感應(yīng)馬達(dá)速度估算的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實施例涉及感應(yīng)馬達(dá)，并且更具體地涉及感應(yīng)馬達(dá)的速度估算。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)馬達(dá)是工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵構(gòu)件。工業(yè)馬達(dá)的故障不僅導(dǎo)致馬達(dá)自身的修復(fù)，還 引起生產(chǎn)損失，這通常比馬達(dá)自身更昂貴。與馬達(dá)的修復(fù)或維護(hù)相關(guān)的成本可通過密切地 監(jiān)控馬達(dá)的健康狀態(tài)和主動方式的定期維護(hù)而最小化。因而，消費(fèi)者高度期待在操作期間 監(jiān)控馬達(dá)的健康狀態(tài)，以使停工和與馬達(dá)維護(hù)和修復(fù)相關(guān)的成本最小化。
[0003] 工業(yè)馬達(dá)是工業(yè)應(yīng)用中的最常用馬達(dá)中的一種。大型感應(yīng)馬達(dá)的最典型故障模式 包括定子匝間故障、轉(zhuǎn)子條破裂、有缺陷的軸承、轉(zhuǎn)子偏心、軸不對中、基座松動等。初始階 段下的這些故障的可靠檢測對于這些馬達(dá)的狀態(tài)監(jiān)控是關(guān)鍵的。除了馬達(dá)異常檢測之外， 包括馬達(dá)的輸出扭矩、效率、能量消耗等的性能估算對于用于感應(yīng)馬達(dá)的監(jiān)控器而言是另 一關(guān)鍵組參數(shù)。這些性能相關(guān)參數(shù)的任何趨勢可指示馬達(dá)操作的反常狀態(tài)。
[0004] 感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子速度測量被許多監(jiān)控和診斷模塊需要，例如，扭矩估算、效率估 算、破裂的轉(zhuǎn)子條檢測等。而且，對于感應(yīng)馬達(dá)的閉環(huán)控制而言，速度確定是必須的。
[0005] 因而，存在對用于確定感應(yīng)馬達(dá)的速度的系統(tǒng)和方法的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)本技術(shù)的實施例，提供一種用于估算感應(yīng)馬達(dá)的速度的方法。該方法包括：對 感應(yīng)馬達(dá)施加電壓、測量感應(yīng)馬達(dá)的電流、和確定電流的電流快速傅里葉變換（FFT)。該方 法還包括基于電流FFT確定感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)差率（slip)和基于感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)差率來估算感 應(yīng)馬達(dá)的速度。
[0007] 根據(jù)本技術(shù)的另一實施例，提供一種系統(tǒng)，其包括：功率供應(yīng)源，以對感應(yīng)馬達(dá)提 供電壓；和測量單元，以測量感應(yīng)馬達(dá)的電流，該系統(tǒng)還包括處理器，以估算感應(yīng)馬達(dá)的速 度。處理器包括：快速傅里葉傳遞變換（FFT)模塊，以確定電流的電流FFT ;轉(zhuǎn)差率計算模 塊，以基于電流FFT確定感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)差率；和速度計算模塊，以基于感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)差率來 估算感應(yīng)馬達(dá)的速度。
[0008] -種用于估算感應(yīng)馬達(dá)的速度的方法，包括： 對所述感應(yīng)馬達(dá)施加電壓； 測量所述感應(yīng)馬達(dá)的電流； 確定所述電流的電流快速傅里葉變換（FFT); 基于電流FFT來確定所述感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)差率；和 基于所述感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)差率來估算所述感應(yīng)馬達(dá)的速度。
[0009] 優(yōu)選地，確定所述電流FFT包括將時域電流信號變換成頻域電流信號。
[0010] 優(yōu)選地，確定所述電流FFT包括利用素因子FFT算法、Brunn' S FFT算法或 Cooley-Tukey FFT 算法。
[0011] 優(yōu)選地，所述電流FFT包括電流諧波的多個幅度和相位。
[0012] 優(yōu)選地，所述感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)差率基于不對中頻率而確定，所述不對中頻率是從所 述電流諧波、額定頻率和極的數(shù)量計算的。
[0013] 優(yōu)選地，確定所述感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)差率還包括基于所述額定頻率與所述感應(yīng)馬達(dá)的 極的數(shù)量之間的關(guān)系來確定所述感應(yīng)馬達(dá)的第一頻率。
[0014] 優(yōu)選地，包括從馬達(dá)電流FFT確定第一電流諧波，其中，所述第一電流諧波具有接 近所述第一頻率的第二頻率，并且具有與具有接近所述第一頻率的頻率的其他電流諧波相 比更高的幅度。
[0015] 優(yōu)選地，包括基于所述第一電流諧波的第一幅度、具有所述第一頻率的第二電流 諧波的第二幅度、所述第一頻率和所述第二頻率之間的關(guān)系，確定所述感應(yīng)馬達(dá)的不對中 頻率。
[0016] 優(yōu)選地，包括確定所述電壓的電壓快速傅里葉變換（FFT)。
[0017] 優(yōu)選地，確定所述感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)差率包括確定所述感應(yīng)馬達(dá)的額定功率和額定轉(zhuǎn) 差率以及所述感應(yīng)馬達(dá)的輸入功率之間的關(guān)系。
[0018] 優(yōu)選地，所述感應(yīng)馬達(dá)的輸入功率基于所述電壓FFT和所述電流FFT來確定。
[0019] 一種系統(tǒng)，包括： 功率供應(yīng)源，以對感應(yīng)馬達(dá)提供電壓； 測量單元，以測量所述感應(yīng)馬達(dá)的電流； 處理器，以估算所述感應(yīng)馬達(dá)的速度，所述處理器包括： 快速傅里葉變換（FFT)模塊，以確定所述電流的電流FFT ; 轉(zhuǎn)差率計算模塊，以基于所述電流FFT來確定所述感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)差率；和 速度計算模塊，以基于所述感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)差率來估算所述感應(yīng)馬達(dá)的速度。
[0020] 優(yōu)選地，所述功率供應(yīng)源包括直流電流（DC)到交流電流（AC)轉(zhuǎn)換器。
[0021] 優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)差率計算模炔基于不對中頻率來確定所述感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)差率，所 述不對中頻率是從電流諧波、額定頻率和極的數(shù)量計算的。
[0022] 優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)差率計算模塊構(gòu)造為基于所述感應(yīng)馬達(dá)的額定頻率和極的數(shù)量之 間的關(guān)系來確定所述感應(yīng)馬達(dá)的第一頻率。
[0023] 優(yōu)選地，所述處理器還構(gòu)造為從馬達(dá)電流FFT確定第一電流諧波，其中，所述第一 電流諧波具有接近所述第一頻率的第二頻率，并且具有與具有接近所述第一頻率的頻率的 其他電流諧波相比更高的幅度。
[0024] 優(yōu)選地，所述處理還構(gòu)造為基于所述第一電流諧波的第一幅度、具有所述第一頻 率的第二電流諧波的第二幅度、所述第一頻率和所述第二頻率之間的關(guān)系，確定所述感應(yīng) 馬達(dá)的不對中頻率。
[0025] 優(yōu)選地，所述FFT模塊還構(gòu)造為確定所述電壓的電壓快速傅里葉變換（FFT)。
[0026] 優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)差率計算模塊還構(gòu)造為基于所述感應(yīng)馬達(dá)的額定功率和額定轉(zhuǎn)差 率以及所述感應(yīng)馬達(dá)的輸入功率之間的關(guān)系，確定所述轉(zhuǎn)差率。
[0027] 優(yōu)選地，所述處理器還構(gòu)造為基于所述電壓FFT和所述電流FFT來確定所述感應(yīng) 馬達(dá)的輸入功率。
【附圖說明】
[0028] 當(dāng)參照附圖閱讀下列詳細(xì)描述時，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得 更好理解，其中遍及附圖，相同的特征代表相同的部分，其中： 圖1是用于感應(yīng)馬達(dá)控制的系統(tǒng)的概略圖； 圖2是根據(jù)本公開的方面的用于在圖1的系統(tǒng)中使用的速度估算模塊的示范實施例的 概略圖； 圖3是根據(jù)本公開的方面的在圖2中使用的馬達(dá)轉(zhuǎn)差率計算方法的示范實施例的概略 圖； 圖4是根據(jù)本公開的方面的在圖2中使用的馬達(dá)轉(zhuǎn)差率計算方法的另一實施例的概略 圖；以及 圖5是根據(jù)本公開的方面的估算感應(yīng)馬達(dá)的速度的方法的流程圖。
[0029] 元件列表 10 用于感應(yīng)馬達(dá)速度估算的系統(tǒng) 12 功率供應(yīng)源 14 感應(yīng)馬達(dá) 15 負(fù)載 16 處理器 17 測量單元 18 速度估算模塊 40 速度估算模塊 42 快速傅里葉變換（FFT)模塊 44 馬達(dá)轉(zhuǎn)差率計算模塊 46 馬達(dá)速度計算模塊 48 顯示器單元 60 示出轉(zhuǎn)差率計算方法的流程圖 62-68 流程圖步驟 80 示出轉(zhuǎn)差率計算方法的流程圖 82-84 流程圖步驟 100 示出用于估算感應(yīng)馬達(dá)的速度的方法的流程圖 102-110 流程圖步驟。
【具體實施方式】
[0030] 除非另外限定，否則在本文中使用的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與由本公開所屬領(lǐng)域的 技術(shù)人員通常理解的相同含義。在本文中使用的術(shù)語"第一"、"第二"等不表示任何順序、 量、或重要性，而是用來將一個元件與另一個區(qū)別。此外，術(shù)語"一"和"一個"不表示量的 限制，而是表示至少一個提及項的存在。術(shù)語"或"意指包括，并且意指列出項中的一個、一 些、或全部。在本文中的"包含"、"包括"或"具有"及其變型的使用意圖涵蓋其后列出的項 和它們的等同以及附加項。術(shù)語"連接"和"聯(lián)接"不限于物理或機(jī)械連接或聯(lián)接，并且可包 括電連接或聯(lián)接，不管是直接的還是間接的。而且，術(shù)語"電路"和"線路"以及"控制器"可 包括單個構(gòu)件或多個構(gòu)件，它們?yōu)橛性春?或無源的，并且連接或以另外方式聯(lián)接在一起， 來提供所描述的功能。
[0031] 現(xiàn)轉(zhuǎn)向附圖，借助于圖1中的實例，繪出了用于感應(yīng)馬達(dá)速度估算的系統(tǒng)10。在一 個實施例中，用于感應(yīng)馬達(dá)速度估算的系統(tǒng)10可包括功率供應(yīng)源12、感應(yīng)馬達(dá)14、測量單 元17、負(fù)載15和處理器16。在一個實施例中，功率供應(yīng)源12可包括交流電流源，例如發(fā)電 機(jī)或功率網(wǎng)。在另一實施例中，功率供應(yīng)源12可包括功率轉(zhuǎn)換器，例如直流電流（DC)到交 流電流（AC)轉(zhuǎn)換器。此外，感應(yīng)馬達(dá)14可為三相馬達(dá)，并且因而功率供應(yīng)源12也可為三 相功率供應(yīng)源。此外，負(fù)載15可包括機(jī)械負(fù)載，例如，高架起重機(jī)、壓縮機(jī)、工業(yè)驅(qū)動器、電 動車等。
[0032] 通常，感應(yīng)馬達(dá)14包括定子（未顯示）和轉(zhuǎn)子（未顯示）。功率供應(yīng)源12跨過定 子施加電壓，并且負(fù)載15經(jīng)由機(jī)械軸連接至轉(zhuǎn)子。當(dāng)跨過感應(yīng)馬達(dá)14的定子施加電壓時， 其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場在感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)子又產(chǎn)生另一磁場，并且旋轉(zhuǎn)磁 場與轉(zhuǎn)子磁場之間的相互作用導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)且又導(dǎo)致負(fù)載15旋轉(zhuǎn)。測量單元17測量感應(yīng) 馬達(dá)的電流和電壓，并且將其提供到處理器16。應(yīng)當(dāng)注意到的是，系統(tǒng)10還可包括模擬到 數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器、濾波器和整體操作可能需要但圖1中未顯示的其它元件。
[0033] 處理器16包括速度估算模塊18,其基于各種測量結(jié)果估算感應(yīng)馬達(dá)的速度。在一 個實施例中，處理器16還可控制感應(yīng)馬達(dá)的各種馬達(dá)參數(shù)，包括速度、扭矩等。處理器16可 向功率供應(yīng)源12提供控制信號，該功率供應(yīng)源12又控制跨過感應(yīng)馬達(dá)的施加的電壓/頻 率，來控制馬達(dá)參數(shù)。
[0034] 處理器16可包括計算機(jī)、數(shù)字信號處理器（DSP)或現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)。 此外，處理器16的功能可以以多種編程語言執(zhí)行，包括但不限于Ruby、超文本預(yù)處理器 (PHP)、Perl、Delphi、Python、C、C++、或Java。這種代碼可儲存或改編以用于儲存在一個 或更多個有形、機(jī)器可讀介質(zhì)上，例如在數(shù)據(jù)存儲庫芯片、本地或遠(yuǎn)程硬盤、光盤（即，CD或 DVD)、固態(tài)驅(qū)動器、或可由基于處理器的系統(tǒng)訪問來執(zhí)行所存儲的代碼的其它介質(zhì)上。而 且，在某些實施例中，系統(tǒng)10可包括顯示器單元（未顯示）。在一些實施例中，顯示器單元 可形成處理器16或速度估算模塊18的部分。
[0035] 現(xiàn)參照圖2,繪出了根據(jù)本公開的方面的用于在圖1的系統(tǒng)中使用的速度估算模 塊4