用于馬達變頻器的馬達效率分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于馬達變頻器的馬達效率分析方法，其為與一馬達變頻器結合的馬達即時運轉效率顯示裝置，該裝置通過初級側電流信號測量與驅動裝置提供既有的電壓數(shù)值，即可通過多個演算方法來估測出此負載點下，馬達的即時效率、轉速、扭矩、定子電阻的相關數(shù)據(jù)，符合現(xiàn)場配置的設計可讓用戶不須停機或影響生產工藝即可進行整廠的馬達效能管理。
【專利說明】
用于馬達變頻器的馬達效率分析方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于馬達變頻器的馬達效率分析方法，尤其涉及一種藉由測量馬 達初級側電流信號并配合馬達驅動器提供的電壓數(shù)值，即可通過演算方法估測出此負載點 下，馬達的轉速、扭矩、定子電阻等數(shù)據(jù)，進而計算出馬達線上運轉效率。
【背景技術】
[0002] 普遍來說，廠房內的各型制造設備，多屬于馬達及其傳動系統(tǒng)，而根據(jù)Baldor Electric Company在2001年所作的分析結果，從馬達終生使用成本的角度上來看，馬達能 源的虛耗幾已占了終生使用成本的98%，因此如能有效掌握馬達的能源使用效率，則將可 為節(jié)能減碳的推動上帶來相當顯著的成效。
[0003] 現(xiàn)行負責廠務的能源管理工程師在面對全廠型式不一的馬達時，往往因為系統(tǒng)無 法隨時停機檢測，再加上缺乏適當?shù)木€上效率評估工具，因此無法即時地了解及掌握全廠 馬達的運轉狀況（包含用電、效率及機械特性等），所以目前大多是憑著檢修經(jīng)驗來做處 理；下之為等待年度歲修做全面性檢修；再下之為遭遇突發(fā)性的故障時，才來進行檢視與 規(guī)劃及執(zhí)行維護保養(yǎng)作業(yè)。上述作法不僅會影響到馬達整體的運轉效率，嚴重時還可能會 延宕生產調度，最終者為增加維護成本的支出。因此若能有一套完整的線上測量診斷分析 工具，則能源管理工程師就能隨時掌握全廠馬達的運轉狀況，即時對有問題的馬達進行預 防性及即時性的維護處置。
[0004] 因應專利與市場分析結果，目前國內并無相關與驅動器結合，且可顯示馬達即時 運轉效率。本發(fā)明構想的核心為"馬達效能分析方法"、"與馬達驅動器結合"的能效分析裝 置，硬件上僅需藉由測量馬達初級側電流信號并配合馬達驅動器提供的電壓數(shù)值，即可通 過演算方法估測出此負載點下，馬達的轉速、扭矩、定子電阻等數(shù)據(jù)，進而計算出馬達線上 運轉效率，將幫助用戶針對工廠中無法停機或拆卸的馬達進行整廠的馬達效能管理。本發(fā) 明在馬達運轉效能分析方法上，創(chuàng)新考慮定子電阻Rs的即時變化等影響，使效率估測更為 準確。在轉速估測時，也采用數(shù)據(jù)暫存處理方法，讓嵌入式的數(shù)據(jù)處理不須過高的核心處理 能力，即可達到即時的效率預測。

【發(fā)明內容】

[0005] 基于解決以上所述現(xiàn)有技術的缺失，本發(fā)明為一種用于馬達變頻器的馬達效率分 析方法，其主要目的在于使用一變頻器驅動馬達導入一嵌入式系統(tǒng)，并與變頻器結合，可讓 原本測量所需的硬件更為精簡，也更高度符合目前產業(yè)的需求，將幫助用戶以不停機與影 響生產工藝的情形下，即可進行整廠的馬達效能管理。
[0006] 為達上述目的，本發(fā)明為一種用于馬達變頻器的馬達效率分析方法，包括有下列 步驟：
[0007] 啟動馬達后測量初級側電流信號；
[0008] 藉由一模擬/數(shù)字轉換器將該初級側電流信號轉換成數(shù)字信號，并存儲于一數(shù)據(jù) 暫存單元；
[0009] 藉由一數(shù)據(jù)運算單元讀取該數(shù)據(jù)暫存單元的電流信號及一馬達變頻器的一電壓 信號與一頻率信號后，執(zhí)行一數(shù)據(jù)運算工作，以獲得一轉速信號；以及
[0010] 藉由該轉速信號進行一損失估計、一定子磁通估計及一轉矩估計后，獲得一運轉 效率數(shù)值。
[0011] 為進一步對本創(chuàng)作有更深入的說明，乃藉由以下圖示、圖號說明及新型詳細說明， 希望能對本領域技術人員理解本發(fā)明有所助益。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明用于馬達變頻器的馬達效率分析方法的電路功能方塊圖；
[0013] 圖2為本發(fā)明用于馬達變頻器的馬達效率分析方法的流程圖。
[0014] 【符號說明】
[0015] 11~馬達
[0016] 111~初級側
[0017] 12~馬達變頻器
[0018] 13~模擬/數(shù)字轉換器
[0019] 14~數(shù)據(jù)暫存單元
[0020] 15~數(shù)據(jù)運算單元
[0021] 16~數(shù)據(jù)輸入單元
[0022] 17~顯示單元
[0023] 21~啟動馬達后測量初級側電流信號
[0024] 22~藉由一模擬/數(shù)字轉換器將該初級側電流信號轉換成數(shù)字信號，并存儲于一 數(shù)據(jù)暫存單元
[0025] 23~藉由一數(shù)據(jù)運算單元讀取該數(shù)據(jù)暫存單元的電流信號及一馬達變頻器的一 電壓信號與一頻率信號后，執(zhí)行一數(shù)據(jù)運算工作，以獲得一轉速信號
[0026] 24~藉由該轉速信號進行一損失估計、一定子磁通估計及一轉矩估計后，獲得一 運轉效率數(shù)值
[0027] 25~該運算效率數(shù)值還被輸出至一顯示單元中，以顯示出該運算效率數(shù)值
【具體實施方式】
[0028] 現(xiàn)在配合下列的【附圖說明】本發(fā)明的詳細結構，及其連結關系，以利于本領域技術 人員做一了解。
[0029] 請參閱圖1所示，為本發(fā)明用于馬達變頻器的馬達效率分析方法的電路功能方 塊圖，其中一馬達11于初級側111連接有一馬達變頻器12,而一模擬/數(shù)字轉換器（A/D Converter) 13連接于初級側111，并將所測量的模擬電流信號轉換成數(shù)字電流信號，存儲 于一數(shù)據(jù)暫存單元14, 一數(shù)據(jù)運算單元15讀取該數(shù)據(jù)暫存單元14的電流信號及一馬達變 頻器12的一電壓信號與一頻率信號后執(zhí)行一數(shù)據(jù)運算工作，以獲得一轉速信號，若該電壓 信號無法有效被提取，可藉由一數(shù)據(jù)輸入單元16做電壓數(shù)值的輸入，以得到電壓信號，該 數(shù)據(jù)運算單元15的運算效率數(shù)值還被輸出至一顯示單元17中，以顯示出該運算效率數(shù)值。
[0030] 請參閱圖2所示，為本發(fā)明用于馬達變頻器的馬達效率分析方法的流程圖，包括 有下列步驟：
[0031] 步驟21 :啟動馬達后測量初級側電流信號。
[0032] 步驟22 :藉由一模擬/數(shù)字轉換器將該初級側電流信號轉換成數(shù)字信號，并存儲 于一數(shù)據(jù)暫存單元，該數(shù)據(jù)暫存單元用以提供電流測量數(shù)值存儲用，以便于提升運算速率。
[0033] 步驟23 :藉由一數(shù)據(jù)運算單元讀取該數(shù)據(jù)暫存單元的電流信號及一馬達變頻器 的一電壓信號與一頻率信號后，執(zhí)行一數(shù)據(jù)運算工作，以獲得一轉速信號。
[0034] 步驟24 :藉由該轉速信號進行一損失估計、一定子磁通估計及一轉矩估計后，獲 得一運轉效率數(shù)值。該損失估計還包括一定子電阻Rs變化及一馬達虛實功率變化的運算。
[0035] 步驟25 :該運算效率數(shù)值還被輸出至一顯示單元中，以顯示出該運算效率數(shù)值。
[0036] 上述該顯示單元為內建于該馬達變頻器中；或是該顯示單元設置于一外接電路模 塊，該外接電路模塊為連接于該馬達變頻器中。該二者皆為本發(fā)明的實施結構。再者，該數(shù) 據(jù)運算單元亦為內建或是外接于該馬達變頻器中。
[0037] 上述步驟24中，該定子磁通估計的公式如下：
[0038]
[0039]
[0040] 共屮
[0041] λ α為α相的定子磁通；
[0042] λ e為β相的定子磁通；
[0043] ea為α相的電場強度；
[0044] ee為β相的電場強度；
[0045] να為α相的電壓值；
[0046] ve為β相的電壓值；
[0047] i α為α相的電流值；
[0048] ie為β相的電流值；
[0049] 札為定子電阻值。
[0050] 上述步驟24中，該電磁轉矩估計的公式如下：
[0051]
[0052] PG= TeX ωΓ；
[0053] 其中
[0054] ?；為電磁轉矩；
[0055] Pole 為磁極；
[0056] λ a為α相的定子磁通；
[0057] λ e為β相的定子磁通；
[0058] Pc為電磁功率；
[0059] 為轉速，由感應馬達定子電流的轉速頻率的諧波成分求得。
[0060] 上述步驟24中，該運轉效率數(shù)值的求得公式如下：
[0061] P0ut= PG_Piron;
[0062]
[0063] Π = P0ut/Pin;
[0064] 其中
[0065] να為α相的電壓值；
[0066] ve為β相的電壓值；
[0067] i α為a相的電流值；
[0068] ie為β相的電流值；
[0069] Τ為周期；
[0070] 為氣隙功率；
[0071] PG為電磁功率
[0072] Piron為鐵損功率；
[0073] Ριη為輸入功率；
[0074] η為運轉效率。
[0075] 本發(fā)明所公開的馬達效率分析方法具有下列優(yōu)點：
[0076] 馬達效率估測中，考慮定子電阻Rs變化等造成的馬達功率損失，使效率估測誤差 降低至2%以下。
[0077] 馬達效率估測中，新增暫存記憶單元，達成電流頻率分析的可能性。
[0078] 本技術僅需測量初級側三相電流，并配合驅動器提供的電壓數(shù)值，即可估測出該 負載下的馬達運轉效率。
[0079] 與變頻器結合的馬達即時運轉效率顯示裝置，高度符合目前一般現(xiàn)場配置，待測 馬達不須停機或拆卸的情形下即可使用，取得較為準確的數(shù)據(jù)，使用端可即時監(jiān)測與管理。
[0080] 應該理解以上的敘述對于如權利要求書所闡述的本發(fā)明僅僅是示例和說明性的， 并非對其加以限制。根據(jù)本文所披露的本發(fā)明的內容，本發(fā)明的其他實施方案對于本領域 的技術人員來說是顯而易見的。應該指出的是本說明書和實施例僅應被看做為示例，本發(fā) 明的實際范圍由權利要求書確定。
【主權項】
1. 一種用于馬達變頻器的馬達效率分析方法，其包括有下列步驟： 啟動馬達后測量初級側電流信號； 藉由模擬/數(shù)字轉換器將該初級側電流信號轉換成數(shù)字信號，并存儲于數(shù)據(jù)暫存單 元； 藉由數(shù)據(jù)運算單元讀取該數(shù)據(jù)暫存單元的電流信號及馬達變頻器的電壓信號與頻率 信號后，執(zhí)行數(shù)據(jù)運算工作，W獲得轉速信號；W及 藉由該轉速信號進行損失估計、定子磁通估計及轉矩估計后，獲得運轉效率數(shù)值。2. 如權利要求1所述的用于馬達變頻器的馬達效率分析方法，其中該運算效率數(shù)值還 被輸出至顯示單元中，W顯示出該運算效率數(shù)值。3. 如權利要求2所述的用于馬達變頻器的馬達效率分析方法，其中該顯示單元為內建 于該馬達變頻器中。4. 如權利要求2所述的用于馬達變頻器的馬達效率分析方法，其中該顯示單元設置于 外接電路模塊，該外接電路模塊為連接于該馬達變頻器中。5. 如權利要求1所述的用于馬達變頻器的馬達效率分析方法，其中該損失估計還包括 定子電阻變化及馬達虛實功率變化的運算。6. 如權利要求1所述的用于馬達變頻器的馬達效率分析方法，其中該數(shù)據(jù)運算單元為 內建或是外接于該馬達變頻器中。7. 如權利要求1所述的用于馬達變頻器的馬達效率分析方法，其中該定子磁通估計的 公式如下： 入。=/ 0。化=/ (Vu_Rsi。）化； 、目=f e pdt = / (Vp-Rsip)化； 其中 λ。為α相的定子磁通； 入β為β相的定子磁通； e。為α相的電場強度； ee為β相的電場強度； V。為α相的電壓值； Vp為β相的電壓值； i α為α相的電流值； i Ρ為β相的電流值； Rs為定子電阻值。8. 如權利要求1所述的用于馬達變頻器的馬達效率分析方法，其中該電磁轉矩估計的 公式如下：Pg= TeX "r; 其中 Τ。為電磁轉矩； 化le為磁極； λ。為α相的定子磁通； λ β為β相的定子磁通； Ρ。為電磁功率； ωτ為轉速，由感應馬達定子電流的轉速頻率的諧波成分求得。9. 如權利要求1所述的用于馬達變頻器的馬達效率分析方法，其中該數(shù)據(jù)暫存單元用 W提供電流測量數(shù)值存儲用，W便于提升運算速率。10. 如權利要求1所述的用于馬達變頻器的馬達效率分析方法，其中該運轉效率數(shù)值 的求得公式如下： P〇ut= Pc-Piron；5' η =P〇ut/Pin； 其中 V。為α相的電壓值； Vp為β相的電壓值； i α為α相的電流值； ip為β相的電流值； Τ為周期； Ρ。。,為氣隙功率； Ρ。為電磁功率 Pu。。為鐵損功率； Pi。為輸入功率； η為運轉效率。
【文檔編號】G01R31/34GK105974308SQ201510441962
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年7月24日
【發(fā)明人】楊竣翔, 鄭詠仁, 郭欽弘
【申請人】財團法人工業(yè)技術研究院