用于电机驱动装置的气流健康预测维护的制作方法

背景技术：

1、电机驱动装置是电力转换系统或“转换器”，其用于以受控方式向电机提供电力，以控制一个或更多个电机性能参数，例如速度和扭矩。通常被称为变频驱动装置(vfd)——这样的电机驱动装置通常接收多相ac输入电力，该多相ac输入电力由整流器转换成dc电力，该dc电力被供应给dc链路并从dc链路提供给电流源驱动装置中的逆变器。逆变器切换dc链路电流，以向电机负载提供ac输出电流，输出电流由逆变器以闭环方式控制，来以期望的速度和/或扭矩驱动电机。也可以将dc电力直接从dc链路提供给负载。整流器通常是有源开关型整流器，其选择性地激活开关，以将来自ac输入的电流提供给dc链路总线，以实现ac到dc的电力转换。逆变器又实现切换方案，以选择性地将电机引线连接至dc链路总线端子，以提供具有受控幅度、相位和频率的电机相电流，以基于电机性能反馈值和期望的性能设定点或曲线实现特定的电机控制策略。电压源驱动装置是类似的，但是dc链路提供选择的恒定dc电压，而不是选择的恒定dc电流。

2、整流器和逆变器开关是固态开关装置，例如门极关断晶闸管(gto)、可控硅整流器(scr)、绝缘栅双极晶体管(igbt)、对称门极换流晶闸管(scgt)等。无论实现的电机驱动装置和开关的具体类型如何，开关都会生成大量热量，这些热量必须散发出去。随着电机驱动装置的功率输出额定值的增加，对可靠冷却系统的需求变得越来越重要。这些冷却系统通常依赖于建立通过电机驱动装置的气流来冷却开关和其他部件。因此，随着时间的推移，确保气流的质量(流量)满足最低要求非常重要。

3、其全部内容通过引用明确并入本说明书的题为“method to implement drivediagnostics and prognostics automatically”的共同转让的美国专利第9,092,030号提供了如下电机驱动装置的示例，该电机驱动装置依靠预期温升模型来确定气流健康。该专利公开了用于基于在风扇的空气入口的区域中感测到的环境温度来确定驱动装置预测和/或诊断的方法。

4、当电机驱动装置使用包括空气过滤器的强制空气冷却系统时，保持空气过滤器清洁和风扇在规格范围内操作的需求是维持所需气流以冷却驱动装置的开关和其他电力部件所需的主要因素之一。在较大的驱动装置上，当堵塞时需要更换的空气过滤器的数量相当大。当前的方法依赖于固定的过滤器更换时间表，该时间表不能准确地反映实际的操作条件，尤其是当这样的操作条件经常随时间变化时。因此，已经认识到需要这样的系统和方法：其用于预测电机驱动装置的强制空气冷却系统的空气过滤器维护时间表，以确保电机驱动装置始终在制造商指定的操作参数内操作。

技术实现思路

1、根据本发明的一个方面，一种用于电机驱动装置的气流健康预测维护系统包括压差传感器，该压差传感器感测电机驱动装置的封闭机柜空间内的感测位置与参考位置之间的气压差。该系统包括电子控制系统，该电子控制系统被配置成选择设定点，该设定点指示通过机柜空间的气流已经达到与空气过滤器维护需求相关联的值。该控制系统还被配置成从压差传感器周期性地获得气压差测量值，并生成包括一系列值的实际趋势，其中，实际趋势的值中的每个值都是根据气压差测量值的一个或更多个得出的。该控制系统还被配置成基于实际趋势的一系列值来预计实际趋势，以得出预计趋势，并且将预计趋势与设定点进行比较，以预测寿命终止事件，该寿命终止事件将被用于确定预测需要空气过滤器维护的时间，其中，寿命终止事件基于预计趋势与设定点的预测交点。

2、根据本发明的另一方面，一种用于电机驱动装置的气流健康预测维护的方法包括操作风扇以引导气流通过电机驱动装置的机柜的封闭空间，其中，所述气流通过至少一个空气过滤器进入封闭空间。在与封闭空间连通的感测位置与参考位置之间测量由风扇产生的气压差，以获得气压差测量值。该方法包括以下中的至少一个：(i)将气压差测量值与气压差设定点进行比较，并预测何时将需要维护至少一个空气过滤器；(ii)基于气压差测量值得出气流流量，并将气流流量与气流流量设定点进行比较，以预测何时将需要维护所述至少一个空气过滤器。

技术特征：

1.一种用于电机驱动装置的气流健康预测维护系统，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的气流健康预测维护系统，其中，所述系统包括用于引导所述气流的至少一个风扇。

3.根据权利要求2所述的气流健康预测维护系统，其中：

4.根据权利要求3所述的气流健康预测维护系统，其中，所述控制系统还被配置成将与所述空气过滤器寿命终止相关的警告输出到以下中的至少一个：(i)人机接口；(ii)网络接口。

5.根据权利要求4所述的气流健康预测维护系统，其中，所述控制系统还被配置成基于以下中的至少一项来调整所述气压差设定点：(i)与所述电机驱动装置相关联的操作负载；(ii)围绕所述电机驱动装置的环境大气的温度；(iii)所述环境大气中的微粒或其他污染物浓度方面的空气质量；以及(iv)所述电机驱动装置的海拔。

6.根据权利要求1所述的气流健康预测维护系统，还包括绝对压力传感器，其用于感测围绕所述电机驱动装置的环境大气的大气压力。

7.根据权利要求1所述的气流健康预测维护系统，还包括：

8.根据权利要求7所述的气流健康预测维护系统，其中：

9.根据权利要求8所述的气流健康预测维护系统，其中，所述控制系统还被配置成：

10.根据权利要求9所述的气流健康预测维护系统，其中，所述控制系统被配置成向以下中的至少一个输出警报：(i)人机界面；(ii)网络接口，所述警报提供关于所述空气过滤器寿命终止事件的预期定时的信息。

11.根据权利要求10所述的气流健康预测维护系统，其中，所述控制系统还被配置成基于以下中的至少一项来调整所述气流流量设定点：(i)与所述电机驱动装置相关联的操作负载；(ii)围绕所述电机驱动装置的环境大气的温度；(iii)所述环境大气中的微粒或其他污染物浓度方面的空气质量；以及(iv)所述电机驱动装置的海拔。

12.根据权利要求11所述的气流健康预测维护系统，其中，所述至少一个风扇包括多个风扇，所述多个风扇中的一个风扇是主风扇，并且其中，所述压差传感器感测所述主风扇的所述风扇入口与所述主风扇的所述风扇出口之间的跨所述主风扇的所述气压差测量值。

13.根据权利要求12所述的气流健康预测维护系统，其中，当在所述主风扇不活动并且所述多个风扇中的至少一个其他风扇活动的情况下获取所述气压差测量值时，所述控制系统将所述气压差测量值增加选定的补偿量。

14.根据权利要求13所述的气流健康预测维护系统，其中，所述补偿量与由所述压差传感器在所述主风扇活动时相较于在所述主风扇不活动时感测到的所述气压差的差异相关。

15.根据权利要求7所述的气流健康预测维护系统，其中，所述至少一个风扇包括多个风扇，所述多个风扇中的一个风扇是主风扇，并且其中，所述压差传感器感测所述主风扇的所述风扇入口与所述主风扇的所述风扇出口之间的跨所述主风扇的所述气压差测量值。

16.一种用于电机驱动装置的气流健康预测维护的方法，所述方法包括：

17.根据权利要求16所述的用于电机驱动装置的气流健康预测维护的方法，所述方法还包括：

18.根据权利要求17所述的用于气流健康预测维护的方法，还包括：

19.根据权利要求16所述的用于电机驱动装置的气流健康预测维护的方法，所述方法还包括：

20.根据权利要求19所述的用于气流健康预测维护的方法，还包括：

技术总结
一种用于电机驱动装置的气流健康预测维护系统和方法，该系统包括感测电机驱动装置的封闭机柜空间内的感测位置与参考位置之间的气压差的压差传感器。该系统包括被配置成选择设定点的电子控制系统，该设定点指示通过机柜空间的气流已经达到与空气过滤器维护需求相关联的值。该控制系统还被配置成从压差传感器周期性地获得气压差测量值，并生成包括一系列值的实际趋势，其中，实际趋势的值中的每个值都是根据气压差测量值中的一个或更多个得出的。该控制系统还被配置成基于实际趋势的一系列值来预计实际趋势，以得出预计趋势，并将预计趋势与设定点进行比较，以预测寿命终止事件，该寿命终止事件可以用于确定预测需要空气过滤器维护的时间，其中，寿命终止事件基于预计趋势与设定点的预测交点。

技术研发人员：约翰·大卫·艾伦,塔希纳·侯赛因,加龙·K·莫里斯
受保护的技术使用者：罗克韦尔自动化技术公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31