出)可以向VFD168提供用于电动机速度推定的负荷值(例如输出功率值)。

在接收适当的输入值之后，电动机速度推定器142于是基于电动机输入电压值、电动机输入频率值、负荷值以及从存储器模块152访问的NPI来推定电动机144的电动机速度，其中，NPI包含电动机144的额定电压、额定频率、额定速度以及额定功率。可以经由与上面关于图1-4所讨论的技术相同或类似的技术来确定负荷值。

与上面关于图4所讨论的实施例形成对比的是，根据图5的实施例，电动机速度推定器142将所推定的速度传送到速度控制器172。这样，基于由用户输入的优选电动机速度，速度控制器172可以将数据命令发送到驱动器控制模块170，以使驱动器控制模块170升高或降低电动机144的速度，使得实际推定的电动机速度匹配或更接近地匹配由用户输入的优选电动机速度。因此，图5的实施例是闭环系统，这是因为在输入初始电动机速度命令之后，不再需要用户输入来调节电动机144的电动机速度。

对于所公开的系统、方法以及设备的技术贡献在于，其提供了用于确定AC电动机的速度的计算机实施的技术。

从而，根据本发明一实施例，电动机管理系统包含计算机可读存储介质和处理单元。处理单元被配置为，确定在AC电动机运行期间输入到交流(AC)电动机的电压的电压值，确定在AC电动机运行期间输入到AC电动机的电压和电流的至少一个的频率值，确定在AC电动机运行期间来自AC电动机的负荷值，并访问一组电动机铭牌数据，其中，所述一组电动机铭牌数据包含AC电动机的额定功率、额定速度、额定频率以及额定电压。处理单元还被配置为基于电压值、频率值、负荷值以及所述一组铭牌数据来推定运行中的AC电动机的电动机速度，并将电动机速度存储在计算机可读存储介质中。

根据本发明的另一个实施例，用于控制电动机速度的方法包含：经由电压感测装置确定输入到运行中的电动机的能量的电压，确定输入到运行中的电动机的能量的频率，确定运行中的电动机的负荷值。该方法还包含基于电压、频率以及负荷值推定运行中的电动机的电动机速度，其中，推定电动机速度不需要频域信号处理运算。该方法还包含将电动机速度存储在计算机可读存储介质上。

根据本发明的另一个实施例，电动机速度推定系统被编程为，基于在运行期间输入到电动机的能量的频率、在运行期间输入到电动机的能量的电压、在运行期间来自电动机的负荷值、电动机的额定输出功率、电动机的额定速度、电动机的额定电压以及电动机的额定频率来推定电动机的电动机速度。该系统还被编程为将电动机速度存储在计算机存储装置上。

本发明已经在优选实施例方面得到介绍，将会明了，除上述具体描述的之外，等同、替代和修改是可行的，并落入所附权利要求的范围。

Claims (24)

1.一种电动机管理系统，包含：

计算机可读存储介质；以及

处理单元，其被配置为：

确定在AC电动机运行期间输入到交流(AC)电动机的电压的电压值；

确定在AC电动机运行期间输入到AC电动机的电压和电流的至少一个的频率值；

确定在AC电动机运行期间来自AC电动机的负荷值；

访问一组电动机铭牌数据，其中，所述一组电动机铭牌数据包括AC电动机的额定功率、额定速度、额定频率以及额定电压；

基于所述电压值、所述频率值、所述负荷值以及所述一组铭牌数据，推定运行中的所述AC电动机的电动机速度；以及

将所述电动机速度存储在所述计算机可读存储介质上，

其中，所述处理单元被配置为根据下式推定所述电动机速度：

其中，ω_{r_x}是电动机速度，P_{m_x}是确定的电动机负荷值，P_{m_额定_2}是在任意输入电压和频率下的额定电动机功率，ω_{同步_2}是在任意输入电压和频率下的额定同步速度，以及ω_{r_额定_2}是在任意输入电压和频率下的额定电动机速度。

2.根据权利要求1的电动机管理系统，其中，所述处理单元被配置为，经由不需要频域信号处理运算的推定运算，推定所述电动机速度。

3.根据权利要求1的电动机管理系统，其还包含耦合到所述AC电动机的可变频率驱动器，其中，所述AC电动机由所述可变频率驱动器来驱动。

4.根据权利要求1的电动机管理系统，其中，所述处理单元还被配置为基于电动机速度的推定来调节电动机速度。

5.根据权利要求1的电动机管理系统，其中，负荷值的所述确定是基于输入到AC电动机的功率的功率输出值、负荷百分比值以及输入到AC电动机的功率的功率输入值中的至少一个的。

6.根据权利要求1的电动机管理系统，其中，负荷值的所述确定还基于AC电动机的效率值。

7.根据权利要求1的电动机管理系统，其中，所述频率值是测量得到的值。

8.根据权利要求1的电动机管理系统，其中，所述频率值是计算得到的值。

9.根据权利要求1的电动机管理系统，其中，所述AC电动机是多相电动机和单相电动机中的一个。

10.根据权利要求1的电动机管理系统，其中，所述电动机管理系统是可被可拆卸地耦合到电动机驱动器的装置。

11.一种控制电动机速度的方法，包含：

经由电压感测装置，确定输入到运行中的电动机的能量的电压；

确定输入到运行中的电动机的能量的频率；

确定运行中的电动机的负荷值；

访问电动机的一组电动机额定值，所述一组电动机额定值包括额定速度、额定频率、额定输出功率以及额定电压；

基于所述电压、所述频率、所述负荷值、以及所述一组电动机额定值来推定运行中的电动机的电动机速度，其中，推定所述电动机速度不需要频域信号处理运算；以及

将所述电动机速度存储在计算机可读存储介质上，

其中，根据下式推定所述电动机速度：

其中，ω_{r_x}是电动机速度，P_{m_x}是确定的电动机负荷值，P_{m_额定_2}是在任意输入电压和频率下的额定电动机功率，ω_{同步_2}是在任意输入电压和频率下的额定同步速度，以及ω_{r_额定_2}是在任意输入电压和频率下的额定电动机速度。

12.根据权利要求11的方法，其还包含经由电动机驱动器来修改电动机速度。

13.根据权利要求11的方法，其还包含在显示屏上向用户显示所述电动机速度。

14.根据权利要求11的方法，其还包含：

访问电动机的效率值；以及

确定输入到运行中的电动机的功率，其中，确定所述电动机的负荷值是基于所述电动机的效率值以及输入到所述电动机的功率的。

15.根据权利要求11的方法，其中，所述电动机耦合到软启动器。

16.根据权利要求11的方法，其中，所述电动机由可变频率驱动器驱动。

17.根据权利要求11的方法，其中，确定所述负荷值包含，在不经由功率传感器确定输出功率的情况下，确定输出功率。

18.一种电动机速度推定系统，所述电动机速度推定系统被配置为：

基于在运行期间输入到电动机的能量的频率、在运行期间输入到所述电动机的能量的电压、在运行期间来自所述电动机的负荷值、所述电动机的额定输出功率、所述电动机的额定速度、所述电动机的额定电压以及所述电动机的额定频率，推定所述电动机的电动机速度；以及

将所述电动机速度存储在计算机存储装置上，

其中，根据下式推定所述电动机速度：

其中，ω_{r_x}是电动机速度，P_{m_x}是确定的电动机负荷值，P_{m_额定_2}是在任意输入电压和频率下的额定电动机功率，ω_{同步_2}是在任意输入电压和频率下的额定同步速度，以及ω_{r_额定_2}是在任意输入电压和频率下的额定电动机速度。

19.根据权利要求18的电动机速度推定系统，其还被配置为，在推定电动机速度之后，调节电动机速度。

20.根据权利要求18的电动机速度推定系统，其中，所述电动机速度推定系统是耦合到所述电动机的电动机驱动器的可拆卸装置。

21.根据权利要求18的电动机速度推定系统，其中，所述负荷值从运行中的所述电动机的输入功率值和效率值来推定。

22.根据权利要求18的电动机速度推定系统，其中，所述电动机由逆变器驱动。

23.根据权利要求18的电动机速度推定系统，其中，电动机速度的所述推定不需要快速傅立叶变换(FFT)运算和小波分析运算。

24.根据权利要求23的电动机速度推定系统，其中，所输入能量的频率不同于所述额定频率，且所输入能量的电压不同于所述额定电压。