专利名称：利用变频器的风机中的失速检测的制作方法
技术领域：
本发明涉及风机，并且尤其涉及利用变频器控制的风机。
背景技术：
风机是エ业和服务部门广泛使用的器械。通常风机是生产过程中的重要部件，而风机系统的故障会引起重大的生产损失并危及工人安全。除了在生产过程中的重要性之夕卜，风机系统消耗大量的电能。在エ业部门中，电动机耗电的六分之一是由风机系统消耗的，而在服务部门中，电动机耗电的四分之一以上是由风机系统消耗的。由于转速控制的效率益处，变频器在风机系统的控制中的应用已变得普遍并且在未来这种情况会增加。基于电动机模型以及内部电流和电压测量，变频器还能够产生对电 动机状态的估计，其中，电动机状态包括轴机械转矩和转速。借助于风机制造商提供的风机參数，这些估计可以用于确定风机的工作点(即所产生的流速和压强)。失速(stalling)现象是风机中发生的最常见的有害事件之一，失速现象会降低风机的使用寿命和可靠性。存在例如通过修改上游流量而可用于降低风机失速风险的装备，但是还没有公布用于在不使用外部测量的情况下检测风机中的失速发生的方法。
发明内容
本发明的目的是提供ー种方法和用于实施该方法的设备，以便解决上述与失速检测相关的问题。本发明的目的通过独立权利要求所述的方法和设备来实现。从属权利要求公开了本发明的优选实施方式。本发明基于使用由驱动风机的变频器所提供的估计以及风机的特性曲线的构思。变频器产生对连接到风机的电动机的轴转矩和转速的估计。这些估计在后面被称为风机转矩估计和风机转速估计。该信息可以用于确定风机的工作点位置。当风机的工作点在失速区中或者当检测到电カ中的低频变化时，可能发生风机失速。根据优选的实施方式，将上述两种指示结合起来以更准确地确定失速。本发明的优点在于能够准确地估计风机失速而无需任何额外的传感器或測量，风机可以被控制至另ー工作点，以使得风机失速不会磨损或损坏风机或与风机相关的任何其它结构。
以下參照附图通过优选实施方式对本发明进行更加详细地描述，在附图中图I示出QP计算的示例；图2示出轴流式风机(axial fan)的失速区的示例；图3示出针对低频均方根(RMS)幅度计算參考值的功能的流程图；图4示出风机的失速检测的流程图；以及图5示出受测风机的測量出的风机曲线。
具体实施例方式风机的工作点位置是通过由风机产生的流速和压强(分别为Qv和P)确定的。可以使用转速估计Iiest和转矩估计Test以及制造商公布的风机曲线估计工作点。这种方法是已知的且将其称为QP计算。工作点可以用于评价风机系统的能量效率并且可以用于确定风机是否易受:失速影响。另外，失速现象被说成是响应于压强变化而引起脉动气流噪声以及系统灰尘通过。假定这些现象在风机的功耗中产生低频时域变量(例如0-2Hz)。注意，可以在变频器的转矩估计和转速估计中找到功率中的这些变量。变量的幅度和关系取决于风机系统的特性和变频器的内部控制结构。QP计算及估计波动的监视可以单独地或一起用于失速检测。与使用単独的方法相比，通过将这两种方法结合起来可以提高诊断的可靠性。
本发明的方法被分成以下三个连贯的功能估计风机工作点位置；测量转矩估计和转速估计的低频波动的參考值；以及基于工作点和/或測量出的參考值确定失速的发生。风机工作点位置的估计利用风机特性曲线以及变频器的转速估计和转矩估计(分别为nest和Test)可以连续地估计风机工作点位置。该方法称为QP计算。在转矩估计和转速估计以牛米(Nm)和转/分钟(rpm)为单位已知时，可以根据转矩估计和转速估计计算风机的机械功率
权利要求
1.一种用于在如下情况下确定风机的失速的方法，其中，在该情况下，利用包括用于提供风机的转速估计和风机的转矩估计的装置的变频器控制风机并且风机的特性曲线为已知的，其特征在于所述方法包括 估计风机的转速(n), 估计风机的转矩(T)， 将风机的特性曲线切换至所估计出的风机的转速(n)， 确定风机在所述特性曲线上的失速区， 使用所述特性曲线根据转速估计(n)和转矩估计(T)确定风机的工作点， 计算所述转矩估计和所述转速估计的低频分量的均方根值(Tkms，nEMS)， 组合所计算出的所述转矩估计和所述转速估计的低频分量的均方根值(Tkms，nMS)，以获得低频参数(S)，以及 当风机的工作点在所述失速区中和/或所述低频参数(S)在所设置的限值以上时，确定失速发生。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤当风机的工作点在所述失速区外部时，根据所计算出的所述转矩估计和所述转速估计的低频分量的均方根值(TKMS，nKMS)计算并保存风机的转矩和转速的参考值nMf_J。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，如果已经保存有参考值，则计算所保存的值和所计算出的值的算术平均值作为所述值，相反，如果没有保存参考值，则将所计算出的均方根值用作参考值。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述组合低频分量的均方根值的步骤包括 将所述均方根值除以对应的参考值，以获得无量纲值，以及 将所获得的无量纲值的几何和计算为所述低频参数。
5.根据前述权利要求I至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括 定义两个或更多个转速范围， 针对每个所述转速范围计算并保存风机的转矩和转速的参考值，以及 依据风机的转速从对应于所述转速的速度范围选择所述参考值。
6.根据前述权利要求I至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述转速和所述转矩的低频分量的均方根值的计算包括 估计一段时间内的风机的转速和转矩， 计算所测量的数据的平均值(f , ), 通过从所测量的数据中减去所测量的数据的平均值，来根据所测量的数据计算无偏估 (Tunbias，^unbias^， 对所述无偏估计进行滤波，以获得经滤波的估计(Tfilt_d，nfiltered)，以及 根据所述经滤波的估计计算所述转速和所述转矩的低频分量的均方根值(Tkms，nEMS)。
7.根据前述权利要求I至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述转矩和所述转速的低频分量包括O至2Hz的范围的频率。
8.根据前述权利要求I至7中任一项所述的方法，其特征在于，与所述低频参数比较的所述设置的限值例如是2。
9.一种用于在如下情况下确定风机失速的设备，其中，在所述情况下，利用包括用于提供风机的转速估计和风机的转矩估计的装置的变频器控制所述风机，并且风机的特性曲线是已知的，其特征在于所述设备包括 用于估计风机的转速(n)的装置， 用于估计风机的转矩(T)的装置， 用于将风机的特性曲线切换至所估计出的风机的转速(n)的装置， 用于确定风机在所述特性曲线上的失速区的装置， 用于使用所述特性曲线根据转速估计(n)和转矩估计(T)确定风机的工作点的装置，用于计算所述转矩估计和所述转速估计的低频分量的均方根值(T燃，n燃)的装置，用于组合所计算出的所述转矩估计和所述转速估计的低频分量的均方根值(Tkms，nfflS)来获得低频参数(S)的装置，以及、 用于在风机的工作点在所述失速区中和/或所述低频参数(S)在所设置的限值以上时确定失速发生的装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于在如下情况下确定风机失速的方法和设备，在该情况下，利用包括用于提供风机的转速估计和风机的转矩估计的装置的变频器控制风机并且风机的特性曲线为已知的。该方法包括估计风机的转速(n)，估计风机的转矩(T)，将风机的特性曲线切换至所估计出的风机的转速(n)，确定风机在所述特性曲线上的失速区，使用所述特性曲线根据转速估计(n)和转矩估计(T)确定风机的工作点，计算转矩估计和转速估计的低频分量的均方根值(TRMS，nRMS)，组合所计算出的转矩估计和转速估计的低频分量的均方根值(TRMS，nRMS)，以获得低频参数(S)，以及当风机的工作点在失速区中和/或低频参数(S)在所设置的限值以上时，确定失速发生。
文档编号F04D27/00GK102734195SQ201210091348
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月30日 优先权日2011年3月31日
发明者尤西·塔米宁, 泰罗·阿霍宁, 耶罗·阿霍拉 申请人:Abb公司