CN106487313B - 变频伺服系统及其即时功率分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变频伺服系统及其即时功率分配方法，变频伺服系统所电性连接的电源供应装置以一预设供应功率传送出电力，可变频式负载依控制条件以一浮动需求功率运作，而即时功率分配方法中，先侦测变频伺服系统消耗的浮动功率，接着依浮动功率算出浮动备载功率，并依预设供应功率与浮动备载功率算出即时最大输出功率，然后依控制条件撷取浮动需求功率，接着判断即时最大输出功率是否大于浮动需求功率，并在判断为是时，依浮动需求功率输出控制信号，最后依控制信号驱动可变频式负载。本发明可以智能化地操作变频伺服系统与可变频式负载，进而达到浮动地调变可变频式负载。

Description

变频伺服系统及其即时功率分配方法

技术领域

本发明是有关于一种变频伺服系统及其即时功率分配方法，尤指一种可依照控制条件调变一变频负载的浮动需求功率的变频伺服系统以及其即时功率分配方法。

背景技术

在目前马达制造产业中，为了因应日溢增长的人力成本与电费，能源分配智能化与能源的充分利用已是当前极为重要的课题，现有技术中，变频伺服装置均输出固定电功率至变频负载，而从业人员必须依据功率测量出的数值，调整变频伺服装置输出至对变频伺服器的电功率。

而在变频伺服装置的现有技术中，若欲对在运转时所产生的消耗功率进行量测，一般是利用电力分析仪连结电源输出端进行功率测量并显示在显示器上，测量方式则视变频负载与变频伺服器的类别而有所不同，供电系统共区分为交流三相电源与单相电源两种。

另外，也可以在变频负载与变频伺服器设计中增加功率侦测电路，并以连结模－数转换器(Analog-to-digital converter；ADC)的方式，透过内部整合电路介面(Inter-Integrated Circuit；I²C)将信号回传至微控制器(Micro Control Unit；MCU)而计算转换电功率等数据。

然而上述两种方式，虽然在测量功率上有不错的功效，但却无法随着控制条件浮动地调变电源对负载的功率的输出，另外，在成本上，因为需额外购置电力分析仪或额外设计制作相关的测量电路，因此难以压低相关的成本。在测试工时上，需花不少的时间去反复测试，在现今信息爆炸的时代中，时间便是金钱，因此工时过长的问题在产业发展上更是一大劣势，而且人力物力等都衍生出额外的花费。

发明内容

有鉴于现有的变频伺服器，无法依照控制条件，自动且浮动地输出一适当的电功率至变频负载。缘此，本发明提供一种变频伺服系统及其即时功率分配方法，主要是即时地依据控制条件调变可变频式负载的浮动需求功率，以解决上述的问题。

基于上述目的，本发明所采用的主要技术手段是提供一种变频伺服系统，电性连接于一电源供应装置与一可变频式负载，电源供应装置以一预设供应功率传送出一电力，可变频式负载依照一控制条件以一浮动需求功率运作，变频伺服系统包含一功率侦测模块、一功率运算模块、一控制模块与一驱动模块。

功率侦测模块用以即时侦测出变频伺服系统所消耗的一浮动功率，功率运算模块电性连接于功率侦测模块，依据浮动功率运算出一浮动备载功率，并依据预设供应功率与浮动备载功率计算出一即时最大输出功率。控制模块电性连接于功率运算模块，依据控制条件撷取浮动需求功率，并在判断出即时最大输出功率大于浮动需求功率时，依据浮动需求功率而输出一控制信号。驱动模块电性连接于控制模块与可变频式负载，并依据控制信号驱动可变频式负载。

其中，上述变频伺服系统的附属技术手段的较佳实施例中，驱动模块为一智能功率模块(Intelligent Power Module；IPM)，电源供应装置为一三相交流电源，可变频式负载为一伺服马达、一电动机与一压缩机中的一者。

其中，上述变频伺服系统的附属技术手段的较佳实施例中，控制模块电性连接于电源供应装置，在控制模块依据控制条件撷取浮动需求功率，并在判断出即时最大输出功率小于浮动需求功率时，触发功率运算模块依据即时最大输出功率与浮动需求功率运算出一差距功率，藉以触发电源供应装置依据差距功率以大于预设供应功率的一调整供应功率传送出电力。

其中，上述变频伺服系统的附属技术手段的较佳实施例中，调整供应功率为预设供应功率加上差距功率，控制条件预存于控制模块与由一使用者所指定中的一者。

另外，本发明所采用的主要技术手段还提供一种即时功率分配方法，应用于变频伺服系统，变频伺服系统电性连接于一电源供应装置与一可变频式负载，电源供应装置以一预设供应功率传送出一电力，可变频式负载依照一控制条件以一浮动需求功率运作，功率分配方法包含以下步骤：(a)侦测出变频伺服系统所消耗的一浮动功率；(b)依据浮动功率运算出一浮动备载功率，并依据预设供应功率与浮动备载功率计算出一即时最大输出功率；(c)依据控制条件撷取浮动需求功率；(d)判断即时最大输出功率是否大于浮动需求功率；(e)在步骤(d)的判断结果为是时，依据浮动需求功率而输出一控制信号；(f)依据控制信号驱动可变频式负载。

其中，上述即时功率分配方法的附属技术手段的较佳实施例中，在步骤(d)的判断结果为否时，执行一步骤(g)依据即时最大输出功率与浮动需求功率运算出一差距功率。此外，在步骤(g)后执行一步骤(h)依据差距功率以大于预设供应功率的一调整供应功率传送出电力。另外，在步骤(h)中，调整供应功率为预设供应功率加上差距功率。

藉由本发明所采用的变频伺服系统及其即时功率分配方法的主要技术手段后，由于变频伺服系统依据控制条件输入浮动需求功率至可变频式负载，因此可以智能化地操作变频伺服系统与可变频式负载，进而达到浮动地调变可变频式负载。此外，由于也不仅能计算出即时功率且可依据控制条件与运算出的浮动需求功率以控制可变频式负载，因此不仅不需要另外加装电子分析仪以及额外设计电路，更可节省需随时手动调控变频伺服装置的人力。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1显示本发明的较佳实施例的变频伺服系统的方块示意图；

图2显示本发明较佳实施例的即时功率分配方法的流程示意图。

其中，附图标记

1 变频伺服系统

11 功率侦测模块

12 功率运算模块

13 控制模块

131 控制条件

14 驱动模块

15 显示模块

2 电源供应装置

3 可变频式负载

P1、P2 电力

S1 控制信号

S2 显示信号

S101-S108 步骤流程

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

请参阅图1，图1显示本发明的较佳实施例的变频伺服系统的方块示意图。如图所示，本发明较佳实施例所提供的变频伺服系统1电性连接于一电源供应装置2与一可变频式负载3，并包含一功率侦测模块11、一功率运算模块12、一控制模块13、一驱动模块14以及一显示模块15。功率运算模块12电性连接于功率侦测模块11，控制模块13电性连接于功率运算模块12与电源供应装置2，驱动模块14电性连接于控制模块13与可变频式负载3，显示模块15电性连接于控制模块13。

功率侦测模块11、功率运算模块12与控制模块13可整合为一微控制器(MicroControl Unit；MCU)，更可包含一桥式整流器、滤波器、运算放大电路、复杂可编程逻辑装置(CPLD)、光耦合器、石英振荡器(crystal)、电可擦可编程只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory；EEPROM)，但并不限于此，且功率侦测模块11、功率运算模块12、控制模块13与驱动模块14也可各为一具有处理能力的处理器，其视实务上的设计而定。

此外，驱动模块14例如为一智能功率模块(Intelligent Power Module；IPM)，但其他实施例中不限于此。显示模块15例如为一液晶屏幕显示器(LCD)、一触控式屏幕(Touchscreen)、有机发光半导体(OLED)、大尺寸有机发光半导体AMOLED、表面传导电子发射显示器(SED)、场发射显示器(FED)、雷射显示器、磁液显示器(FLD)、干涉测量调节显示器(IMOD)、厚膜电致发光(TDEL)、量子点显示器(QDLED)、时序复用光学快门(TMOS)、伸缩像素显示器(TPD)、有机发光晶体显示器(OLET)、雷射萤光显示器(LPD)，但其他实施例中不限于此。

其中，控制模块13内设有一控制条件131，其以预存的形式预存于控制模块13中，但其他实施例中也可为非预存而由使用者所指定，而控制模块13可依照控制条件131控制可变频式负载3，但其他实施例中不限于此。电源供应装置2例如为一三相交流电源，可变频式负载例如为一伺服马达、一电动机或一压缩机，但其他实施例中不限于此。

电源供应装置2以一预设供应功率将一电力P1传送至变频伺服系统1，也就是说，电力P1具有预设供应功率，其预设供应功率可由电压与电流得知。另外，可变频式负载3依照控制条件131以一浮动需求功率运作，也就是说，控制条件131可为在相异时间内可变频式负载3所需的浮动需求功率，如下表所示：

时间(t)	浮动需求功率(W)
		t0	W0
t1	W1
		t2	W2
t3	W3

功率侦测模块11用以即时侦测出变频伺服系统1所消耗的一浮动功率，浮动功率可包含有功率侦测模块11、功率运算模块12、控制模块13、驱动模块14与显示模块15所消耗的功率。其中，由于驱动模块14为智能功率模块，因此功率侦测模块11可透过为的方程式获知驱动模块14的功率，但其他实施例中不限于此。

功率运算模块12依据浮动功率运算出一浮动备载功率，换句话说，功率运算模块12依据浮动功率加上一用以缓冲功率变化的缓冲功率，即运算出浮动备载功率，举例来说，若浮动功率为20W，那么缓冲功率可取浮动功率的10％(仅为举例，并不限于此)，因此浮动备载功率即为浮动功率的20W加上缓冲功率的2W而为22W。此外，功率运算模块12还依据预设供应功率与浮动备载功率计算出一即时最大输出功率，而此运算方法例如是将预设供应功率减去浮动备载功率而得到最大输出功率，进而运算出扣除掉浮动备载功率后所能提供的功率。

控制模块13依据控制条件131撷取当下时间中，可变频式负载3所需的浮动需求功率，藉以判断即时最大输出功率与浮动需求功率的大小，并在判断出即时最大输出功率大于浮动需求功率时，依据浮动需求功率而输出一控制信号S1，而此控制信号S1即是代表浮动需求功率。

驱动模块14依据控制信号S1驱动可变频式负载3，也就是说，驱动模块14以上述的浮动需求功率驱动可变频式负载3，而仅以浮动需求功率驱动可变频式负载3的目的在于避免能源的浪费，以避免在可变频式负载3在当下时间仅需浮动需求功率25W时，还以即时最大输出功率(假设为58W)驱动可变频式负载3而造成不必要的浪费。

若在控制模块13依据控制条件131撷取浮动需求功率，并在判断出即时最大输出功率小于浮动需求功率时，表示当下若驱动模块14以最大输出功率驱动可变频式负载3的话，会造成可变频式负载3无法被有效驱动，因此控制模块13判断出即时最大输出功率小于浮动需求功率时，会触发功率运算模块12依据即时最大输出功率与浮动需求功率运算出一差距功率，换句话说，其可将即时最大输出功率减去浮动需求功率而得差距功率，功率运算模块12可将此差距功率以信号的形式传送至控制模块13，藉以使控制模块13触发电源供应装置2依据差距功率以大于预设供应功率的一调整供应功率传送出电力P2，因此，电力P2的调整供应功率为预设供应功率加上差距功率(较佳者还可再加上备用的功率以防止供应的功率不够)，使得驱动模块14可以此调整后的即时最大输出功率驱动可变频式负载3。

另外，在此需要一提的是，控制模块13可依据即时最大输出功率、浮动需求功率与预设供应功率将显示信号S2传送至显示模块15，藉以使显示模块15显示上述的即时最大输出功率、浮动需求功率与预设供应功率，较佳者，还可具体显示出功率侦测模块11、功率运算模块12、控制模块13、驱动模块14与显示模块15所消耗的功率或其他即时浮动的功率。其中，浮动需求功率、浮动功率、浮动备载功率、即时最大输出功率与差距功率皆为即时浮动的功率，预设供应功率为非即时浮动的功率。

请参阅图2，图2显示本发明较佳实施例的即时功率分配方法的流程示意图。如图所示，本发明较佳实施例所提供的即时功率分配方法可应用于如图1所示的变频伺服系统1，功率分配方法包含以下步骤：

步骤S101：侦测出变频伺服系统1所消耗的一浮动功率；

步骤S102：依据浮动功率运算出一浮动备载功率，并依据预设供应功率与浮动备载功率计算出一即时最大输出功率；

步骤S103：依据控制条件撷取浮动需求功率；

步骤S104：判断即时最大输出功率是否大于浮动需求功率；

步骤S105：依据浮动需求功率而输出一控制信号S1(显示于图1)；

步骤S106：依据控制信号S1驱动可变频式负载3；

步骤S107：依据即时最大输出功率与浮动需求功率运算出一差距功率；

步骤S108：依据差距功率以大于预设供应功率的一调整供应功率传送出电力P2(显示于图1)。

其中，步骤S102中，浮动备载功率即同样是由浮动功率额外加上用以缓冲功率变化的缓冲功率，在步骤S108中，调整供应功率为预设供应功率加上差距功率，其余均与图1所示变频伺服系统1的功率侦测模块11、功率运算模块12、控制模块13、驱动模块14与显示模块15的运作内容相同，因此不再赘述。

综合以上所述，在采用本发明所提供的变频伺服系统以及其即时功率分配方法后，由于变频伺服系统依据预设供应功率与浮动备载功率计算出一即时最大输出功率，并依据控制条件输出浮动需求功率，在判断最大输出功率值小于浮动需求功率时，变频伺服系统依据即时最大输出功率与浮动需求功率运算出一差距功率，并依据差距功率以大于预设供应功率的调整供应功率传送出电力。如此一来，不仅能计算出即时功率，且可依据控制条件与运算出的浮动需求功率以控制可变频式负载。因此不仅不需要另外加装电子分析仪以及额外设计电路，更可节省需随时手动调控变频伺服装置的人力。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种变频伺服系统，其特征在于，电性连接于一电源供应装置与一可变频式负载，该电源供应装置以一预设供应功率传送出一电力，该可变频式负载依照一控制条件以一浮动需求功率运作，该变频伺服系统包含：

一功率侦测模块，用以即时侦测出该变频伺服系统所消耗的一浮动功率；

一功率运算模块，电性连接于该功率侦测模块，依据该浮动功率运算出一浮动备载功率，并依据该预设供应功率与该浮动备载功率计算出一即时最大输出功率；

一控制模块，电性连接于该功率运算模块，依据该控制条件撷取该浮动需求功率，并在判断出该即时最大输出功率大于该浮动需求功率时，依据该浮动需求功率而输出一控制信号；以及

一驱动模块，电性连接于该控制模块与该可变频式负载，并依据该控制信号驱动该可变频式负载。

2.如权利要求1所述的变频伺服系统，其特征在于，该驱动模块为一智能功率模块。

3.如权利要求1所述的变频伺服系统，其特征在于，该电源供应装置为一三相交流电源，该可变频式负载为一伺服马达、一电动机与一压缩机中的一者。

4.如权利要求1所述的变频伺服系统，其特征在于，该控制模块电性连接于该电源供应装置，在该控制模块依据该控制条件撷取该浮动需求功率，并在判断出该即时最大输出功率小于该浮动需求功率时，触发该功率运算模块依据该即时最大输出功率与该浮动需求功率运算出一差距功率，藉以触发该电源供应装置依据该差距功率以大于该预设供应功率的一调整供应功率传送出该电力。

5.如权利要求4所述的变频伺服系统，其特征在于，该调整供应功率为该预设供应功率加上该差距功率。

6.如权利要求1所述的变频伺服系统，其特征在于，该控制条件是预存于该控制模块与由一使用者所指定中的一者。

7.一种即时功率分配方法，其特征在于，应用于一变频伺服系统，该变频伺服系统电性连接于一电源供应装置与一可变频式负载，该电源供应装置以一预设供应功率传送出一电力，该可变频式负载依照一控制条件以一浮动需求功率运作，该功率分配方法包含以下步骤：

(a)侦测出该变频伺服系统所消耗的一浮动功率；

(b)依据该浮动功率运算出一浮动备载功率，并依据该预设供应功率与该浮动备载功率计算出一即时最大输出功率；

(c)依据该控制条件撷取该浮动需求功率；

(d)判断该即时最大输出功率是否大于该浮动需求功率；

(e)在该步骤(d)的判断结果为是时，依据该浮动需求功率而输出一控制信号；以及

(f)依据该控制信号驱动该可变频式负载。

8.如权利要求7所述的即时功率分配方法，其特征在于，在该步骤(d)的判断结果为否时，执行一步骤(g)依据该即时最大输出功率与该浮动需求功率运算出一差距功率。

9.如权利要求8所述的即时功率分配方法，其特征在于，在该步骤(g)后执行一步骤(h)依据该差距功率以大于该预设供应功率的一调整供应功率传送出该电力。

10.如权利要求9所述的即时功率分配方法，其特征在于，在该步骤(h)中，该调整供应功率为该预设供应功率加上该差距功率。