AT405996B

AT405996B - Verfahren zur regelung der drehzahl eines elektromotors und vorrichtung zur durchführung des verfahrens

Info

Publication number: AT405996B
Application number: AT0126594A
Authority: AT
Original assignee: Rudin Franz
Priority date: 1993-07-09
Filing date: 1994-06-27
Publication date: 2000-01-25
Also published as: DE4423736A1; NL9401137A; ATA126594A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss Oberbegriff von Patentanspruch 1, welches dazu dient, die Drehzahl eines Elektromotors, mit welchem eine Kreiselarbeitsmaschine angetrieben wird, entsprechend dem auf der Verbraucherseite zeitlich variablen Leistungsbedarf zu regeln, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Mit einem Elektromotor angetriebene Kreiselarbeitsmaschinen wie Pumpen, Ventilatoren bzw. Lüfter, Gebläse, Verdichter usw. werden häufig in Anlagen eingesetzt, in welchen sich die von der Anlage her geforderte Leistung der Kreiselarbeitsmaschine über die Zeit verändert. Dies ist beispielsweise bei Ventila- toren in Klimaanlagen oder bei Pumpen in Heizungsanlagen der Fall. Hier wird die volle Förderleistung nur dann benötigt, wenn alle Verbraucher zugeschaltet sind. Im praktischen Betrieb werden jedoch die Verbraucher, zum Beispiel einzelne Heizkörper oder Teilbereiche der Klimaanlage, zu gewissen Zeiten nur reduziert betrieben oder ganz abgeschaltet, so dass sich zeitlich variabel ganz unterschiedliche Betriebszu- stände mit unterschiedlichem Förderleistungsbedarf ergeben.

Wird die Kreiselarbeitsmaschine permanent, das heisst, auch bei reduziertem Leistungsbedarf, mit der vollen Leistung betrieben, so wird - unnötigerweise - durchgehend die jeweils maximale Energie verbraucht.

Zudem können störende Strömungsgeräusche entstehen, wenn die Leistung wesentlich über der in der Anlage tatsächlich benötigten liegt. Es ist daher zur Optimierung des Energieverbrauchs und des Geräusch- verhaltens vorteilhaft, die jeweilige Leistung der Kreiselarbeitsmaschine entsprechend der aktuell geforder- ten Arbeitsleistung zu regeln.

Da die Arbeitsleistung einer Kreiselarbeitsmaschine von deren Drehzahl abhängt, ist es ein übliches Verfahren, zur Regelung der Leistung die Drehzahl der Kreiselarbeitsmaschine bzw. des Elektromotors zu regeln. In einfachen Fällen kann die Änderung der Drehzahl beispielsweise mittels einer Schaltuhr erfolgen, welche den Motor nach voreingestelltem Programm auf bestimmte, unterschiedliche Drehzahlen einstellt.

Eine wesentlich bessere Anpassung an die tatsächlich benötigte Leistung ist jedoch möglich, wenn diese aktuell gemessen wird und die Drehzahl kontinuierlich nach dem gemessenen Bedarf geregelt wird.

Hierbei stellt sich das Problem, wie eine Messung der momentan in der Anlage benötigten Leistung überhaupt erreichbar ist. In den deutschen Qffeniegungsschriften DE-35 08 049 und DE-37 04 756 wird dazu bei einem Verfahren zum Einstellen der Förderleistung einer Umwälzpumpe in einer Warmwasser- Heizungsanlage vorgeschlagen, die Strömungsgeschwindigkeit des Gesamtvolumenstroms, beispielsweise im Rücklaufrohr, zu messen, da diese ein Mass für die aktuell benötigte Förderleistung darstellt.

Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es in der Praxis oft schwierig ist, für die Messung der Strömungsgeschwindigkeit eine geeignete Stelle in der Anlage zu finden, an welcher wirklich der gesamte Volumenstrom erfasst wird. Dies gilt noch verstärkt für Anlagen, bei welchen im Gegensatz zu einer Warmwasser-Heizung kein geschlossenes Rohrnetz mit Rücklauf vorhanden ist, so etwa bei Raumbe- lüftungssystemen.

Weiter nachteilhaft treten beim Sensor für die Messung der Strömungsgeschwindigkeit, der mit dem geförderten Fluid in Kontakt sein muss, leicht Verschmutzungen auf, wodurch die Messung verfälscht und der Regelbetrieb gestört wird.

In der WO 80/02895 A1 wird eine elektronische Schaltungsanordnung zur Leistungsregelung eines Elektromotors beschrieben, wobei der jeweilige Betrag des Motorstroms des Elektromotors gemessen wird.

Die gemessene Stromstärke wird in ein diese Stromstärke repräsentierendes Signal umgeformt, das dem Regler zugeführt wird. Die Publikation vermittelt hingegen keine Hinweise, wie die Drehzahl eines Elektro- motors geregelt werden könnte, der eine Kreiselarbeitsmaschine antreibt, wobei auf der Verbraucherseite ein zeitlich variabler Leisungsbedarf auftritt.

Demgegenüber ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Regelung der Drehzahl und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorzuschlagen, welche die genannten Nachteile vermeiden und überdies besonders einfach zu realisieren sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil der unabhängigen Patentansprüche definierten Merkmale; bevorzugte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus denabhängigen Patentansprü- chen.

Ausgangspunkt der Erfindung ist die Erkenntnis, dass der Motorstrom des Elektromotors beim Antrieb einer Kreiselarbeitsmaschine von der momentan von dieser geforderten Leistung abhängt und sich somit direkt zur Drehzahlregelung heranziehen lässt. Damit können die bisher bekannten Vorkehrungen zur
Ermittlung der geforderten Leistung durch eine einfache Strommessung ersetzt werden. Auf diese Weise räumt die Erfindung die oben beschriebenen Nachteile aus und ermöglicht eine auch langfristig betriebssi- chere und zudem einfache und kostengünstige Art der Regelung.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel beschrieben. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 in schematischer
Darstellung eine Raumbelüftungsanlage mit einem Ventilator und einer erfindungsgemässen Anordnung zur

Regelung der Drehzahl dieses Ventilators, Fig. 2 ein Beispiel für den allgemeinen Verlauf der Stromstärke des Motorstroms eines Elektromotors in Abhängigkeit von der an eine Kreiselarbeitsmaschine abgegebenen Leistung und Fig. 3 Beispiele für in einem erfindungsgemäss eingesetzten Regler verwendete Kennlinien.

Stellvertretend für die diversen Einsatzmöglichkeiten von Kreiselarbeitsmaschinen zeigt Fig.1 eine Raumbelüftungsanlage in schematischer Darstellung. Über ein Kanalsystem 2 wird Verbrauchern 4 mittels eines Ventilators 6 Luft zugeführt. Symbolisch für die verschiedenen Möglichkeiten zur Belüftungseinstel- lung der einzelnen Verbraucher 4 sind Absperr- bzw. Drosselklappen 8 eingezeichnet.

Der Ventilator 6 wird durch einen Drehstrommotor 10 angetrieben, dessen Drehzahl regelbar ist. Die Regelung der Drehzahl erfoglt im hier gewählten Beispiel gemäss einer bevorzugten Ausführungsform über einen Frequenzumnchter 12. Grundsätzlich wäre jedoch auch jede andere Art der Drehzahlregelung einsetzbar.

In der elektrischen Verbindungsleitung zwischen Frequenzumrichter 12 und Drehstrom-Motor 10 ist ein Amperemeter 14 angeordnet, das die Stromstärke des Motorstroms misst und ein die Stromstärke repräsentierendes Signal, vorzugsweise eine elektrische Gleichspannung, liefert. Hierzu eignet sich gegebe- nenfalls auch ein Frequenzumrichter mit integrierter Ausgangsstrom-Messung und entsprechendem Signal- ausgang. Ferner wäre es ebenfalls möglich, den Motorstrom vor dem Frequenzumnchter zu messen. Der Stromstärke-Signalausgang des Amperemeter 14 ist mit dem Eingang eines Reglers 16 verbunden. Der Ausgang des Reglers 16, der eine die gewünschten Drehzahl bestimmende Ausgangsgrösse, vorzugsweise ebenfalls eine elektrische Gleichspannung, liefert, ist an den Steuerungseingang des Frequenzumrichters 12 angeschlossen.

Die Regelung der Drehzahl entsprechend der auf der Verbraucherseite benötigten Leistung funktioniert nach dem im folgenden beschriebenen Ablauf.

Allgemein wächst die Stromstärke I des Drehstrom-Motors mit zunehmender Leistung P der Kreiselar- beitsmaschme, hier des Ventilators, und zwar in der Regel in etwa quadratischer Abhängigkeit. Figur 2 zeigt einen typischen Verlauf.

Bei einer auf einen bestimmten Leistungsbedarf optimierten, vorgegebenen Drehzahl besteht ein gewisser Druck im Kanalnetz. Wird nun der Leistungsbedarf erhöht, beispielsweise durch Öffnen einer Drosselklappe oder Zuschalten eines Verbrauchers, dann sinkt der Druckwert, die Belastung des Dreh- strom-Motors nimmt jedoch zu, so dass der Motor anzieht und die Stromstärke des Motorstroms zunimmt
In analoger Weise fällt die Stromstärke, wenn der Leistungsbedarf, etwa durch Schliessen einer Absperrklappe, erniedrigt wird. Demzufolge stellt die Veränderung der Stromstärke ein Mass für den geänderten Leistungsbedarf dar, das dazu benützt werden kann, die Drehzahl entsprechend dem jeweils optimalen Arbeitspunkt zu regeln.

Die Umsetzung der gemessenen Stromstärke in die erwünschte Drehzahl erfolgt im Regler in an sich bekannter Weise anhand einer vorgegebenen Beziehung, wie sie beispielsweise im Diagramm von Figur 3 zu sehen ist. Die Ausgangsgrösse, welche über den Frequenzumrichter die Drehzahl bestimmt, ist hier - beispielshalber - eine Gleichspannung UA zwischen 0 und 10 Volt und die Eingangsgrösse, das Stromstär- ke-Signal des Amperemeters, eine Gleichspannung UE ebenfalls zwischen 0 und 10 Volt Die Beziehung zwischen den beiden Grössen ist durch eine Kennlinie definiert. Zweckmässig kann der Regler verschiede- ne Kennlinien, in Figur 3 mit a bis d bezeichnet, aufweisen, die unterschiedlichen Anforderungen an das Regelverhalten entsprechen und je nach Bedarf gewählt werden können.

Die Kennlinien können in beliebiger Weise im Regler vorgegeben sein, beispielsweise in tabellarischer Form gespeichert oder als Funktion definiert. Ebenso lässt sich der Regler in ganz unterschiedlicher Form realisieren, insbesondere auch unter Verwendung eines Mikrocomputers, einer speicherprogrammierbaren Steuerung oder eines digitalen Regelgeräts in DDC(direct digital control)-Technik. Und ganz allgemein ist festzuhalten, dass die konkrete Art und Weise der Messung der Stromstärke des Elektromotors und der Verarbeitung des Stromstärkesignals im Regler vom Hauptgedanken der Erfindung unabhängig ist und grundsätzlich in beliebiger, dem Fachmann bekannter Weise erfolgen kann.

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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Regelung der Drehzahl eines Elektromotors (10), mit welchem eine Kreiselarbeitsmaschi- ne (6), insbesondere eine Pumpe oder ein Ventilator, angetrieben wird, entsprechend dem auf der Verbraucherseite (4, 8) zeitlich variablen Leistungsbedarf an die Kreiselarbeitsmaschine, wobei ein Regler (16) verwendet wird, durch dessen Ausgangsgrösse die Drehzahl des Elektromotors (10) festgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Stromstärke (I) des Motorstroms des Elektromotors (10) gemessen und ein die gemessene Stromstärke repräsentierendes Signal erzeugt wird und dieses Signal dem Regler (16) als Eingangsgrösse zugeführt wird, wo es nach einer <Desc/Clms Page number 3> vorgegebenen oder aktuell berechneten Kennlinie (a bis d) in die gewünschte Ausgangsgrösse umge- setzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Drehzahl des Elektro- motors (10) ein Frequenzumrichter (12) verwendet wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem eine Kreiselarbeitsmaschine (6) antreibenden Elektromotor (10), einem Leistungsregler (12) für die Drehzahl des Elektromotors (10) und einem Regler (16), dessen Regelausgang mit dem Eingang des Leistungsreglers (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektrischen Anschlussleitung des Elektromotors (10) ein Amperemeter (14) zur Messung der Stromstärke (I) des Motorstroms angeordnet ist, dessen Signalaus- gang mit dem Eingang des Reglers (16) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsregler (12) ein Frequen- zumnchter ist
5. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (16) unter Verwendung eines Mikrocomputers realisiert ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (16) unter Verwendung einer speicherprogrammierbaren Steuerung realisiert ist
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (16) unter Verwendung eines digitalen Regelgeräts realisiert ist.

Hiezu 1 Blatt Zeichnungen