CN110326194A - 控制装置 - Google Patents

Abstract

提供一种即使电动机的绕组温度的检测值产生异常、误差、或电动机负载的检测电流产生异常、误差也使电动机安全地持续运转的控制装置。实施方式的控制装置控制对将电动机冷却的冷媒的流动进行驱动的冷却用电动机。控制装置具备：第一运算部，基于所述电动机的负载电流，计算所述冷媒的第一流量；第二运算部，基于所述电动机的绕组的温度，计算所述冷媒的第二流量；以及第三运算部，基于所述第一运算部以及所述第二运算部的输出，设定所述冷却用电动机的转速。

Description

控制装置

技术领域

本发明的实施方式涉及一种对冷却用电动机进行控制的控制装置，该冷却用电动机驱动对电动机进行冷却的冷媒的流动。

背景技术

一般来说，电动机具有通过安装于旋转轴的风扇的旋转使冷媒循环的功能。例如在钢铁轧制设备的主机驱动用大型电动机那样的大容量可变速的电动机的情况下，区别于电动机的旋转轴上的风扇地附带有使电动机冷媒循环的独立的冷却设备。

图2表示大型电动机的冷却构造的例子。在图2中，21是大型的电动机，22是轴承，23是将冷媒冷却的冷却器，24是冷却风扇，25是驱动冷却风扇的电动机。图中的箭头表示冷媒的流动。

如图2所示，由冷却风扇24用的电动机25驱动的冷却风扇24使冷媒在电动机21内对流、循环。而且，循环的冷媒带走从电动机21产生的热量，因此能够将电动机21冷却。从电动机21吸收热量而温度上升的冷媒返回冷却器23，被冷却器23冷却，在电动机21内循环。

在包含冷却器23以及冷却风扇24的电动机冷却系统的设计中，使用电动机所产生的热量、冷却风扇所产生的热量、电动机的冷却所需的风量以及向电动机进气的温度这类各种量、通气阻力、冷媒温度、以及冷媒特性等。然后，基于这些参数，电动机冷却系统被设计为将电动机的温度限制在允许值内。

由于负载电流因电动机的负载而变化且产生损失增减，因此电动机21所产生的热量不恒定。具有余量地设计冷媒的流量，以便即使在产生的损失最大时、换句话说是电动机21为最大额定运转的情况下，也将电动机21的温度限制在允许值。因而，在由使用条件确定的范围内的运转中，只要使冷却风扇24额定运转，作为电动机21不会异常过热，能够安全地持续运转。

在电动机21的运转时，负载小于最大额定的情况下，即使使冷却风扇24的流量比额定降低一定程度而运转，电动机21的温度也能够在允许温度内运转。因此，结果能够减少冷却风扇24的消耗能量。

在这种电动机冷却系统中，在电动机21的负载为一定的条件下，一般来说存在如下倾向：越使冷媒的流量减少，电动机21的温度越上升，越使冷媒的流量增加，电动机21的温度越降低。

电动机21基于标准被确定最高允许温度。由此，将电动机21的温度在最高允许温度下保持一定，会使得冷却风扇24的节能效果提高。

在实现冷却风扇24的节能化的情况下，若超过必要程度地减少冷媒流量，则电动机温度超过允许值，电动机寿命的降低，根据情况会导致电动机21的故障。另一方面，若冷媒流量的减少量较少、则冷却风扇24的节能效果降低。

在专利文献1中记载了在由温度传感器检测出的电动机温度达到一定温度以上时驱动冷却风扇的技术。在该技术中，冷却风扇的控制是通断控制，因此不能进行细致的风量的调整。因此，电动机温度的变动增加，不能得到充分的节能效果。由于驱动冷却风扇的电动机的启动次数增加，存在驱动冷却风扇的电动机的寿命变短的隐患。

在专利文献2中记载了基于由温度传感器检测出的电动机温度连续地控制冷媒流量的技术。但是，在该技术中，在温度传感器以及其信号的传送中发生了误差、异常的情况下，不能计算适当的流量，存在不再能使电动机在允许温度内安全地运转的隐患。

在专利文献3中，记载了基于流过电动机的电流的有效值(RMS值)推断电动机的上升温度，并运算与温度上升相应的适当的冷媒的流量的技术。但是，一般来说，在基于电动机电流计算与电动机负载相应的所需流量的情况下，由于存在电流值的误差、电动机损失模型误差、电动机冷却模型的误差、干扰等，因此难以通过预先计算出的冷媒流量来控制适当的电动机的温度。另外，即使通过试验运转适当地调整了运算模型，在调整后发生了马达特性的变化、干扰的情况下，原理上也不可能将电动机的温度控制为恒定。因此，需要预先使冷媒流量的运算具有充分的余量，以避免超过电动机的温度允许值。而且，在电动机的温度异常上升的情况下，还需要采取追加强制地使冷却风扇为最大速度运转的附加功能等对策。但是，在这些情况下，对应于多余的风量而消耗能量，节能效果降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平5－300687号公报

专利文献2:日本特开2001－136708号公报

专利文献3:日本专利第3741101号公报

发明内容

发明将要解决的课题

实施方式提供一种即使电动机的绕组温度的检测值产生异常、误差、或电动机负载的检测电流产生异常、误差，也能够使电动机安全地持续运转的控制装置。

用于解决课题的手段

实施方式的控制装置控制对将电动机冷却的冷媒的流动进行驱动的冷却用电动机。控制装置具备：第一运算部，基于所述电动机的负载电流，计算所述冷媒的第一流量；第二运算部，基于所述电动机的绕组的温度，计算所述冷媒的第二流量；以及第三运算部，基于所述第一运算部以及所述第二运算部的输出，设定所述冷却用电动机的转速。

发明效果

在本实施方式中，由于基于根据所述电动机电流的有效值运算的冷媒流量即第一流量和根据所述电动机绕组温度值运算的冷媒流量即第二流量这两方设定冷却用电动机的转速，因此即使电动机的绕组温度的检测值产生异常、误差、或电动机负载的检测电流产生异常、误差，也能够使电动机安全地持续运转。

附图说明

图1是例示实施方式的电动机冷却系统的框图。

图2是例示电动机的冷却装置的构造的概念图。

图3是例示实施方式的控制装置的框图。

图4是用于说明冷却电动机的控制装置的动作的流程图的例子。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

另外，附图是示意性或概念性的，各部分的厚度与宽度的关系、部分间的大小的比率等不一定与现实相同。另外，即使在表示相同部分的情况下，也存在根据附图而将相互的尺寸、比率不同地表示的情况。

另外，在本申请说明书与各图中，关于已经出现的图，对与前述相同的要素标注相同的附图标记，适当省略详细的说明。

图1是例示本实施方式的电动机冷却控制系统的框图。

电动机冷却系统100具备电动机1、冷却器3、冷却风扇4、冷却风扇用的电动机5、电动机1用的驱动装置6、冷却风扇4用的驱动装置7、用于电动机冷却系统100的控制装置12、以及温度传感器13。

电动机1包含支承旋转轴的轴承2。电动机1例如是同步电动机。包含向设于同步电动机的旋转轴的励磁绕组供给直流电流的集电环14。电动机1并不局限于同步电动机，也可以是感应电动机或其他电动机。

冷却器3设于电动机1的上部，与电动机1热连接。冷却器3例如是热交换机。通过冷却器3将电动机1的内部的热量向外部释放。通过冷却风扇4，使电动机1内部产生对流，促进热交换。

冷却风扇4由转速被冷却风扇用的驱动装置7控制的冷却风扇4用的电动机5驱动。驱动装置7例如是逆变器装置。驱动装置7以由控制装置12设定的转速驱动电动机5以及冷却风扇4。

电动机1用的驱动装置6例如是逆变器装置。以设定的速度指令值旋转控制电动机1。驱动装置6通过设于电动机1的绕组的电流传感器(未图示)检测电动机1的电流。

电动机1与电动机1用的驱动装置6、冷却风扇4用的驱动装置7分别设置于不同的场所，分别经由远程IO盘8、9连接于控制用的通信网络11。电动机1通过从驱动装置6输出的操作信号来控制转速。电动机1的运转数据(例如转速、运转频率以及电流有效值等)向驱动装置6输入，经由远程IO盘8传送到通信网络11。控制装置12经由通信网络11收集运转数据。

冷却风扇4的运转数据(例如转速、运转频率以及电流等)经由远程IO盘9传送到通信网络11。控制装置12经由通信网络11收集这些数据。

用于电动机冷却系统100的控制装置12将收集到的运转数据储存于例如与控制装置12连接的存储装置15。如后述那样，能够在存储装置15中储存控制控制装置12的动作的程序，并根据需要读出而执行各步骤。在该例子中，存储装置15通过与通信网络11不同的线路连接于控制装置12，但不限于此，也可以经由通信网络11而连接等。

温度传感器13设于电动机1的绕组。通过温度传感器13测量电动机1的绕组的温度。由温度传感器13收集的电动机1的温度信息经由远程IO盘10以及通信网络11传送到与通信网络11连接的控制装置12。

接着，对电动机冷却系统100的控制装置12的构成进行说明。

图3是例示本实施方式的控制装置的框图。

如图3所示，控制装置12具备RMS运算部31、基于RMS电流的流量运算部(第一运算部)32、基于绕组温度的流量运算部(第二运算部)34、以及频率运算部(第三运算部)33。

RMS运算部31被输入电动机1的负载电流IM的数据。RMS运算部31基于负载电流IM，计算负载电流IM的有效值电流(RMS电流)IRMS并输出。

基于RMS电流的流量运算部32的输入连接于RMS运算部31的输出。流量运算部32将相对于RMS电流IRMS的冷媒的所需流量Q1例如作为表而预先存储于存储装置15。流量运算部32基于输入的RMS电流IRMS输出冷媒的所需流量Q1。

在所需流量Q1以及RMS电流IRMS较大的情况下，由于电动机1的负载较重，所以认为电动机1的发热变大。另一方面，在RMS电流IRMS较小的情况下，认为电动机1的负载较轻，电动机1的发热较小。因此，所需流量Q1对应于RMS电流IRMS的增大而具有较大的值。

这样，在基于RMS电流的流量运算部32中，进行根据实际的负载电流IM以及电动机1的发热来决定所需流量Q1的前馈控制。

基于绕组温度的流量运算部34被输入电动机绕组的基准温度Tref与检测出的电动机绕组的检测温度Tm的数据的偏差ΔT。在该例子中，为了求出偏差ΔT，使用了加减法器35。基于绕组温度的流量运算部34根据距绕组的基准温度Tref的偏差ΔT，计算冷媒的所需流量Q2并输出。

在基于绕组温度的流量运算部34中预先储存有根据偏差ΔT而设定的所需流量Q2。在流量运算部34中，在所输入的偏差ΔT较大的情况下，将所需流量Q2设定得较大，在偏差ΔT较小的情况下，将所需流量Q2设定得较小。

这样，在基于绕组温度的流量运算部34中，进行决定所需流量Q2的反馈控制，以使电动机1的实际温度接近基准温度Tref。

频率运算部33基于所需流量Q1、Q2，设定冷却风扇4的旋转速度的指令值V。频率运算部33被输入通过加法器36将所需流量Q1、Q2相加后的流量Q3。在频率运算部33中预先储存有相对于冷媒的流量Q3的冷却风扇4的旋转速度的指令值V的值。频率运算部33输出与输入的流量Q3相应的冷却风扇4的旋转速度的指令值V。

频率运算部33所输出的指令值V作为速度指令值而供给到冷却风扇4用的驱动装置7。冷却风扇用的电动机5以与指令值V相应的旋转速度旋转。这样，由于冷媒以必要的流量Q3流动，因此电动机1被适当地冷却。

上述控制装置12包含按照连接于控制装置12或者内置于控制装置12的存储装置15中储存的程序进行动作的CPU(中央处理器，Central Processing Unit)、MPU(微处理器，Micro Processing Unit)等。例如，控制装置12是包含CPU等的计算机终端，上述RMS运算部31、基于RMS电流的流量运算部32、频率运算部33、基于绕组温度的流量运算部34、加减法器35以及加法器36的一部分或者全部通过程序的步骤实现。

图4是用于说明控制装置12的动作的流程图。以下，按照该流程图，对控制装置12的动作进行说明。

如图4所示，在步骤S1中，RMS运算部31获取电动机1的负载电流IM的数据，计算RMS电流IRMS。

在步骤S2中，基于RMS电流的流量运算部32使用RMS电流IRMS，计算所需流量Q1。计算出的所需流量Q1例如暂时储存于存储装置15。

在步骤S3中，加减法器35从温度传感器13取得电动机绕组的检测温度Tm，计算与预先设定的基准温度Tref的偏差ΔT。

在步骤S4中，基于绕组温度的流量运算部34使用偏差ΔT计算所需流量Q2。计算出的所需流量Q2例如暂时储存于存储装置15。

在步骤S5中，加法器36分别读出储存于存储装置15的所需流量Q1、Q2，将所需流量Q1、Q2相加，最终计算出所需的所需流量Q3并输出。

在步骤S6中，频率运算部33使用所需流量Q3，计算冷却风扇的旋转速度，生成与计算出的旋转速度相应的速度指令值。

上述各步骤的顺序不限于此。也可以先执行步骤S1、S2，然后执行步骤S3、S4，也可以同时并行地执行这些步骤。

对本实施方式的控制装置12的作用以及效果进行说明。

在本实施方式的控制装置12中，测量电动机1的实际的绕组温度Tm，并进行反馈控制，以成为预先设定的基准温度Tref。因此，能够根据绕组温度的偏差ΔT连续地设定所需流量Q2，因此能够细致地设定流量。即，在温度的偏差ΔT小的情况下，流量被设定为更小的值，能够分别减少驱动冷却风扇4的电动机5以及驱动装置7的损失，能够实现节能化。

由于能够通过冷却风扇4用的驱动装置7来控制冷却风扇4的起动以及停止，因此能够进行顺畅的起动以及停止，能够延长冷却风扇4用的电动机5的寿命。

在本实施方式的控制装置12中，分别独立地测量电动机1的负载电流IM以及电动机1的绕组温度Tm，分别用作独立的控制变量来进行控制。因此，即使在检测出的绕组温度Tm中产生误差、或在温度数据的传送中产生异常的情况下，在电动机1的负载电流IM较大的情况下也通过基于电流RMS的流量运算部32适当地设定流量Q1，因此电动机1的冷却不会不足。

另外，即使在电动机的负载电流的检测值产生误差而检测出比实际小的值的情况下，控制装置12也进行反馈控制，以使独立于负载电流IM地测量的绕组温度Tm与基准温度Tref一致。因此，根据由基于绕组温度的流量运算部34计算出的流量Q2抑制电动机1的负载电流IM的增大引起的发热。

在基于流过电动机1的负载电流IM通过计算求出电动机1的温度上升的情况下(例如上述的专利文献3等)，除了电流检测的误差之外，还包含由电动机损失模型所引起的误差。因此，若电流误差变大，则存在温度误差进一步变大的倾向。关于电动机损失模型，配线的损失(铜损)、涡流损失，磁芯的损失(铁损)等为非线性且复杂，难以避免模型的误差。

另外，电动机的损失模型、冷却时的模型按照每个实物而不同，难以详细地模型化。

而且，即使按照每个实物进行模型化，在实物的调整后也难以完全消除电动机特性的变化、干扰的产生，每次产生变化等时进行模型更新并不现实。

在本实施方式的控制装置12中，在实物的调整后变动的模型参数之中，独立地测量电动机1的负载电流IM以及绕组温度Tm，并独立地进行控制，因此能够设定误差较小的流量。

在基于电流RMS的流量运算部32中，由于使用检测电动机1的负载电流IM并控制为适当的值的前馈控制，因此能够对于负载电流IM的变动迅速地响应而将冷却的流量设定为适当的值。

根据以上说明的实施方式，能够实现将电动机温度控制在最高允许温度以下的一定的温度基准值、并且即使在电动机温度传感器等产生了误差、异常的情况下也能够安全地持续运转的电动机冷却控制装置。

以上，虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提出的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明与其等效的范围内。另外，前述的各实施方式能够相互组合来实施。

Claims (4)

1.一种控制装置，控制冷却用的电动机，该冷却用的电动机驱动将电动机冷却的冷媒的流动，其中，该控制装置具备：

第一运算部，基于所述电动机的负载电流，计算所述冷媒的第一流量；

第二运算部，基于所述电动机的绕组的温度，计算所述冷媒的第二流量；以及

第三运算部，基于所述第一运算部以及所述第二运算部的输出，设定所述冷却用的电动机的转速。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，

所述第一运算部基于所述负载电流计算驱动所述电动机的电流的有效值，并基于所述有效值设定所述第一流量。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其中，

所述第二运算部计算所述绕组的温度和预先设定的基准温度的偏差，设定所述第二流量以使所述偏差变小。

4.根据权利要求1所述的控制装置，其中，

所述第三运算部将所述第一运算部的输出与所述第二运算部的输出相加来设定所述转速。