專利名稱：集成有控制器的馬達泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成有控制器的馬達泵，更具體地涉及其中一體地結(jié)合有用于基于矢量控制控制馬達的控制單元的集成有控制器的馬達泵。
背景技術(shù)：
馬達泵是具有作為泵的驅(qū)動源的馬達的泵。馬達泵用于各種應(yīng)用。例如，馬達泵用作用于將水供應(yīng)至建筑物的水供應(yīng)單元。馬達的操作通過具有逆變器的控制單元來控制。逆變器被構(gòu)造成通過改變供應(yīng)至馬達的電流的頻率來增加或減小馬達的轉(zhuǎn)速。矢量控制作為一種馬達控制方法是已知的，其可提供具有出色響應(yīng)的扭矩控制。這種矢量控制是這樣的一種技術(shù)，其中馬達電流分解為扭矩電流分量和激勵電流分量，且這些電流分量獨立地被控制。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題但是，由于感應(yīng)馬達用作泵驅(qū)動馬達，因此感應(yīng)馬達中設(shè)置的分布繞組會限制馬達的小型化以及使用的傳導線的量的減少。因此，難以將整個馬達泵制造得緊湊并實現(xiàn)一體結(jié)構(gòu)。此外，感應(yīng)馬達需要供應(yīng)激勵能，這產(chǎn)生了效率改進方面的問題。鑒于以上缺陷做出本發(fā)明。因此，本發(fā)明的目的是提供一種高效的集成有控制器的馬達泵。解決問題的方案本發(fā)明的一方面用于實現(xiàn)上述提供一種集成有控制器的馬達泵的目的。馬達泵包括泵；馬達，其能夠驅(qū)動所述泵；控制單元，其能夠控制所述馬達；和排放側(cè)壓力測量裝置，其能夠測量所述泵的排放側(cè)的流體的壓力，其中控制單元安裝在馬達的馬達殼體上，其中泵包括固定到所述馬達的轉(zhuǎn)動軸的葉輪和容納所述葉輪的泵殼體，其中控制單元包括逆變器，其能夠產(chǎn)生頻率處于包括大于或等于商用頻率的頻率的帶內(nèi)的交流功率；泵控制器，其能夠產(chǎn)生用于控制所述泵的操作的扭矩指令值；和矢量控制器，其能夠基于所述扭矩指令值確定用于所述逆變器的電壓指令值，并且其中馬達具有轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子具有多個永久磁體。在本發(fā)明的優(yōu)選方面，泵控制器能夠執(zhí)行評估終端壓力恒定控制操作，其中，計算目標壓力使得無論所述泵的排放流速如何，由所述泵加壓的流體的出口處的終端壓力都保持基本恒定。在本發(fā)明的優(yōu)選方面，控制單元還包括能夠測量要從所述逆變器供應(yīng)至所述馬達的三相電流的電流檢測器。矢量控制器包括三-兩相變換器，其能夠?qū)⑷嚯娏鬓D(zhuǎn)換成兩相轉(zhuǎn)動參照系上的激勵電流和扭矩電流；指令變換器，其能夠?qū)⑴ぞ刂噶钪缔D(zhuǎn)換成激勵電流指令值和扭矩電流指令值；電流控制器，其能夠計算用于將所述激勵電流和所述激勵電流指令值之間的偏差減小為O的d軸電壓指令值，并且能夠計算用于將所述扭矩電流和扭矩電流指令值之間的偏差減小為O的q軸電壓指令值；兩-三相變換器，其能夠?qū)⑺鰀軸電壓指令值和所述q軸電壓指令值轉(zhuǎn)換成三相靜止參照系上的三相電壓指令值；和相位計算器，其能夠計算所述轉(zhuǎn)子的角頻率和相位。在本發(fā)明的優(yōu)選方面，所述馬達是內(nèi)部永久磁體馬達，其中所述多個永久磁體嵌入在所述轉(zhuǎn)子中。 在本發(fā)明的優(yōu)選方面，控制單元還包括電功率計算器，其能夠計算輸入所述馬達的電功率和計算輸入所述逆變器的電功率；電功率積分器，其能夠?qū)λ鲭姽β视嬎闫饔嬎愕碾姽β实闹颠M行積分以確定單位時間的電能；以及電能顯示裝置，其能夠顯示所述電倉泛。在本發(fā)明的優(yōu)選方面，控制單元還包括二氧化碳排放計算器，其能夠基于所述電能計算二氧化碳排放的量；和二氧化碳排放顯示裝置，其能夠顯示所述二氧化碳排放的量。在本發(fā)明的優(yōu)選方面，泵控制器包括能夠存儲用于保持所述終端壓力基本恒定的 所述泵的排放流速和排放壓力之間的關(guān)系的存儲器，所述泵控制器能夠計算所述扭矩指令值，使得所述排放側(cè)壓力測量裝置測量的流體的壓力與根據(jù)所述關(guān)系對應(yīng)于實際流速的壓力吻合。在本發(fā)明的優(yōu)選方面，所述泵控制器能夠執(zhí)行用于保持所述泵的排放壓力恒定的排放壓力恒定控制。發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明，因為永久磁體補償激勵，因此不需要用于激勵的能量。從而改善了效率。而且，因為采用集中繞組作為定子繞組，繞組的整體體積和端繞組可以很小。因此，降低了銅損失并改善了效率。此外，馬達可以制得很緊湊。此外，因為通過矢量控制執(zhí)行除了小于商用頻率的范圍外還處于不小于商用頻率的范圍內(nèi)的可變速度操作，可以實現(xiàn)適用于載荷(例如排放壓力)的高效操作。此外，通過使用內(nèi)部永久磁體馬達可獲得以下效果。由于永久磁體設(shè)置在轉(zhuǎn)子中，可以保證機械強度。特別是可以可靠地防止永久磁體散射。此外，由于可以利用磁阻扭矩，改善了扭矩特征。由于磁電路具有大的凸極性，可以容易地檢測定子的磁極位置。因此，可更容易地進行無傳感器控制。


圖I是表示根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的集成有控制器的馬達泵的截面圖；圖2是圖I所示的馬達泵的側(cè)視圖；圖3是圖I所示的馬達的示意截面圖；圖4是表示控制單元的結(jié)構(gòu)的框圖；圖5是其中根據(jù)所述實施方式的馬達泵應(yīng)用于水供應(yīng)單元的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是表示用于說明評估的終端壓力恒定控制的操作特征曲線的圖表；圖7是表示表明轉(zhuǎn)速與泵的預定流速時泵的總壓頭之間的關(guān)系的表數(shù)據(jù)的圖示；圖8是說明泵的操作點的圖示；圖9是表示檢測停機操作狀態(tài)的原理的Q-H曲線圖示；
圖10是用于檢測停機操作狀態(tài)的流程圖；圖11是表示檢測泵的停機操作狀態(tài)的另一種方法的Q-H曲線圖；圖12A至12C是說明根據(jù)數(shù)字取樣方法測量實時功率的原理的圖示；以及圖13是根據(jù)求和平均法測量實時功率的原理的圖示。
具體實施例方式以下將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的一體結(jié)合有用于馬達泵的控制單元的集成有控制器的馬達泵。圖I是表示根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的集成有控制器的馬達泵的截面圖，圖2是圖I所示的馬達泵的側(cè)視圖。如圖I和圖2所示，集成有控制器的馬達泵是具有安裝在馬達2上的控制單元3的泵設(shè)備。該馬達泵具有一體結(jié)構(gòu)，其中一體地組裝有泵I、馬達2 和控制單元3。泵I具有固定到馬達2的轉(zhuǎn)動軸5的葉輪7。葉輪7布置在由泵殼體10形成的渦形室11中。泵殼體10具有與渦形室11流體連通的抽吸開口 IOa和排放開口 10b。隨著葉輪7被馬達2轉(zhuǎn)動，液體(例如水)通過抽吸開口 IOa引入到渦形室11中，在渦形室11中被加壓，并通過排放開口 IOb排放。葉輪7和馬達2之間設(shè)置機械密封8以防止液體進入馬達2。設(shè)置與泵殼體10的抽吸開口 IOa流體連通的用于測量液體的抽吸側(cè)壓力的抽吸側(cè)壓力傳感器14。止回閥15聯(lián)接到排放開口 10b，排放側(cè)壓力傳感器16聯(lián)接到止回閥15的排放側(cè)。排放側(cè)壓力傳感器16是用于測量泵I的排放側(cè)處的液體壓力的傳感器。抽吸側(cè)壓力傳感器14和排放側(cè)壓力傳感器16的輸出信號通過信號線(圖中沒有示出)發(fā)送到控制單元3?？刂茊卧?固定到馬達殼體12的外表面。控制單元3被構(gòu)造成基于排放側(cè)壓力傳感器16的輸出信號控制供應(yīng)至馬達2的電流。電力線入口 13設(shè)置在控制單元3的下部上。來自輸入電源(例如商用電源)的電力線和來自壓力傳感器14和16的上述信號線通過電力線入口 13引導到控制單元3中。圖3是圖I所示的馬達2的示意截面圖。馬達2具有容納在馬達殼體12內(nèi)的轉(zhuǎn)子2a和定子2b。轉(zhuǎn)子2a固定到轉(zhuǎn)動軸5,定子2b固定到馬達殼體12的內(nèi)周面。轉(zhuǎn)子2a中嵌入有多個永久磁體20。定子2b被構(gòu)造成通過從控制單元3供應(yīng)的電流產(chǎn)生回轉(zhuǎn)磁場，使得轉(zhuǎn)子2a和轉(zhuǎn)動軸5通過該回轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動。圖4是表示控制單元3的結(jié)構(gòu)的框圖?？刂茊卧?包括能夠產(chǎn)生要供應(yīng)至馬達2的電壓的逆變器25、能夠根據(jù)預定的控制模式控制泵I的操作的泵控制器30以及能夠確定用于逆變器25的電壓指令值的矢量控制器40。泵控制器30產(chǎn)生用于允許泵I的排放側(cè)壓力達到預定目標壓力的扭矩指令值τ'矢量控制器40接收扭矩指令值τ*并使用已知的矢量控制方法確定用于逆變器25的電壓指令值。逆變器25根據(jù)來自矢量控制器40的電壓指令值產(chǎn)生交流電力。泵控制器30的控制模式根據(jù)馬達泵的應(yīng)用確定。例如，在使用馬達泵作為水供應(yīng)單元的情況下，控制模式包括評估終端壓力恒定控制、排放壓力恒定控制、低流速停止控制、差別壓力恒定控制以及排放流速恒定控制。稍后描述這些控制模式。接下來將詳細描述矢量控制器40。從逆變器25供應(yīng)到馬達2的三相電流Iu，、Iv和Iw通過電流檢測器42測量，其測量值被發(fā)送到三-兩相變換器45。三-兩相變換器45能夠?qū)⑷囔o止參照系(u-v-w軸)上的三相電流Iu、Iv和Iw轉(zhuǎn)變成兩相靜止參照系(α - β軸)上的兩相電流Iα和Iβ并進一步將兩相電流Iα和Iβ轉(zhuǎn)變成兩相轉(zhuǎn)動參照系(d_q軸)上的兩相電流，即激勵電流Id和扭矩電流Iq。扭矩指令值^輸入到指令變換器47，在此扭矩指令值^被轉(zhuǎn)變成激勵電流指令值IcT和扭矩電流指令值Iq'激勵電流設(shè)定裝置48聯(lián)接到指令變換器47。激勵電流設(shè)定裝置48是用于指定激勵電流指令值IcT的輸入裝 置。激勵電流指令值IcT根據(jù)馬達2的特征確定。例如，馬達2的無載荷電流可用作激勵電流的設(shè)定值。指令變換器47聯(lián)接到存儲器49，其中存儲馬達2的常數(shù)(即，取決于馬達2的例如R和L的固定值)。這些常數(shù)通過沒說明的輸入裝置輸入到存儲器49。存儲器49可結(jié)合到指令變換器47中。指令變換器47從存儲在存儲器49中的馬達2的常數(shù)以及通過激勵電流設(shè)定裝置48設(shè)定的激勵電流指令值Id*計算扭矩電流指令值Iq'這種計算可使用如日本公開專利No. H09-9700中公開的已知方法進行。馬達2的常數(shù)可從馬達說明書、馬達檢查記錄表等獲得。代替將已知常數(shù)手動輸入到輸入裝置，控制單元3可具有在以預定操作樣式驅(qū)動馬達2時從其操作結(jié)果自動測量馬達2的常數(shù)的自動調(diào)諧功能。更具體地，將馬達2的額定電壓和額定頻率輸入最初值輸入裝置50，將額定范圍內(nèi)的變化電壓從逆變器25應(yīng)用到馬達2，在各種條件(電壓/頻率)下計算馬達常數(shù)并將獲得的馬達常數(shù)存儲在存儲器49中。將三-兩相變換器45變換的扭矩電流Iq和指令變換器47變換的扭矩電流指令值Iq*輸入到相位計算器52，其確定馬達2的轉(zhuǎn)子2a的角頻率ω和相位Θ。更具體地，將扭矩電流Iq和扭矩電流指令值Iq*輸入到相位計算器52的減法器53，在此計算扭矩電流Iq和扭矩電流指令值Iq*之間的偏差。該偏差被輸入到積分器(PI控制器)54，其輸出轉(zhuǎn)子2a的角頻率ω。將獲得的角頻率ω進一步輸入到積分器55，其輸出轉(zhuǎn)子2a的相位
θ O將激勵電流指令值Id'扭矩電流指令值Iq'激勵電流Id、扭矩電流Iq和角頻率ω輸入到電流控制器58。該電流控制器58產(chǎn)生允許激勵電流Id和扭矩電流Iq分別符合激勵電流指令值IcT和扭矩電流指令值Iq*的d軸電壓指令值Vcf和q軸電壓指令值Vq'具體地，電流控制器58計算可將激勵電流Id和激勵電流指令值IcT之間的偏差減小為O的d軸電壓指令值Vcf，并進一步計算可將扭矩電流Iq和扭矩電流指令值Iq*之間的偏差減小為O的q軸電壓指令值Vq'將電壓指令值Vd'Vcf和相位Θ輸入到兩-三相變換器59中，電壓指令值VcT和Vq*在此被變換為三相電壓指令值ViAV/和Nw* (u-相、V-相和相)。更具體地，兩相轉(zhuǎn)動參照系(d_q軸)上的電壓指令值VcT和Vcf被轉(zhuǎn)變?yōu)閮上囔o止參照系(α-β軸)上的電壓指令值V α *和V β '電壓指令值V α *和V β*被進一步轉(zhuǎn)變?yōu)槿囔o止參照系(u_V-w軸)上的三相電壓指令值Vu' Vv*和Vw'將獲得的三相電壓指令值Vu' Vv*和Vw*輸入到逆變器25的驅(qū)動電路26。以此方式，矢量控制器40將供應(yīng)至馬達2的三相電流分解成扭矩電流分量和激勵電流分量并獨立地控制這些電流分量。逆變器25接收電壓指令值Vu'V/和Vw*并產(chǎn)生頻率處于包括不小于商用頻率的頻率帶內(nèi)的交流功率。逆變器25還包括用于將從輸入電源(例如商用電源)供應(yīng)的交流電流變換成直流電流的AC/DC變換器27以及用于進一步將直流電流變換成交流電流的DC/AC變換器28。逆變器25的驅(qū)動電路26根據(jù)例如PAM法或PWM法的電壓控制方法控制DC/AC變換器28，由此DC/AC變換器28根據(jù)電壓指令值Vu'V/和Vw*產(chǎn)生三相功率。該三相功率被應(yīng)用于馬達2。因為逆變器25產(chǎn)生處于寬頻率帶的交流電流功率，該寬頻率帶除了小于商用頻率的范圍外包括不小于商用頻率的范圍，因此可實現(xiàn)適用于載荷(例如排放壓力)的高效操作。上述的扭矩指令值τ *在泵控制器30中產(chǎn)生。該扭矩指令值τ *根據(jù)泵控制器30的控制模式變化。例如，在泵控制器30能夠執(zhí)行排放壓力恒定控制的情況下，減法器32計算排放側(cè)壓力傳感器16的測量值(即泵I的排放側(cè)的實際壓力)與預設(shè)目標壓力之間的偏差，PI控制器33計算可將該偏差減小為O的目標轉(zhuǎn)速，減法器34計算目標轉(zhuǎn)速與由角頻率ω確定的當前轉(zhuǎn)速之間的偏差，PI控制器35計算可將 該偏差減小為O的扭矩指令值
氺
τ ο圖5是其中根據(jù)上述實施方式的馬達泵應(yīng)用于水供應(yīng)單元的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖5所示，壓力傳感器14設(shè)置在泵I的抽吸側(cè)，使得泵I的抽吸側(cè)壓力通過壓力傳感器14測量。流量開關(guān)19設(shè)置在止回閥15的下游，壓力傳感器16和壓力箱18設(shè)置在流量開關(guān)19的下游。壓力傳感器16測量泵I的排放側(cè)壓力(即，施加于水供應(yīng)單元的背壓)。止回閥15是用于防止水在泵I停止時回流的閥。流量開關(guān)19是用于檢測從泵I排放的水的流速減小到預定值的流速檢測器。壓力傳感器14是用于測量泵I的抽吸側(cè)的壓力的水壓測量裝置。壓力箱18是用于在泵I停止時保持排放側(cè)壓力的壓力保持容器。流量開關(guān)19、壓力傳感器14和壓力傳感器16通過信號線聯(lián)接到控制單元3。在流量開關(guān)19檢測到水的流速降低到預定值時，控制單元3執(zhí)行低流速停止操作。具體地，控制單元3臨時提高泵I的操作速度，直到排放側(cè)壓力達到預定停止壓力，然后停止泵I的操作。另一方面，在排放側(cè)壓力降低到預定起動壓力時，控制單元3起動泵I的操作。在用作水供應(yīng)單元的馬達泵中，泵I基于壓力傳感器16的輸出信號通過逆變器25以可變速度操作。典型地，在水供應(yīng)單元中執(zhí)行排放壓力恒定控制或者評估終端壓力恒定控制。排放壓力恒定控制是其中泵I的操作速度被控制成使得壓力傳感器16測量的壓力信號(即，泵I的排放壓力)與預設(shè)目標壓力吻合的控制方法。評估終端壓力恒定控制是用于通過根據(jù)管線阻力改變目標壓力來保持終端水出口處的恒定水壓的控制方法。將參照表示操作特征曲線的圖示的圖6描述評估終端壓力恒定控制。在圖6中，水平軸代表水的流速，豎直軸代表壓頭(以下可稱為“壓力”)，曲線Nx代表泵在泵I的轉(zhuǎn)速恒定條件下的操作特征。阻力曲線R代表根據(jù)水的流速變化的從泵I到終端水出口(例如，龍頭)的管線阻力。阻力曲線R顯示了用于將終端壓力保持基本恒定的泵I的排放流速和排放壓力之間的關(guān)系。該阻力曲線R存儲在泵控制器30的存儲器38中。在評估終端壓力恒定控制中，考慮根據(jù)使用的水的流速變化的管線阻力(通過阻力曲線R表示)來控制泵I的轉(zhuǎn)速。具體地，泵I的轉(zhuǎn)速基于壓力傳感器16的測量值進行控制，使得泵I的排放壓力沿著阻力曲線R變化。在泵控制器30中，減法器32 (見圖4)計算排放側(cè)壓力傳感器16的測量值與通過流速Q(mào)和阻力曲線R確定的目標壓力之間的偏差，PI控制器33計算可將該偏差減小為O的目標轉(zhuǎn)速，減法器34計算目標轉(zhuǎn)速與當前轉(zhuǎn)速之間的偏差，PI控制器35計算可將該偏差減小為O的扭矩指令值τ *0流速Q(mào)可由泵I的轉(zhuǎn)速間接確定。在圖6所示的例子中，泵I的轉(zhuǎn)速被控制在Na(用于在流速最大時實現(xiàn)目標評估終端壓力的轉(zhuǎn)速)和Nb(用于在流速為O時實現(xiàn)目標評估終端壓力的轉(zhuǎn)速)之間。例如，在流速Q(mào)l處，泵I以轉(zhuǎn)速Ne操作。圖6中的符號Pa代表在用于在流速最大時實現(xiàn)目標評估終端壓力所需的泵I的排放壓力，符號Pb代表用于在流速為O時實現(xiàn)目標評估終端壓力所需的泵I的排放壓力。在評估終端壓力恒定控制中,泵I的排放流速由泵I的轉(zhuǎn)速來評估，并且確定與每個流速對應(yīng)的目標壓力。然而，泵I的轉(zhuǎn)速和排放流速之間的關(guān)系根據(jù)泵I的抽吸側(cè)壓力變化。因此，在泵I的抽吸側(cè)壓力波動時，不能評估準確的排放流速。因此，泵控制器30被構(gòu)造成基于通過抽吸側(cè)壓力傳感器14測量的泵I的抽吸側(cè)壓力補償評估的排放流速。泵控制器30執(zhí)行的泵操作控制模式包括排放壓力恒定控制、評估終端壓力恒定控制、差別壓力恒定控制以及排放流速恒定控制。這些控制模式由控制模式設(shè)定裝置37指 定給泵控制器30。使用者可通過控制模式設(shè)定裝置37選擇希望的控制模式。差別壓力恒定控制是用于在泵I的抽吸側(cè)壓力和排放側(cè)壓力之間保持恒定差別壓力的控制方法。在這種控制中，沒說明的減法器計算由抽吸側(cè)壓力傳感器14測量的抽吸側(cè)壓力和由排放側(cè)壓力傳感器16測量的排放側(cè)壓力之間的差別壓力，減法器32計算差別壓力與預設(shè)的目標差別壓力之間的偏差，PI控制器33計算可將該偏差減小為O的目標轉(zhuǎn)速，減法器34計算目標轉(zhuǎn)速與當前轉(zhuǎn)速之間的偏差，PI控制器35計算可將該偏差減小為O的扭矩指令值τ'排放流速恒定控制是用于保持泵I的排放流速恒定的控制方法。該排放流速恒定控制將參照圖7和圖8進行描述。作為初始步驟，在泵I的排放流速固定為目標流速Q(mào)l的條件下獲得表示轉(zhuǎn)速N和總壓頭之間的關(guān)系的表數(shù)據(jù)。圖7顯示了獲得的表數(shù)據(jù)。表明泵I的轉(zhuǎn)速N和總壓頭之間的關(guān)系的表數(shù)據(jù)可從實際測量獲得。具體地，通過在排放流速固定為Ql的條件下，在泵I以多個轉(zhuǎn)速操作時測量總壓頭來獲得表數(shù)據(jù)。圖8是表示泵I的排放流速和排放壓力之間的關(guān)系的圖表。為了簡化解釋，假設(shè)抽吸側(cè)壓力為O。在抽吸側(cè)壓力為O時(即抽吸側(cè)壓力傳感器14的測量值為O)，排放壓力等于總壓頭。在圖8中，符號SC代表由系統(tǒng)的阻力和損失確定的系統(tǒng)曲線。當泵I的轉(zhuǎn)速為Ν2時，泵I的操作點是操作特征曲線在轉(zhuǎn)速Ν2和系統(tǒng)曲線SC處的交叉點Α。在抽吸側(cè)壓力為O的條件下，操作點A處的排放壓力表明總壓頭(實際總壓頭)。另一方面，在圖7所示的表數(shù)據(jù)中，當泵I的轉(zhuǎn)速為Ν2時，總壓頭(目標總壓頭)是PB。因此，泵I的轉(zhuǎn)速增加或減小使得實際總壓頭和數(shù)據(jù)表格上對應(yīng)轉(zhuǎn)速處的目標總壓頭之間的偏差變?yōu)镺。具體地，減法器32 (見圖4)計算實際總壓頭與數(shù)據(jù)表格上的目標總壓頭之間的偏差，PI控制器33計算可將該偏差減小為O的目標轉(zhuǎn)速，減法器34計算目標轉(zhuǎn)速和當前轉(zhuǎn)速之間的偏差，PI控制器35計算可將該偏差減小為O的扭矩指令值τ *0根據(jù)泵I的這種控制方法，排放流速可保持恒定，而不用在泵I的排放側(cè)提供恒定流速閥。而且，因為泵I可以使得泵I的排放壓力與使用的載荷匹配的方式操作，即系統(tǒng)曲線SC，可以解決由恒定流速閥處的大壓力損失造成的難以調(diào)節(jié)泵I的排放壓力的問題。因此，可以實現(xiàn)最佳的操作。例如，在系統(tǒng)曲線為如圖8中的虛線SC’表明的時，泵I以交叉點C操作。
泵控制器30還具有泵I的轉(zhuǎn)速和對應(yīng)停機壓力(或不排放壓力)之間關(guān)系的數(shù)據(jù)表格。該數(shù)據(jù)表格通過在基本通過關(guān)閉定位在泵I的排放側(cè)的閥(未示出)而建立的停機狀態(tài)逐漸增加泵I的轉(zhuǎn)速來測量泵I的轉(zhuǎn)速和停機壓力形成。停機壓力可通過排放側(cè)壓力傳感器16測量。獲得的數(shù)據(jù)表格存儲在泵控制器30的存儲器38中。要使用的泵I的特征曲線通常是事先已知的。在這種情況下，泵I的轉(zhuǎn)速和停機壓力的數(shù)據(jù)表格可從已知的特征曲線產(chǎn)生，由此獲得的數(shù)據(jù)表格可存儲在泵控制器30的存儲器38中。水供應(yīng)單元還需要其他控制項目，例如用于在評估終端壓力恒定控制中使用的泵的轉(zhuǎn)速和對應(yīng)停機壓力的數(shù)據(jù)。因此，可使用獨立準備的這種數(shù)據(jù)表格。圖9是表示檢測停機操作狀態(tài)的原理的Q-H曲線圖示。在圖9中，當前操作點通過排放側(cè)壓力P和流速Q(mào)限定。在該操作點，泵I的轉(zhuǎn)速是N+并且對應(yīng)于轉(zhuǎn)速N+的停機壓力是P+。如可從附圖看到的，在正常流速，操作點處的測量壓力P必然小于與轉(zhuǎn)速N+對應(yīng)的停機壓力P+。即，壓力P和停機壓力P+之間的關(guān)系是P+ > P。另一方面，當排放側(cè)壓力P恒定且流速Q(mào)變?yōu)閹缀鯙镺時，泵進入所謂的停機操作 狀態(tài)(或者不排放操作狀態(tài))。由于止回閥15是單向閥，止回閥15下游的壓力可比目標壓力略高。在這種情況下，測量的壓力超過目標壓力。因此，減速指令發(fā)布給泵I。然而，在停機操作狀態(tài)，排放側(cè)壓力甚至在泵速度減小時都不減小到目標壓力以下，因為排放側(cè)壓力通過止回閥15保持。因此，在轉(zhuǎn)速減小到N-時，停機壓力P-小于測量壓力P。S卩，壓力P和停機壓力P-之間的關(guān)系是P > P-ο從這種關(guān)系，可以檢測其中排放的水的流速為O的完全停機操作狀態(tài)。圖10是用于檢測所述停機操作狀態(tài)的流程圖。首先，判斷由壓力傳感器16測量的當前排放側(cè)壓力P和對應(yīng)于當前轉(zhuǎn)速的泵停機壓力Px之間的關(guān)系。如圖9所示，在水的當前流速為Q，并且測量的排放側(cè)壓力為P時，對應(yīng)于當前轉(zhuǎn)速N+的停機壓力P+大于測量的當前壓力P。因此，判斷泵I不處于停機操作狀態(tài)，并且繼續(xù)正常操作。相比之下，在流速Q(mào)變?yōu)镺并且建立停機操作狀態(tài)時，排放側(cè)壓力通過止回閥15保持，并因此不減小到目標壓力P。在這種情況下，為了降低泵I的排放側(cè)壓力，向泵I發(fā)布減速指令，使得泵I的轉(zhuǎn)速減小。結(jié)果，對應(yīng)于轉(zhuǎn)速的停機壓力Px變得小于壓力P( S卩，P > Px)。該狀態(tài)被判斷為停機操作狀態(tài)，執(zhí)行低流速停止操作。優(yōu)選通過計時器等檢測該狀態(tài)長達預定的時間周期并從該狀態(tài)已經(jīng)繼續(xù)的事實判斷泵已經(jīng)進入停機操作狀態(tài)。圖11是表示檢測泵I的停機操作狀態(tài)的另一種方法的Q-H曲線圖。在該檢測方法中，當泵I的轉(zhuǎn)速減小到與停機操作處的目標壓力PB對應(yīng)的HzB，泵控制器30將泵I的轉(zhuǎn)速減小到略低于轉(zhuǎn)速HzB的轉(zhuǎn)速(例如，HzB-IHz)。在該狀態(tài)，泵控制器30針對預定時間監(jiān)控排放側(cè)壓力傳感器16測量的壓力是否降低到預定值(例如，PB-Im)以下。如果壓力沒有降低，那么判斷泵處于停機操作狀態(tài)，因為止回閥15不允許排放側(cè)壓力傳感器16測量的壓力改變，甚至在泵I的轉(zhuǎn)速減小時也如此。接著，執(zhí)行泵I的低流速停止操作。在該低流速停止操作中，轉(zhuǎn)速增加到HzB’ 一定時間段，以相對于停機操作的檢測點處的壓力PB將排放壓力升高幾米(例如+3m)，接著停止泵I。另一方面，如果壓力傳感器16測量的壓力由于泵I的減速操作減小，則持續(xù)正常操作，因為泵I不處于完全停機操作狀態(tài)。在低流速停止操作中，通過將排放壓力增加至PB+3m執(zhí)行壓力積累操作。如果泵I的轉(zhuǎn)速在低流速停止操作中增加超過對應(yīng)的停機操作速度HzB’ IHz或更多，泵I的操作返回正常操作。典型地，在低流速停止操作，泵I以對應(yīng)于目標壓力(PB+3m)的轉(zhuǎn)速HzB’操作。但是，如果水的流速在低流速停止操作過程中增加，則判斷停機操作狀態(tài)結(jié)束。在這種情況下，泵I從低流速停止操作返回正常操作?；仡^參照圖4，將描述控制單元3的功率消耗顯示功能?？刂茊卧?具有電功率計算器61，如圖4所示。該電功率計算器61具有能夠計算到逆變器25的電功率輸入的逆變器輸入功率計算器61A和能夠計算到馬達2的電功率輸入的馬達輸入功率計算器61B。逆變器25的輸入側(cè)聯(lián)接到商用交流電源，其供應(yīng)50Hz或60Hz的200V的三相功率，逆變器25的輸出側(cè)聯(lián)接到馬達2。逆變器25向馬達2供應(yīng)具有希望頻率和電壓的交流(AC)功率。將來自輸入電源的三相功率輸入到AC/DC變換器27，其將三相功率轉(zhuǎn)換成直流功率。直流(DC)功率的電流和電壓通過電流檢測器63和電壓檢測器64測量。測量的電流和電壓被輸入到逆變器輸入功率計算器61A，在此計算功率。要輸入到馬達2的電流和相間電壓通過電流檢測器42和電壓檢測器43測量。測 量三相電流和電壓中的至少兩相。測量的電流和電壓值被輸入到馬達輸入功率計算器61B，其從電壓和電流的測量值計算供應(yīng)至馬達2的實際功率。圖12A至圖12C是說明根據(jù)數(shù)字取樣法測量實際功率的原理的圖示。具體地，圖12A顯示從電壓檢測器43的輸出值獲得的電壓波形的取樣結(jié)果。類似地，圖12B顯示從電流檢測器42的輸出值獲得的電流波形的取樣結(jié)果。一般而言，實際功率通過對瞬時電功率(其為電壓和電流的瞬時值的乘積)求積分并用得到的積分值除以周期T獲得。用于確定實際功率的方程表達為
權(quán)利要求
1.一種集成有控制器的馬達泵，包括 栗; 馬達，其能夠驅(qū)動所述泵； 控制單元，其能夠控制所述馬達；和 排放側(cè)壓力測量裝置，其能夠測量所述泵的排放側(cè)的流體的壓力； 其中，所述控制單元安裝在所述馬達的馬達殼體上， 其中，所述泵包括 葉輪，其固定到所述馬達的轉(zhuǎn)動軸；和 泵殼體，其中容納所述葉輪， 其中，所述控制單元包括 逆變器，其能夠產(chǎn)生頻率處于包括大于或等于商用頻率的頻率的帶內(nèi)的交流功率， 泵控制器，其能夠產(chǎn)生用于控制所述泵的操作的扭矩指令值，和 矢量控制器，其能夠基于所述扭矩指令值確定用于所述逆變器的電壓指令值，并且 其中，所述馬達具有轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有多個永久磁體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的馬達泵，其中，所述泵控制器能夠執(zhí)行評估終端壓力恒定控制操作，其中，計算目標壓力使得無論所述泵的排放流速如何，由所述泵加壓的流體的出口處的終端壓力都保持基本恒定。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的馬達泵，其中 所述控制單元還包括能夠測量要從所述逆變器供應(yīng)至所述馬達的三相電流的電流檢測器；并且 所述矢量控制器包括 三-兩相變換器，其能夠?qū)⑷嚯娏鬓D(zhuǎn)換成兩相轉(zhuǎn)動參照系上的激勵電流和扭矩電流， 指令變換器，其能夠?qū)⑴ぞ刂噶钪缔D(zhuǎn)換成激勵電流指令值和扭矩電流指令值， 電流控制器，其能夠計算用于將所述激勵電流和所述激勵電流指令值之間的偏差減小為O的d軸電壓指令值，并且能夠計算用于將所述扭矩電流和扭矩電流指令值之間的偏差減小為O的q軸電壓指令值， 兩-三相變換器，其能夠?qū)⑺鰀軸電壓指令值和所述q軸電壓指令值轉(zhuǎn)換成三相靜止參照系上的三相電壓指令值，和 相位計算器，其能夠計算所述轉(zhuǎn)子的角頻率和相位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的馬達泵，其中，所述馬達是內(nèi)部永久磁體馬達，其中所述多個永久磁體嵌入在所述轉(zhuǎn)子中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的馬達泵，其中，所述控制單元還包括 電功率計算器，其能夠計算輸入所述馬達的電功率和計算輸入所述逆變器的電功率；電功率積分器，其能夠?qū)λ鲭姽β视嬎闫饔嬎愕碾姽β实闹颠M行積分以確定單位時間的電能；以及 電能顯示裝置，其能夠顯示所述電能。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的馬達泵，其中，所述控制單元還包括 二氧化碳排放計算器，其能夠基于所述電能計算二氧化碳排放的量；和二氧化碳排放顯示裝置，其能夠顯示所述二氧化碳排放的量。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的馬達泵，其中，所述泵控制器包括能夠存儲用于保持所述終端壓力基本恒定的所述泵的排放流速和排放壓力之間的關(guān)系的存儲器，所述泵控制器能夠計算所述扭矩指令值，使得所述排放側(cè)壓力測量裝置測量的流體的壓力與根據(jù)所述關(guān)系對應(yīng)于實際流速的壓力吻合。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的馬達泵，其中，所述泵控制器能夠執(zhí)行用于保持所述泵的排放壓力恒定的排放壓力恒定控制。
全文摘要
公開一種集成有控制器的馬達泵。該馬達泵包括泵(1)；馬達(2)，其能夠驅(qū)動所述泵(1)；控制單元(3)，其能夠控制所述馬達(2)；和壓力測量裝置(16)，其能夠測量所述泵(1)的排放側(cè)的流體的壓力。控制單元(3)安裝在馬達殼體(12)上?？刂茊卧?3)包括逆變器(25)，其能夠產(chǎn)生頻率處于包括大于或等于商用頻率的頻率帶內(nèi)的交流功率；泵控制器(30)，其能夠產(chǎn)生用于控制所述泵(1)的操作的扭矩指令值；和矢量控制器(40)，其能夠基于所述扭矩指令值確定用于所述逆變器(25)的電壓指令值。馬達(2)具有轉(zhuǎn)子(2a)，所述轉(zhuǎn)子具有多個永久磁體(20)。
文檔編號F04D15/00GK102792028SQ201180013329
公開日2012年11月21日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者小川孝彥, 小澤孝英, 片岡匡史, 駒井正和 申請人:株式會社荏原制作所