[发明专利]利用变频器的风机中的失速检测

说明书

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

风机是工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外，风机系统消耗大量的电能。在工业部门中，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参数，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一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力中的低频变化时，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测量，风机可以被控制至另一工作点，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。

附图说明

以下参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1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)幅度计算参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示出受测风机的测量出的风机曲线。

具体实施方式

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Q_v和p)确定的。可以使用转速估计n_est和转矩估计T_est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。与使用单独的方法相比，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参考值；以及基于工作点和/或测量出的参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n_est和T_est)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：