專利名稱：變頻器裝置中的省功率效果顯示 裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可省能運(yùn)行的變頻器裝置，尤其是涉及變頻器裝置本身所具備的省功率效果顯示裝置。
背景技術(shù)：
最近，作為紓解地球溫室效應(yīng)的對策之一，呼吁節(jié)約各種能源，普遍設(shè)有用以省電的變頻器裝置。而且，對應(yīng)于這種趨勢的相關(guān)技術(shù)亦已出現(xiàn)。例如，日本專利特開2001-155083號公報(bào)中公開的技術(shù)，為求得消耗功率，在對象設(shè)備中具有電流計(jì)、電壓計(jì)等測定裝置，并且具備有運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，用以收集及處理該測定裝置所檢測出的數(shù)值。預(yù)先收集導(dǎo)入變頻器前的消耗功率，以作為對應(yīng)于風(fēng)量的數(shù)據(jù)，同時(shí)在導(dǎo)入變頻器后，同樣進(jìn)行測量以收集數(shù)據(jù)，再以間歇方式將這些數(shù)據(jù)傳送至運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)中，以求出導(dǎo)入變頻器前后其消耗功率的差值。亦即求出未使用變頻器時(shí)已有的裝置的消耗功率與使用變頻器時(shí)的消耗功率的差值，以有助于節(jié)省功率消耗。
在這種情況下，對于監(jiān)測該消耗功率的差值，則需在對象設(shè)備及既有裝置外，另加設(shè)顯示裝置等，以顯示省功率效果。亦即，以往為了顯示省功率效果，必須在變頻器裝置外，另設(shè)置用以測定功率的外圍設(shè)備，又需要用以處理數(shù)據(jù)等的計(jì)算機(jī)，并且也需準(zhǔn)備數(shù)據(jù)傳送手段，以將數(shù)據(jù)從對象設(shè)備傳送到計(jì)算機(jī)，其缺點(diǎn)在于，為了達(dá)到顯示省功率效果的目的，所耗成本較大。另一缺點(diǎn)則是，在需將與計(jì)算機(jī)的通信時(shí)間予以分段以進(jìn)行通信時(shí)，消耗功率的取樣較為粗略，積分誤差也較大。
在這里，關(guān)于監(jiān)測消耗功率的差值(即省功率效果)時(shí)，如果利用變頻器裝置本身，嚴(yán)格地說，利用變頻器控制電路內(nèi)的檢測電流值及電壓值監(jiān)測則極其合適。又，若能以變頻器裝置的CPU取樣，其問題自可迎刃而解。
又，即使是變頻器裝置或其對象設(shè)備的環(huán)境變化、變頻器裝置或其對象設(shè)備經(jīng)時(shí)老化，或變頻器裝置的負(fù)載改變時(shí)，若能追蹤其變化加以監(jiān)測，誤差即可控制到極小。但在未使用變頻器裝置的商用時(shí)的數(shù)據(jù)，由于只使用事先實(shí)際測定的數(shù)據(jù)，且是儲存對應(yīng)風(fēng)量的消耗功率的數(shù)據(jù)，而不考慮因環(huán)境變化所產(chǎn)生的電流值變化量，故于實(shí)際狀況下誤差將會極大。例如預(yù)估負(fù)載為22kW而使用22kW的電動機(jī)的情況下，對該電動機(jī)使用相當(dāng)于11kW的負(fù)載的情況下，其節(jié)省的電量也從原本對11kW負(fù)載應(yīng)該用11kW的變頻器控制，卻對22kW的負(fù)載用11kW的變頻器控制，因而具有如第5圖所示，商用時(shí)的數(shù)據(jù)不必要地增大而使省功率的誤差增加的缺點(diǎn)。
專利文獻(xiàn)日本專利特開2001-4677號公報(bào)日本專利特開平11-206188號公報(bào)日本專利特開2001-355577號公報(bào)因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種利用變頻器裝置本身執(zhí)行監(jiān)測及取樣，而且即使對象設(shè)備的環(huán)境發(fā)生變化，對象設(shè)備經(jīng)時(shí)老化，或者變頻器裝置的負(fù)載改變時(shí)，其誤差也少的變頻器裝置中的省功率效果顯示裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的變頻器裝置中的省功率效果顯示裝置，是在使三相交流電動機(jī)的運(yùn)行頻率改變的變頻器裝置中，其特征在于，具備有消耗功率計(jì)算手段，根據(jù)輸出電壓計(jì)算手段從輸出頻率與母線電壓計(jì)算出的輸出電壓與變頻器的輸出電流計(jì)算消耗功率；以及省功率效果產(chǎn)生手段，根據(jù)該消耗功率計(jì)算手段計(jì)算的變頻器運(yùn)行時(shí)的瞬間消耗功率和與商用運(yùn)行時(shí)相比較的情況下的功率特性數(shù)據(jù)，得到相對于商用運(yùn)行的變頻器運(yùn)行時(shí)的瞬間省功率效果。
其次，本發(fā)明的變頻器裝置中的省功率效果顯示裝置，其特征在于，以省功率效果產(chǎn)生手段獲得省功率效果累計(jì)值。
其次，本發(fā)明的變頻器裝置中的省功率效果顯示裝置，其特征在于，可顯示出省功率效果產(chǎn)生手段所獲得的省功率效果或省功率效果的累計(jì)值。
其次，本發(fā)明的變頻器裝置中的省功率效果顯示裝置，是在使三相交流電動機(jī)的運(yùn)行頻率改變的變頻器裝置中，其特征在于，具備有消耗功率計(jì)算手段，根據(jù)輸出電壓計(jì)算手段與電流檢測手段的電壓與電流計(jì)算消耗功率；以及省功率效果產(chǎn)生手段，根據(jù)該消耗功率求得省功率效果，根據(jù)消耗功率計(jì)算手段計(jì)算出的變頻器運(yùn)行時(shí)的瞬間消耗功率及與商用運(yùn)行時(shí)相比較的情況下的功率特性數(shù)據(jù)，顯示相對于商用運(yùn)行的變頻器運(yùn)行時(shí)的省功率效果，與商用運(yùn)行時(shí)相比較的情況下的功率特性數(shù)據(jù)，采用一般的風(fēng)門控制與變頻器運(yùn)行時(shí)的功率特性的比率，作為相對于一般的變頻器運(yùn)行時(shí)的功率特性的比率乘以對每個(gè)取樣周期算出的變頻器運(yùn)行時(shí)的消耗功率，算出省功率效果。


第1圖是表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的方塊圖。
第2圖是表示一功率特性數(shù)據(jù)例的特性曲線圖。
第3圖是表示另一功率特性數(shù)據(jù)例的特性曲線圖。
第4圖是表示實(shí)施形態(tài)的流程圖。
第5圖是表示省功率的誤差的特性曲線圖。
符號說明1 變頻器主電路 2變頻器控制電路11 變換器部 12 電容器13 變頻器部 20 微電腦(CPU)21 輸出電流檢測手段 22 二相電流產(chǎn)生手段31 頻率指令值輸入手段 32 輸出頻率計(jì)算手段33 輸出相位計(jì)算手段 41 母線電壓檢測手段42 輸出電壓計(jì)算手段 43 三相電壓產(chǎn)生手段44 PWM(脈寬調(diào)制)波形輸出手段 51 消耗功率計(jì)算手段52 省功率效果產(chǎn)生手段 60 非易失性存儲器61 存儲器交換信息手段 70 顯示器71 顯示器通信手段具體實(shí)施方式
以下根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的變頻器的省功率效果顯示裝置的實(shí)施形態(tài)。但是本發(fā)明并不只限定于該實(shí)施形態(tài)。
實(shí)施形態(tài)第1圖是表示本實(shí)施形態(tài)的整體方塊圖。第1圖中，包括電源側(cè)與市電(省略圖示)連接，負(fù)載側(cè)與例如感應(yīng)電動機(jī)(省略圖示)連接的變頻器主電路1；以及控制該變頻器主電路1內(nèi)的變頻器部13的開關(guān)元件的開/關(guān)(on/off)的變頻器控制電路2。變頻器主電路1包括將交流電壓變換為直流電壓的變換器部11；使直流電壓平滑化的電容器12；以及由將直流電壓變換為交流電壓的開關(guān)元件即晶體管與二極管構(gòu)成的變頻器部13。
控制變頻器部13的開關(guān)元件的變頻器控制電路2具有微電腦(以下稱為CPU)20、與該CPU20連接的非揮發(fā)性存儲器60、以及顯示器70。再者，CPU20內(nèi)存儲以軟件構(gòu)成的各種手段，并具有將PWM(脈寬調(diào)制Pulse WidthModulation)波形信息輸出至變頻器部13的功能。
存儲于該CPU20的各手段如下所述，有輸出電流檢測手段21，檢測變頻器主電路1的變頻器部13的輸出電流即作為變頻器部的輸出的各U相、V相、W相的輸出電流；二相電流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)22，將該輸出電流檢測手段21所獲得的三相電流對應(yīng)于相位變換成二相電流Id、Iq；又有頻率指令值輸入手段31，檢測從外部以模擬或數(shù)字值輸入的頻率指令值；輸出頻率計(jì)算手段32，計(jì)算從頻率指令值輸入手段31檢測出的頻率指令值與從加減速時(shí)間計(jì)算出輸出頻率；以及輸出相位計(jì)算手段33，從輸出頻率計(jì)算手段32計(jì)算出的輸出頻率對應(yīng)于軟件的處理時(shí)間計(jì)算相位角；還具有母線電壓檢測手段41，檢測變頻器主電路1的電容器12兩端的電壓；及輸出電壓計(jì)算手段42，具有按照母線電壓檢測機(jī)構(gòu)41所檢測出的母線電壓的值修正輸出電壓的功能，同時(shí)計(jì)算對應(yīng)于輸出頻率計(jì)算手段32所算出的輸出頻率的輸出電壓Vd、Vq；而且具有三相電壓產(chǎn)生手段43，從輸出相位計(jì)算手段33所求出的相位與輸出電壓計(jì)算手段42所求出的電壓產(chǎn)生作為變頻器的輸出的分別向U相、V相、W相輸出的三相電壓；PWM波形輸出機(jī)構(gòu)44，將三相電壓產(chǎn)生手段43所求得的三相電壓與各三角波作比較，并且作成用以使變頻器部13的晶體管開/關(guān)的三相切換信號輸出至變頻器部13。
還具有消耗功率計(jì)算手段51，從二相電流產(chǎn)生手段22獲得的Id、Iq與輸出電壓計(jì)算手段42獲得的Vd、Vq求出消耗功率；省功率效果產(chǎn)生手段52，儲存變頻器運(yùn)行與商用運(yùn)行相比較的情況下的功率特性數(shù)據(jù)，而且從消耗功率計(jì)算手段51獲得的消耗功率求出省功率效果；并且具有顯示通信機(jī)構(gòu)71與存儲器交換信息手段61，用以將該省功率效果產(chǎn)生手段52求出的省功率效果顯示于顯示器70，以及以非揮發(fā)性存儲器60將其加以存儲。在這種情況下，存儲器交換信息手段61是用以將非揮發(fā)性存儲器60的數(shù)據(jù)讀出或者寫入的手段。
下面說明第1圖的方塊的動作。用CPU20利用頻率指令值輸入手段31輸入應(yīng)輸出的頻率時(shí)，在頻率指令值輸入手段31中，將得自外部的頻率指令值信息轉(zhuǎn)換成CPU20內(nèi)部處理的頻率設(shè)定值的數(shù)據(jù)形式，轉(zhuǎn)送至輸出頻率計(jì)算手段32。輸出頻率計(jì)算手段32從頻率設(shè)定值、預(yù)存于非揮發(fā)性存儲器60的加減速時(shí)間信息，對應(yīng)于正在加速、勻速、正在減速等內(nèi)部狀態(tài)計(jì)算目前的輸出頻率。輸出相位計(jì)算手段33根據(jù)輸出頻率的數(shù)據(jù)，相應(yīng)于CPU20的運(yùn)算周期使輸出相位提前。
另一方面，在母線電壓檢測手段41中，經(jīng)常檢測變頻器主電路1的母線電壓，并且將檢測值轉(zhuǎn)換成在CPU20內(nèi)部處理的電壓數(shù)據(jù)形式，以轉(zhuǎn)送至輸出電壓計(jì)算手段42。輸出電壓計(jì)算手段42根據(jù)預(yù)存儲于非揮發(fā)性存儲器60的輸出頻率/輸出電壓的關(guān)系式，對與輸出頻率計(jì)算手段32所算出的輸出頻率對應(yīng)的輸出電壓，進(jìn)行相應(yīng)于得自母線電壓檢測手段41的母線電壓的修正，決定輸出電壓Vd、Vq。
如果已決定目前的輸出相位與輸出電壓，則使用該兩項(xiàng)數(shù)據(jù)，由三相電壓產(chǎn)生手段43利用二相/三相轉(zhuǎn)換產(chǎn)生分別向U相、V相、W相分別輸出的三相電壓。在此求出的三相電壓被轉(zhuǎn)送至PWM波形輸出手段44，再與各三角波作比較，作為用以使變頻器部13的晶體管導(dǎo)通/截止的三相切換信號輸出至變頻器部13。
另一方面，以輸出電流檢測手段21檢測出的三相輸出電流轉(zhuǎn)送至二相電流產(chǎn)生手段22，再對應(yīng)于相位轉(zhuǎn)換成二相電流Id、Iq。而后，Id、Iq被轉(zhuǎn)送至消耗功率計(jì)算手段51，在該消耗功率計(jì)算手段51中，根據(jù)二相電流產(chǎn)生手段22獲得的Id、Iq與輸出電壓計(jì)算手段42獲得的Vd、Vq，以下式(1)計(jì)算求得變頻器裝置運(yùn)行時(shí)的消耗功率。亦即，瞬間消耗功率P’如下所述求出P’＝K*|Vq*Iq+Vd*Id|…(1)在這里，K表示變頻器的損失量的系數(shù)。因而消耗功率計(jì)算手段51可求得變頻器裝置運(yùn)行時(shí)的瞬間消耗功率P’。
下面敘述省功率效果產(chǎn)生手段52。第2圖表示一般已知的商用運(yùn)行中排出側(cè)風(fēng)門(damper)控制時(shí)以及變頻器運(yùn)行時(shí)的，消耗功率P2及P1對風(fēng)量的特性。第3圖表示商用運(yùn)行中的吸入側(cè)風(fēng)門控制時(shí)以及變頻器運(yùn)行時(shí)的，消耗功率P3及P1相當(dāng)于風(fēng)量的特性。再者，第2圖、第3圖中，P4、P5表示相對于風(fēng)量的各商用運(yùn)行下的風(fēng)門控制時(shí)與變頻器運(yùn)行時(shí)的消耗功率的差值，而P4與P5的值則可以以下式求得
變頻器運(yùn)行時(shí)與排出側(cè)風(fēng)門相比較的情況下的消耗功率的差值P4＝P2-P1 …(2)變頻器運(yùn)行時(shí)與吸入側(cè)風(fēng)門相比較的情況下的消耗功率的差值P5＝P3-P1 …(3)省功率效果產(chǎn)生手段52在內(nèi)部具有上述消耗功率的差值P4、P5的數(shù)據(jù)，計(jì)算時(shí)可選擇采用與排出側(cè)風(fēng)門的差值P4，或者采用與吸入側(cè)風(fēng)門的差值P5。而后，在省功率效果產(chǎn)生手段52根據(jù)變頻器的輸出頻率求出消耗功率的差值P4、P5的值，算出下式(4)的省功率效果ΔP。
ΔP＝P4*P’/P1或者P5*P’/P1 …(4)該式的省功率效果是將作為特性的消耗功率的差值換算為當(dāng)前變頻器運(yùn)行的省功率量。因此是當(dāng)前的變頻器運(yùn)行中的消耗功率的差值。
省功率效果ΔP是以一定的間隔累積，例如用以獲得一定期間的省功率量的省功率效果累計(jì)值是以下式(5)計(jì)算求得∑ΔP。
∑ΔP＝ΔP1+ΔP2+ΔP3+…+ΔPn+……(5)第4圖是表示本實(shí)施形態(tài)的省功率效果的流程圖。第4圖中，在步驟501用消耗功率計(jì)算手段51求瞬間消耗功率P’，在步驟502根據(jù)當(dāng)前的輸出頻率得出變頻器控制的消耗功率P1，在步驟503判斷商用運(yùn)行的比較對象是排出側(cè)還是吸入側(cè)，并且在步驟504推定排出側(cè)的情況下的差值P4，而在步驟505計(jì)算省功率效果ΔP。并且，在步驟506推定吸入側(cè)的情況下的差值P5，而在步驟507計(jì)算省功率效果ΔP。再在步驟508中得到省功率累計(jì)值。
以上結(jié)果是，求出瞬間消耗功率P’，以功率特性數(shù)據(jù)推算P4、P5，求得省功率效果ΔP，并求得省功率效果累計(jì)值∑ΔP的作業(yè)流程，無須特別的測定裝置等外圍設(shè)備，可單以變頻器控制電路進(jìn)行計(jì)算。而且，該計(jì)算以CPU取樣，而無以往那樣的取樣粗糙的問題。
又因上述省功率效果ΔP加入實(shí)際變化的功率(電流)計(jì)算，所以可對應(yīng)外力及裝置的經(jīng)年劣化或環(huán)境變化等所致的負(fù)載的改變而算出正確值。
進(jìn)而，因上述省功率效果累計(jì)值∑ΔP是在變頻器內(nèi)部以時(shí)序系列方式累計(jì)，即使在加減速時(shí)的過渡狀態(tài)亦可正確反映出累計(jì)值。
以上述方式求得的省功率效果ΔP與省功率效果累計(jì)值∑ΔP，經(jīng)由顯示器通信手段71，在連接于CPU20的顯示器70上顯示。并且，尤其是為了觀察持續(xù)的省功率效果，將省功率效果累計(jì)值儲存于非揮發(fā)性存儲器60中。
如上所述在變頻器裝置中設(shè)置省功率效果顯示裝置，這樣，無須使用計(jì)算機(jī)或其他功率檢測裝置，即可顯示省功率效果，而在變頻器內(nèi)部，求出相應(yīng)于加減速等實(shí)際運(yùn)行模式的瞬間消耗功率，因此具有可獲得更少誤差的省功率效果的累計(jì)值的功效。而且還具有一般的風(fēng)門控制與變頻器運(yùn)行時(shí)的功率特性數(shù)據(jù)，可通過乘以變頻器運(yùn)行時(shí)的消耗功率計(jì)算省功率效果，因此具有相應(yīng)于實(shí)際負(fù)載正確獲得省功率效果的功效上述實(shí)施形態(tài)中，舉例說明了顯示器70配置于變頻器控制電路2的情形，但亦可將顯示器70設(shè)置于變頻器控制電路2的外部。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性如上所述，本發(fā)明變頻器裝置的省功率效果顯示裝置，適用于一種可獲得與實(shí)際情況相符的，正確省功率，有助于節(jié)省功率的變頻器裝置。
權(quán)利要求
1.一種變頻器裝置中的省功率效果顯示裝置，其特征在于，在使三相交流電動機(jī)的運(yùn)行頻率變化的變頻器裝置，具備有根據(jù)輸出電壓計(jì)算手段從輸出頻率與母線電壓計(jì)算出的輸出電壓與變頻器的輸出電流計(jì)算消耗功率的消耗功率計(jì)算手段；以及從該消耗功率計(jì)算手段計(jì)算出的變頻器運(yùn)行時(shí)的瞬間消耗功率及與商用運(yùn)行時(shí)相比較的情況下的功率特性數(shù)據(jù)，得到對于商用運(yùn)行的變頻器運(yùn)行時(shí)的瞬間省功率效果的省功率效果產(chǎn)生手段。
2.如權(quán)利要求1所述的變頻器裝置中的省功率效果顯示裝置，其特征在于，還利用省功率效果產(chǎn)生手段求得省功率效果累計(jì)值。
3.如權(quán)利要求1所述的變頻器裝置中的省功率效果顯示裝置，其特征在于，還可以顯示出用省功率效果產(chǎn)生手段得到的省功率效果或省功率效果的累計(jì)值。
4.如權(quán)利要求2所述的變頻器裝置中的省功率效果顯示裝置，其特征在于，還能夠顯示用省功率效果產(chǎn)生手段求得的省功率效果或省功率效果的累計(jì)值。
5.一種省功率效果顯示裝置，其特征在于，在使三相交流電動機(jī)的運(yùn)行頻率變化的變頻器裝置中，具備有根據(jù)輸出電壓計(jì)算手段與電流檢測手段的電壓與電流計(jì)算消耗功率的消耗功率計(jì)算手段；以及根據(jù)該消耗功率求得省功率效果的省功率效果產(chǎn)生手段，根據(jù)消耗功率計(jì)算手段計(jì)算出的變頻器運(yùn)行時(shí)的瞬間消耗功率及與商用運(yùn)行時(shí)相比較的情況下的功率特性數(shù)據(jù)，顯示對于商用運(yùn)行的變頻器運(yùn)行時(shí)的省功率效果，與商用運(yùn)行時(shí)相比較的情況下的功率特性數(shù)據(jù)，采用一般的風(fēng)門控制與變頻器運(yùn)行時(shí)的功率特性的比率，作為相對于一般的變頻器運(yùn)行時(shí)的功率特性的比率乘以對每個(gè)取樣周期算出的變頻器運(yùn)行時(shí)的消耗功率，算出省功率效果。
全文摘要
本發(fā)明提供一種變頻器裝置中的省功率效果顯示裝置，系利用變頻器裝置本身進(jìn)行監(jiān)測與取樣，而且即使對象設(shè)備的環(huán)境變化、對象設(shè)備經(jīng)時(shí)老化，或者變頻器裝置的負(fù)載改變的情況下，也可以縮小誤差。為此，本發(fā)明的變頻器裝置中的省功率效果顯示裝置具備根據(jù)輸出電壓計(jì)算手段(42)與電流檢測手段(21)的電壓和電流計(jì)算出消耗功率的消耗功率計(jì)算手段(51)；以及可根據(jù)該消耗功率求出省功率效果的省功率效果產(chǎn)生手段(52)，而且能根據(jù)消耗功率計(jì)算手段(51)所算出的變頻器運(yùn)行時(shí)的瞬間消耗功率和與商用運(yùn)行的情況相比較時(shí)的功率特性數(shù)據(jù)，將對于商用運(yùn)行的變頻器運(yùn)行時(shí)的瞬間省功率效果與省功率效果的累計(jì)值顯示在顯示器(70)上。
文檔編號H02J13/00GK1682427SQ0382183
公開日2005年10月12日 申請日期2003年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月25日
發(fā)明者白石康裕 申請人:三菱電機(jī)株式會社