CN104813245B - 用于包括软启动器布置的泵系统的自动清洁方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于控制软启动器布置(11)的电路(14)来运行用于驱动泵的电动马达(12)的方法，其中，软启动器电路将马达电连接于电力干线。方法包括：(i)控制(32)软启动器布置的电路，以使马达沿向前方向加速高达全速；(ii)控制(33)软启动器布置的电路，以在马达已经沿向前方向全速运行达第一时间段时，使马达减速；(iii)控制(34)软启动器布置的电路，以使马达沿反方向加速高达规定速度；(iv)控制(35)软启动器布置的电路，以在马达已经以规定速度沿反方向运行达第二时间段时，使马达减速；以及(v)重复步骤(i)‑(iv)一次或更多次。

Description

用于包括软启动器布置的泵系统的自动清洁方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制软启动器布置的电路来运行用于驱动泵的电动马达的方法、计算机程序和计算机程序产品、一种用于运行用于驱动泵的电动马达的软启动器布置，以及一种包括软启动器布置的泵系统。

背景技术

泵用户总是寻找降低运行成本的办法。显著量的寿命周期成本是由于效率低下、意外停机时间和维护。

在可用于泵送各种装置中的水或废水的泵系统中，泵的运行由软启动器控制。可在此类系统中出现的问题包括泵卡住和管阻塞。当像一块塑料或木头的半大的固体物体卡在泵的泵叶片中时，发生卡住。当被泵送的液体包含小颗粒和流出物时，发生阻塞，随着时间的推移，该小颗粒和流出物将停留在管的内壁，并且变得永久地附接于管的内壁，并且引起液体流问题。卡住和阻塞两者降低泵效率，并且随着时间的推移甚至可导致泵受损。

发明内容

问题的解决方案包括手工劳动或者使用构造成自动执行泵清洁的频率转换器控制式泵。然而，此类解决方案似乎为劳动密集、复杂和/或昂贵的。对于软启动器控制式电动马达，目前可用的关于该问题的解决方案似乎没有吸引力。

因此本发明的目标是提供一种用于控制软启动器布置的电路来运行用于驱动泵的电动马达的方法，通过该方法，可减轻上面提到的问题和缺点中的至少一些，并且从而执行预防性维护。

本发明的又一个目标是提供可靠、使用容易、精确、精准、高效、低成本且易于实施的此类方法。

本发明的又一个目标是提供一种用于执行实现上面提到的目标的方法的计算机程序和计算机程序产品。

本发明的又一个目标是提供一种用于运行用于驱动泵的电动马达的软启动器布置，其中，软启动器布置包括能够执行实现上面提到的目标的方法的控制装置。

本发明的又一个目标是提供一种泵系统，其包括实现上面提到的目标的软启动器。

除了别的之外的这些目标由所附专利权利要求中限定的方法、计算机程序、计算机程序产品、软启动器布置和泵系统实现。

在一方面，提供一种用于控制软启动器布置的电路来运行用于驱动泵的电动马达的方法，其中，电路将马达电连接于电力干线。方法包括(i)控制软启动器布置的电路，以使马达沿向前方向加速高达全速；(ii)控制软启动器布置的电路，以在马达已经沿向前方向全速运行达第一时间段时，使马达减速；(iii)控制软启动器布置的电路，以使马达沿反方向加速高达规定速度；以及(iv)控制软启动器布置的电路，以在马达已经以规定速度沿反方向运行达第二时间段时，使马达减速，其中，重复步骤(i)-(iv)一次或更多次。马达可在沿一个方向的各个减速和沿相反方向的后一加速之间保持去激励达一些时间。

借助于上面提到的方面，其中包括马达的泵系统中的不需要的固体物体被泵叶片有效地切割，并且流出物残余物被冲走。解决方案的成本低，并且在使用软启动器来控制马达的正常运行的同时，仍然可执行自动清洁。

因此，可确保提高泵效率，以及减小泵随着时间的推移而受损的风险。

虽然方法可例如响应于与马达的运行有关的，以及/或者指示马达例如由于其中包括马达的泵系统中的卡住或阻塞状况而没有高效地运行的自动接收或测得的一组参数来自动执行，但方法可备选地响应于接收自泵系统的操作者的手动操作者命令执行。

在一个实施例中，马达是电连接于电力干线的三个相位的三相马达，并且软启动器布置是构造成运行马达的两相或三相软启动器布置，并且在以上步骤(iii)和(iv)(即，控制软启动器布置的电路，以使泵沿反方向运行)之前，可转移干线的三个相位中的两个与三相马达的电力连接，并且在以上步骤(iii)和(iv)之后，可转移回位至干线的同样两个相位与三相马达的电力连接。

可借助于运行在干线和软启动器布置的电路之间互连的两个线路接触器，来执行转移和转移回位。

因此，提供简单且强健的控制方法，其使得沿反方向的速度能够类似于沿向前方向的全速。

在另一个实施例中，可借助于控制软启动器布置的电路来以慢速模式运行，来执行以上步骤(iii)和(iv)(即，控制软启动器布置的电路，以使泵沿反方向运行)，慢速模式是典型地由如今可在市场上获得的软启动器中的一些提供的功能性。慢速模式可使得沿反方向的速度能够高达沿向前方向的全速的大约1/3。

因此，提供简单、成本高效且强健的控制方法，其不需要提供和使用两个外部线路接触器。

在另外的其它实施例中，可借助于使用矢量流控制，可选地使用电磁扭矩估计和比例加积分(PI)调整来控制软启动器布置的电路，来执行以上步骤(iii)和(iv)，即，控制软启动器布置的电路，以使泵沿反方向运行。

由此，提供一种控制方法，其使得沿反方向的速度能够类似于沿向前方向的全速，并且该控制方法不需要提供和使用两个外部线路接触器。为了使马达遵从预先限定的基准清洁循环，因而可实施闭环控制，其中，通过施加精确地估计的电磁扭矩作为反馈来调整晶闸管触发角。

在另一方面，提供一种用于运行用于驱动泵的电动马达的软启动器布置，其包括将马达电连接于电力干线的电路和控制装置，该控制装置包括处理器、计算机程序和存储器件，计算机程序存储在该存储器件中。

计算机程序包括指令，当由处理器执行时，该指令使控制装置进行以下：(i)控制软启动器布置的电路，以使马达沿向前方向加速高达全速；(ii)控制软启动器布置的电路，以在马达已经在第一时间段期间沿向前方向全速运行时，使马达减速；(iii)控制软启动器布置的电路，以使马达沿反方向加速高达规定速度；(iv)控制软启动器布置的电路，以在马达已经在第二时间段期间以规定速度沿反方向运行时，使马达减速；以及(v)重复步骤(i)-(iv)一次或更多次。

在又一方面，提供上面公开的计算机程序、包括计算机程序和其上存储计算机程序的计算机存储器件的计算机程序产品，以及包括上面公开的软启动器布置的泵系统。

从下文中给出的本发明的优选实施例的详细描述和附图1-3，本发明的另外的特性及其优点将是明显的，该详细描述和附图1-3仅以图示的方式给出，并且因此不限制本发明。

附图说明

图1示意性地示出将用于驱动泵的电动马达电连接于电力干线的软启动器布置的主要构件。

图2示意性地示出三相软启动器布置的一些构件，其中，强调三相软启动器布置的两个线路接触器的连接。

图3是用于控制软启动器布置的电路来运行用于驱动泵的电动马达的方法的流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出将用于驱动泵的电动马达12电连接于电力干线13的软启动器布置11的主要构件。软启动器布置11包括软启动器11a和两个可选的线路接触器19和20。

软启动器11a进而包括电路14和控制装置15。电路14在马达12和电力干线13之间电连接，并且典型地包括AC/AC转换器，该AC/AC转换器包括一定数量的线路，该一定数量的线路对应于马达12的相位和电力干线13的数量。各个线路典型地包括单向半导体开关(诸如例如反并联连接的晶闸管)，以及用于测量三相电压和电流的传感器。电路14可顺列地或者以内三角形构造电连接于马达12。

控制装置15操作性地连接于电路14，并且包括处理器16、存储器件17和计算机程序18，计算机程序18存储在存储器件17中。控制装置15接收来自传感器的感测电压和/或电流，并且控制单向半导体开关，以使它们响应于感测电压和/或电流而接通或触发。开关控制提供给马达12的电压和电流，从而在马达12中产生电磁扭矩。

控制装置15可形成在单个或多个印刷电路板上。存储器件17可与处理器16分开，或者它们可集成到单个芯片微控制器中。

应认识到的是，电路14可备选地或者另外包括或连接于用于感测或确定与马达12中的电场有关的参数的其它构件。

图2示意性地示出三相软启动器布置11的一些构件，其中，强调三相软启动器布置11的两个线路接触器19和20的连接。可看到，当线路接触器19接通且线路接触器20断开时，电力干线13的三个相位21、22、23电连接于软启动器11a的电路14的三个线路24，25，26，即，相21连接于线路24，相22连接于线路25，并且相22连接于线路25。当线路接触器20接通且线路接触器19断开时，电力干线13的三个相位21、22、23中的两个21、23与软启动器11a的电路14的电力连接转移，即，相21连接于线路26，相22连接于线路25，并且相22连接于线路24。三相软启动器布置11的两个线路接触器19和20应当不同时接通。虽然图2仅给出了示例，但线路接触器可布置成倒转三个相位中的任何两个。

因此，软启动器布置11可布置成使马达12沿向前方向(线路接触器19接通且线路接触器20断开)和反方向(线路接触器20接通且线路接触器19断开)两者全速运行。两个线路接触器19和20的运行由控制装置15自动控制。为此，控制装置15操作性地连接于线路接触器19和20。

备选地，提供数字输入，以允许软启动器布置11使马达12响应于接收自其中包括马达12的泵系统的操作者的手动操作者命令，沿向前方向或反方向全速运行。

备选地或另外，软启动器11包括允许其在慢速模式中沿反方向运行的功能性，从而使得马达12能够沿反方向以沿向前方向的全速的高达大约1/3的速度运行。在可在市场上获得的软启动器中提供此类慢速模式功能性。

备选地或另外，软启动器11a包括允许控制装置15使用矢量流控制，可选地使用电磁扭矩估计和比例加积分(PI)调整来控制软启动器11a的电路14的功能性，从而使得马达12能够沿反方向以类似于沿向前方向的全速的速度运行。

在专利申请WO 2011/057660 A1中公开了矢量流控制，其中，公开了用于在最少的硬件知识下产生尤其适合软启动器驱动式感应马达的期望标记和可调节值的电磁扭矩的方法。所述公开的内容由此通过引用而并入。

马达12包括在泵系统中，该泵系统可用于泵送各种装置中的水或废水，可在此类系统中产生的问题包括泵卡住和管阻塞。当像一块塑料或木头的半大的固体物体卡在泵的泵叶片中时，发生卡住。当被泵送的液体包含小颗粒和流出物时，发生阻塞，随着时间的推移，该小颗粒和流出物将停留在管的内壁，并且变得永久地附接于管的内壁，并且引起液体流问题，随着时间的推移，该液体流问题可损害泵。

软启动器布置11可包括或操作性地连接于用于感测由卡住和阻塞引起的状况的各种感测器件。这些感测器件可包括用于感测与马达12或软启动器布置11本身有关的电力参数的器件，以及/或者用于感测与液体流、管和/或泵有关的参数的外部感测器件。

大体上，存储器件17或任何其它存储器可存储计算机程序18，计算机程序18可包括计算机程序代码或指令，当由处理器16执行时，该计算机程序代码或指令使控制装置15执行下面公开的方法中的任一种。

图3是方法或算法的流程图，该方法或算法用于控制软启动器布置的电路(例如上面公开的软启动器布置11的电路14)来运行用于驱动泵的电动马达，以便清洁泵。借助于该方法，其中包括马达的泵系统中的不需要的固体物体被泵叶片有效地切割，并且流出物残余物从管的内壁被冲走。

在步骤31中，将变量i设定成一，并且在步骤32中，控制软启动器布置的电路，以启动马达或者使马达沿向前方向加速高达全速。这通过以下实现：施加普通电压斜升(斜升时间短)来平和地启动马达，但快速达到全电压和全速。马达全速运行达第一时间段。

接下来，在步骤33中，控制软启动器布置的电路，以在马达已经沿向前方向全速运行达第一时间段时，使马达制动或减速。

接着，在步骤34中，控制软启动器布置的电路，以启动马达或者使马达沿反方向加速高达规定速度。马达以该速度沿反方向运行达第二时间段。

之后，在步骤35中，控制软启动器布置的电路，以在马达已经以规定速度沿反方向运行达第二时间段时，使马达制动或减速。

通过检查变量i是否等于N来使算法继续，其中，N是等于或大于二的一组正整数。

如果i=N(这不可能，因为变量i最初在步骤31中被设定成1)，则算法结束。如果不是这样，则在步骤37中，变量i增加一，并且算法返回到步骤32，并且步骤32-36重复。如果N等于二，则算法将在此之后结束，但如果N更大，则步骤37和32-36将重复，直到变量i等于N。因而变量i表示电流清洁循环，而N表示待执行的清洁循环的次数。N可介于二和五之间或更大。

在步骤33中，可控制软启动器布置的电路，以使马达减速到去激励状态，该去激励状态可对应于马达静止不动，而在步骤34中，可控制软启动器布置的电路，以仅在马达已经去激励达一时间段时，使马达沿反方向加速高达规定速度。

类似地，在步骤35中，可控制软启动器布置的电路，以使马达减速到去激励状态，而在步骤31中，可控制软启动器布置的电路，以仅在马达已经去激励达一时间段时，使马达沿向前方向加速高达全速。

在马达以恒定速度运行或者去激励时所处的各个时间段可介于0.5秒和60秒之间，或者介于一秒和五秒之间，或者介于一秒和十秒之间。

可响应于接收自其中包括马达的泵系统的操作者的一个或更多个(多个)手动操作者命令来执行算法。例如，手动命令可确定将执行多少清洁循环，以及可选地应当如何详细地执行它们(例如斜升、次数和速度)，并且又一个手动命令使清洁方法开始执行。

仍然备选地，例如可响应于与马达的运行有关的自动接收或测得的一组参数，例如响应于指示马达例如由于其中包括马达的泵系统中的卡住或阻塞状况而没有高效地运行的自动接收或测得的一组参数，来自动地执行方法。

还是备选地，可例如响应于维护计划自动执行方法。

另外，方法可按不同的设定(例如斜升、次数、速度、无循环)不同的时间或者响应于不同的状况来执行。

在一个实施例中，马达是电连接于电力干线的三个相位的三相马达，并且软启动器布置是构造成运行三相马达(例如如图2中公开的)的三相软启动器布置。在步骤34和35(例如控制软启动器布置的电路，以使马达沿反方向运行)之前，可转移干线的三个相位中的两个与三相马达的电力连接，并且在步骤34和35之后，可转移回位至干线的同样两个相位与三相马达的电力连接。可借助于运行在三相干线和软启动器布置的电路之间互连的两个线路接触器(诸如图2中示出的线路接触器19和20)来执行转移和转移回位。

可关于两相软启动器或三相软启动器采用：根据本发明使用线路接触器来获得沿反方向的全速。

这里，沿反方向的马达速度可类似于沿向前方向的全速。

在另一个实施例中，可如上面公开的，借助于控制软启动器布置的电路来以慢速模式运行，来执行步骤34和35。这里，沿反方向的马达速度可高达沿向前方向的全速的大约1/3。

在又一个实施例中，可借助于使用矢量流控制，可选地使用电磁扭矩估计和比例加积分(PI)调整来控制软启动器布置的电路，来执行步骤34和35。可连续确定磁通量和马达电流，以便确定时间实例，在该时间实例处，晶闸管应当触发，以便使马达仅产生正电磁扭矩，或者仅产生负电磁扭矩，马达取决于马达应当沿向前方向运行还是沿反方向运行。

这里，沿反方向的马达速度可类似于沿向前方向的全速。

应当认识到，如果马达速度在向前方向和反方向两者上高，以及如果施加激进斜升(即，马达快速加速和减速)，则将获得最佳泵清洁。为此，这可为有利的，如果将用于某个应用的软启动器在导电容量方面尺寸过大。

本发明还涉及计算机程序产品，其可包括上面公开的计算机程序18和其上存储计算机程序18的计算机存储器件、使得能够下载计算机程序的服务器，以及计算机程序18本身。

Claims (13)

1.一种用于控制软启动器组件(11)的电路(14)来运行提供用于驱动泵的电动马达(12)的方法，所述泵包括在泵系统中，所述泵系统具有所述泵系统中的不需要的固体物体，所述电路将所述马达电连接于电力干线，其特征在于以下步骤：

(i)控制(32)所述软启动器组件的电路，以使所述马达沿向前方向加速高达全速；

(ii)控制(33)所述软启动器组件的电路，以在所述马达已经沿所述向前方向全速运行达第一时间段时，使所述马达减速；

(iii)控制(34)所述软启动器组件的电路，以使所述马达沿反方向加速高达规定速度；

(iv)控制(35)所述软启动器组件的电路，以在所述马达已经以所述规定速度沿所述反方向运行达第二时间段时，使所述马达减速；以及

(v)重复所述步骤(i)-(iv)一次或更多次，由此由所述泵的泵叶片有效地切割所述泵系统中的所述不需要的固体物体，其中流出物残余物被冲走；

其中，所述马达是电连接于所述电力干线的三个相位(21，22，23)的三相马达，并且所述软启动器组件是构造成运行所述三相马达的两相或三相(24，25，26)软启动器组件，并且其中，所述步骤(iii)控制(34)所述软启动器组件的电路，以使所述马达沿所述反方向加速高达所述规定速度；并且所述步骤(iv)控制(35)所述软启动器组件的电路，以在所述马达已经以所述规定速度沿所述反方向运行达所述第二时间段时，使所述马达减速，在所述步骤(iii)和(iv)之前转移所述干线的三个相位中的两个(21，23)与所述三相马达的电力连接，并且在所述步骤(iii)和(iv)之后，转移回位至所述干线的所述两个相位与所述三相马达的电力连接，从而使得沿所述反方向的所述规定速度能够等于沿所述向前方向的所述全速，借助于运行在所述三相干线和所述软启动器组件的电路之间互连的两个线路接触器(19，20)来执行所述转移和所述转移回位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述软启动器组件的电路，以在所述马达已经沿所述向前方向全速运行达所述第一时间段时，使所述马达减速到去激励状态；并且在所述马达已经去激励达第三时间段时，使所述马达沿所述反方向加速高达所述规定速度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述软启动器组件的电路，以在所述马达已经沿所述反方向以所述规定速度运行达所述第二时间段时，使所述马达减速到去激励状态；并且在所述马达已经去激励达第四时间段时，使所述马达沿所述向前方向加速高达全速。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，各个时间段介于0.5秒和60秒之间。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，各个时间段介于一秒和十秒之间。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，响应于接收自所述泵系统的操作者的手动操作者命令来执行所述方法，在所述泵系统中包括所述马达。

7.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，响应于与所述马达的运行有关的自动接收或测得的一组参数，自动地执行所述方法。

8.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，响应于指示所述马达由于其中包括所述马达的所述泵系统中的卡住或阻塞状况而没有高效地运行的自动接收或测得的一组参数，自动地执行所述方法。

9.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，借助于控制所述软启动器组件的电路来以慢速模式运行，从而使得沿所述反方向的所述规定速度能够高达沿所述向前方向的所述全速的1/3，来执行所述步骤(iii)和(iv)，所述步骤(iii)控制(34)所述软启动器组件的电路，以使所述马达沿所述反方向加速高达所述规定速度；并且所述步骤(iv)控制(35)所述软启动器组件的电路，以在所述马达已经以所述规定速度沿所述反方向运行达所述第二时间段时，使所述马达减速。

10.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，借助于使用矢量流控制，可选地使用电磁扭矩估计和比例加积分(PI)调整来控制所述软启动器组件的电路，从而使得沿所述反方向的所述规定速度能够等于沿所述向前方向的所述全速，来执行所述步骤(iii)和(iv)，所述步骤(iii)控制(34)所述软启动器组件的电路，以使所述马达沿所述反方向加速高达所述规定速度；并且所述步骤(iv)控制(35)所述软启动器组件的电路，以在所述马达已经以所述规定速度沿所述反方向运行达所述第二时间段时，使所述马达减速。

11.一种软启动器组件(11)，其包括电路(14)和构造成执行如权利要求1至10中的任一项所述的方法的控制装置(15)。

12.一种软启动器组件(11)，其提供用于运行布置成驱动泵的电动马达(12)，所述泵包括在泵系统中，所述泵系统具有所述泵系统中的不需要的固体物体，所述软启动器组件包括电路(14)和控制装置(15)，所述控制装置(15)包括处理器(16)、计算机程序(18)和存储器件(17)，所述计算机程序存储在所述存储器件(17)中，所述电路将所述马达电连接于电力干线，其特征在于，所述计算机程序包括当由所述处理器执行时，使所述控制装置进行以下的指令：

(i)控制所述软启动器组件的电路，以使所述马达沿向前方向加速高达全速；

(ii)控制所述软启动器组件的电路，以在所述马达已经在第一时间段期间沿所述向前方向全速运行时，使所述马达减速；

(iii)控制所述软启动器组件的电路，以使所述马达沿反方向加速高达规定速度；

(iv)控制所述软启动器组件的电路，以在所述马达已经在第二时间段期间以所述规定速度沿所述反方向运行时，使所述马达减速；以及

(v)重复所述步骤(i)-(iv)一次或更多次，其中所述泵系统中的所述不需要的固体物体被所述泵的泵叶片有效地切割，并且流出物残余物被冲走；

其中，所述马达是电连接于所述电力干线的三个相位(21，22，23)的三相马达，并且所述软启动器组件是构造成运行所述三相马达的两相或三相(24，25，26)软启动器组件，并且其中，所述步骤(iii)控制(34)所述软启动器组件的电路，以使所述马达沿所述反方向加速高达所述规定速度；并且所述步骤(iv)控制(35)所述软启动器组件的电路，以在所述马达已经以所述规定速度沿所述反方向运行达所述第二时间段时，使所述马达减速，在所述步骤(iii)和(iv)之前转移所述干线的三个相位中的两个(21，23)与所述三相马达的电力连接，并且在所述步骤(iii)和(iv)之后，转移回位至所述干线的所述两个相位与所述三相马达的电力连接，从而使得沿所述反方向的所述规定速度能够等于沿所述向前方向的所述全速，借助于运行在所述三相干线和所述软启动器组件的电路之间互连的两个线路接触器(19，20)来执行所述转移和所述转移回位。

13.一种泵系统，其包括泵、用于驱动所述泵的电动马达，以及权利要求12的所述软启动器组件。