CN110431392B - 用于确定循环泵中的输送介质温度的方法以及循环泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定带有内置的电的驱动总成的循环泵的、特别是加热循环泵的输送介质温度的方法，其中，基于电的泵总成的绕组温度和施加的绕组电流来确定或者计算输送介质温度。

Description

用于确定循环泵中的输送介质温度的方法以及循环泵

技术领域

本发明涉及一种用于确定带有内置的电的驱动总成的循环泵的、特别是加热循环泵的输送介质温度的方法。本发明还涉及一种用于实施方法的相应的循环泵。

背景技术

循环泵、特别是加热循环泵用于使得供暖热水在供暖回路内部循环。这种供暖设备的能量优化是其永远的关注点。作为经过验证的节能手段，已经出现了始流温度的所谓的夜间温度降低。希望使得循环泵的功率与夜间温度降低关联，以便也针对泵通过降低功率来实现节能。然而，循环泵为此需要了解当前的供暖运行，即夜间温度降低是否激活。

一种可行方案在于，借助于测得的输送介质温度来识别出夜间温度降低的激活。这在现有技术中已经通过相应的温度感测器来实现，这些温度感测器被集成到循环泵中并且把当前的输送介质温度告知给泵控制机构。然而，集成附加的温度传感器意味着增大构造耗费，进而随之提高了制造成本。但是，关于输送介质温度的信息不仅对夜间温度降低有重大意义。了解介质温度对于温度受控的调控、钙化识别也很重要。

因此试图寻找一种用于输送介质的温度测量的替代的可行方案。

发明内容

该目的通过根据权利要求1的特征的方法得以实现。该方法的有利设计是从属权利要求的主题。

根据本发明提出，基于电的泵总成的至少一个马达绕组的温度，特别是基于泵驱动件的绕组温度的时间曲线来确定或者计算输送介质温度。此外，为了计算/确定，补充地考虑当前的绕组电流。该方法因而不需要附加的温度传感器来确定输送介质温度，而是替代地利用循环泵的已有组件就足够了。循环泵通常是离心泵。

本发明的出发点是如下物理认识。电动机的绕组的温度在物理上形成蓄能器。由于铜损耗，绕组电流导致绕组变热。另外，由于这种循环泵在构造上设计成湿式泵（Nassläufer），循环泵的输送介质也对泵总成的绕组的温度有影响。通常，输送介质对绕组具有冷却作用，在例外情况下，也可以存在加热作用。在既知道当前的绕组温度又知道施加的绕组电流的前提条件下，可以确定输送介质温度的影响，进而确定输送介质本身的温度。

马达的实际存在的绕组温度理想地直接予以测量，特别是通过循环泵的集成的感测器予以测量。此外，也可以由其他的合适的测量值导出绕组温度。为简单起见，下面始终都谈及测量绕组温度，即使绕组温度由合适的测量参数导出。

根据本发明的一种优选的实施方式，为了计算输送介质温度，采用观察器（Beobachter）的功能，该观察器由绕组电流和绕组温度确定出相应的输送介质温度。观察器优选采用泵模型来模拟泵特性，其中，这里绕组电流和估计的输送介质温度用作输入参数。基于这些输入参数，该模型输出模拟的绕组温度。观察器功能在循环泵的泵控制机构内部实施。

此外，观察器可以确定模拟的与测得的绕组温度之间的差，以便基于此对估计的输送介质温度进行调整。理想地，基于该差求取矫正值，该矫正值输送给观察器的所采用的泵模型。

由于观察器在投入运行时不知道实际的输送介质温度，所以，测得的与模拟的绕组温度之间的差在开始时较大，但这借助于矫正反馈被快速地调控至零，优选按照最小方差原理予以调控。由于矫正模块的输出以短暂的时间偏差跟随实际的输送介质温度，所以经过短暂的时间之后有几乎准确的输送介质温度可供泵控制机构使用。

根据本发明的一种特别优选的设计，绕组电流、绕组温度与输送介质温度之间的物理关系在观察器的泵模型内部在数学上通过至少两个低通滤波器、优选一阶低通滤波器予以描述。两个低通滤波器共用呈马达绕组形式的一个共同的蓄能器。

特别地，规定了带有静态增益K₁及时间常数T₁的第一低通滤波器，该第一低通滤波器对绕组电流与绕组温度之间的关系予以建模。

而输送介质对绕组温度的影响用另一个带有静态增益K₂及时间常数T₂的第二低通滤波器予以建模，也就是说，该第二低通滤波器规定了输送介质温度与绕组温度的差和绕组温度之间的关系。由于该关系还会受到流经循环泵的输送介质的流动速度影响，所以特别有帮助的是，根据流动速度特别地规定低通滤波器，有利地通过根据流动速度来选取各自的参数K₂和T₂。

在这种关系下特别有利的是，在泵控制机构内部有相应的参数可供使用，例如以表格的形式进行存储，以便针对不同的流动速度值保证K₂、T₂的明确的指配关系。泵控制机构于是可以在泵运行中根据流动速度来找出并采用合适的参数，以用于无传感器地确定输送介质温度。

根据该方法的一种改进，为此采用特定的输送介质温度，以便在泵中识别到供暖回路的有效的夜间温度降低。同样可考虑的是，基于所检测的输送介质温度对泵转速进行温度受控的调控。此外，求取的输送介质温度也可以用于在泵控制机构内部进行钙化识别。原则上，该方法有利于需要关于当前的输送介质温度的信息的任何应用。

除了根据本发明的方法外，本发明还涉及一种循环泵、特别是加热循环泵，其带有用于实施根据本发明的方法的泵控制机构。与之相应地，对于根据本发明的循环泵，适用先前已经借助于根据本发明的方法详述过的同样的优点和特性。出于这个原因，略去重复的介绍。

循环泵通常是离心泵。特别优选地，循环泵包括至少一个传感器，以用于测量其电的驱动总成的绕组温度。此外，循环泵并未规定用于测量输送介质温度的单独的传感器，而是替代地借助于根据本发明的方法来计算该输送介质温度。

用于前述各泵参数的数学关系的未知的参数可以例如在数学上借助于材料特征值以及马达的造型（Geometrie）和泵构造来确定。然而，采用测量技术的参数化是更加适宜的。下面说明两种根据本发明的方法，所述方法用于对于前述的方法实施来说可选地必需的参数K₁、T₁以及K₂、T₂进行测量技术上的参数化。

为了确定最先提到的参数K₁、T₁，根据本发明的循环泵首先在试验台上在输送介质温度恒定的情况下运行。依次地给驱动总成馈送不同的绕组电流，并且记录绕组温度的所导致的阶跃式响应。借助于这些不同的曲线走势，可以找出用于规定一阶低通滤波器的各自的时间常数和静态增益。由于低通滤波器是一种线性系统，所以可以通过对时间常数（T）的以及增益值（K）的由各曲线走势确定的不同的值的平均，来确定出参数K₁和T₁的通用的值。

本申请还涉及一种用于确定循环泵的参数K₂和T₂的方法。在此，在试验台上，循环泵在绕组电流恒定的情况下以不同的输送介质温度运行。由测得的绕组温度的检测的阶跃式响应，同样可以确定出用于时间常数T₂和静态增益K₂的参数。由于流动速度的可能的影响，在此理想地针对不同的流动速度求取用于T₂和K₂的各自的值。

附图说明

下面借助于图中所示的实施例详述本发明的其它优点和特性。其中示出：

图1为用于阐释输送介质温度、绕组电流和绕组温度之间的关系的方框图；

图2为用于阐释在泵控制机构中实施的观察器结构的方框图；并且

图3为带有多个示范性的阶跃式响应的时间-绕组温度-曲线图。

具体实施方式

根据本发明的方法将借助于呈加热循环泵形式的具体实施例予以介绍。泵叶轮通过电的驱动总成予以驱动，其中，泵被设计成所谓的湿式泵。定子和/或转子的绕组温度可以通过传感器予以检测，并且通报给泵控制机构。

该方法的目标是，无传感器地检测输送介质温度，这要通过在泵控制机构内部的数学计算来进行。在此，在泵控制机构中实施所谓的观察器，其基于已知的输入参数，借助于泵模型足够精确地重构输送介质温度。

定义合适的泵模型的出发点在此是，认识到泵驱动件的绕组的温度在物理上形成蓄能器。由于绕组的铜损耗，流经绕组的绕组电流导致绕组发热。绕组电流与绕组温度之间的关系可以在数学上描述为一阶低通滤波器。由于这涉及到一种湿式泵，所以马达同时被输送介质冷却（或者在很少的运行情况下变热）。绕组温度对输送介质与绕组温度之间的差的影响同样是一种一阶低通滤波器。绕组电流、绕组温度和输送介质温度之间的力求的关系因而可以通过共用一个共同的蓄能器的两个低通滤波器予以建模。

这种数学关系用图1的方框图阐释。每个一阶低通滤波器都用两个参数、即静态增益K及其时间常数T予以明确的描述。在图1的视图中，描述在泵驱动件的所施加的电流信号与绕组温度之间的关系的低通滤波器具有静态增益K₁和时间常数T₁。具有静态增益K₂和时间常数T₂的第二低通滤波器描述了输送介质温度与绕组温度的差对绕组温度的影响。

未知的参数T₁、K₁、T₂、K₂可以在数学上借助于材料特征值以及马达和泵的造型来确定。然而，采用测量技术的参数化是更加适宜的。为此，首先在试验台上保持输送介质温度恒定，并且给循环泵的电动机依次馈送不同的绕组电流I₁、I₂、I₃、I₄。绘出了电流信号和所导致的绕组温度。图3示范性地示出了绕组温度对四个不同的输入电流（I₁、I₂、I₃、I₄）的所导致的阶跃式响应。

由这四个曲线走势中的每一个都可以确定出相应的时间常数T和静态增益K。时间常数在此相应于阶跃式响应的所示曲线走势的起始斜率。静态增益K是温度终值（时间→∞）与相应的输入电流I之间的商。由这四次测量如此确定的参数随后被求平均。平均值用于K₁、T₁。这是允许的，因为低通滤波器是一种线性系统。

随后，类似地对第二低通滤波器的参数K₂、T₂进行确定。为此，保持所施加的马达电流恒定，并且改变通过循环泵输送的介质的温度。记录并分析对测得的绕组温度的影响。这里要注意，参数K₂和T₂可以根据输送介质的流动速度而改变。在试验台上研究这种影响。如果产生了显著的流动速度影响，就必须借助于一系列测量来检测这种影响。然后在后续的泵运行中使用如下表格，这些表格根据流动速度来确定参数K₂和T₂。替代于表格，也可以使用多项式。因为流动速度在泵控制机构中是已知的，所以这种影响对这里提出的方法的质量没有缺点。

如果四个参数T₁、T₂、K₁和K₂是已知的，则可以使用观察器由电流信号和绕组温度来确定输送介质温度。在泵控制机构中实施的观察器的基本结构在图2中示出。

方框“对象”用附图标记10标出，它描述了实际的循环泵。标有附图标记20的方框“模型”相应于根据图1的前述模型，该模型在数学上描述了已知的输入参数与待重构的输出参数（输送介质温度）的关系。

两个方框10、20具有绕组电流作为输入参数。对象10具有输送介质的实际温度作为另一输入。模型20由于缺少传感器而不能使用该输入。由于模型20不了解实际上的输送介质温度，所以首先以输送介质的初始温度值开始模拟。因此，在测得的与模拟的绕组温度之间实际上往往起初存在比较大的差。确定的差值作为“矫正的估计的输送介质温度”通过矫正模块30反馈回到模型20中。由此，按照最小方差原理，测得的与模拟的绕组温度之间的差被调控至零。由于矫正模块30的输出以短暂的时间偏差跟随实际的输送介质温度，所以有实际的输送介质温度可供泵控制机构使用。

Claims (13)

1.一种用于确定带有内置的电的驱动总成的循环泵的输送介质温度的方法，

其特征在于，

基于电的泵总成的绕组温度和施加的绕组电流来确定或者计算输送介质温度，

并且其中，使用观察器由施加的绕组电流和测得的绕组温度来确定输送介质温度，

并且其中，所述观察器使用泵模型来模拟泵运行，该泵模型根据估计的输送介质温度和绕组电流输出模拟的绕组温度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以感测的方式测量所述绕组温度。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述观察器由模拟的和测量的绕组温度的差确定出用于矫正所估计的输送介质温度的矫正值，该矫正值被输送回到所述泵模型。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述观察器的泵模型利用至少两个一阶低通滤波器对绕组电流、绕组温度和输送介质温度之间的关系予以建模。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，带有静态增益K₁及时间常数T₁的第一低通滤波器对绕组电流与绕组温度之间的关系予以建模。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，带有静态增益K₂及时间常数T₂的第二低通滤波器对输送介质温度与测得的绕组温度之间的关系予以建模。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据流动速度来选取参数K₂、T₂，并且其中，在泵控制机构中存储如下表格，该表格根据流动速度指配合适的参数K₂、T₂。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述循环泵是指一种加热循环泵。

9.一种循环泵，其具有用于实施根据前述权利要求所述的方法的泵控制机构。

10.如权利要求9所述的循环泵，其特征在于，所述循环泵包括至少一个用于测量绕组温度的传感器，且不包括用于测量输送介质温度的传感器。

11.如权利要求9所述的循环泵，其特征在于，所述循环泵是指一种加热循环泵。

12.一种用于确定根据权利要求9-11中任一项所述的循环泵的参数K₁、T₁的方法，其特征在于，在输送介质温度恒定的情况下给所述循环泵馈送以不同的绕组电流，并且由绕组温度的所检测的阶跃式响应确定出特定于电流的时间常数和特定于电流的静态增益，其中，通过它们的平均来计算泵模型的参数K₁、T₁的值。

13.一种用于确定根据权利要求9-11中任一项所述的循环泵的参数K₂、T₂的方法，其特征在于，在绕组电流恒定的情况下，所述循环泵以不同的输送介质温度运行，并且由测得的绕组温度的所检测的阶跃式响应确定出泵模型的时间常数T₂和静态增益K₂，其中，根据当前的流动速度来确定泵模型的T₂、K₂的各自的值。

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