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Die
Erfindung betrifft eine Arbeitseinheit, insbesondere eine Kompressoreinheit,
mit zwei Arbeitsanlagen, die jeweils einen Elektromotor und eine
Arbeitsmaschine, insbesondere einen Kompressor, umfassen. Die Erfindung
betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Arbeitseinheit.
Bei dem Kompressor handelt es sich insbesondere um einen Verdichter,
insbesondere einen Schraubenverdichter. Bei den Arbeitsmaschinen
kann es sich allerdings auch um Pumpen oder andere Arbeitsmaschinen handeln.
Als Elektromotoren werden vorzugsweise Asynchronmotoren verwendet,
insbesondere Dreiphasen-Asynchronmotoren.
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Eine
Kompressoreinheit der eingangs angegebenen Art ist bereits bekannt.
Bei dieser Arbeitseinheit sind zwei Kompressoren in einem Gehäuse untergebracht
und mit einer Master-Slave-Grundlastwechselschaltung ausgestaltet.
Dies bedeutet, daß ein
Kompressor als Grundlastkompressor arbeitet. Der andere Kompressor
arbeitet als Spitzenlastkompressor. Er wird nur hinzugeschaltet,
wenn die von dem Grundlastkompressor erbrachte Leistung für die Leistungsanforderung
nicht ausreicht, wenn also beispielsweise die Leistung des Grundlastkompressors nicht
genügt,
um den eingestellten Mindestdruck zu halten. Nach Ablauf einer vorbestimmten
Zeit, die an der Kompressoreinheit einstellbar ist, wird der Betrieb
umgestellt: der bisherige Spitzenlastkompressor arbeitet dann als
Grundlastkompressor, und der bisherige Grundlastkompressor als Spitzenlastkompressor.
Auf diese Weise wird erreicht, daß die Betriebsstunden, also
die Gesamtlaufzeit jedes Kompressors langfristig gleich ist. Die
Kompressoren wechseln sich also nach bestimmten Zeitintervallen, die
vorzugsweise einstellbar sind, in der Erfüllung der Grundlast und der
Spitzenlast ab.
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Um
diese Grundlastwechselschaltung durchführen zu können, wird bei bisherigen Kompressoreinheiten
für jede
einen Elektromotor und einen Kompressor umfassende Arbeitsanlage
jeweils ein Frequenzumrichter benötigt. Der Frequenzumrichter
ist erforderlich, um den als Spitzenlastkompressor arbeitenden Kompressor
der Leistungsanforderung entsprechend ansteuern zu können.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine verbesserte Arbeitseinheit der eingangs
angegebenen Art und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer
derartigen Arbeitseinheit vorzuschlagen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Arbeitseinheit weist
einen Frequenzumrichter auf, der wahlweise dem einen Elektromotor
oder dem anderen Elektromotor zuschaltbar ist. Hierdurch ist für die gesamte
Arbeitseinheit nur noch ein einziger Frequenzumrichter erforderlich.
Der bisher benötigte,
zweite Frequenzumrichter wird überflüssig gemacht.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Vorteilhaft
ist es, wenn wahlweise eine der Arbeitsanlagen als Grundlastanlage
und die andere Arbeitsanlage als Spitzenlastanlage betreibbar ist. Auf
diese Weise kann die Arbeitseinheit in Grundlastwechselschaltung
betrieben werden. Die Umschaltung kann nach einer vorherbestimmten
Zeit erfolgen, die vorzugsweise einstellbar ist. Dabei kann die Umschaltung
von Hand oder automatisch durch ein entsprechendes Steuergerät oder Regelgerät durchgeführt werden.
Es ist allerdings auch möglich,
die Umschaltung in Abhängigkeit
von bestimmten Betriebsparametern durchzuführen. Zu den Betriebsparametern
kann die Betriebsdauer gehören.
Stattdessen oder zusätzlich
können
allerdings auch andere Betriebsparameter ver wendet werden, insbesondere Betriebsparameter,
die ein Maß für den Verschleiß beinhalten.
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Vorzugsweise
ist der Frequenzumrichter dem Elektromotor der Grundlastanlage zugeschaltet. Es
ist ferner vorteilhaft, wenn der Elektromotor der Spitzenlastanlage
in Y/D-Schaltung (Stern/Dreieck-Schaltung) betreibbar ist. In diesem
Fall wird der Elektromotor der Spitzenlastanlage mit konstanter Leistung
betrieben. Die Leistungssteuerung oder Leistungsregelung, also die
Anpassung an verschiedene Leistungsanforderungen, wird durch den
Elektromotor der Grundlastanlage erreicht.
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Bei
einem Verfahren der eingangs angegebenen Art wird die der Erfindung
zugrundeliegende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 5 gelöst. Das
Verfahren dient zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Arbeitseinheit und ist
dadurch gekennzeichnet, daß der
Elektromotor einer Arbeitsanlage frequenzgeregelt betrieben wird
und daß bei Überschreiten
einer vorgegebenen Leistungsanforderung der Elektromotor der anderen
Arbeitsanlage in Y/D-Schaltung (Stern/Dreieck-Schaltung) betrieben wird.
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Vorteilhaft
ist es, wenn in Abhängigkeit
von der Betriebsdauer und/oder in Abhängigkeit von einem oder mehreren
weiteren Betriebsparametern der Elektromotor der anderen Arbeitsanlage
frequenzgeregelt betrieben wird und wenn der Elektormotor der einen
Arbeitsanlage bei Überschreiten
einer vorgegebenen Leistungsanforderung in Y/D-Schaltung betrieben
wird. Auf diese Weise kann eine Grundlastwechselschaltung realisiert
werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen
erläutert.
In der Zeichnung zeigt
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1 eine
Kompressoreinheit mit zwei Kompressoranlagen in einer perspektivischen
Ansicht,
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2 ein
Schaltschema der Kompressoranlagen der Arbeitseinheit,
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3 ein
Schaltbeispiel der beiden Kompressoranlagen,
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4 ein
abgewandeltes Schaltbeispiel, bei dem die Funktionen der Kompressoranlagen
umgekehrt worden sind und
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5 ein
Luftverbrauch-Liefermenge-Diagramm der Kompressoreinheit.
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Die
in 1 gezeigte Kompressoreinheit 30 umfaßt eine
erste Kompressoranlage 31 und eine zweite Kompressoranlage 32,
die sich in einem gemeinsamen Gehäuse 34 befinden, und
einen Frequenzumrichter.
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Wie
aus 2 ersichtlich umfaßt jede Kompressoranlage 31, 32 jeweils
einen Elektromotor M1, M2, bei denen es sich jeweils um Drei-Phasen-Asynchronmotoren
handelt. Die Elektromotoren M1, M2 können in Sternschaltung oder
in Dreieckschaltung (Y-Schaltung oder D-Schaltung) betrieben werden.
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Der
Elektromotor M1 der ersten Kompressoranlage 31 treibt über seine
Ausgangswelle einen Schraubenverdichter 4 an, der über einen
Abscheiderbehälter 5 mit
einem Feinabscheider 6 verbunden ist. Der Ölkreislauf
des Schraubenverdichters 4 wird von dem Ölthermostat 8,
dem Ölkühler 10 und
dem Ölfilter 9 gebildet.
Von dem Feinabscheider 6 führt eine Leistung zum Schraubenverdichter 4.
Die Druckluft gelangt von dem Feinabscheider 6 über das Druckventil 12 zum
Mindestdruckventil 7.
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Am
Lufteintritt 13 befindet sich ein Ansaugfilter 1.
Von dort gelangt die eintretende Luft über die Steuereinheit 3 zum
Eingang des Schraubenverdichters 4. Die Steuereinheit 3 umfaßt ein Ansaugventil 14 und
einen Ansaugregler 2. Der Ansaugregler 2 umfaßt ein Magnetventil,
das in zwei Schaltstellungen bringbar ist, nämlich die in 2 gezeigte
unterbrochene Stellung, in der Luft über das Ansaugventil 14,
das dem Ansaugregler 2 parallel geschaltet ist, dem Schraubenverdichter 4 zugeführt wird,
und in eine zweite Schaltstellung, in der die Luft vom Ansaugfilter 1 unmittel bar
zum Eingang des Schraubenverdichters 4 gelangt. Der Ansaugregler 2 ist
durch eine Feder vorbelastet und befindet sich um nicht-geschalteten
Zustand in der in 2 gezeigten Stellung.
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Die
zweite Kompressoranlage 32 ist in identischer Weise aufgebaut,
so daß sie
nicht erneut beschrieben werden muß.
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Die
Druckleitungen beider Arbeitsanlagen 31, 32 werden
in Strömungsrichtung
nach den Mindestdruckventilen 7 zusammengeführt. In
der danach anschließenden
gemeinsamen Leitung zum Luftaustritt 15 ist ein Luftnachkühler 11 vorgesehen.
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3 und 4 zeigen
das Schaltschema der Kompressoreinheit 30. Der Elektromotor
M1 der ersten Kompressoranlage 31 ist über einen Schütz KM1,
einen Schalter K10 und einen Widerstand F1 mit dem dreiphasigen
Netz N verbunden. Der Elektromotor M2 der zweiten Kompressoranlage 32 ist über einen
Schütz
KM2, einen Schalter K20 und den Widerstand F1 mit dem Netz N verbunden.
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An
einer Stelle zwischen dem Schütz
KM1 und dem Schalter K10 zweigt eine Leitung ab, die über den
Schalter K11 zu dem Frequenzumrichter FU1 führt und von dort über die
Drossel L1 zum Netz N. An einer Stelle zwischen dem Schalter K11
und dem Frequenzumrichter FU1 zweigt eine Leitung ab, die über den
Schalter K21 zu einer Stelle zwischen dem Schütz KM2 und dem Schalter K20
führt.
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Die
Schaltung gemäß 3 und 4 kann als
Grundlastwechselschaltung für
die Elektromotoren M1, M2 der Kompressoranlagen 31, 32 betrieben werden.
In 3 ist ein Schaltbeispiel gezeigt, bei dem die
erste Kompressoranlage 31 als frequenzgeregelte Grundlastanlage
und die zweite Kompressoranlage 32 als Spitzenlastanlage
arbeitet. Dabei sind die jeweils aktiven Schütze und Schalter eingekreist. Bei
dem Schaltbeispiel gemäß 3 sind
die Schalter K20 und K11 geschlossen und die Schalter K10 und K21
offen. Der Elektromotor M1 der ersten Kompressoranlage 31 ist über dem
geschlossenen Schalter K11 mit dem Frequenzumrichter FU1 verbunden. Er
ist ferner durch den offenen Schalter K10 im übrigen vom Netz N getrennt.
Der erste Motor M1 wird also frequenzgeregelt betrieben.
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Der
Motor M2 ist über
dem geschlossenen Schalter K20 und über den Widerstand F1 mit dem Netz
N verbunden. Er ist durch den offenen Schalter K21 vom Frequenzumrichter
FU1 getrennt. Der zweite Motor M2 wird also in Y/D-Schaltung betrieben.
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4 zeigt
ein Schaltbeispiel nach Ablauf des eingestellten Wechselintervalls.
Die Grundwechselschaltung schaltet nun den ehemaligen Spitzenlast-Elektromotor
M2 als Grundlast-Elektromotor zu, während der ehemalige Grundlast-Elektromotor
M1 zum Spitzenlast-Elektromotor wird. Bei dem Schaltbeispiel nach 4 ist
der Schalter K10 geschlossen und der Schalter K11 offen, so daß der Elektromotor M1
vom Frequenzumrichter FU1 abgekoppelt und über den Widerstand F1 dem Netz
N zugeschaltet wird. Der Elektromotor M1 wird also in Y/D-Schaltung betrieben,
und zwar als Spitzenlast-Elektromotor. Der Elektromotor M2 wird
durch den geschlossenen Schalter K21 und den offenen Schalter K20
vom Netz N abgekoppelt und dem Frequenzumrichter FU1 zugeschaltet.
Damit wird der Elektromotor M2 über
den Frequenzumrichter FU1 betrieben, und zwar als Grundlast-Elektromotor.
Nach Ablauf eines weiteren Wechselintervalls wird wieder zum Schaltbeispiel nach 3 zurückgeschaltet.
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5 zeigt
die Liefermenge in l/min in Abbhängigkeit
von dem Luftverbrauch (Luftbedarf) in l/min. Bei der ersten Druckanforderung
(Einschaltmoment) 21 wird der erste Elektromotor, der über den Frequenzumrichter
betrieben wird, eingeschaltet. Bis zu einer Liefermenge von 1048
l/min wird der erste Elektromotor bis zum Anfang 22 des
Regelbereiches mit einer Auslastung von 10 % betrieben. Das Ende 23 des
linearen Regelbereiches liegt bei einem Luftverbrauch und einer
Liefermenge von 5240 l/min. Hier befindet sich gleichzeitig die
maximale Auslastung des frequenzgeregelten Verdichters. Die Gesamtauslastung
der Arbeitseinheit beträgt
50%.
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Nach
der Einschaltverzögerung 24 des
zweiten Verdichters wird der Betriebspunkt 25 erreicht, bei
dem der zweite Verdichter zugeschaltet ist. Der Elektromotor des
zweiten Verdichters wird in Y/D-Schaltung betrieben. Er deckt den
schraffierten Bereich 28 ab, also 50 % der Auslastung der
Arbeitseinheit. Der Anfang 26 des oberen Regelbereichs, also
des Regelbereichs über
50 %, entspricht dem Anfang 22 des unteren Regelbereichs.
Ab dort beginnt der obere lineare Regelbereich, dessen Ende 27 bei
einem Luftverbrauch und einer Liefermenge von 10480 l/min und einer
Auslastung von 100 % der Kompressoreinheit liegt. Der schraffierte
Bereich 28 wird von dem Spitzenlastkompressor abgedeckt, dessen
Elektromotor in Y/D-Schaltung arbeitet, die Regelbereiche werden
von dem Grundlast-Kompressor abgedeckt, dessen Elektromotor über den
Frequenzumrichter angesteuert wird.
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Bei
der beschriebenen Kompressoreinheit wird die Grundlastanlage frequenzgeregelt,
die Spitzenlastanlage wird in Y/D-Schaltung betrieben. Bei einem
Wechsel der Grundlastanlage wird auch die Zugehörigkeit des Frequenzumrichters
gewechselt. Dies bedeutet, daß der
Frequenzumrichter abwechselnd den einen und den anderen Elektromotor
im Wechsel mit der Y/D-Schaltung betreibt. Der Wechsel kann dabei
sowohl im Stand als auch während des
Betriebes erfolgen.
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Die
Leistungsanforderung an die Kompressoren kann durch den Druck am
Ausgang der Kompressoreinheit in das System eingebracht werden. Die
Grundlastanlage startet, wenn die Einschaltdruckschwelle unterschritten
wird. Diese Grundlastanlage ist frequenzgeregelt und in der Lage,
10 bis 50 % der Gesamtliefermenge zu liefern. Wenn mehr Luft verbraucht
wird als die Grundlastanlage liefern kann, schaltet zeitverzögert die
Spitzenlastanlage hinzu, die in Y/D-Schaltung betrieben wird und
dann ständig
50 % der Gesamtliefermenge liefert. Dies wiederum veranlaßt die Grundlastanlage,
die Frequenz zu drosseln. Wenn also beispielsweise nur 60 % der
Gesamtliefermenge benötigt
werden, arbeitet die frequenzgeregelte Spitzenlastanlage mit einer Leistung
von 10 %.
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Nach
Ablauf des eingestellten Wechselintervalls schaltet die Grundlastwechselschaltung
den ehemaligen Spitzenlastkompressor zu, und der ehemalige Grund lastkompressor
wird dann zum Spitzenlastkompressor. Dieser Wechsel beinhaltet nicht
nur eine Änderung
von Grundlastkompressor zu Spitzenlastkompressor, sondern auch den
Wechsel von frequenzgeregelt zu Y/D-Schaltung und umgekehrt. Dies
bedeutet beispielsweise, daß der
Motor M1 zunächst
mit Frequenzumrichter betrieben wird und nach dem Wechsel in Y/D-Schaltung
betrieben wird. Der Motor M2 wird ursprünglich in Y/D-Schaltung betrieben
und nach dem Wechsel vom Frequenzumrichter betrieben.
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Grundsätzlich können auch
mehr als zwei Kompressoren und Elektromotoren mit einem einzigen
Frequenzumrichter betrieben werden. In diesem Fall muß das Schaltschema
gemäß 3 in
der Weise angepaßt
werden, daß einer
der mehr als zwei Elektromotoren von dem einzigen Frequenzumrichter
betrieben wird und die anderen Elektromotoren in Y/D-Schaltung betrieben
werden oder ausgeschaltet sind.