SE519629C2

SE519629C2 - Förfarande och anordning för styrning av roterande maskin samt regleringsenhet och motorsystem

Info

Publication number: SE519629C2
Application number: SE0004249A
Authority: SE
Inventors: Bertil Ohlsson; Said Zahrai
Original assignee: Abb Ab
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2003-03-18
Also published as: US20040012351A1; US6914398B2; AU2001290487A1; CN1486530A; SE0004249D0; WO2002041485A1; CN1316728C; SE0004249L; EP1342312A1

Description

25 30 r | - - . - . « u 1 ~ . 1 n 519 629 skärningen mellan kurvorna, dvs. vid punkten A. Vid stoppande av motorn använder den vanligaste mjukstartaren/-stopparen enligt känd teknik en linjär nedrampning av spänningen. Det från motorn tillgängliga momentet kommer under ett sådant förfarande att skalas ned med samma hastighet.

Fig. lb illustrerar en situation där motorspänningen har reducerats för att ge en ny driftspunkt B. Denna driftspunkt B är emellertid instabil och en liten störning kan leda till en liten minskning av momentet, vilket i sin tur leder till en plötslig ändring av driftspunkten till punkt C istället, där maskinens moment reduceras påtagligt.

I system där motorns last har ett högt tröghetsmoment resulterar detta inte i några problem. Motorns rotationshastighet kommer i alla fall att minska långsamt, på grund av lastens tröghet, tills motorn stannar. I många tillämpningar, såsom för centrifugalpumpar, är emellertid lastens tröghet låg och en plötslig ändring av motorns driftspunkt kommer att leda till en drastisk förändring av motorhastighet. I exemplet i Fig. la och lb kommer rotationshastigheten att snabbt minska med ungefär 50 %. Detta resulterar typiskt sett i stora transienter i det system, till vilket pumpen är ansluten. I ett system där t.ex. ﬂuider med en relativt hög densitet transporteras kan en betydande tryckvåg skapas, vilket kan skada såväl pumputrustningen som andra delar av systemet. Detta kan innefatta skadliga vibrationer eller slag.

Ett annat problemområde är tillämpningen av asynkronmaskiner för omrörare. Många ﬂuider har en hastighetsberoende viskositet. Detta betyder att en stillastående ﬂuid kan ha en avsevärt högre viskositet än samma ﬂuid i rörelse. Vid den punkt när ﬂuiden börjar röra sig reduceras viskositeten påtagligt. Lastkurvan för en omrörare i ett sådant system kan t.ex. se ut som kurvan i Fig. 2. Kurvan visar en ganska hög initial last vid noll hastighet, vilket antyds med den fyllda cirkeln, men lasten minskar tvärt när hastigheten överskrider noll, såsom antyds med den prickade linjen. Vid start av en pump i ett sådant system med mjukstartare enligt känd teknik rampas spänningen upp tills den stationära lastens moment nås. Motorn kommer inte att röra sig tills denna punkt nås. När motorn slutligen startar lO 15 20 25 30 u .- u H., @ v ~ | a > 519 629 §.É=§ff_='z__,=' 3 . . . . reduceras lastmomentet påtagligt och motorhastigheten ökas plötsligt.

Sådan plötslig förändring av rotationshastighet kan skada systemet på grund av vibrationsskador och / eller mekaniska skador.

I det amerikanska patentet med nummer 5 008 608 av Unsworth et. al. beskrivs en regulator för att starta och stoppa elektriska motorer. Regulatorn innefattar tyristorstyrorgan på varje fas. Regulatorn mäter intervallet mellan spänningen och strömmen när en fas på motorn utför en nollgenomgång.

Baserat på detta värde och ett referensvärde styrs tyristorernas utlösningstider. För att starta och stoppa motorn ökas eller minskas referensvårdet successivt. Anordningen förhindrar plötsliga förändringar i moment vid stoppande av motorn. Denna lösning baseras på detektering av nollgenomgång för både spänning och ström. Sådana anordningar är emellertid för dyra för att innefattas i enkla tillämpningar.

I det europeiska patentet med nummer O 621 680 Bl beskrivs förfarande för begränsning av momentet i mjukstartande av en trefasig asynkronmotor.

Regleringen utförs genom tyristorstyrning som baseras på mätningar av maskinens aktiva effekt. Momentet styrs genom reglering av den aktiva effekten. För att mäta den aktiva effekten måste såväl strömmen, spänningen som den relativa fasvinkeln mätas. Även denna lösning baseras på dyra komponenter som är olämpliga för många tillämpningar. Dessutom nämner inte denna beskrivning eventuella problem vid stoppande av maskinen.

SAMMANFATTNING Det allmänna syftet med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla billigare anordningar och förfaranden för mjukstart och -stopp av roterande elektriska maskiner, vilka styr rotationshastigheten. Ett ytterligare syfte med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla sådana anordningar och förfaranden som är lätt anpassningsbara för att samverka med befintliga mjukstartare. lO 15 20 25 30 . _ v~ 4 f I . .. . .,_f ; 2 ; _ . ,. . . . 4 ' ' ' *i :v- '~-' -H '..' I. I De ovan nämnda syftena åstadkoms genom anordningar och förfaranden enligt de medföljande patentkraven. I allmänna ordalag används en strömmätning som insignal i en återkopplad reglering av en till en roterande elektrisk maskin matad spänning. Mer ingående matas en roterande elektrisk maskin med en spänning från en spänningskälla. En fasström mäts. Det uppmätta strömvärdet jämförs med vad som förväntas för en förutbestämd måleftersläpning vid den särskilda påförda spänningen med hjälp av ett förhållande mellan fasström, spänning och eftersläpning. I en utföringsform omvandlas den uppmätta strömmen till en “uppmätt” eller faktisk eftersläpning enligt förhållandet, vilken faktiska eftersläpning jämförs med måleftersläpningen, vilket ger ett dískrepansvärde. I en annan utföringsform omvandlas måleftersläpningen till en målström enligt förhållandet, vilken målström jämförs med den uppmätta strömmen, vilket ger ett diskrepansvärde. De två alternativa utföringsformerna kan även kombineras.

Diskrepansvärdet används för att skapa en korrektionsspänning från spänningskällan. För att starta och stoppa maskinen ökas respektive minskas måleftersläpningen.

I en annan aspekt av uppfinningen används det enligt beskrivningen ovan erhållna diskrepansvärdet för övervakning av den roterande elektriska maskinens kontinuerliga drift.

KORT BESKRIVNING AV RITN IN GARNA Uppfinningen, tillsammans med ytterligare syften och fördelar med denna, kan bäst förstås genom hänvisningar till den följande beskrivningen läst tillsammans med de medföljande ritningarna, i vilka: FIG. la är ett diagram som illustrerar momentkurvor för normal drift av en typisk asynkronmotor samt en pumplast ansluten till motorn; FIG. lb är ett diagram som illustrerar momentkurvor för drift, vid reducerad spänning, av asynkronmotorn och pumplasten i Fig. la; lO 15 20 25 30 519 629 5 š-*šíïg FIG 2 är ett diagram som illustrerar en möjlig momentkurva för en omröranordning; FIG. 3 är ett blockdiagram av en utföringsform av ett roterande elektriskt motorsystem enligt den föreliggande uppfinningen; FIG. 4a är ett blockdiagram av en utföringsform av en jämförare som kan användas med den föreliggande uppﬁnningen; FIG. 4b är ett blockdiagram av en annan utföringsform av en jämförare som kan användas med den föreliggande uppfinningen; FIG. 4c är ett blockdiagram av ytterligare en annan utföringsform av en jämförare som kan användas med den föreliggande uppfinningen; FIG. 5 är ett blockdiagram av en annan utföringsform av ett roterande elektriskt motorsystem enligt den föreliggande uppfinningen, baserad på en konventionell mjukstartarenhet; FIG. 6 är ett ﬂödesdiagram av ett styrförfarande enligt den föreliggande uppfinningen; FIG. 7 är ett diagram som illustrerar möjligt beteende hos spänning och rotationshastighet som en funktion av tid under ett stoppförfarande av en pumpmotor enligt den föreliggande uppfinningen; FIG. 8 är ett diagram som illustrerar möjligt beteende hos spänning och rotationshastighet som en funktion av tid under ett startförfarande av en omrörare enligt den föreliggande uppfinningen; FIG. 9 är ett diagram som illustrerar ett typiskt förhållande mellan ström och eftersläpning för en konstant tillförd spänning för en asynkronmotor; samt FIG.1O är ett ﬂödesdiagram av ett övervakningsförfarande enligt den föreliggande uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING I den följande beskrivningen diskuteras ett antal storheter och signaler som representerar storheter. I ett allmänt fall görs det ingen skillnad mellan storheten och signalen som representerar den, eftersom en omvandling däremellan lätt kan utföras av fackmannen. Följaktligen kommer både lO 15 20 25 30 . - » . « | - - v n ~ « . . - i = 1 v -f ~ . _ . . . . - . - 6 - . f .,.. ,. .. . 519 629 storhetens faktiska värde och signalen som representerar den att hänvisas till med samma beteckningar.

Genom hela det föreliggande dokumentet diskuteras alla förhållanden som avser hastighet och besläktade storheter huvudsakligen i termer av eftersläpning. Som fackmannen inser är emellertid samma förhållanden även giltiga för storheter som direkt kan härledas från eftersläpningen, såsom t.ex. en asynkronmotors rotationshastighet. Eftersom kraftnätets frekvens är känd finns det ett unikt förhållande mellan eftersläpning och rotationshastighet och alla förhållanden som innefattar eftersläpning kan istället ändras till att avse rotationshastighet. Sådana modifieringar är underförstådda att täckas av den föreliggande uppfinningen.

Fig. 3 illustrerar ett roterande elektriskt motorsystem l som innefattar en hastighetsstyranordning 2 och en roterande elektrisk motor 3. Den hastighetsstyrande anordningen 2 ansluts i denna utföringsform till ett kraftnät (inte visat) genom en trefasanslutning 4. Den hastighetsstyrande anordningen 2 reglerar kraftnätets spänningen och matar den roterande elektriska motorn 3 med lämpliga fasspänningar, genom rotorfasanslutningar 5.

Den roterande elektriska motorn 3 är i ett typiskt fall en kortsluten asynkronmotor som arbetar med tre faser. Motorn 3 kan som fackmannen förstår även vara av andra typer, till exempel reluktansmaskiner.

Den hastighetsstyrande anordningen 2 innefattar i denna utföringsform en spänningskällenhet 10 ansluten mellan trefasanslutningen 4 och rotorfasanslutningarna 5. Spänningskällenheten 10 anordnas för att kunna reglera inspänningen för att tillhandahålla lämpliga rotorfasspänningar. Den till motorn matade spänningen U är således känd. En strömmätare 12 är anordnad för mätning av den ström som matas in i motorn genom en av motorfasanslutningarna 5. Detta strömvärde är typiskt sett ett effektivvärde som motsvarar den in i motorn strömmande medelströmmen men kan även 10 15 20 25 30 - » . . : | . , . . . | . ~ . v 519 629 u | 1 . . , 7 vara ett mått av andra strömparametrar. Alternativt kan strömmen mätas för mer än en fas, till exempel för alla tre faserna. En signal IM som representerar detta uppmätta strömvärde och en signal U som representerar den påförda spänningen skickas till en jämförelseanordning 15. Jämförelseanordningen 15 jämför det uppmätta strömvärdet med vad som förväntas från ett måleftersläpningsvärde ST. Resultatet är en regleringssignal AU som representerar en önskad ändring av inspänningen U. Med andra ord är AU den återkopplade signalen till spänningskällan. Insignalerna till jämförelseanordningen 15 är de signaler som representerar den påförda spänningen U, den uppmätta fasströmmen IM samt måleftersläpningsvärdet Sr. En signal som representerar detta måleftersläpningsvärde Sr tillhandahålls i denna utföringsform av en rampenhet 16.

Jämförelseanordningen 15 innefattar organ för att erhålla en signal som representerar ett diskrepansvärde genom användning av ett förutbestämt förhållande mellan ström, spänning och eftersläpning. Diskussioner om hur detta uppnås kommer att följa längre ned. Diskrepansvärdet förs vidare till ett regleringsorgan 18, som är innefattat i jämförelseanordningen 15.

Regleringsorganets 18 utsignal är jämförelseanordningens utsignal och som nämndes ovan utgörs den av en signal AU som representerar en tillkommande spänning som ska matas in till den roterande elektriska motorn. Signalen AU är företrädesvis en signal som kan få spänningskällenheten 10 att öka sin utspänning med den önskade storleken. Alternativt kan signalen AU själv utgöra den tillkommande spänningen. Signalen AU erhålls baserat på diskrepansvärdet, till exempel genom ett lämpligt ﬁlter eller regleringskrets. Således förs signalen AU till spänningskällenheten lO genom en styranslutning.

Genom att låta måleftersläpningen ST variera med tiden uppnås en mjuk upp- eller nedrampning. Eftersom regleringen utförs mot en måleftersläpning snarare än mot någon elektrisk storhet kommer motorns uppträdande att vara mjukt utan några stora avvikelser från måleftersläpningen som resulterar i plötsliga okontrollerade förändringar i vridmoment, hastighet lO 15 20 25 30 r ~ - - . . - . n - - - . , .

H , . . . », u. n. .. _ n - . . - . n , _ ,, 2 _ ° 'I I ~». . . . . . .- . . 8 ' ' ' -- -»- .». .. ..' J. I 519 629 eller överströmmar etc. Den faktiska mätningen utförs på en elektrisk storhet men eftersom förhållandet mellan motorström och eftersläpning är en monoton funktion som har en känd allmän form finns en tillförlitlig omvandlig tillgänglig. Såsom fackmannen inser måste ett sådant förhållande bestämmas för motorn eller motortypen i fråga. Detta kommer att diskuteras längre ned.

I Fig. 4a illustreras en utföringsform av en järnförelseanordning 15.

Jämförelseanordningen 15 tar emot en signal som representerar ett uppmätt strömvärde IM från en strömmätare 12 (Fig. 3), en signal som representerar den påförda spänningen U samt en signal som representerar en måleftersläpning ST från en rampenhet 16 (Fig. 3). I denna utföringsform utgör det uppmätta strömvärdet insignal till en omvandlarenhet 24, vilken omvandlar det uppmätta strömvärdet till ett motsvarande eftersläpningsvärde. Om förhållandet är tillförlitligt är detta värde det faktiska omvandlarenheten 24. Medlet att erhålla det faktiska eftersläpningsvärdet eftersläpningsvärdet SM och utgör utsignalen från SM är förhållandet mellan eftersläpning, spänning och fasström. Detta förhållande är lagrat i en lagringsenhet 22. Såväl formen för lagring som förhållandets faktiska form kan variera avsevärt, vilket diskuteras längre ned. Lagringsenheten 22 förser emellertid omvandlarenheten 24 med lämplig information för att utföra omvandlingen.

Det faktiska eftersläpningsvärdet SM och måleftersläpningsvärdet ST jämförs i en jämförare 20. Utsignalen från jämföraren 20 är diskrepansvärdet AS och i denna utföringsform sätts AS till skillnaden mellan SM och ST.

Diskrepansvärdet AS förs vidare till regleringsenheten 18.

I Fíg. 4b illustreras en annan utföringsform av jämförelseanordningen 15. Även denna utföringsform av jämförelseanordningen 15 tar emot en signal som representerar ett uppmätt strömvärde IM från en strömmätare 12 (Fig. 3), en signal som representerar den påförda spänningen U samt en signal som representerar en måleftersläpning ST från en rampenhet lö (Fig. 3). I 10 15 20 25 30 519 629 denna utföringsform utgör emellertid måleftersläpningen ST insignal till en omvandlarenhet 26, vilken omvandlar måleftersläpningen ST till ett motsvarande målströmvärde IT. Detta värde utgör utsignalen från omvandlarenheten 26. Medlet att erhålla målströmvärdet IT är förhållandet mellan eftersläpning, spänning och fasström. Detta förhållande är lagrat, såsom beskrevs ovan, i lagríngsenheten 22. Lagringsenheten 22 förser omvandlarenheten 26 med lämplig information för att utföra omvandlingen.

Det uppmätta strömvärdet IM och målströmvärdet IT jämförs i en jämförare 20.

Utsignalen från jämföraren 20 är diskrepansvärdet AI och i denna utföringsform sätts AI till skillnaden mellan IM och IT. Diskrepansvärdet förs vidare till regleringsenheten 18.

I Fig. 4c illustreras en tredje utföringsform av en jämförelseanordning 15.

Denna utföringsform är huvudsakligen en kombination av utföringsformerna i Fig. 4a och 4b. Även denna utföringsform av jämförelseanordningen 15 tar emot en signal som representerar ett uppmätt strömvärde IM från en strömmätare 12 (Fig. 3), en signal som representerar den påförda spänningen U samt en signal som representerar en måleftersläpning ST från en rampenhet 16 (Fig. 3). I denna utföringsform finns två omvandlarenheter 24, 26, vilka har de motsvarande funktionerna för respektive omvandlarenhet för de två första utföringsformerna. Dessutom är ett valorgan 28 anslutet till omvandlarenheterna 24, 26 för att aktivera en av enheterna åt gången. Varje omvandlarenhet 24, 26 kan då göras opererabel i t.ex. ett visst eftersläpningsområde, där denna särskilda reglering är bäst lämpad. När omvandlarenheterna 24, 26 inte är i drift lämnar de signalerna till jämförelseenheten 20 oförändrade. Lagringen av förhållandet används då för båda omvandlarenheterna, men på ett motsatt sätt.

Det uppmätta strömvärdet IM och målströmvärdet IT jämförs i jämförelseenheten 20 när omvandlarenheten 26 är i drift. Det faktiska eftersläpningsvärdet SM och måleftersläpningsvärdet ST jämförs i jämförelseenheten 20 när omvandlarenheten 24 är i drift. Utsignalen från lO 15 20 25 30 519 629 10 ' ~ . - , - » jämförelseenheten 20 är diskrepansvärdet och sätts i denna utföringsform till skillnaden mellan antingen IM och IT eller mellan SM och ST.

Diskrepansvärdet AS / AI förs vidare till regleringsenheten 18.

Den signal som representerar en önskad spänningsförändring AU erhålls från diskrepansvärdet AS/ AI. Denna spänningsreglering utförs företrädesvis som en konventionell spänningsreglering. Om spänningskällan 10 innefattar tyristorstyrkretsar, liknande vad som visas i t.ex. det amerikanska patentet med nummer 5,008,608, styr AU företrädesvis timing av sådana kretsar.

Spänningsförändringssignalen AU består då av en initieringstidsfördröjning som motsvarar en önskad spänningsförändring AU, vilken matas till tyristorstyrkretsarna.

För en konstant matningsspänning till en asynkronmotor illustreras ett typiskt förhållande mellan ström och eftersläpning i Fig. 9. Förhållandet är monotont, vilket betyder att det finns ett ett-till-ett-förhållande mellan varje eftersläpnings- och strömvärde för en specifik spänning. Ett sådant förhållande existerar för varje värde av inmatad spänning. Förhållandet kan användas för omvandling i båda riktningarna. Om en ström mäts erhålls ett motsvarande eftersläpningsvärde. På liknande sätt, om en måleftersläpning väljs kan detta värde lätt omvandlas till ett motsvarande målströmvärde.

Varje matningsspänningsvärde har sitt eget ström-till-hastighet-förhållande som i stort sett liknar den illustrerade kurvan. En signal som representerar den till motorn matade faktiska spänningen är därför nödvändig för att erhålla det lämpliga förhållandet. Förhållandet är företrädesvis lagrat som en uppslagstabell i ett minneslagringsorgan, anslutet till exempel till jämförelseanordningen 15, såsom ett läsminne (ROM), PROM eller EPROM.

Minneslagringsorganet behöver som en valmöjlighet inte vara beläget i omedelbar närhet utan kan vara placerat i en avlägsen dator eller server. I utföringsformen i Fig. 4a används spänningssignalen U och den uppmätta strömsignalen IM som adressinvärden och ett motsvarande faktiskt eftersläpningsvärde erhålls. I utföringsformen i Fig. 4b används spänningssignalen U och måleftersläpningen ST som adressinvärden och ett 10 15 20 25 30 v .. _, , f' H . . . | -. 5 v 6 9 I .. . .. I c . ' , , B . 11 »...I§ motsvarande målströmvärde erhålls. Förhållandet kan även lagras som en parametriserad funktion där spänning och ström/ hastighet används som pararametrar.

Förhållandet mellan motorström, motorspänning och eftersläpning kan erhållas på olika sätt. En uppenbar möjlighet är att mäta förhållandet antingen i samband med tillverkningen av motorn eller vid installation.

Förhållandena är då självklart tillförlitliga men mängden arbete för att erhålla dem är stor. En annan möjlighet är att endast mäta några kritiska punkter på kurvorna och uppskatta resten av förhållandet baserat på dessa få värden. Dessa värden bör företrädesvis vara standarddata som tillhandahålls av en motortillverkare. Beteendet från en motor till en annan eller från en typ till en annan tros vara ganska lika och variationerna är mjuka, vilket skulle leda till ganska tillförlitliga förhållanden.

En rampenhet 16 tillhandahåller måleftersläpningen. Spänningsregleringen utformas för att reglera mot denna måleftersläpning. För att uppnå en ökad eller minskad eftersläpning måste måleftersläpningen ändras med tiden.

Måleftersläpningen Sr varieras således enligt en förutbestämd tidsplan. I de flesta start- eller stopptillämpningar är det ideala beteendet typiskt sett att ha en mjukt varierande upp- eller nedrampning av eftersläpningen. Ett exempel på en startsekvens av måleftersläpning illustreras i Fig. 8.

Hastigheten är ursprungligen noll och rampas därefter linjärt upp till den önskade eftersläpningen för kontinuerlig drift. Ett typiskt exempel på en stoppsekvens för måleftersläpning illustreras i Fig. 7. Hastigheten är ursprungligen den för kontinuerlig drift och rampas därefter ned på ett linjärt, eller annat förutbeståmt sätt till noll. Om motorn tvingas att följa sådana hastighetsvariationer kommer inga plötsliga och skadliga händelser att inträffa. Rampenheten 16 anordnas därför för att tillhandahålla en mjuk rampning av måleftersläpningsvärdet. Nedrampningen kan som en valmöjlighet innefatta delar i vilka stegvisa förändringar av måleftersläpningen specificeras enligt önskemål. Rampningen kan vara linjär såsom i Fig. 7 och 8, men kan även vara av vilken annan typ som helst som 10 15 20 25 30 519 629 » -e =.,» . » i = i u I 12 är skonsam mot motorutrustningen, pumpen eller annan last samt det effektpåförande nätet.

Den föreliggande uppﬁnningen har egenskaper som gör den mycket användbar för startande och stoppande av en roterande elektrisk motor.

Under den kontinuerliga driften för en roterande motor finns det emellertid normalt en önskan att övervaka driftstillståndet och kunna detektera avvikelser från normala beteenden. Den föreliggande uppfinningen tillhandahåller även en lösning till detta. Om den faktiska regleringen av motorn utförs av andra organ kan delar av regleringsorganen hos den föreliggande uppfinningen istället användas för övervakningssyften. Strömmen IM kan mätas kontinuerligt och den till maskinen matade spänningen är typiskt sett den för kraftnätet. Genom att hålla måleftersläpningen konstant kan ett diskrepansvärde, antingen AI eller AS, lätt erhållas. Detta värde är ett bra mått på avvikelsen från den ideala driften och är en bra storhet att visa t.ex. för en operatör för övervakningssyften.

I Fig. 5 illustreras en annan utföringsform av den föreliggande uppfinningen.

Denna utföringsform baseras på en konventionell mjukstartarenhet 6 för en asynkronmotor 3. En sådan mjukstartarenhet 6 innefattar en spänningskällenhet 10 som tillhandahåller den faktiska spänningen till motorn. Spänningskällenheten 10 inbegriper även typiskt sett organ för överströmsskydd (visas inte separat), vilka baseras på en strömmätares 12 mätningar. Strömmätaren 12 förser således spänningskällenheten l0 med en signal som representerar fasströmmen till motorn. Denna signal kan lätt användas som en insignal till en regleringsenhet 7 enligt den föreliggande uppfinningen. Spänningskällenheten 10 tillhandahåller även en signal som representerar utspänningen.

Signaler som motsvarar den uppmätta strömmen och den påförda spänningen tillhandahålls Regleringsenheten 7 innefattar en jämförelseanordning 15, som inbegriper ett således som insignaler till regleringsenheten 7. 10 15 20 25 30 519 629 |||.., 13 regleringsorgan 18 och en rampenhet 16. Dessa delar har i huvudsak beskrivits ovan. Regleringsorganets 18 utsignal är en signal som motsvarar en önskad förändring i spänning och denna blir även utsignalen från hela regleringsenheten 7. Regleringsenhetens utsignal matas in till mjukstartarenheten 6. Anslutningen är anordnad för att få spänningskällenheten 10 att ändra utspänningen med den önskade storleken.

Denna utföringsform illustrerar en fördel med den föreliggande uppfinningen.

Konventionella mjukstartare kan enligt denna utföringsform förses med en separat regleringsenhet 7, vilken utför de ﬂesta operationerna enligt den föreliggande uppﬁnningen. Mjukstartarenheten 6 måste endast tillhandahålla ett ström- och ett spänningsvärde, vilka typiskt sett i alla fall finns i mjukstartarenheten 6. Dessutom måste mjukstartarenheten 6 också svara på en yttre begäran om en spänningsförändring. Även sådana funktioner erhålls lätt genom konventionella mjukstartare. Detta betyder att för att applicera den föreliggande uppfinningen på beﬁntlig utrustning krävs endast en ytterligare enhet och inte en fullständigt ny mjukstartarenhet.

Fíg. 6 visar ett flödesdiagram som representerar grundstegen i ett regleringsförfarande enligt den föreliggande uppfinningen. Förfarandet börjar i steg 100. I steg 102 matas en spänning till en roterande motor. Den faktiska strömmen till motorn mäts i steg 104, t.ex. som ett effektiv- eller toppvärde.

Ett måleftersläpningsvärde erhålls i steg 106 och i steg 108 jämförs målvärdet med det uppmätta strömvärdet. Detta utförs antingen genom omvandling av den uppmätta strömmen till ett faktiskt eftersläpningsvärde eller genom omvandling av måleftersläpningen till ett mälströmvärde. Skillnaden reglerar en differensspänningssignal. Baserat på denna differensspänningssignal regleras den till motorn matade spänningen i steg 110. Förfarandet avslutas i steg 112.

Fig. 10 visar ett ﬂödesdiagram som representerar grundstegen i ett övervakningsförfarande enligt den föreliggande uppfinningen. Förfarandet börjar i steg 100. I steg 103 mäts en till en roterande motor matad spänning. 10 15 20 25 30 14 i ; i Den faktiska strömmen till motorn mäts i steg 104, t.ex. som ett effektiv- eller toppvärde. Ett avsett driftseftersläpningsvärde erhålls i steg 107 och i steg 109 jämförs det avsedda driftsvärdet med det uppmätta strömvärdet.

Detta utförs antingen genom omvandling av den uppmätta strömmen till ett faktiskt eftersläpningsvärde eller genom omvandling av måleftersläpningen till ett målströmvärde. Diskrepansen presenteras i steg lll. Förfarandet avslutas i steg 112.

Fig. 7 är en typisk illustration på hur styrförfarandet och -anordningen enligt den föreliggande uppfinningen fungerar. Fig. 7 är ett diagram som visar måleftersläpningen och den till motorn matade spänningen som funktioner av tiden under ett stoppförfarande. Motorn antas driva en pumpenhet som har en liten tröghet. I ett konventionellt stoppförfarande kan en plötslig vridmomentsförändring inträffa under stoppandet. Med anordningarna och förfarandet enligt den föreliggande uppfinningen kommer ett annat händelseförlopp att vara resultatet. Måleftersläpningen sätts ursprungligen till ett värde som motsvarar hastigheten för kontinuerlig drift, i detta exempel motsvarande precis under 3000 rpm. Detta värde är typiskt sett 1-3 %. När stoppet begärs äger en linjär upprampning av måleftersläpningen rum, illustrerad av den heldragna kurvan. (Notera att skalan på eftersläpningen är vänd upp och ned.) När måleftersläpningen ökas startar regleringen enligt den föreliggande uppfinningen. Spänningen kommer initialt att falla mycket snabbt. När spänningen reduceras så mycket att momentkurvans maxpunkt (jämför Fig. lb) blir driftspunkten saktas spänningsfallet in. När driftspunkten när den instabila situationen i Fig. lb ökas spänningen igen för att förhindra eventuella plötsliga hastighetsförändringar. Slutligen minskas spänningen äter ned till noll när den kritiska passagen har passerats. En typisk spänningskurva illustreras med streckade linjer i Fig. 7.

Fig. 8 är istället ett diagram som visar måleftersläpningen och den till motorn matade spänningen som en funktion av tiden under ett startförfarande.

Motorn antas i detta fall driva en omrörare som har en lastkurva liknande den som illustreras i Fig. 2. För att övervinna den initiala lasten måste en ganska 10 15 20 25 30 9 9 f 51 62 15 _ . . f 1 f. hög spänning påföras. Under denna tid minskas måleftersläpningen medan den faktiska eftersläpningen fortfarande befinner sig vid noll. När omröraren börjar röra sig minskas lasten avsevärt på grund av skillnaden mellan lasten vid statiska och dynamiska förhållanden och för att behålla den avsedda linjära minskningen av eftersläpningen kommer spänningen att reduceras starkt. Den faktiska eftersläpningen blir snabbt lika med måleftersläpningen.

Detta ger upphov till “spånningspikcn” i den streckade spänningskurvan i diagrammet. Spänningen kommer därefter att långsamt ökas enligt en “normal” start. Startspänníngskurvan kommer då huvudsakligen att ha ett liknande beteende som stoppkurvan men i motsatt ordning.

Förfarandena enligt den föreliggande uppﬁnningen kan implementeras som programvara, maskinvara eller en kombination därav. En datorprogramprodukt som implementerar förfarandena eller en del därav innefattar en programvara eller ett datorprogram som körs på en allmän eller en speciellt anpassad dator, processor eller mikroprocessor. Programvaran innefattar kodelement för datorprogram eller koddelar för programvara som får datorn att utföra förfarandet genom användning av åtminstone ett av stegen tidigare beskrivna i Fig. 6 eller Fig. 10. Programmet kan lagras helt eller delvis på eller i ett eller ﬂera lämpliga datorläsbara medier eller dataminnesorgan såsom en magnetisk disk, CM-ROM eller DVD-disk, hårddisk, magneto-optiskt minnesorgan, i RAM eller obeständigt minne, i ROM eller ﬂashminne, som fast programvara, eller på en dataserver. En sådan datorprogramprodukt kan även tillhandahållas via ett nät, såsom Internet.

Det är således uppenbart att anordningar och förfaranden enligt den föreliggande uppfinningen på ett billigt men tillförlitligt sätt kommer att förbättra start- och stoppbeteendet för roterande elektriska maskiner.

Det kommer att inses av fackmannen att olika modifieringar och ändringar kan göras av den föreliggande uppﬁnningen utan att avvika från dess omfattning, vilken definieras av de bifogade patentkraven.

Claims

10 15 20 25 30 É':É":".f '.":'": :":"f* f: n u u >. i. .- .- .. u in ut «. . . ~ 1- n v.. o n n v ~ z ; .; ; . _ . . - . ~ ~ v - v 1 v » n fu. .i i. .i _.. . PATENTKRAV

1. Förfarande för styrning av rotationshastighet hos en roterande elektrisk motor (3), innefattande stegen: matning av en spänning (U) till den roterande elektriska motorn (3); mätning av strömmen (IM) till den roterande elektriska motorn (3); kombinering av det uppmätta strömvärdet (IM) och spänningen (U) med en måleftersläpning (Sr) genom användning av ett förutbestämt förhållande mellan ström, spänning och eftersläpning, vilket ger en regleringssignal (AU); samt tillförande av en spänning till den roterande elektriska motorn (3) enligt regleringssignalen (AU).

2. Förfarande för styrning av rotationshastighet enligt patentkrav 1, kännetecknat av att kombineringssteget i sin tur innefattar stegen: omvandling av måleftersläpningen (Sr) till ett målströmvärde (lr) genom användning av förhållandet; jämförelse av det uppmätta strömvärdet (IM) och rnålströrnvärdet (Ir), vilket ger ett diskrepansvärde (AI) såsom skillnaden; samt erhållande av regleringssignalen (AU) genom reglering på diskrepansvärdet (AI).

3. Förfarande för styrning av rotationshastighet enligt patentkrav 1, kännetecknat av att kombineringssteget i sin tur innefattar stegen: omvandling av det uppmätta strömvärdet (IM) till ett faktiskt eftersläpningsvärde (SM) genom användning av förhållandet; jämförelse av det faktiska eftersläpningsvärdet (SM) och måleftersläpningsvärdet (Sr), vilket ger ett dískrepansvärde (AS) såsom skillnaden; samt erhållande av regleringssignalen (AU) genom reglering på diskrepansvärdet (AS). 10 15 20 25 30 . . u: a v .s f. | - - I n n 1 v 1 u 4: o. J u v. u . . u f u :ø H = . -, Q . y - v u . - « . I Q . . . .U = -. ,. - , . .. . -.. n - . | - . ,. . , , - ; - | a u . 1 u n . . H mn .1 .. .. ... . 17

4. Förfarande för styrning av rotationshastighet enligt patentkrav 1, kännetecknat av att kombineringssteget utförs enligt patentkrav 2 eller enligt patentkrav 3 i olika driftsfaser hos motorn.

5. Förfarande för styrning av rotationshastighet enligt något av patentkraven 1-4, kännetecknat av att måleftersläpningen (Sr) varieras enligt en förutbestämd tidsplan.

6. Förfarande för styrning av rotationshastighet enligt något av patentkraven 1-5, kännetecknat av att förhållandet är ett faktiskt uppmätt förhållande mellan eftersläpning, spänning och ström för den roterande elektriska motorn (3).

7. Förfarande för styrning av rotationshastighet enligt något av patentkraven 1-5, kännetecknat av att förhållandet är ett förutbestämt modellerat förhållande mellan eftersläpning, spänning och ström för den roterande elektriska motorn (3).

8. Hastighetsstyranordning (2) för en roterande elektrisk motor (3), innefattande: spänningskälla (10), ansluten till den roterande elektriska motorn (3); organ (12) för mätning av en till den roterande elektriska motorn (3) matad ström (IM); jämförelseorgan (15), anslutet till mätorganet (12) och spänningskällan ( 10), för kombinering av det uppmätta strömvärdet (IM) och spänningen (U) med en måleftersläpning (Sr) genom användning av ett förutbestämt förhållande mellan ström, spänning och eftersläpning, vilket ger en regleringssignal (AU); varvid spänningskällan är anordnad för tillförande av en spänning till den roterande elektriska motorn (3) enligt regleringssignalen (AU).

9. Hastighetsstyranordning enligt patentkrav 8, kännetecknad av att jämförelseorganet (15) i sin tur innefattar: lO 15 20 25 30 519 629 18 ëlfši§šf~ëﬁIëïjﬁï~àfi i organ (26) för omvandling av måleftersläpningsvärdet (ST) till ett målströmvärde (IT) genom användning av förhållandet; jämförare (20) för jämförelse av det uppmätta strömvärdet (IM) och målströmvärdet (IT), vilket ger ett diskrepansvärde (AI) såsom skillnaden; samt regleringsorgan (18) för erhållande av regleringssignalen (AU) genom reglering på diskrepansvärdet (AI).

10. Hastighetsstyranordning enligt patentkrav 8, kännetecknad av att jämförelseorganet (15) i sin tur innefattar: organ (26) för omvandling av den uppmätta strömmen (IM) till ett faktiskt eftersläpningsvärde (SM) genom användning av förhållandet och; jämförare (20) för jämförelse av det faktiska eftersläpningsvärdet (SM) och måleftersläpningsvärdet (ST), vilket ger ett diskrepansvärde (AS) såsom skillnaden; samt regleringsorgan (18) för erhållande av regleringssignalen (AU) genom reglering på diskrepansvärdet (AS).

11. ll. Hastighetsstyranordning enligt patentkrav 8, kännetecknad av att jämförelseorganet (15) i sin tur innefattar ett första omvandlingsorgan enligt omvandlingsorganet i patentkrav 9, ett andra omvandlingsorgan enligt omvandlingsorganet i patentkrav 10 sarnt organ (28) för val av ett av de första och andra omvandlingsorganen i olika driftsfaser för motorn.

12. Hastighetsstyranordning enligt något av patentkraven 8-11, kännetecknad av organ (16) för variering av måleftersläpningen (ST) enligt en förutbestämd tidsplan.

13. Hastighetsstyranordning enligt något av patentkraven 8«12, kännetecknad av att jämförelseorganet (15) vidare innefattar organ (22) för lagring av ett faktiskt uppnått förhållande mellan eftersläpning, spänning och ström för den roterande elektriska motorn (3). 10 15 2O 25 30 519 629 ,. .. .. .... ._ . . . .. . . . . _ . _. . ., . . . . . . . . , . . . ... .. . . . .. . ... . . 19 . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . I , .. ,, .. ._ ... .

14. Hastighetsstyranordning enligt något av patentkraven 8-12, kännetecknad av att jämförelseorganet (15) vidare innefattar organ (22) för lagring av en förutbestämd modell av förhållandet mellan eftersläpning, spänning och ström för den roterande elektriska motorn (3).

15. Användning av en hastighetsstyranordning enligt något av patentkraven 8 till 14 för startande och/eller stoppande av en roterande elektrisk motor.

16. Regleringsenhet (7) för en mjukstartar-/mjukstopparanordning (6) för en roterande elektrisk asynkronmotor (3), innefattandes: organ för mottagande av ett värde för en ström (IM) och spänning (U) matade till den roterande elektriska motorn (3) ; jämförelseorgan (15), anslutet till det mottagande organet för kombinering av det uppmätta strömvårdet (IM) och spänningen (U) med en måleftersläpning (Sr) genom användning av ett förutbestämt förhållande mellan ström, spänning och eftersläpning, vilket ger en regleringssignal (AU); samt organ för tillhandahållande av regleringssígnalen (AU) till den roterande elektriska motorn (3).

17. Regleringsenhet enligt patentkrav 16, kännetecknad av att jämförelseorganet (15) i sin tur innefattar: organ (26) för omvandling av rnäleftersläpningsvärdet (Sr) till ett målströmvärde (Ir) genom användning av förhållandet; jämförare (20) för jämförelse av det uppmätta strömvärdet (IM) och målströmvärdet (Ir), vilket ger ett diskrepansvärde (AI) såsom skillnaden; samt regleringsorgan (18) för erhållande av regleringssígnalen (AU) genom reglering på diskrepansvärdet (AI).

18. Regleringsenhet enligt patentkrav 16, kännetecknad av att jämförelseorganet (15) i sin tur innefattar: 10 15 20 25 30 ,. . . .. .. . . . , ,. .. . 20 . . . ., . ._ :'; f ° , ' I I - u .. - v 1 ~ ~ - . .v organ (26) för omvandling av den uppmätta strömmen (IM) till ett faktiskt eftersläpningsvärde (SM) genom användning av förhållandet; jämförare (20) för jämförelse av det faktiska eftersläpningsvärdet (SM) och måleftersläpningsvärdet (ST), vilket ger ett diskrepansvärde (AS) såsom skillnaden; samt regleringsorgan (18) för erhållande av regleringssignalen (AU) genom reglering på diskrepansvärdet (AS).

19. Regleríngsenhet enligt patentkrav 16, kännetecknad av att jämförelseorganet (15) i sin tur innefattar ett första omvandlingsorgan enligt omvandlingsorganet i patentkrav 17, ett andra omvandlingsorgan enligt omvandlingsorganet i patentkrav 18 samt organ (28) för val av ett av de första och andra omvandlingsorganen i olika situationer.

20. Regleríngsenhet enligt något av patentkraven 16-19, kännetecknad av organ (16) för variering av måleftersläpningen (ST) enligt en förutbestämd tidsplan.

21. Regleríngsenhet enligt något av patentkraven 16-20, kännetecknad av att jämförelseorganet (15) vidare innefattar organ för lagring (22) av ett faktiskt uppnått förhållande mellan eftersläpning, spänning och ström för den roterande elektriska asynkronmotorn.

22. Regleríngsenhet enligt något av patentkraven 16-20, kännetecknad av att jämförelseorganet (15) vidare innefattar organ för lagring (22) av en förutbestämd modell av förhållandet mellan eftersläpning, spänning och ström för den roterande elektriska asynkronmotorn.

23. Roterande elektriskt motorsystem (1), innefattandes en roterande elektrisk motor (3) och en hastighetsstyranordning (2), varvid hastighetsstyranordningen (2) innefattar: spänningskälla (10), ansluten till den roterande elektriska motorn (3) ; 10 15 20 25 30 S19 629 :if:~;::«if: organ ( 12) för mätning av en till den roterande elektriska motorn (3) matad ström (IM); jämförelseorgan (15), anslutet till mätorganet (12) och spänningskällan (10), för kombinering av det uppmätta strömvärdet (IM) och spänningen (U) med en måleftersläpning (ST) genom användning av ett förutbestämt förhållande mellan ström, spänning och eftersläpning, vilket ger en regleringssignal (AU); varvid spänningskällan är anordnad för att tillföra en spänning till den roterande elektriska motorn (3) enligt regleringssignalen (AU).

24. Roterande elektriskt motorsystem enligt patentkrav 23, kännetecknat av att jämförelseorganet (15) i sin tur innefattar: organ (26) för omvandling av måleftersläpningsvärdet (ST) till ett målströmvärde (Ir) genom användning av förhållandet; jämförare (20) för jämförelse av det uppmätta strömvärdet (IM) och målströmvärdet (Ir), vilket ger ett diskrepansvärde (AI) såsom skillnaden; samt regleringsorgan (18) för erhållande av regleringssignalen (AU) genom reglering på diskrepansvärdet (AI).

25. Roterande elektriskt motorsystem enligt patentkrav 23, kännetecknat av att jämförelseorganet (15) i sin tur innefattar: organ (26) för omvandling av den uppmätta strömmen (IM) till ett faktiskt eftersläpningsvärde (SM) genom användning av förhållandet; jämförare (20) för jämförelse av det faktiska eftersläpningsvärdet (SM) och måleftersläpningsvärdet (Sr), vilket ger ett diskrepansvärde (AS) såsom skillnaden; samt regleringsorgan (18) för erhållande av regleringssignalen (AU) genom reglering på diskrepansvärdet (AS).

26. Roterande elektriskt motorsystem enligt patentkrav 23, kännetecknat av att jämförelseorganet (15) i sin tur innefattar ett första omvandlingsorgan enligt omvandlingsorganet i patentkrav 24, ett andra 10 15 20 25 30 É':É":É:' fru: :":"Ü .. . f . . . . .. , . . . =.. 22 H. .. . . ... - ... . . . . . . . . ., -_ ;. v - - . . - . . , .. t; . . i omvandlingsorgan enligt omvandlingsorganet i patentkrav 25 samt organ (28) för val av ett av de första och andra omvandlingsorganen i olika driftsfaser för motorn.

27. Roterande elektriskt motorsystem enligt något av patentkraven 23- 26, kännetecknat av organ (16) för variering av måleftersläpningen (Sr) enligt en förutbestämd tidsplan.

28. Roterande elektriskt motorsystem enligt något av patentkraven 23- 27, kännetecknat av att jåmförelseorganet (15) vidare innefattar organ för lagring (22) av ett faktiskt uppnått förhållande mellan eftersläpning, spänning och ström för den roterande elektriska motorn (3).

29. Roterande elektriskt motorsystem enligt något av patentkraven 23- 27, kännetecknat av att jåmförelseorganet ( 15) vidare innefattar organ för lagring (22) av en förutbestämd modell av förhållandet mellan eftersläpning, spänning och ström för den roterande elektriska motorn (3).

30. Användning av ett roterande elektriskt motorsystem enligt något av patentkraven 23 till 29 för startande och/ eller stoppande av en roterande elektrisk maskin i det roterande elektriska motorsystemet.

31. Förfarande för övervakning av driftsförhållanden för en roterande elektrisk motor (3), innefattande stegen: mätning av en till den roterande elektriska motorn (3) matad spänning (U); mätning av strömmen (IM) till den roterande elektriska motorn (3) ; kombinering av det uppmätta strömvärdet (IM) och spänningen (U) med en avsedd driftsefterslåpning (ST) genom användning av ett förutbestämt förhållande mellan ström, spänning och eftersläpning, vilket ger ett diskrepansvärde, associerat med eventuell föreliggande avvikelse från avsedda driftsförhållanden; samt presentering av diskrepansvårdet. 10 15 20 25 . n .u e o 11 u. | . ; | n u v u v» n w 1 = v; u . f - . a v | wa v v a ~ . n ; u . f u . i., m- u; i ~ . f. a a., o a 23

32. Förfarande för övervakning av driftsförhållanden enligt patentkrav 31, kännetecknat av att kombineringssteget i sin tur innefattar stegen: omvandling av den avsedda driftseftersläpningen (ST) till ett avsett driftsströmvärde (IT) genom användning av förhållandet; samt jämförelse av det uppmätta strömvärdet (IM) och målströmvärdet (IT), vilket ger ett diskrepansvärde (AI) såsom skillnaden.

33. Förfarande för övervakning av driftsförhållanden enligt patentkrav 31, kännetecknat av att kombineringssteget i sin tur innefattar stegen: omvandling av den uppmätta strömmen (IM) till ett faktiskt eftersläpningsvärde (SM) genom användning av förhållandet; samt jämförelse av det faktiska eftersläpningsvärdet (SM) och det avsedda driftseftersläpningsvärdet (ST), vilket ger ett diskrepansvärde (AS) såsom skillnaden.

34. Datorprogramsprodukt innefattande datorkodsorgan och/ eller mjukvarukodsdelar som när de körs på en dator eller processor får processorn att utföra stegen i förfarandet enligt något av patentkraven l till 7, och 31 till 33.

35. Datorprogramsprodukt enligt patentkrav 34 tillhandahållet via ett nät, såsom Internet.

36. Datorläsbart medium som innehåller en datorprogramprodukt enligt patentkrav 34 eller 35.