JP5566887B2 - エネルギー節約を最大にするためのモータコントローラシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本願は、米国仮特許出願第60/933,706号(2007年9月14日出願)及び米国仮特許出願第61/135,402号(2008年7月21日出願)の利益を主張する。
本発明は、あらゆる負荷でのAC誘導モータにおいて、エネルギー節約を最大にするためのシステム及び方法に関するものであり、より具体的には、デジタル信号プロセッサを使用して、モータの最も効率的な操作特性を決定するためにコントロールラインを較正(calibrate)するものである。
本発明の第一の目的は、あらゆる負荷時にAC誘導モータにおいてエネルギー節約を最大にするシステム及び方法を提供することである。
望ましい実施態様を説明する目的で、図面において番号で参照された用語は以下の通りである。
(1) デジタルシステムプロセッサ(DSP)
(2) ハードウェア入力
(3) モータ
(4) モータコントローラ
(5) 監視された位相角
(6) コントロールライン
(7) コントロールスペースの走査からの監視された較正データ曲線
(8) 電源分圧抵抗
(9) 電流
(10) ターゲット位相角
(11) 位相エラー信号
(12) 比例積分導関数(PID)コントローラ
(13) 平均自乗根(RMS)モータ電圧
(14) 電力コントロール装置出力
(15) A相ライン電圧ゼロ‐クロス
(16) B相ライン電圧ゼロ‐クロス
(17) C相ライン電圧ゼロ‐クロス
(18) 正の位相回転
(19) 負の位相回転
(20) 電力オンリセット(POR)
(21) ストールポイント
(22) a,c,b位相の開始時間
(23) 点弧角/負荷サイクル
(24) パーセント負荷
(25) パラメトリカルコントロールライン
(26) 操作ポイント
(27) 低出力イーピダンスのアンプ
(28) 位相エラー
(29) コントロール電圧
(30) b点
(31) 膝
(32) 較正ボタン
(33) 電力コントロール装置
(34) c点
(35) 最小電圧値(Vmin)
(36) 位相ゼロ‐クロス入力
(37) 位相ライン電圧
(38) 位相モータ電圧
(39) 時間が測定される。
(40) 時間は90度より大きいか、小さいか
(41) ABC回転
(42) ACB回転
(43) d点
(44) 負荷のかかる構造内にある。
(45) 無負荷の構造内にある。
(46) 運転較正
(47) 較正されたコントロールライン端末
(48) 計算コントロールライン
(49) コントロールラインの節減
(50) ライン電圧
(51) 点弧角/負荷サイクルを90度にセットする。
(52) モータパラメータを測定する。
(53) 膝(Knee)を検知する。
(54) 点弧角/負荷サイクルを2度だけ減らす。
(55) 位相角及びモータ電圧を節減する。
(56) 4回繰り返す。
(57) 平均値を計算する。
(58) 点弧角/負荷サイクルを増加する。
(59) 次のステップを計測する。
(60) 一定の電圧クランプ
(61) コントロールセグメントを合成する。
(62) デジタルコンバータへのアナログ
(63) 位相計算
(64) 位相エラーを計算する。
(65) 電圧エラーを計算する。
(66) RMSモータ電圧が一定の電圧域と比較される。
(67) コントロールターゲットはポジティブか
(68) 電圧ループを実行させる。
(69) コントロールラインループを実行する。
(70) ダイナモメータ上に位置するモータ
(71) モータはコンピュータへ接続される。
(72) 点弧角/負荷サイクルは増加され、電圧は減少される。
(73) レコード測定ポイント
(74) スタートモータ
(75) 点弧角/負荷サイクルが調整される。
(76) フォームコントロールライン
(77) シングルエンドアンプとの差
(78) 入力抵抗
(79) アテニュエータ
(80) フィードバック抵抗
(81) グランド基準抵抗
(82) 保護ダイオード
(83) 加算増幅器
(84) DCブロッキングキャパシタ
(85) 加算抵抗
(86) ニュートラル
(87) 代替ニュートラル接続のためのジャンパーブロック
(88) ウィンドウキャパシタ
(89) モータ電流が提供される。
(90) プラスの電圧が提供される。
(91) マイナスの電圧が提供される。
(92) 電圧は二つのキャパシタを経由して通過する。
(93) 電圧は操作(OR)ゲートを経由して通過する。
(94) ゼロ‐クロスデジタル信号が生成される。
(95) 電流波形
(96) 正の電圧半サイクル
(97) 負の電圧半サイクル
(98) OR機能
(99) 電流の中で増加するためのDSPモニタ
(100) 増加が監視される。
(101) モータ電圧がフルに変わる。
(102) モータ電圧がコントロールラインへ低減される。
(103) モニタ上の負荷
(104) モータへ適用される電力
(105) a点
(106) カウントスイープ
Claims (39)
- エネルギーを節約するために、一定の周波数で動作するAC誘導モータをコントロールするためのシステムであって:
前記AC誘導モータのコントロールスペースをスイープし、前記AC誘導モータの動作パラメータを測定する手段;
コントロールラインを確立する手段であって、前記コントロールラインは、前記測定から、点弧角/負荷サイクルとターゲット位相角を関連づけるものである、前記確立する手段;
前記モータコントローラに前記コントロールラインを格納する手段;
前記コントロールラインに従って前記AC誘導モータのクローズドループコントロールを実行する手段;及び
前記AC誘導モータの測定された動作パラメータの少なくとも1つを前記コントロールラインに対して移動させる手段;
を含み、
前記AC誘導モータのクローズドループコントロールを実行する前記手段は、サイクル毎に、前記AC誘導モータの正及び負の電流波形の半波形のゼロ‐クロスを検知するための手段をさらに含む、システム。 - 前記AC誘導モータの測定された動作パラメータの少なくとも1つを移動させる手段は、前記AC誘導モータの測定された動作パラメータの少なくとも1つを、フルに負荷がかかった状態に対応するように移動させる、請求項1に記載のシステム。
- 前記AC誘導モータの測定された動作パラメータの少なくとも1つを移動させる手段は、前記AC誘導モータの測定された動作パラメータの少なくとも1つを、無負荷の状態に対応するように移動させる、請求項1に記載のシステム。
- 前記AC誘導モータの電流測定をするための手段をさらに含む、請求項1に記載のシステム。
- デジタル信号プロセッサによりAC誘導モータの電流測定を行なう、請求項4に記載のシステム。
- 前記AC誘導モータの位相角測定するための手段をさらに含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記AC誘導モータの位相角測定は、デジタル信号プロセッサにより行なわれる請求項6に記載のシステム。
- 前記測定された動作パラメータの少なくとも1つは位相角であり、前記AC誘導モータの点弧角/負荷サイクルをコントロールするための手段をさらに含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記AC誘導モータの点弧角/負荷サイクルをコントロールするための前記手段は、デジタル信号プロセッサにより行なわれる、請求項8に記載のシステム。
- 前記AC誘導モータのコントロールスペースをスイープして、動作パラメータを測定する前記手段は、前記AC誘導モータの平均自乗根モータ電圧を変化することにより行なわれる、請求項1に記載のシステム。
- 前記AC誘導モータの平均自乗根モータ電圧を変えるための前記手段は、デジタル信号プロセッサである、請求項10に記載のシステム。
- 前記測定から前記コントロールラインを確立するための前記手段は、デジタル信号プロセッサである、請求項1に記載のシステム。
- 前記モータコントローラに前記コントロールラインを格納するための前記手段が、不揮発性メモリである、請求項1に記載のシステム。
- 前記AC誘導モータのクローズドループコントロールを実行する前記手段は、デジタル信号プロセッサである、請求項1に記載のシステム。
- 前記AC誘導モータのクローズドループコントロールを実行する前記手段は、パルス幅変調である、請求項1に記載のシステム。
- 前記パルス幅変調は、少なくとも1つのTRIACドライバを使って実行される、請求項15に記載のシステム。
- 前記パルス幅変調は、少なくとも1つのSCRドライバを使って実行される、請求項15に記載のシステム。
- 前記パルス幅変調は、少なくとも1つのIGBTドライバを使って実行される、請求項15に記載のシステム。
- 前記パルス幅変調は、少なくとも1つのMOSFETドライバを使って実行される、請求項15に記載のシステム。
- 前記AC誘導モータの動作モータ電圧を最大電圧でクランプするための手段をさらに含む、請求項1に記載のシステム。
- ストールポイントについて前記AC誘導モータをスイープするように構成された場合に、前記AC誘導モータが最小電圧を下回る電圧で作動することを抑制する手段をさらに含む、請求項1に記載のシステム。
- 正及び負の電流波形の半波形のゼロ‐クロスを検知するための前記手段が、少なくとも1のウィンドウコンパレータである、請求項1に記載のシステム。
- 正の電圧が、正の半サイクルの間、基準用として前記少なくとも1つのウィンドウコンパレータへ提供され;
負の電圧が、負の半サイクルの間、基準用として前記少なくとも1つのウィンドウコンパレータへ提供され;
信号は、前記少なくとも1つのウィンドウコンパレータからORゲートを通り、合成ゼロ‐クロス電流デジタル信号を形成するように構成されている、
請求項22に記載のシステム。 - エネルギーを節約するために、一定の周波数で動作するAC誘導モータをコントロールするためのシステムであって:
前記AC誘導モータのコントロールスペースをスイープし、前記AC誘導モータの動作パラメータを測定する手段;
コントロールラインを確立する手段であって、前記コントロールラインは、前記測定から、点弧角/負荷サイクルとターゲット位相角とを関連づけるものである、前記確立する手段;
前記モータコントローラに前記コントロールラインを格納する手段;
前記コントロールラインに従って前記AC誘導モータのクローズドループコントロールを実行する手段;
前記AC誘導モータの測定された動作パラメータの少なくとも1つを前記コントロールラインに対して移動させる手段;
前記AC誘導モータのストールを防ぐ手段;
を含み、ストールを防ぐ前記手段は、DSPを備えており、
前記DSPは、
モータ電流の増加のために、前記AC誘導モータを継続的にスイープする間、積極的に前記AC誘導モータをコントロールし;
前記モータ電流の増加が検知された場合、モータ電圧をフルに変え;
前記モータ電流が減少したあと、前記コントロールラインに従うため前記モータ電圧を低減するように構成されている、システム。 - エネルギーを節約するために、一定の周波数で動作するAC誘導モータをコントロールするための方法であって:
前記AC誘導モータのコントロールスペースをスイープして、前記AC誘導モータの動作パラメータを測定するステップ;
コントロールラインを確立するステップであって、前記コントロールラインは、測定された動作パラメータから、点弧角/負荷サイクルと前記AC誘導モータのためのターゲット位相角とを関連づけるものである、前記確立するステップ;
前記モータコントローラに前記コントロールラインを格納するステップ;
前記コントロールラインを確立するステップの後、前記コントロールラインに従って前記AC誘導モータのクローズドループコントロールを実行するステップ;
前記AC誘導モータの測定された動作パラメータの少なくとも1つを前記コントロールラインに対して移動させるステップ;
サイクル毎に、前記AC誘導モータの正及び負の電流波形の半波形のゼロ‐クロスポイントを検知するステップ;
を含む方法。 - エネルギーを節約するために、一定の周波数で動作するAC誘導モータをコントロールするための方法であって:
前記AC誘導モータのコントロールスペースをスイープして、前記AC誘導モータの動作パラメータを測定するステップ;
コントロールラインを確立するステップであって、前記コントロールラインは、測定された動作パラメータから、点弧角/負荷サイクルと前記AC誘導モータのためのターゲット位相角とを関連づけるものである、前記確立するステップ;
前記モータコントローラに前記コントロールラインを格納するステップ;
前記コントロールラインを確立するステップの後、前記コントロールラインに従って前記AC誘導モータのクローズドループコントロールを実行するステップ;
前記AC誘導モータの測定された動作パラメータの少なくとも1つを前記コントロールラインに対して移動させるステップ;
スイープするステップは:
前記AC誘導モータをフルに負荷のかかる状態にするステップ;
前記AC誘導モータのフルの負荷ポイントを決定するステップ;
前記AC誘導モータを全く無負荷の状態にするステップ;及び
前記AC誘導モータの全く無負荷のポイントを決定するステップ;
を含み、
前記AC誘導モータの前記コントロールラインを確立するため、負荷のかかったポイントと全く負荷のかからないポイントとを接続するステップをさらに含む方法。 - 格納するステップの後に、
80度から120度へとAC誘導モータの点弧角/負荷サイクルを増加させるステップ;及び
前記コントロールラインに沿ってモータ電流及び監視された位相角を記録するステップをさらに含み、測定された前記動作パラメータは位相角を含む、請求項25に記載の方法。 - エネルギーを節約するために、一定の周波数で動作するAC誘導モータをコントロールするための方法であって:
前記AC誘導モータのコントロールスペースをスイープして、前記AC誘導モータの動作パラメータを測定するステップ;
コントロールラインを確立するステップであって、前記コントロールラインは、測定された動作パラメータから、点弧角/負荷サイクルと前記AC誘導モータのためのターゲット位相角とを関連づけるものである、前記確立するステップ;
前記モータコントローラに前記コントロールラインを格納するステップ;
前記コントロールラインを確立するステップの後、前記コントロールラインに従って前記AC誘導モータのクローズドループコントロールを実行するステップ;
前記AC誘導モータの測定された動作パラメータの少なくとも1つを前記コントロールラインに対して移動させるステップ;
前記コントロールラインに沿ってモータ電流及び監視された位相角を自動的に記録するステップを含む方法。 - パルス幅変調を使用して、前記コントロールラインに沿って電圧をコントロールするステップをさらに含み、電圧は測定された動作パラメータを含む、請求項25に記載の方法。
- 前記パルス幅変調は、少なくとも1つのTRIACドライバを使用して実行される請求項29に記載の方法。
- 前記パルス幅変調は、少なくとも1つのSCRドライバを使用して実行される請求項29に記載の方法。
- 前記パルス幅変調は、少なくとも1つのIGBTドライバを使用して実行される請求項29に記載の方法。
- 前記パルス幅変調は、少なくとも1つのMOSFETドライバを使用して実行される請求項29に記載の方法。
- 前記AC誘導モータの電圧をクランプし、前記AC誘導モータが前記最小電圧を下回る電圧において作動しないようにするステップをさらに含んでいる、請求項25に記載の方法。
- 正の電圧は、正の半サイクルの間、基準用として少なくとも1つのウィンドウコンパレータへ提供し;
負の電圧は、負の半サイクルの間、基準用として前記少なくとも1つのウィンドウコンパレータへ提供され;
信号は、前記少なくとも1つのウィンドウコンパレータからORゲートを通り、合成ゼロ‐クロス電流デジタル信号を形成するように構成されている、
請求項25に記載の方法。 - クローズドループコントロールを実行するステップの後に、前記AC誘導モータがストールすることを防ぐステップをさらに含んでいる、請求項25に記載の方法。
- エネルギーを節約するために、一定の周波数で動作するAC誘導モータをコントロールするための方法であって:
前記AC誘導モータのコントロールスペースをスイープして、前記AC誘導モータの動作パラメータを測定するステップ;
コントロールラインを確立するステップであって、前記コントロールラインは、測定された動作パラメータから、点弧角/負荷サイクルと前記AC誘導モータのためのターゲット位相角とを関連づけるものである、前記確立するステップ;
前記モータコントローラに前記コントロールラインを格納するステップ;
前記コントロールラインを確立するステップの後、前記コントロールラインに従って前記AC誘導モータのクローズドループコントロールを実行するステップ;
前記AC誘導モータの測定された動作パラメータの少なくとも1つを前記コントロールラインに対して移動させるステップ;
前記AC誘導モータがストールすることを防ぐステップを含み、
ストールを防ぐステップは、
モータ電流の増加のため前記AC誘導モータを継続的に監視する間、前記AC誘導モータを積極的にコントロールするステップ;
前記モータ電流の増加が検知された場合、モータ電圧をフルにするステップ;
電流が減少した後、前記コントロールラインに従うため前記モータ電圧を低減するステップを含む、方法。 - AC誘導モータのエネルギー消費を低減するためのシステムであって、
前記AC誘導モータの動作パラメータを測定するように構成されたモータコントローラを具えており、
前記モータコントローラは、コントロールラインを格納する不揮発性メモリであって、前記コントロールラインは、点弧角/負荷サイクルとターゲット位相角を関連づけるものである、前記不揮発性メモリと、前記不揮発性メモリ及び前記AC誘導モータと信号通信する少なくとも一つのプロセッサであって、前記少なくとも一つのプロセッサは命令を格納し、該命令は、実行されたときに前記少なくとも一つのプロセッサに
前記第1負荷配置下の第1のストール状態及び第2負荷配置下の第2ストール状態を示す前記AC誘導モータの測定された動作パラメータと、
前記コントロールライン上の目標位相角と前記AC誘導モータの監視された位相角との間の測定された差とに基づいて、前記AC誘導モータのクローズドループコントロールを実行させる、前記少なくとも一つのプロセッサとを含む、システム。 - AC誘導モータを動作させる方法であって、
モータコントローラで生成された信号を用いて前記AC誘導モータのエネルギー消費を低減するステップを含んでおり、
前記信号は、コントロールラインに向けて前記AC誘導モータを駆動するように構成されており、
前記コントロールラインは、点弧角/負荷サイクルとターゲット位相角とを関連づけるものであり、
前記コントロールラインは、前記AC誘導モータが第1負荷配置下でストールを開始する時の動作パラメータの測定値の第1の組と、前記AC誘導モータが第2負荷配置下でストールを開始する時の動作パラメータの測定値の第2の組とを用いて定められており、
前記第1負荷配置と前記第2負荷配置とは異なっており、
前記測定値の第1の組と前記測定値の第2の組とは、前記AC誘導モータのコントロールスペースをスイープすることで得られる方法。
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