TWI566085B

TWI566085B - 變頻伺服系統及其即時功率分配方法

Info

Publication number: TWI566085B
Application number: TW104127953A
Authority: TW
Inventors: 林家仁; 蒲函廷
Original assignee: 東元電機股份有限公司
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2017-01-11
Also published as: TW201709019A

Description

變頻伺服系統及其即時功率分配方法

本發明係有關於一種變頻伺服系統及其即時功率分配方法，尤指一種可依照控制條件調變一變頻負載之浮動需求功率之變頻伺服系統以及其即時功率分配方法。

在目前馬達製造產業中，為了因應日溢增長的人力成本與電費，能源分配智能化與能源的充分利用已是當前極為重要的課題，現有技術中，變頻伺服裝置均輸出固定電功率至變頻負載，而從業人員必須依據功率測量出的數值，調整變頻伺服裝置輸出至對變頻伺服器的電功率。

而在變頻伺服裝置的現有技術中，若欲對在運轉時所產生之消耗功率進行量測，一般是利用電力分析儀連結電源輸出端進行功率測量並顯示在顯示器上，測量方式則視變頻負載與變頻伺服器之類別而有所不同，供電系統共區分為交流三相電源與單相電源兩種。

另外，也可以在變頻負載與變頻伺服器設計中增加功率偵測電路，並以連結類比數位轉換器(Analog-to-digital converter；ADC)之方式，透過內部整合電路介面(Inter-Integrated Circuit；I²C)將訊號回傳至微控制器(Micro Control Unit；MCU) 而計算轉換電功率等數據。

然而上述兩種方式，雖然在測量功率上有不錯的功效，但卻無法隨著控制條件浮動地調變電源對負載的功率的輸出，另外，在成本上，因為需額外購置電力分析儀或額外設計製作相關之測量電路，因此難以壓低相關之成本。在測試工時上，需花不少的時間去反覆測試，在現今資訊***的時代中，時間便是金錢，因此工時過長之問題在產業發展上更是一大劣勢，而且人力物力等都衍生出額外的花費。

有鑒於現有之變頻伺服器，無法依照控制條件，自動且浮動地輸出一適當之電功率至變頻負載。緣此，本發明係提供一種變頻伺服系統及其即時功率分配方法，主要係即時地依據控制條件調變可變頻式負載之浮動需求功率，以解決上述之問題。

基於上述目的，本發明所採用之主要技術手段係提供一種變頻伺服系統，係電性連接於一電源供應裝置與一可變頻式負載，電源供應裝置係以一預設供應功率傳送出一電力，可變頻式負載係依照一控制條件以一浮動需求功率運作，變頻伺服系統包含一功率偵測模組、一功率運算模組、一控制模組與一驅動模組。

功率偵測模組用以即時偵測出變頻伺服系統所消耗之一浮動功率，功率運算模組電性連接於功率偵測模組，依據浮動功率運算出一浮動備載功率，並依據預設供應功率與浮動備載功率計算出一即時最大輸出功率。控制模組電性連接於功率運算模組，依據控制條件擷取浮動需求功率，並在判斷出即時最大輸出功率大於浮動需求功率時，依據浮動需求功率而輸出一控制信號。驅動模組電性連接於控制模組與可變頻式負載，並依據控制信號驅動可變頻式負載。

其中，上述變頻伺服系統之附屬技術手段之較佳實施例中，驅動模組為一智慧功率模組(Intelligent Power Module；IPM)，電源供應裝置為一三相交流電源，可變頻式負載為一伺服馬達、一電動機與一壓縮機中之一者。

其中，上述變頻伺服系統之附屬技術手段之較佳實施例中，控制模組係電性連接於電源供應裝置，在控制模組依據控制條件擷取浮動需求功率，並在判斷出即時最大輸出功率小於浮動需求功率時，觸發功率運算模組依據即時最大輸出功率與浮動需求功率運算出一差距功率，藉以觸發電源供應裝置依據差距功率以大於預設供應功率之一調整供應功率傳送出電力。

其中，上述變頻伺服系統之附屬技術手段之較佳實施例中，調整供應功率為預設供應功率加上差距功率，控制條件係預存於控制模組與由一使用者所指定中之一者。

另外，本發明所採用之主要技術手段係還提供一種即時功率分配方法，係應用於變頻伺服系統，變頻伺服系統係電性連接於一電源供應裝置與一可變頻式負載，電源供應裝置係以一預設供應功率傳送出一電力，可變頻式負載係依照一控制條件以一浮動需求功率運作，功率分配方法包含以下步驟：(a)偵測出變頻伺服系統所消耗之一浮動功率；(b)依據浮動功率運算出一浮動備載功率，並依據預設供應功率與浮動備載功率計算出一即時最大輸出功率；(c)依據控制條件擷取浮動需求功率；(d)判斷即時最大輸出功率是否大於浮動需求功率；(e)在步驟(d) 之判斷結果為是時，依據浮動需求功率而輸出一控制信號；(f)依據控制信號驅動可變頻式負載。

其中，上述即時功率分配方法之附屬技術手段之較佳實施例中，在步驟(d)之判斷結果為否時，係執行一步驟(g)依據即時最大輸出功率與浮動需求功率運算出一差距功率。此外，在步驟(g)後係執行一步驟(h)依據差距功率以大於預設供應功率之一調整供應功率傳送出電力。另外，在步驟(h)中，調整供應功率為預設供應功率加上差距功率。

藉由本發明所採用之變頻伺服系統及其即時功率分配方法之主要技術手段後，由於變頻伺服系統依據控制條件輸入浮動需求功率至可變頻式負載，因此可以智慧化地操作變頻伺服系統與可變頻式負載，進而達到浮動地調變可變頻式負載。此外，由於也不僅能計算出即時功率且可依據控制條件與運算出的浮動需求功率以控制可變頻式負載，因此不僅不需要另外加裝電子分析儀以及額外設計電路，更可節省需隨時手動調控變頻伺服裝置之人力。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。

1‧‧‧變頻伺服系統

11‧‧‧功率偵測模組

12‧‧‧功率運算模組

13‧‧‧控制模組

131‧‧‧控制條件

14‧‧‧驅動模組

15‧‧‧顯示模組

2‧‧‧電源供應裝置

3‧‧‧可變頻式負載

P1、P2‧‧‧電力

S1‧‧‧控制信號

S2‧‧‧顯示信號

S101-S108‧‧‧步驟流程

第一圖係顯示本發明之較佳實施例之變頻伺服系統之方塊示意圖；以及第二圖係顯示本發明較佳實施例之即時功率分配方法之流程示意圖。

由於本發明所提供之變頻伺服系統及其即時功率分配方法中，其組合實施方式不勝枚舉，故在此不再一一贅述，僅列舉一較佳實施例加以具體說明。

請參閱第一圖，第一圖係顯示本發明之較佳實施例之變頻伺服系統之方塊示意圖。如圖所示，本發明較佳實施例所提供之變頻伺服系統1係電性連接於一電源供應裝置2與一可變頻式負載3，並包含一功率偵測模組11、一功率運算模組12、一控制模組13、一驅動模組14以及一顯示模組15。功率運算模組12電性連接於功率偵測模組11，控制模組13電性連接於功率運算模組12與電源供應裝置2，驅動模組14電性連接於控制模組13與可變頻式負載3，顯示模組15電性連接於控制模組13。

功率偵測模組11、功率運算模組12與控制模組13可整合為一微控制器(Micro Control Unit；MCU)，更可包含一橋式整流器、濾波器、運算放大電路、複雜可程式邏輯裝置(CPLD)、光耦合器、石英振盪器(crystal)、電子抹除式可複寫唯讀記憶體(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory；EEPROM)，但並不限於此，且功率偵測模組11、功率運算模組12、控制模組13與驅動模組14也可各為一具有處理能力之處理器，其係視實務上之設計而定。

此外，驅動模組14例如為一智慧功率模組(Intelligent Power Module；IPM)，但其他實施例中不限於此。顯示模組15例如為一液晶螢幕顯示器(LCD)、一觸控式螢幕(Touchscreen)、有機發光半導體(OLED)、大尺寸有機發光半導體AMOLED、表面傳導電子發射顯示器(SED)、場發射顯示器(FED)、雷射顯示器、磁液顯示器(FLD)、干涉測量調節顯示器(IMOD)、厚膜電致發光(TDEL)、量子點顯示器(QDLED)、時序復用光學快門(TMOS)、伸縮像素顯示器(TPD)、有機發光晶體顯示器(OLET)、雷射螢光顯示器(LPD)，但其他實施例中不限於此。

其中，控制模組13內係設有一控制條件131，其係以預存的形式預存於控制模組13中，但其他實施例中也可為非預存而由使用者所指定，而控制模組13係可依照控制條件131控制可變頻式負載3，但其他實施例中不限於此。電源供應裝置2例如為一三相交流電源，可變頻式負載例如為一伺服馬達、一電動機或一壓縮機，但其他實施例中不限於此。

電源供應裝置2係以一預設供應功率將一電力P1傳送至變頻伺服系統1，也就是說，電力P1具有預設供應功率，其預設供應功率可由電壓與電流得知。另外，可變頻式負載3係依照控制條件131以一浮動需求功率運作，也就是說，控制條件131可為在相異時間內可變頻式負載3所需之浮動需求功率，如下表所示：

功率偵測模組11用以即時偵測出變頻伺服系統1所消耗之一浮動功率，浮動功率可包含有功率偵測模組11、功率運算模組12、控制模組13、驅動模組14與顯示模組15所消耗之功率。其中，由於驅動模組14為智慧功率模組，因此功率偵測模組11係可透過為之方程式獲知驅動模組14之功率，但其他實施例中不限於此。

功率運算模組12依據浮動功率運算出一浮動備載功率，換句話說，功率運算模組12依據浮動功率加上一用以緩衝功率變化之緩衝功率，即運算出浮動備載功率，舉例來說，若浮動功率為20W，那麼緩衝功率可取浮動功率之10%(僅為舉例，並不限於此)，因此浮動備載功率即為浮動功率的20W加上緩衝功率的2W而為22W。此外，功率運算模組12還依據預設供應功率與浮動備載功率計算出一即時最大輸出功率，而此運算方法例如是將預設供應功率減去浮動備載功率而得到最大輸出功率，進而運算出扣除掉浮動備載功率後所能提供之功率。

控制模組13依據控制條件131擷取當下時間中，可變頻式負載3所需之浮動需求功率，藉以判斷即時最大輸出功率與浮動需求功率的大小，並在判斷出即時最大輸出功率大於浮動需求功率時，依據浮動需求功率而輸出一控制信號S1，而此控制信號S1即是代表浮動需求功率。

驅動模組14依據控制信號S1驅動可變頻式負載3，也就是說，驅動模組14係以上述之浮動需求功率驅動可變頻式負載3，而僅以浮動需求功率驅動可變頻式負載3之目的在於避免能源的浪費，以避免在可變頻式負載3在當下時間僅需浮動需求功率25W時，還以即時最大輸出功率(假設為58W)驅動可變頻式負載3而造成不必要的浪費。

若在控制模組13依據控制條件131擷取浮動需求功率，並在判斷出即時最大輸出功率小於浮動需求功率時，表示當下若驅動模組14以最大輸出功率驅動可變頻式負載3的話，會造成可變頻式負載3無法被有效驅動，因此控制模組13判斷出即時最大輸出功率小於浮動需求功率時，會觸發功率運算模組12依據即時最大輸出功率與浮動需求功率運算出一差距功率，換句話說，其係可將即時最大輸出功率減去浮動需求功率而得差距功率，功率運算模組12可將此差距功率以信號的形式傳送至控制模組13，藉以使控制模組13觸發電源供應裝置2依據差距功率以大於預設供應功率之一調整供應功率傳送出電力P2，因此，電力P2的調整供應功率為預設供應功率加上差距功率(較佳者還可再加上備用之功率以防止供應之功率不夠)，使得驅動模組14可以此調整後的即時最大輸出功率驅動可變頻式負載3。

另外，在此需要一提的是，控制模組13可依據即時最大輸出功率、浮動需求功率與預設供應功率將顯示信號S2傳送至顯示模組15，藉以使顯示模組15顯示上述之即時最大輸出功率、浮動需求功率與預設供應功率，較佳者，還可具體顯示出功率偵測模組11、功率運算模組12、控制模組13、驅動模組14與顯示模組15所消耗之功率或其他即時浮動之功率。其中，浮動需求功率、浮動功率、浮動備載功率、即時最大輸出功率與差距功率皆為即時浮動之功率，預設供應功率為非即時浮動之功率。

請參閱第二圖，第二圖係顯示本發明較佳實施例之即時功率分配方法之流程示意圖。如圖所示，本發明較佳實施例所提供之即時功率分配方法係可應用於如第一圖所示之變頻伺服系統1，功率分配方法包含以下步驟：步驟S101：偵測出變頻伺服系統1所消耗之一浮動功率；步驟S102：依據浮動功率運算出一浮動備載功率，並依據預設供應功率與浮動備載功率計算出一即時最大輸出功率；步驟S103：依據控制條件擷取浮動需求功率；步驟S104：判斷即時最大輸出功率是否大於浮動需求功率；步驟S105：依據浮動需求功率而輸出一控制信號S1(顯示於第一圖)；步驟S106：依據控制信號S1驅動可變頻式負載3；步驟S107：依據即時最大輸出功率與浮動需求功率運算出一差距功率；步驟S108：依據差距功率以大於預設供應功率之一調整供應功率傳送出電力P2(顯示於第一圖)。

其中，步驟S102中，浮動備載功率即同樣是由浮動功率額外加上用以緩衝功率變化之緩衝功率，在步驟S108中，調整供應功率為預設供應功率加上差距功率，其餘均與第一圖所示變頻伺服系統1之功率偵測模組11、功率運算模組12、控制模組13、驅動模組14與顯示模組15之運作內容相同，因此不再贅述。

綜合以上所述，在採用本發明所提供之變頻伺服系統以及其即時功率分配方法後，由於變頻伺服系統係依據預設供應功率與浮動備載功率計算出一即時最大輸出功率，並依據控制條件輸出浮動需求功率，在判斷最大輸出功率值小於浮動需求功率時，變頻伺服系統係依據即時最大輸出功率與浮動需求功率運算出一差距功率，並依據差距功率以大於預設供應功率之調整供應功率傳送出電力。如此一來，不僅能計算出即時功率，且可依據控制條件與運算出的浮動需求功率以控制可變頻式負載。因此不僅不需要另外加裝電子分析儀以及額外設計電路，更可節省需隨時手動調控變頻伺服裝置之人力。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。