DE102011086572A1

DE102011086572A1 - Verfahren und Regelvorrichtung zur drehzahlvariablen Regelung eines Verdrängerpumpenaggregates sowie Verdrängerpumpenanordnung

Info

Publication number: DE102011086572A1
Application number: DE102011086572A
Authority: DE
Inventors: Thomas Paulus; Jochen Schaab
Original assignee: KSB AG
Current assignee: KSB SE and Co KGaA
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2031-11-18
Also published as: BR112013012171A2; US20130251540A1; BR112013012171B1; EP2640973B1; US10690129B2; WO2012066090A1; DE102011086572B4; EP2640973A1; CN103328822A; CN103328822B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur drehzahlvariablen Regelung eines Verdrängerpumpenaggregates zum Fördern eines Fluids, bestehend aus einer Verdrängerpumpe und einem Antrieb, wobei der Antrieb aus einem elektrischen Antriebsmotor und einem Frequenzumrichter besteht, mittels einer Regelvorrichtung, wobei ein Enddruck der Verdrängerpumpe durch die Regelvorrichtung auf einen Enddrucksollwert geregelt wird sowie eine geeignete Regelvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und eine entsprechende Verdrängerpumpenanordnung. Durch die erfindungsgemäße Regelvorrichtung (11) werden vom Antrieb gelieferte Zustandswerte, insbesondere Lage, Drehzahl und Drehmoment des Antriebsmotors (6), erfasst. Durch die Regelvorrichtung (11) wird daraus die Regelgröße, insbesondere der Enddruck, der Verdrängerpumpe (2) ermittelt. Das Verdrängerpumpenaggregat wird ohne Verwendung von Sensoren auf den Sollwert geregelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur drehzahlvariablen Regelung eines Verdrängerpumpenaggregates zum Fördern eines Fluids, bestehend aus einer Verdrängerpumpe und einem Antrieb, wobei der Antrieb aus einem mit Stator und Rotor versehenen elektrischen Antriebsmotor und einem Frequenzumrichter besteht, mittels einer Regelvorrichtung, wobei eine Regelgröße der Verdrängerpumpe durch die Regelvorrichtung auf einen Sollwert geregelt wird sowie eine geeignete Regelvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und eine entsprechende Verdrängerpumpenanordnung.
Verdrängerpumpen werden häufig zur Förderung von Fluiden, also Flüssigkeiten oder Gasen, bei mittleren bis hohen Drücken und kleinen Fördermengen eingesetzt. Als Antrieb wird üblicherweise ein elektrischer Asynchronmotor mit vorgeschaltetem Frequenzumrichter in Kombination mit einer als Prozeßregler ausgebildeten Regelvorrichtung zum drehzahlvariablen Betrieb des Asynchronmotors eingesetzt. Durch den drehzahlvariablen Betrieb kann mit einer Messung des Enddruckes als Regelgröße der Verdrängerpumpe eine Regelung des Drucks bei sich verändernder Fördermenge erreicht werden. Die Regelvorrichtung ist üblicherweise neben der eigentlichen Regelung zusätzlich für Steuer-, Überwachungs- und/oder Diagnoseaufgaben vorgesehen. Frequenzumrichter und Regelvorrichtung sind üblicherweise separat ausgeführt. Zur Vermeidung von Überdrücken und zum schnellen Druckabbau werden in einer herkömmlichen Verdrängerpumpenanordnung druckseitig separate Überdruckventile eingesetzt. Ein Anfahren des Antriebes gegen einen geschlossenen Schieber ist ohne Stelleingriffe des Überdruckventils antriebsbedingt nicht möglich. Ein Vorhalten eines geforderten Druckes bei einer Fördermenge gleich Null, der sogenannten Nullfördermenge, ist bei einer herkömmlichen Anordnung nicht möglich. Dadurch wird die benötigte Zeit zum Einregeln des Druckes bei Öffnung des Schiebers vergrößert.
Weiterhin ist ein Verfahren zur sensorlosen Regelung von Rotorwinkellage oder Rotorposition, nachfolgend vereinfachend Lage genannt, und Drehzahl eines synchronen Reluktanzmotors bekannt. Als Zustandswerte stehen Drehzahl und Lage des synchronen Reluktanzmotors und über die momentenbildende Stromkomponente dessen Drehmoment zur Verfügung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur drehzahlvariablen Regelung eines Verdrängerpumpenaggregates zu schaffen, das die Dynamik der Regelung erhöht und weniger Einzelkomponenten der Anordnung erfordert, und eine geeignete Regelvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie eine entsprechende Verdrängerpumpenanordnung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, bei dem durch die Regelvorrichtung mindestens ein vom Antrieb zur Verfügung gestellter Zustandswert, insbesondere Drehmoment und/oder Lage des Antriebsmotors, erfasst wird und daraus durch die Regelvorrichtung die Regelgröße der Verdrängerpumpe ermittelt wird, um das Verdrängerpumpenaggregat ohne Verwendung von Sensoren auf den Sollwert zu regeln. Als Regelgrößen der Verdrängerpumpe sind insbesondere der Enddruck und das geförderte Fluidvolumen vorgesehen. Vorteilhafterweise werden als Zustandswerte des Antriebs Drehmoment und Lage des Antriebsmotors erfasst. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine Regelung auf einen Sollwert geschaffen, die gänzlich ohne eine sensorische Erfassung der Regelgröße auskommt und rein auf der vom Antrieb gelieferten Zustandswerte basiert.
Die Regelvorrichtung ist darüber hinaus für Steuer-, Überwachungs und/oder Diagnoseaufgaben vorgesehen. In dieser Anmeldung wird ohne Beschränkung der Gesamtfunktionalität der Vorrichtung vereinfachend der Begriff Regelvorrichtung verwendet. Frequenzumrichter und Regelvorrichtung können erfindungsgemäß auch integriert ausgeführt sein.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass durch die Regelvorrichtung der Enddruck als Regelgröße der Verdrängerpumpe ermittelt wird, um das Verdrängerpumpenaggregat ohne Verwendung von Sensoren auf den Enddrucksollwert zu regeln. Dadurch ist eine Regelung auf einen Enddrucksollwert geschaffen, die ohne eine sensorische Erfassung des Enddruckes auskommt.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Enddruck der Verdrängerpumpe mittels einer in der Regelvorrichtung gespeicherten Motormoment-Enddruck-Abhängigkeit des Verdrängerpumpenaggregates geregelt wird. Die Regelvorrichtung und/oder der mit der Regelvorrichtung integriert ausgeführte Antrieb ist durch ein solches Druckmodell auf die jeweilige Verdrängerpumpe parametriert oder angepasst. Über die Regelung des Motormomentes wird der Enddruck der Pumpe geregelt. Die in der Regelvorrichtung gespeicherte Motormoment-Enddruck-Abhängigkeit ist in Form einer Kennlinie, einer Wertetabelle, oder dergleichen vorgesehen. Auch ein formelmäßiger Zusammenhang ist vorgesehen und in einer in der Regelvorrichtung vorgesehenen Speichervorrichtung hinterlegbar. Als zweckmäßig und in erster Näherung ausreichend hat sich ein einfacher linearer Zusammenhang zwischen Motormoment und Enddruck erwiesen, der mit dem Istwert des Enddruckes p_ist, dem Istwert des Motormomentes M_ist und der Konstanten k₁ durch folgende Gleichung gegeben ist: p_ist = k₁·M_ist (Gleichung 1).
Für eine präzise Bestimmung des Enddruckes hat es sich bewährt, dass durch die Regelvorrichtung zusätzlich die Drehzahl des Motors erfasst werden kann. Durch ein solches dynamisches Druckmodell kann für den Anfahrvorgang die Druckbestimmung unter Berücksichtigung des dynamischen Momentenanteils, gebildet aus dem Produkt der Motorträgheitskonstanten Θ und der Ableitung der Drehzahl ω_ist, gemäß folgender Gleichung erfolgen: p_ist = k₁·(M_ist – Θ·ω_ist') (Gleichung 2).
Es hat sich weiterhin als zweckmäßig erwiesen, durch die Regelvorrichtung Zustandswerte, insbesondere Lage, Drehzahl und Drehmoment, eines sensorlosen Synchronreluktanzmotors mit Flusssperrenschnitt zu erfassen. Ein mit Flussssperren oder Flussbarrieren genannten Aussparungen im Rotorblechschnitt versehener Rotor eines Synchronreluktanzmotors kann sensorlos hinsichtlich seiner Rotorwinkellage, nachfolgend auch Lage genannt, und seiner Drehzahl geregelt werden. Neben den Zustandswerten Drehzahl und Lage des synchronen Reluktanzmotors steht weiterhin mit der momentenbildenden Stromkomponente das Drehmoment des Motors zur Verfügung. Das Nennmoment des sensorlosen Synchronreluktanzmotors ist bereits bei stillstehendem Motor verfügbar, so dass auch bei einer Fördermenge von Null der Druck auf dem geforderten Niveau gehalten werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in Verbindung mit dem sensorlosen Synchronreluktanzmotor ein Anlaufen einer Verdrängerpumpe gegen einen geschlossenen Schieber. Der gewünschte Enddruck steht dabei sofort zur Verfügung.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass ein solcher Synchronreluktanzmotor ohne Drehzahl- und ohne Lagesensoren geregelt wird. Somit besteht mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Regelung auf einen Enddrucksollwert, die ohne eine sensorische Erfassung des Enddruckes und ohne Postions- und Drehzahlsensoren auskommt.
Zusätzliche Vorteile bringt eine Ausgestaltung des Verfahrens, wonach von der Regelvorrichtung die Lage des Antriebsmotors, also die Winkellage des Antriebsrotors zum Antriebsstator, erfasst wird, und mit dem Wert des abgeschlossen Verdrängerpumpenvolumens, dem Hubvolumen, das geförderte Fluidvolumen ermittelt wird. Dabei ergibt sich das geförderte Fluidvolumen aus der zurückgelegten Winkelstrecke des Antriebsrotors und dem Hubvolumen der Verdrängerpumpe. Somit lassen sich mit dem Verfahren definierte Fluidvolumen fördern. Enddruck und gefördertes Fluidvolumen des Verdrängerpumpenaggregates sind somit gleichzeitig ermittelbar.
Weiterhin kann durch die Kombination von Enddruckregelung und Ermittlung des geförderten Fluidvolumens eine nicht vollständige Füllung der Verdrängerpumpe mit dem zu fördernden Fluid erkannt werden. Durch die Erkennung einer gegebenenfalls vorhandenen nicht vollständigen Füllung kann eine richtige Berechnung der geförderten Menge erfolgen.
Dabei ist es vorgesehen, dass ein vorgegebenes Fluidvolumen gefördert wird, indem durch die Regelvorrichtung das ermittelte Ist-Fluidvolumen mit dem vorgegebenen Fluidvolumen verglichen wird und bei Erreichen des vorgegebenen Fluidvolumens ein Förderbetrieb des Verdrängerpumpenaggregates gestoppt wird. Dazu wird beispielsweise beginnend mit einem Startzeitpunkt das Fördervolumen pro Kolbenhub der Verdrängerpumpe aufsummiert. Bei Erreichen des vorgegebenen Fluidvolumens wird der Förderbetrieb des Verdrängerpumpenaggregates gestoppt. Dazu kann durch die Regelvorrichtung ein druckseitig angeordnetes Ventil angesteuert werden und dieses geschlossen werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei eine Regelgröße einer Verdrängerpumpe durch die Regelvorrichtung auf einen Sollwert geregelt wird, ist vorgesehen, dass die Regelvorrichtung Mittel zur Erfassung mindestens eines vom Antrieb zur Verfügung gestellten Zustandswertes, insbesondere Drehmoment und/oder Lage des Antriebsmotors, und eine Speichervorrichtung aufweist, dass die Regelvorrichtung die Regelgröße aus dem Zustandswert ermittelt, um das Verdrängerpumpenaggregat ohne Verwendung von Sensoren und auf Basis der vom Antrieb gelieferten Zustandswerte auf den vorgegebenen Sollwert zu regeln. Dazu werden zweckmäßigerweise als Zustandswerte des Antriebs Drehmoment und Lage des Antriebsmotors erfasst. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Enddruck der Verdrängerpumpe als Regelgröße verwendet wird. Dies ermöglicht die Regelung des Enddruckes auf den Enddrucksollwert ohne Drucksensoren. Aus der Lageinformation des Antriebsmotors kann auf die Regelgröße gefördertes Fluidvolumen geregelt werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass in der Speichervorrichtung der Regelvorrichtung eine Motormoment-Enddruck-Abhängigkeit des Verdrängerpumpenaggregates gespeichert ist und die Regelvorrichtung den Enddruck der Verdrängerpumpe mittels der Motormoment-Enddruck-Abhängigkeit des Verdrängerpumpenaggregates regelt. Die Speichervorrichtung dient der Speicherung der für die jeweilige Verdrängerpumpe charakteristischen Parameter oder Kenngrößen. Dies erfolgt in Form einer Kennlinie, einer Wertetabelle, durch einen formelmäßigen Zusammenhang oder dergleichen. Zweckmäßigerweise ist in der Speichervorrichtung ein linearer Zusammenhang zwischen Motormoment und Enddruck gemäß obiger Gleichung 1 gespeichert.
Weiterhin ist die erfindungsgemäße Regelvorrichtung in der Lage, aus der Lageinformation des Antriebsmotors, genauer der Winkellage des Antriebsrotors, und dem Wert des abgeschlossenen Verdrängerpumpenvolumens, dem Hubvolumen, das geförderte Fluidvolumen zu ermitteln und/oder eine vorgegebene Fluidfördermenge zu regeln.
Eine erfindungsgemäße Verdrängerpumpenanordnung mit einem Verdrängerpumpenaggregat zum Fördern eines Fluids, wobei das Verdrängerpumpenaggregat aus einer Verdrängerpumpe und einem drehzahlvariablen Antrieb besteht, wobei der Antrieb aus einem elektrischen Antriebsmotor und einem Frequenzumrichter besteht, wobei eine Regelgröße, insbesondere Enddruck und/oder gefördertes Fluidvolumen, der Verdrängerpumpe geregelt wird, und gegebenenfalls mit einem druckseitig angeordneten Ventil, insbesondere Absperrventil, ist gekennzeichnet durch eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung. Gegebenenfalls wird das Ventil, insbesondere das Absperrventil, durch die Regelvorrichtung gesteuert und/oder geregelt.
Vorteilhafterweise ist der Antriebsmotor des Verdrängerpumpenaggregates ein sensorlos betriebener Synchronreluktanzmotors mit Flusssperren. Ein mit Flussssperren versehener Synchronreluktanzmotor kann sensorlos hinsichtlich seiner Rotorwinkellage, und seiner Drehzahl geregelt werden. Als Zustandswerte stehen der Regelvorrichtung Drehzahl, Lage und Drehmoment des synchronen Reluktanzmotors zur Verfügung. Das Nennmoment des sensorlosen Synchronreluktanzmotors ist bereits bei stillstehendem Motor verfügbar, so dass auch bei einer Fördermenge von Null der Druck auf dem geforderten Niveau gehalten werden kann. Mit dem sensorlosen Synchronreluktanzmotor ist ein Anlaufen des Verdrängerpumpenaggregates auch gegen einen geschlossenen Schieber möglich. Der gewünschte Enddruck steht dabei sofort zur Verfügung.
Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass der Antrieb Mittel zum sensorlosen Bestimmen der Lage und der Drehzahl des Antriebsmotors aufweist. Der Antrieb besitzt dazu Mittel zum Messen von elektrischen Spannungen und/oder von elektrischen Strömen des Antriebsmotors.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen die
1 eine Verdrängerpumpenanordnung gemäß dem Stand der Technik, die
2 eine erfindungsgemäße Verdrängerpumpenanordnung, die
3 eine regelungstechnische Darstellung einer erfindungsgemäßen Druckregelung, die
4a eine regelungstechnische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs hinsichtlich Initialisierung Fluidvolumenbestimmung und Ventilöffnung, und die
4b eine regelungstechnische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs hinsichtlich Fluidvolumenbestimmung und Ventilschließung.
Die 1 zeigt eine Verdrängerpumpenanordnung 1' gemäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung. Eine Verdrängerpumpe 2 ist auf ihrer Druckseite 3 und auf ihrer Saugseite 4 an ein Rohrleitungssystem einer nicht näher dargestellten Anlage angeschlossen und wird mittels einer Welle 5 von einem aus Rotor und Stator bestehenden Elektromotor 6', hier einem herkömmlichen Asynchronmotor, angetrieben. Der Elektromotor 6' ist drehzahlvariabel betreibbar und wird über einen Frequenzumrichter 7' mehrphasig, hier dreiphasig, mit einem mehrphasigen, hier dreiphasigen, elektrischen Wechselspannungsnetz 9 versorgt. Mittels eines vorgegebenen Frequenzsollwertes f_soll betreibt der Frequenzumrichter 7' den Elektromotor 6' bei einer bestimmten, aber veränderlichen Drehzahl. Elektromotor 6' und Frequenzumrichter 7' bilden dabei den Antrieb für die Verdrängerpumpe 2. Auf der Druckseite 3 der Verdrängerpumpe 2 wird mittels eines Drucksensors 10, ein Signal gemäß dem Enddruck p_ist der Anordnung 1' erfasst und an eine Regelvorrichtung 11' weitergeleitet. Die Regelvorrichtung 11' dient der Regelung des Enddruckes p_ist der Verdrängerpumpe 2 auf einen vorgegebenen Enddrucksollwert p_soll mittels eines Frequenzsollwertes f_soll. Zur Vermeidung von Überdrücken und zum schnellen Druckabbau werden bei einer solchen Verdrängerpumpenanordnung 1' druckseitig separate, hier nicht dargestellte, Überdruckventile notwendig. Ein Vorhalten eines geforderten Druckes bei einer Fördermenge gleich Null, der sogenannten Nullfördermenge, ist bei dieser Anordnung nicht möglich. Die Zeit zum Einregeln des Druckes bei Öffnung eines druckseitig angeordneten, hier nicht dargestellten, Schiebers ist vergrößert.
Die 2 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Verdrängerpumpenanordnung 1 mit einem Verdrängerpumpenaggregat zum Fördern eines Fluids, das aus einer Verdrängerpumpe 2 und einem drehzahlvariablen Antrieb besteht. Der Antrieb ist gebildet durch einen mit Stator und Rotor versehenen elektrischen Antriebsmotor 6 und einen Frequenzumrichter 7. Der Elektromotor 6 ist über den Frequenzumrichter 7 mehrphasig, hier dreiphasig, mit einem mehrphasigien, hier dreiphasigen, elektrischen Wechselspannungsnetz 9 verbunden. Eine Regelvorrichtung 11 regelt die Verdrängerpumpe 2 auf einen vorgegebenen Enddrucksollwert. Auf der Druckseite 3 der Verdrängerpumpe 2 ist ein als Absperrventil gestaltetes Ventil 13 zum Verschließen der druckseitigen Rohrleitung angeordnet. Die Regelvorrichtung 11 weist Mittel zur Erfassung der Motor-Zustandswerte Winkellage φ_ist, Drehzahl ω_ist und Drehmoment M_ist des Antriebsmotors 6 auf. Die Regelvorrichtung 11 besitzt eine Speichervorrichtung zur Speicherung von Parametern, Abhängigkeiten und/oder Kennlinien. Die Regelvorrichtung 11 ermittelt den Enddruck p_ist aus dem Drehmoment M_ist, um das Verdrängerpumpenaggregat ohne Verwendung von Sensoren auf den vorgegebenen Enddruck p_soll zu regeln. Die Regelvorrichtung 11 besitzt dazu den in der 3 gezeigten und näher erläuterten Druckregler 15, der einen erforderlichen Frequenzsollwert f_soll generiert. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird dafür erfindungsgemäß weder ein Sensorsignal eines Druckes der Verdrängerpumpe noch eines anderen Sensors benötigt. Erfindungsgemäß nutzt die Regelvorrichtung vielmehr eine in der Speichervorrichtung der Regelvorrichtung 11 hinterlegte Motormoment-Enddruck-Abhängigkeit des Verdrängerpumpenaggregates, um den Enddruck p_ist der Verdrängerpumpe mittels der Motormoment-Enddruck-Abhängigkeit des Verdrängerpumpenaggregates zu regeln. Darüber hinaus ist die Regelvorrichtung 11 in der Lage, aus der Lageinformation φ_ist des Antriebsmotors 6 und einem Wert des abgeschlossenen Verdrängerpumpenvolumens, dem Hubvolumen, das geförderte Fluidvolumen zu ermitteln und/oder eine vorgegebene Fluidfördermenge zu regeln. Über das Stellsignal r kann die Regelvorrichtung 11 das Absperrventil 13 ansteuern und dieses öffnen oder schließen. Zusätzlich kann mit Hilfe der Drehzahlinformation ω_ist die Genauigkeit der Druckermittlung verbessert werden, indem der dynamische Momentenanteil im Anfahrzustand berücksichtigt wird.
Die 3 zeigt in einer regelungstechnischen Darstellung die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Druckreglers 15. Der Istwert des Verdrängerpumpenenddruckes p_ist ergibt sich gemäß einer in der Speichervorrichtung der Regelvorrichtung 11 hinterlegten Motormoment-Enddruck-Abhängigkeit 17 aus M_ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist diese Abhängigkeit durch ein lineares Modell angenähert und mit der Konstanten k₁ durch folgende Formel gegeben: p_ist = k₁·M_ist (Gleichung 1).
Erfindungsgemäß sind weitere Modelle 17 vorgesehen, beispielsweise ein Druckmodell, das das dynamische Anfahrverhalten gemäß obiger Gleichung 2 abbildet. Eine Regeldifferenz e zwischen Sollwert p_soll und berechneter Regelgröße p_ist wird einem Regler 16, hier einem Proportional-Integral-Regler (PI-Regler), zugeführt, der daraus den erforderlichen Frequenzsollwert f_soll berechnet.
Die 4a zeigt in einer regelungstechnischen Darstellung einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf zur Bestimmung eines geförderten Fluidvolumens in Bezug auf Initialisierung und Ventilöffnung. Die 4b zeigt entsprechend den Verfahrensablauf in Bezug auf die eigentliche Volumenbestimmung und eine abschließende Ventilschließung. Bei gegebener Startbedingung („start = 1”) und im Falle einer unter einer Schwelle s liegenden Regeldifferenz e wird mittels eines Stellsignals r ein auf der Druckseite 3 der Verdrängerpumpe 2 angeordnetes Ventil 13 für den Beginn einer Förderung mit definiertem Fluidfördervolumen V_soll geöffnet und offen gehalten. Die Bedingung, wonach die Regeldifferenz e unter einer bestimmten Schwelle sein soll, stellt dabei sicher, dass vor der Förderung ein gewünschtes Druckniveau aufgebaut ist. Außerdem erfolgt durch die Berücksichtigung dieser Startbedingung die Ermittlung der Volumenbestimmung unter der Voraussetzung, dass die Verdrängerpumpe vollständig gefüllt ist. Zwecks Initialisierung der Mengenbestimmung wird die Anfangswinkellage φ_ist,0 auf den Istwert der Motorwinkellage φ_ist gesetzt. Das geförderte Volumen V_ist ergibt sich mit k₂ als Faktor gemäß 4b entsprechend dem abgeschlossenen Fördervolumen der Verdrängerpumpe (Hubvolumen) zu: V_ist,k = k₂·ϑ_k (Gleichung 3)
Die Volumenbestimmung erfolgt dabei zyklisch in aufeinanderfolgenden, mit Index k gekennzeichneten, Iterationsschritten, wobei ϑ_k den Wert für die gesamte überstrichene Winkelstrecke des Rotors darstellt. Im Falle einer erreichten, vorgegebenen Fluidfördermenge V_soll („V_ist,k > V_soll”) wird der Förderbetrieb gestoppt („start := 0”) und das Absperrventil 13 geschlossen („r := 0”). Durch ein solches Verfahren ermittelt die erfindungsgemäße Regelvorrichtung aus der Lageinformation φ_ist des Antriebsmotors und dem Wert des abgeschlossenen Verdrängerpumpenvolumens das geförderte Fluidvolumen und kann auf eine vorgegebene Fluidfördermenge V_soll bei vorgegebenem Druck regeln.

Claims

Verfahren zur drehzahlvariablen Regelung eines Verdrängerpumpenaggregates zum Fördern eines Fluids, bestehend aus einer Verdrängerpumpe und einem Antrieb, wobei der Antrieb aus einem mit Stator und Rotor versehenen elektrischen Antriebsmotor und einem Frequenzumrichter besteht, mittels einer Regelvorrichtung, wobei eine Regelgröße der Verdrängerpumpe durch die Regelvorrichtung auf einen Sollwert geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Regelvorrichtung (11) mindestens ein Zustandswert des Antriebs, insbesondere Drehmoment und/oder Lage des Antriebsmotors (6), erfasst wird und daraus durch die Regelvorrichtung (11) die Regelgröße der Verdrängerpumpe (2) ermittelt wird, um das Verdrängerpumpenaggregat ohne Verwendung von Sensoren auf den Sollwert zu regeln.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Regelvorrichtung (11) der Enddruck als Regelgröße der Verdrängerpumpe (2) ermittelt wird, um das Verdrängerpumpenaggregat ohne Verwendung von Sensoren auf den Enddrucksollwert zu regeln.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Zustandswerte des Antriebs Drehmoment und Lage des Antriebsmotors (6) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Enddruck der Verdrängerpumpe (2) mittels einer in der Regelvorrichtung (11) gespeicherten, Motormoment-Enddruck-Abhängigkeit des Verdrängerpumpenaggregates geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Enddruck unter Berücksichtigung eines dynamischen Momentenanteils ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Regelvorrichtung (11) Zustandswerte, insbesondere Lage, Drehzahl und Drehmoment, eines sensorlosen Synchronreluktanzmotors mit Flusssperren erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronreluktanzmotor ohne Drehzahl- und ohne Lagesensoren geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass von der Regelvorrichtung (11) die Lage des Antriebsmotors (6) erfasst wird, und mit dem Wert des abgeschlossen Verdrängerpumpenvolumens das geförderte Fluidvolumen ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgegebenes Fluidvolumen gefördert wird, indem durch die Regelvorrichtung (11) das ermittelte Fluidvolumen mit dem vorgegebenen Fluidvolumen verglichen wird und bei Erreichen des vorgegebenen Fluidvolumens ein Förderbetrieb des Verdrängerpumpenaggregates gestoppt wird.
Regelvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Regelgröße einer Verdrängerpumpe durch die Regelvorrichtung auf einen Sollwert geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (11) Mittel zur Erfassung mindestens eines Zustandswertes des Antriebs, insbesondere Drehmoment und/oder Lage des Antriebsmotors (6), und eine Speichervorrichtung aufweist, dass die Regelvorrichtung (11) die Regelgröße aus dem Zustandswert ermittelt, um das Verdrängerpumpenaggregat ohne Verwendung von Sensoren auf den vorgegebenen Sollwert zu regeln.
Regelvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Enddruck der Verdrängerpumpe (2) als Regelgröße verwendet wird.
Regelvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Speichervorrichtung der Regelvorrichtung (11) eine Motormoment-Enddruck-Abhängigkeit des Verdrängerpumpenaggregates gespeichert ist und die Regelvorrichtung (11) den Enddruck der Verdrängerpumpe (2) mittels der Motormoment-Enddruck-Abhängigkeit des Verdrängerpumpenaggregates regelt.
Regelvorrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (11) aus der Lageinformation des Antriebsmotors (6) und dem Wert des abgeschlossenen Verdrängerpumpenvolumens das geförderte Fluidvolumen ermittelt und/oder eine vorgegebene Fluidfördermenge regelt.
Verdrängerpumpenanordnung mit einem Verdrängerpumpenaggregat zum Fördern eines Fluids, wobei das Verdrängerpumpenaggregat aus einer Verdrängerpumpe und einem drehzahlvariablen Antrieb besteht, wobei der Antrieb aus einem mit Stator und Rotor versehenen elektrischen Antriebsmotor und einem Frequenzumrichter besteht, wobei eine Regelgröße der Verdrängerpumpe geregelt wird, und gegebenenfalls mit einem druckseitig angeordneten Ventil, gekennzeichnet durch eine Regelvorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 10 bis 13.
Verdrängerpumpenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (6) des Verdrängerpumpenaggregates ein sensorlos betriebener Synchronreluktanzmotors mit Flusssperren ist.
Verdrängerpumpenanordnung nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb Mittel zum sensorlosen Bestimmen der Lage und der Drehzahl des Antriebsmotors (6) aufweist.