BE1025415B1

BE1025415B1 - Werkwijze voor het beschermen van een elektrische motor van een inrichting met een motorgedreven verbruiker met een continu capaciteitsregelsysteem

Info

Publication number: BE1025415B1
Application number: BE2017/5699A
Authority: BE
Inventors: Keyser Karel De
Original assignee: Atlas Copco Airpower Naamloze Vennootschap
Priority date: 2016-04-12
Filing date: 2017-10-02
Publication date: 2019-02-18
Also published as: BR112018071021B1; BE1025417B1; BE1025416A1; CN109075563A; BE1024101B9; KR20180127648A; BE1024061A1; BE1025416B1; EP3443630A2; KR102297053B1; EP4138243A1; US10935016B2; BE1025415A1; US20190154024A1; BE1024101A9; BE1024101A1; JP2019520014A; RU2713457C1; ES2938438T3; BE1025417A1

Abstract

Werkwiize voor het beschermen van een elektrische motor van een motorgedreven verbruiker uitgerust met een sturing voor het regelen van de capaciteit of van het vermogen van de verbruiker, waarbij de elektrische motor is voorzien van één of meer elektrische windingen en van één of meer lagers, daardoor gekenmerkt dat de werkwijze de volgende stappen omvat: - het bepalen van de thermische staat van de motor door rechtstreekse meting op de motor, omvattende het meten van de temperatuur van één of meer windingen en mogelijks ook van één of rneer lagers, waarbij voor het meten van de temperatuur gebruik wordt gemaakt van één of meer sensoren waarvan het signaal rechtstreeks aan de voornoemde sturing teruggekoppeld wordt, waarbij voor minstens één wikkeling van de motor twee of meer sensoren zijn voorzien langs de lengte van de wikkeling; en, - het beperken van de maximum capaciteit of het maximum vermogen van de verbruiker in functie van de voornoemde bepaalde thermische staat.

Description

Werkwijze voor het beschermen van een elektrische motor van een inrichting met een motorgedreven verbruiker met een continu capaciteitsregelsysteem.

De uitvinding heeft betrekking op een elektrische motor van een motorgedreven verbruiker met een continu capaciteitsregelsysteem.

Meer speciaal, doch niet beperkt tot, heeft de uitvinding betrekking op een verbruiker in de vorm van een compressor voor het comprimeren van gas en aangedreven door een elektrische motor.

In het geval van een compressor wordt de capaciteit van de verbruiker uitgedrukt in het maximum debiet samengeperst gas dat de compressor kan leveren, bijvoorbeeld uitgedrukt in liter per tijdseenheid, bij opgelegde inlaatvoorwaarden van het aangezogen samen te persen gas. De maximum capaciteit van een compressor hangt nauw samen met het maximum vermogen van de compressor, waarbij het vermogen afhangt van de voornoemde capaciteit en van de druk aan de uitgang van de compressor.

Bij compressoren kan de capaciteit bijvoorbeeld geregeld worden door het toerental van de elektrische motor te regelen om een bepaalde druk te handhaven aan de uitgang van de compressor. Wanneer deze druk bij dergelijke regeling bijvoorbeeld daalt omdat het verbruik van samengeperst gas toeneemt, dan zal de sturing voor het regelen van de capaciteit het toerental van de motor doen toenemen om aldus het geleverde debiet samengeperst gas te

BE2017/5699 verhogen en daardoor ook opnieuw de druk stroomafwaarts van de compressor te doen stijgen.

De regeling van de capaciteit gebeurt in dit geval dus door regeling van het toerental.

Men kent ook andere types capaciteitsregelingen bij compressoren die zijn uitgerust met variabele inlaatschoepen of met variabel uitlaatschoepen die verdraaibaar zijn rond hun lengteas en op die manier het debiet van het gas doorheen de compressor kunnen beïnvloeden.

Het is bekend dat het vermogen van compressoren afhankelijk is van de omgevingscondities. Bijvoorbeeld een koude inlaattemperatuur en een hoge omgevingsdruk zullen de inlaatdensiteit van het aangezogen gas verhogen, wat een verhoging van de capaciteit en van het vermogensverbruik met zich meebrengt.

Bijkomend is het eveneens bekend dat het vermogen kan toenemen over de levensduur, voornamelijk wegens verhoogde verliezen en lekken.

Aangezien de elektrische motor typisch de duurste of op één na duurste component is van een compressorinrichting, kan geen risico genomen worden bij het ontwerp van de grootte van de componenten. Onzekerheid met betrekking tot de bedrijfscondities en het verouderingsgedrag brengt een significant compromis met zich mee ten gunste van het overdimensioneren van de motor.

BE2017/5699

Belangrijke elektrische motordefecten zijn thermisch gerelateerd, bijvoorbeeld door het degraderen van de isolatie van de windingen bij hoge temperaturen en voornamelijk het falen van de anti-wrijvingslagers wegens degeneratie van de smering bij hogere temperaturen. Deze temperaturen worden voornamelijk beïnvloed door de mechanische belasting en de koelingomstandigheden van de motor.

Volgende werkwijzen worden heden toegepast om de elektrische motor te beschermen.

Een eerste gekende werkwijze voor het beschermen van de motor berust op een conservatieve keuze van componenten gebaseerd op een schatting van het vermogen en van de koelingomstandigheden in een hypothetisch ergste-geval scenario.

Tijdens ontwerp worden het vermogen en de koelingomstandigheden van de motor geschat op basis van een vermoeden van de ergste werkingscondities en van een slechtste prestatieverminderingsfactor wegens veroudering. De condities worden typisch geschat door de compressorfabrikant, terwijl de bepaling van de vereiste grootte van de elektrische motor typisch wordt uitgevoerd door de motorleverancier, waarbij doorgaans uitgegaan wordt van een hoogst-onwaarschijnlijke-maar-mogelijke situatie. Een nadeel van de eerste gekende werkwijze is dat zij zorgt voor een overdimensionering van de elektrische motor, typisch met een factor van 20%, voor het grootste deel van de werkingstijd van zijn levensduur. De levenskost van de inrichting wordt daardoor significant verhoogd.

B E2017/5699

Deze overdimensionering doet zich trouwens voor op twee niveaus, namelijk op het niveau van de compressorfabrikant door een overschatting van het vermogen in het slechtste geval, en, op het niveau van de motorleverancier wegens schattingen gepaard gaande met de schatting van de thermische staat van de motor uitgaande van de slechtste vermogens- en koelingsspecificaties.

Een ander nadeel is dat de werkwijze geen garantie biedt in reële tijd dat de schattingen en veronderstellingen geldig blijven of gerespecteerd worden tijdens de levensduur van

de elektrische motor. Immers, een	verminderde onverwacht	levensduur
van de motor elementen die	en een vroegtijdig, kunnen voorkomen.	falen	zijn
Een tweede	gekende werkwijze	berust	op	een

'overbelastings'bescherming gebaseerd op een schatting van het elektrisch vermogen en van de koelingscondities.

Deze tweede werkwijze maakt typisch gebruik van:

- een compressor met een continu capaciteitsregelsysteem;

- een elektrische motor gekoeld door middel van een koelmedium, bijvoorbeeld lucht of water;

- een meettoestel dat de (gemiddelde) stroom meet in één fase of in alle fasen van de elektrische motor; en,

- een meetapparaat dat de temperatuur van het koelmedium meet.

Bij deze tweede werkwijze wordt het actueel mechanisch vermogen geschat door het regelsysteem gebaseerd op de huidige meting van de stroom en de temperatuur en

BE2017/5699 veronderstellingen in verband met spanning, vermogensfactor en motorverliezen.

De huidige koelingsconditie van de motor wordt in dit geval geschat, gebaseerd op de gemeten inlaattemperatuur van het koelmedium, een (impliciete) veronderstelling van de densiteit van het koelmedium, het koeldebiet en de warmteoverdrachtsprestaties. wordt dan geconverteerd toelaatbaar mechanisch conversieregels die door gegeven.

Deze actuele koelingsconditie naar een actueel maximum vermogen, gebaseerd op de motorleverancier worden

In het geval dat het regelsysteem detecteert dat het geschatte actueel mechanisch vermogen het maximum toelaatbaar mechanisch vermogen overschrijdt, wordt de maximum capaciteit van de compressor afgetopt, het is te zeggen beperkt, om de elektrische motor tegen overbelasting te beschermen. Typisch wordt een PI- of PID-regelkring geactiveerd om het geschatte actueel mechanisch vermogen te verlagen tot het setpunt van het actueel maximum toelaatbaar mechanisch vermogen. Het regelsysteem laat typisch geleidelijk meer capaciteit toe wanneer het vermogen is afgenomen tot beneden een grenswaarde gedurende een bepaalde tijd.

Deze tweede werkwijze voor het beschermen van de motor biedt twee voordelen, namelijk dat:

- de specificaties van de compressorfabrikant versoepeld kunnen worden van hoogst-onwaarschijnlijk-maarmogelijk tot realistische slechtste condities

BE2017/5699

- er een zekere vorm van reële tijd-bescherming van de motor is.

De tweede werkwijze heeft nochtans meerdere nadelen, meer bepaald dat:

- de methode is indirect in het schatten van de thermische staat van de motor, waarbij in feite alle onderstaande relevante factoren niet juist worden geëvalueerd en bijgevolg moeten gecompenseerd worden door een overdimensionering, wat de kostprijs van de motor doet toenemen:

o afwijking van de spanning;

o onbalans van de motorfasen;

o lage densiteit van het koelmedium;

o onvoldoende debiet van het koelmedium;

o onvoldoende warmteoverdracht over een (interne) warmtewisselaar wegens vervuiling van deze laatste ;

o de accuraatheid van de gemeten elektrische stroom;

o enzovoort;

- de motorIeverancier is conservatief in het specificeren van de conversieregels aangezien hij nog steeds de thermische staat van de motor moet schatten enkel aan de hand van twee parameters;.

- typisch is het systeem nerveus wegens te korte tijdsconstanten van de elektrische stroom. Korte variaties van de gemeten stroom kunnen onnodige reacties van het regelsysteem met zich meebrengen;

BE2017/5699

- de werkwijze voor het beschermen van de motor moet tijdelijk worden uitgeschakeld tijdens het opstarten van de motor vermits hoge stromen optreden bij het opstarten;

- meetapparaten voor het meten van elektrische stroom zijn duur;

- het systeem moet per motorgrootte en -installatie worden geconfigureerd;

- voor grotere motoren wordt het meetapparaat voor elektrische stroom typisch voorzien op klantniveau, wat het proces bij indienststelling compliceert omdat:

o een fysische verbinding moet worden gemaakt met het compressorregelsysteem;

o de In/Out interface van het extern stroomsignaal zou gekalibreerd moeten worden tijdens indienststelling, wat bijna nooit wordt gedaan aangezien het te omslachtig is;

o de precisie van het meetapparaat voor elektrische stroom is niet gekend tijdens het ontwerp van de motor, waardoor een waarde in het ergste-geval scenario moet worden aangenomen, welke impliciet aanleiding geeft tot een bijkomende overdimensionering;

- het systeem hangt af van twee ingangssignalen, namelijk een stroom en een temperatuur, die niet met elkaar te vergelijken zijn, waardoor een zelfdiagnoseevaluatie niet kan worden geïmplementeerd.

B E2017/5699

De uitvinding heeft tot doel aan één of meer van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden.

Hiertoe betreft de uitvinding een werkwijze voor het beschermen van een elektrische motor van een motorgedreven verbruiker uitgerust met een sturing voor het regelen van de capaciteit of van het vermogen van de verbruiker, waarbij de elektrische motor is voorzien van één of meer elektrische windingen en van één of meer lagers, daardoor gekenmerkt dat de werkwijze de volgende stappen omvat:

- het bepalen van de thermische staat van de motor door rechtstreekse meting op de motor, omvattende het meten van de temperatuur van één of meer windingen en mogelijks ook van één of meer lagers, waarbij voor het meten van de temperatuur gebruik wordt gemaakt van één of meer sensoren waarvan het signaal rechtstreeks aan de voornoemde sturing teruggekoppeld wordt, waarbij voor minstens één wikkeling van de motor twee of meer sensoren zijn voorzien langs de lengte van de wikkeling; en, het beperken van de maximum capaciteit of het maximum vermogen van de verbruiker in functie van de voornoemde bepaalde thermische staat.

Op die manier wordt een nieuwe regelmethode voorgesteld die de capaciteit van de compressor aftopt op basis van directe metingen van de thermische staat van de elektrische motor, bijvoorbeeld door het rechtstreeks meten van de temperaturen van één of meer elektrische windingen (U-V-W) en/of van de temperaturen van één of meer lagers.

BE2017/5699

De elektrische motor is in dat geval uitgerust met sensoren voor de temperatuur van de windingen en mogelijks ook van de lagers welke direct verbonden zijn met de sturing voor het regelen van de capaciteit van de verbruiker. De sturing zal de debietcapaciteit van de compressor en het vermogen aftoppen wanneer één van de thermische limieten bereikt of overschreden wordt, het is te zeggen wanneer één van de gemeten temperaturen een vooraf ingestelde maximumwaarde van de temperatuur bereikt of overschrijdt, waarbij voor elk van de sensoren, of voor minstens een deel ervan, een overeenstemmende maximum temperatuur is ingegeven.

Evaluatie van de thermische staat van de motor kan afhangen van één van of elke mogelijke combinatie van de volgende gemeten temperaturen die gebruikt worden door de motorontwerpers:

- de absolute temperatuur van één of meer winding(en) en dit gemeten op één of meerdere posities langs de windingen;

- het temperatuurverschil tussen de motorwinding en de inlaattemperatuur van het koelmedium, de zogenaamde delta T;

- de absolute temperatuur van één of meer lager(s), respectievelijk van één of meer lagers (DE) aan het gedreven uiteinde van de motor en/of van één of meer lager (s) (NDE) aan het niet gedreven uiteinde van de motor.

De directe aanpak van de werkwijze volgens de uitvinding elimineert de nood voor schattingen en vermoedens van alle soorten zoals hierboven beschreven. Dit biedt het voordeel dat overdimensionering kan vermeden worden en daaruit een

BE2017/5699 kleinere motor zal resulteren met een lagere kost.

Inderdaad, de specificaties van de compressorfabrikant kunnen versoepeld worden van de maar-mogelijke condities naar hoogst-onwaarschij nlijkerealistische-ergste-geval condities, terwijl bij de motorleverancier alle veronderstellingen met betrekking tot een schatting van de thermische staat van de motor kunnen worden geëlimineerd.

Een ander voordeel is dat sensoren voor het meten van de temperatuur veel goedkoper zijn dan meetapparaten voor het meten van een elektrische stroom, wat de kost van de inrichting van de motorgedreven verbruiker verder verlaagt of wat toelaat om voor dezelfde kost meerdere sensoren te benutten voor een nauwkeurigere evaluatie van de thermische staat van de motor en daaruit voortvloeiende bescherming van de motor.

Nog een voordeel is dat temperatuurslimieten meestal universeel zijn en onafhankelijk van de motorgrootte, waardoor minder configuratie vereist is.

Daarbij komt dat motorleveranciers typisch voorgeïnstalleerde temperatuursensoren aanbieden als een optie, wat een voordeel biedt in termen van integratie en logistiek voor de compressorfabrikant.

Nog een ander voordeel is dat een inrichting volledig kan voorbereid en gecontroleerd worden door de compressorfabrikant en dat handelingen zoals aansluiting, kalibratie, validatie, en dergelijke bij de indienstelling kunnen worden geëlimineerd.

BE2017/5699

Een bijkomend voordeel is dat de thermische tijdsrespons van de inrichting veel trager is, wat de dynamica van het regelsysteem preferentieel veel minder nerveus maakt.

Nog een extra voordeel is dat er bij toepassing van een werkwijze volgens de uitvinding geen noodzaak is om het regelsysteem gedurende het opstarten uit te schakelen om een motoruitschakeling ten gevolge van stroompieken te voorkomen. De tijd die bij het opstarten nodig is om de motor te oververhitten is immers langer dan de opstarttijd.

Bij voorkeur wordt bij een driefasige motor de temperatuur van de drie wikkelingen gemeten. Een zelfdiagnosesysteem kan dan worden geïmplementeerd om het falen van één van de sensoren te detecteren en om aldus een ongewenste voorbarige onmiddellijke uitschakeling van de motor en van de aangedreven verbruiker te voorkomen. Uit het oogpunt van een zelfdiagnose van de sensoren zou de werkwijze er bijvoorbeeld in kunnen voorzien om elk signaal van de drie sensoren te vergelijken met de twee anderen om een defecte sensor te kunnen detecteren bij een te grote afwijking en om dan het signaal van deze defecte sensor, al dan niet na controle, te negeren.

Een voordeel van meerdere onafhankelijke sensoren is dat statistisch gezien de nauwkeurigheid significant hoger is dan in het geval van één enkel (elektrische stroom-) meetapparaat.

De werkwijze voor het beschermen van de elektrische motor kan ook toegepast worden op andere types aangedreven verbruikers zoals expanders, pompen, ventilators, koelers,

B E2017/5699 en dergelijke die uitgerust zijn met een continu capaciteitsregelsysteem dat geschikt is om het vermogen af te toppen, bijvoorbeeld door aanpassing van het toerental, door regeling van inlaatleischoepen en/of uitlaatleischoepen, smoorkleppen of dergelijke om het debiet te regelen.

De werkwijze is in het bijzonder geschikt voor toepassing op centrifugale compressoren met variabele inlaatleischoepen (IGV of Inlet Guide Vanes).

De werkwijze kan bij voorkeur worden uitgevoerd met een inrichting voor het beschermen van een motor van een motorgedreven verbruiker uitgerust met een sturing voor het regelen van de capaciteit of van het vermogen van de verbruiker, waarbij de inrichting is voorzien van sensoren voor het bepalen van de thermische staat van de motor door rechtstreekse meting op de motor en voorzien is van middelen voor het beperken van de maximum capaciteit of het maximum vermogen van de verbruiker in functie van de voornoemde bepaalde thermische staat.

Bij voorkeur wordt bij het ontwerp van de inrichting de motor zo gekozen dat zijn maximum vermogen in nominale werkingsomstandigheden waarvoor de inrichting bedoeld is gelijk is aan of bij voorkeur tot maximaal 5% of minder groter is dan het vermogen van de verbruiker overeenstemmend met de maximum capaciteit of het maximum vermogen van de verbruiker in de betreffende nominale werkingsomstandigheden.

B E2017/5699

Voor het kiezen van een elektrische motor bij het ontwerp van een dergelijke inrichting voor nominale werkingscondities, wordt bij voorkeur een motor gekozen met een vermogen gelijk aan of iets groter dan het vermogen van de verbruiker overeenstemmend met de maximum capaciteit of het maximum vermogen van de verbruiker in de betreffende nominale werkingsomstandigheden.

Voor het kiezen van een elektrische motor bij het ontwerp voor nominale werkingscondities van een inrichting volgens de uitvinding voor het aandrijven van de verbruiker uitgerust met een sturing voor het regelen van de capaciteit of van het vermogen van de verbruiker, wordt bij voorkeur een motor gekozen met een vermogen gelijk aan of iets groter dan. het vermogen van de verbruiker overeenstemmend met de maximum capaciteit of het maximum vermogen van de verbruiker in de betreffende nominale werkingsomstandigheden.

Een voordeel van deze keuzemogelijkheid is dat een motor kan worden gekozen met een gepast vermogen zonder rekening te moeten houden met een zware overdimensionering en doemscenario's van onvoldoende koeling en dergelijke.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende toepassingen beschreven van een werkwijze volgens de uitvinding voor het beschermen van de motor van een verbruiker en van een inrichting daarbij toegepast, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin:

B E2017/5699 figuur 1 schematisch een inrichting weergeeft van een inrichting met een motorgedreven verbruiker met een continu capaciteitsregelsysteem; figuur 2 een variante toont van de inrichting van figuur 1 maar met een extra koeling van de motor; figuur 3 een ander variante toont volgens de uitvinding van de inrichting van figuur 1.

In figuur 1 is bij wijze van voorbeeld een inrichting 1 weergegeven met een verbruiker 2 in de vorm van een compressorelement 3 mechanisch aangedreven door een driefase elektrische motor 4 met drie wikkelingen 5, meer bepaald één wikkeling per fase.

De motor 4 bevat een rotor die roteerbaar in een behuizing is aangebracht door middel van lagers, respectievelijk één of meer lagers 12 aan het gedreven uiteinde (DE) van de motor 4, en één of meer lagers 13 aan het niet gedreven uiteinde (NDE) van de motor 4.

Het compressorelement 3 is voorzien van een inlaat 6 voor de aanvoer van een samen te persen gas en van een uitlaat 7 voor levering van samengeperst gas aan een distributienet 8 voor samengeperst gas.

Het compressorelement 3 is verder voorzien van middelen 9 om de capaciteit, met andere woorden het debiet, of het vermogen van het compressorelement 3 te beperken, welke middelen 9 in dit geval worden gevormd door een smoorklep 10 of alternatief door inlaatleischoepen in de inlaat 6.

B E2017/5699

De middelen 9 worden in dit geval aangestuurd door een sturing 11 in functie van signalen die afkomstig zijn van sensoren 14 voor de rechtstreekse meting van de temperatuur van één of meer voornoemde wikkelingen 5 en/of van sensoren 15 voor de rechtstreekse meting van de temperatuur van één of meer lagers 12 en/of 13, welke signalen in dit geval teruggekoppeld worden naar de sturing 11 via een elektrische bedrading 16.

In het voorbeeld van figuur 1 is elke wikkeling 5 en elk lager 12 en 13 voorzien van één zulke sensor 14 of 15.

De sturing 11 is voor elke betreffende sensor 14 en/of 15 voorzien van een vooraf ingestelde maximumwaarde van de temperatuur van de wikkelingen 5 en lagers 12 boven dewelke de maximum capaciteit van het compressorelement 3 moet beperkt worden om een verdere stijging van die temperatuur te voorkomen en de motor te beschermen tegen oververhitting.

Hiertoe worden de met de sensoren 14 en/of 15 gemeten temperaturen continu of met een bepaalde frequentie vergeleken met de overeenstemmende vooraf ingegeven maximumwaarden voor elke sensor 14 en/of 15.

Van zodra één van de gemeten temperaturen de overeenstemmende waarde bereikt of overschrijdt, is de sturing zo geprogrammeerd dat de maximum capaciteit en/of van het maximum vermogen van het compressorelement 3 wordt beperkt, bijvoorbeeld door de smoorklep 10 of de inlaatleischoepen met een ingestelde waarde meer dicht te draaien, bijvoorbeeld over een hoek die 5 à 10 % bedraagt

BE2017/5699 van de volledige koers van de smoorklep 10 of van de inlaatleischoepen.

Wanneer na verloop van tijd bij een verlaagde maximum capaciteit alle gemeten temperaturen onder een voor iedere sensor ingestelde ondergrenswaarde gezakt zijn, is de sturing 11 er op voorzien om de maximum toegelaten capaciteit, al dan niet na een ingestelde tijdspanne, terug te verhogen, bijvoorbeeld naar de initiële maximumwaarde waarvoor de inrichting 1 ontworpen is of door de smoorklep 10 terug te openen met kleine incrementele sprongen tot wanneer de gemeten temperaturen de ingestelde ondergrenswaarde bereikt hebben, zodat op dat ogenblik de compressor zijn maximum capaciteit levert die op dat ogenblik mogelijk is zonder risico van beschadigingen in de gegeven werkingsomstandigheden.

De ingestelde maximumwaarden van de temperaturen en de ingestelde ondergrenswaarden van de temperaturen van elke sensor kunnen gelijk of verschillend zijn.

De sturing 11 kan optioneel voorzien zijn van een algoritme voor een zelfdiagnose van de staat van de sensoren 14 op de wikkelingen 5 door onderlinge vergelijking van de temperaturen gemeten door de drie desbetreffende sensoren 14, waarbij een sensor als defect wordt beschouwd wanneer de temperatuur gemeten met deze sensor 14 meer dan een zekere ingestelde waarde afwijkt van de temperaturen gemeten met de twee andere sensoren 14. In dat geval kan de sturing 11 de meting van de defecte sensor 14 negeren en/of een indicatie geven aan een operator zodat de sensor kan nagezien en/of desgevallend vervangen worden.

B E2017/5699

De inrichting van figuur 2 verschilt van deze van figuur 1 doordat in dit geval een koeling 16 is voorzien die in dit geval wordt gevormd door een ventilator 17 die omgevingslucht als een koelmedium 18 rond de motor 4 blaast en dat er een bijkomende sensor 19 is voorzien voor de meting van de inlaattemperatuur van het koelmedium 18.

Voor elke sensor 14 en 15 of voor minstens een deel ervan is dit geval in de sturing 11 vooraf een maximumwaarde ingegeven voor het temperatuurverschil tussen de gemeten temperatuur van de betreffende sensor 14 of 15 en de inlaattemperatuur van het koelmedium gemeten met de sensor 19.

De werkwij ze bevat in dit geval de volgende alternatieve of additionele stappen:

- voor minstens één sensor 14 of 15 het bepalen van het temperatuurverschil tussen de voornoemde inlaattemperatuur van het koelmedium 18 en de gemeten temperatuur van de betreffende sensor 14 of 15;

- het continu of met tijdsintervallen vergelijken van dit temperatuurverschil met de overeenstemmende vooraf ingegeven maximumwaarde van het temperatuurverschil voor de betreffende sensor 14 of 15;

het beperken van de capaciteit en/of van het vermogen van het compressorelement 3 door verdraaiing van de smoorklep 10 over een vooraf ingestelde hoek wanneer het temperatuurverschil van minstens één van de sensoren de overeenstemmende maximumwaarde heeft bereikt of overstijgt.

BE2017/5699

Het beperken van de capaciteit van het compressorelement 3 op basis van de gemeten absolute temperaturen of op basis van de temperatuurverschillen kan apart of in combinatie worden toegepast.

In figuur 3 wordt een alternatieve inrichting volgens de uitvinding weergegeven zoals deze van figuur 1, maar met dit verschil dat de middelen 9 om de capaciteit of het vermogen van het compressorelement 3 te regelen nu worden gevormd door een variabele toerentalregeling 20 van de motor 4 en dus van het compressorelement 3 ter vervanging van de smoorklep 10 of inlaatleischoepen in figuur 1.

De bescherming van de motor 4 tegen oververhitting kan in dit geval gebeuren door een analoog algoritme als in het geval van de inrichting van figuur 1 maar met dit verschil dat in dit geval de capaciteit door de sturing 11 wordt beperkt door het toerental met een zekere waarde te verlagen.

Een bijkomend verschil met de uitvoeringsvorm van figuur 1 is dat bij de laatste uitvoeringsvorm niet elke winding 5 en niet elk lager 12, 13 is voorzien van een sensor 14 of 15 en dat in één winding 5 meerdere sensoren 14 zijn voorzien over de lengte van de betreffende wikkeling 5.

De middelen 9 voor het regelen van de capaciteit van de verbruiker 2 zijn beperkt tot de hiervoor beschreven smoorklep 10, inlaatleischoepen of variabele toerentalregeling 20, maar kunnen ook op andere manieren worden gerealiseerd, bijvoorbeeld in de vorm van variabele diffuser schoepen of dergelijke. Een combinatie van

BE2017/5699 meerdere types van middelen 9 behoort ook toch de mogelij kheden.

De uitvinding is niet beperkt tot toepassing op een compressorelement 3 als verbruiker 2, maar is bijvoorbeeld ook toepasbaar expanders; pompen; ventilatoren, koelers, en dergelij ke.

Er wordt benadrukt dat de werkwijze volgens de uitvinding geen gebruik maakt van stroommetingen of van geschatte parameters maar enkel is gebaseerd op rechtstreekse temperatuurmetingen.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een dergelijke werkwijze en inrichting daarbij toegepast kunnen volgens verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims

Conclusies .

1. - Werkwijze voor het beschermen van een elektrische motor van een motorgedreven verbruiker uitgerust met een sturing voor het regelen van de capaciteit of van het vermogen van de verbruiker, waarbij de elektrische motor is voorzien van één of meer elektrische windingen en van één of meer lagers, daardoor gekenmerkt dat de werkwijze de volgende stappen omvat :

- het bepalen van de thermische staat van de motor door rechtstreekse meting op de motor, omvattende het meten van de temperatuur van één of meer windingen en mogelijks ook van één of meer lagers, waarbij voor het meten van de temperatuur gebruik wordt gemaakt van één of meer sensoren waarvan het signaal rechtstreeks aan de voornoemde sturing teruggekoppeld wordt, waarbij voor minstens één wikkeling van de motor twee of meer sensoren zijn voorzien langs de lengte van de wikkeling; en,

- het beperken van de maximum capaciteit of het maximum vermogen van de verbruiker in functie van de voornoemde bepaalde thermische staat.
2. - Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat voor elk van minstens een deel van de voornoemde sensoren vooraf een maximumwaarde van de temperatuur is ingegeven in de sturing en dat de werkwijze de volgende stappen omvat:

- voor minstens één sensor het continu of met bepaalde tijdsintervallen vergelijken van de gemeten temperatuur met de overeenstemmende vooraf ingegeven maximumwaarde;

BE2017/5699 het beperken van de maximum capaciteit en/of van het maximum vermogen van de verbruiker met een vooraf ingestelde waarde wanneer de gemeten temperatuur van de sensor de overeenstemmende maximumwaarde heeft bereikt of overstijgt.
3.- Werkwijze volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat wanneer de temperatuur van de sensor gedaald is tot onder de overeenstemmende maximumwaarde, de maximum capaciteit of het maximum vermogen van de verbruiker terug verhogen tot wanneer de betreffende maximumwaarde wordt bereikt.
4.- Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de motor is voorzien van twee of meer sensoren voor het meten van de temperatuur en dat de werkwi j ze de stap omvat van het beperken van de maximum capaciteit of van het maximum vermogen van de verbruiker wanneer voor minstens één van deze sensoren de gemeten temperatuur de overeenstemmende maximumwaarde heeft bereikt of overstijgt.
5.- Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de motor voorzien is van een koeling met behulp van een koelmedium en dat voor elk van minstens een deel van de voornoemde sensoren vooraf in de sturing een maximumwaarde is ingegeven voor het temperatuurverschil tussen de gemeten temperatuur van de betreffende sensor en de inlaattemperatuur van het koelmedium, waarbij de werkwijze de volgende stappen omvat:

het bepalen van de inlaattemperatuur van het koelmedium aan de ingang van de koeling;

B E2017/5699 voor minstens één sensor het bepalen van het temperatuurverschil tussen de voornoemde inlaattemperatuur van het koelmedium en de gemeten temperatuur van de betreffende sensor;

- het continu of met tijdsintervallen vergelijken van dit temperatuurverschil met de overeenstemmende vooraf ingegeven maximumwaarde van het temperatuurverschil voor de betreffende sensor;

- het beperken van de capaciteit en/of van het vermogen van de verbruiker met een vooraf ingestelde waarde wanneer het temperatuurverschil van minstens één van de sensoren de overeenstemmende maximumwaarde heeft bereikt of overstijgt.
6. - Werkwijze volgens conclusie 2 en/of 5, daardoor gekenmerkt dat de maximum capaciteit of het maximum vermogen van de verbruiker terug hoger wordt ingesteld nadat de gemeten temperaturen en/of temperatuurverschillen terug onder een voor iedere sensor ingestelde waarde gezakt zijn, al of niet na verloop van een ingesteld tijdsinterval.
7. - Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het bepalen van de thermische staat van de motor afhankelijk is van één van de volgende kenmerken of van om even welke combinatie van deze kenmerken:

- de absolute temperatuur van minstens één van of van alle windingen, in één enkel punt van de winding of in meerdere punten over de lengte van de winding;

- het temperatuurverschil tussen minstens één winding en de inlaattemperatuur van het koelmedium;

- de absolute temperatuur van minstens één lager.

BE2017/5699
8.- Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de verbruiker één is uit de volgende niet limitatieve lijst:

een compressor; een expander; een pomp ; een ventilator; een koeler.
9.- Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de verbruiker voorzien is van middelen om het vermogen te beperken, welke middelen gestuurd worden door de voornoemde sturing van de capaciteit.
10.- Werkwijze volgens conclusie 9, daardoor gekenmerkt dat de middelen om de capaciteit of het vermogen te beperken worden gevormd door één of meer middelen uit de volgende niet limitatieve lijst:

- variabele inlaatschoepen (IGV of Inlet Guide Vanes);

- variabele diffuser schoepen;

- een smoorklep;

- variabel toerental.
11.- Werkwijze volgens conclusies 8 en 10, daardoor gekenmerkt dat de verbruiker een centrifugale compressor is met gestuurde variabele inlaatschoepen die verdraaibaar zijn over een koers van maximaal open tot maximaal dicht, waarbij, voor het beperken van de capaciteit of van het vermogen van de verbruiker bij het bereiken of overschrijden van een voornoemde maximumwaarde van de gemeten temperatuur of van het temperatuurverschil, de inlaatschoepen over 5 à 10 % van

BE2017/5699 de voornoemde koers verdraaid worden in de draaizin van open naar toe.
12.- Werkwijze volgens conclusies 8 en 10, daardoor

5 gekenmerkt dat de verbruiker een compressor is met een toerentalregeling van de motor, waarbij, voor het beperken van de capaciteit of van het vermogen van de verbruiker bij het bereiken of overschrijden van een voornoemde maximumwaarde van de gemeten temperatuur of van het 10 temperatuurverschil, het toerental over 5 à 10 % naar beneden wordt geregeld.
13.- Werkwijze volgens één van voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de werkwij ze enkel op
15 temperatuurmetingen is gebaseerd.