DE4211191A1 - Control system for electric motor drive for compressor - uses a time interval greater than time interval for reciprocal value of switching frequency. - Google Patents

Control system for electric motor drive for compressor - uses a time interval greater than time interval for reciprocal value of switching frequency.

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Abstract

Method for the control of the electric motor drive of a compressor where an additional condition must be fulfilled for the drive to be stopped whilst the pressure value (Pist) prevails. A total time interval comprising a first time interval (t1) and a second time interval (t2) must be greater than the time interval which corresponds to the reciprocal value of a given switching frequency (SH), using a risk factor (k) between 0.5 and 0.9. ADVANTAGE - Control which optimises the conditions for switching off compressed air compressors and screw compressors of all kinds.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des elektromotorischen Antriebs eines Verdichters, abhängig von den Druckverhältnissen in einem dem Verdichter nach­ geordneten Druckspeicher, bei dem der Antrieb in den Stillstand geschaltet wird, wenn unter anderem die im Oberbegriff des Anspruch 1 aufgeführten Bedingungen er­ füllt sind.The invention relates to a method for controlling the electromotive drive of a compressor, depending of the pressure conditions in the compressor orderly pressure accumulator, in which the drive in the Standstill is switched if, among other things, the in The preamble of claim 1 listed conditions he are filling.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-PS 32 37 251) ist die Steuerung so ausgebildet, daß der Antrieb des Verdichters in den Leerlauf oder in den Stillstand geschaltet wird, wenn ein oberer Druckgrenzwert im Druck­ speicher erreicht bzw. überschritten worden ist. Das Set­ zen des Antriebs in den Stillstand kommt hierbei jedoch nur in Frage, wenn zu erwarten ist, daß innerhalb einer bestimmten Zeitspanne ein Wiederanlaufen des Antriebs des Verdichters nicht zu erwarten ist. Für den Fall einer relativ großen Druckentnahme aus dem Druckspeicher be­ steht nämlich die Gefahr, daß der Antrieb des Verdichters in kurzen Zeitabständen abgeschaltet und wieder ange­ schaltet wird, wobei die daraus resultierende hohe Schalthäufigkeit u. a. zu einem hohen Verschleiß des Verdichters führen kann. Zur Vermeidung dieses Nachteils wird bei dem bekannten Verfahren die momentane Druckabfallgeschwindigkeit erfaßt und unter Einbeziehung des aktuellen Druckwerts und des unteren Druckgrenzwertes eine voraussichtliche Zeitspanne ermittelt, die mit einer vorgegebenen Mindestzeitspanne verglichen wird.In a known method of this type (DE-PS 32 37 251) the controller is designed so that the drive the compressor to idle or to a standstill is switched when an upper pressure limit in the pressure memory has been reached or exceeded. The set However, the drive comes to a standstill only in question if it is expected that within a a certain period of time a restart of the drive of the Compressor is not expected. Just in case relatively large pressure withdrawal from the pressure accumulator there is a risk that the drive of the compressor switched off and on again at short intervals is switched, the resulting high  Switching frequency u. a. to a high wear of the Compressor can lead. To avoid this disadvantage is the current in the known method Pressure drop rate recorded and with inclusion the current pressure value and the lower pressure limit value an estimated time period determined with a predetermined minimum time period is compared.

Ein Abschalten, d. h. ein Stillstand des Antriebs des Ver­ dichters, wird nach dem Stand der Technik nur zugelassen, wenn die voraussichtliche Zeitspanne größer ist als die vorgegebene Mindestzeitspanne. Die Steuerung nach diesem bekannten Verfahren vermeidet zwar das Auftreten von re­ lativ kurzen Stillstandzeiten.A shutdown, i. H. the drive of the ver poets, is only permitted according to the state of the art, if the expected time is greater than that predetermined minimum period of time. The control after this Known methods avoid the occurrence of re relatively short downtimes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so fortzubilden, daß die Be­ dingung für den Stillstand des Antriebs optimiert wird.The invention has for its object a method of the type mentioned so that Be condition for drive standstill is optimized.

Zur Lösung der Aufgabe weist ein Verfahren der eingangs genannten Art die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 auf.To solve the problem, a method of the beginning mentioned type the characteristics of the characterizing part of the claim 1 on.

In vorteilhafter Weise wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht, daß die Ermittlung der voraussichtli­ chen Zeitspanne bis zum Erreichen der unteren Druckgrenze dahingehend verbessert wird, daß zu jedem Zeitpunkt nach dem Überschreiten der oberen Druckgrenze eine Korrektur der Bedingung die zum Stillstand des Antriebs führen bzw. aufrechterhalten, durchgeführt wird. Mit der erfindungs­ gemäßen Lösung werden in vorteilhafter Weise optimal kurze Leerlaufzeiten erreicht, wodurch ein minimaler En­ ergieverbrauch erzielt werden kann.Advantageously, with the invention Procedure achieved that the determination of the probable Chen time period until the lower pressure limit is reached is improved in that at any time after a correction if the upper pressure limit is exceeded the condition that leads to the drive coming to a standstill or maintained, is carried out. With the fiction contemporary solution are optimal in an advantageous manner short idle times achieved, resulting in a minimal energy consumption energy consumption can be achieved.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt, die ein Zeitdiagramm der Druckverhältnisse in einem Druckspeicher eines Antriebs eines Verdichters zeigt.An embodiment of the invention is in the figure shown which is a timing diagram of the pressure ratios in a pressure accumulator of a drive of a compressor shows.

Im oberen Teil der Figur ist ein Diagramm gezeigt, das den Verlauf 1 eines Druckes p in einem herkömmlichen, hier nicht näher beschriebenen Druckspeicher über der Zeit t dargestellt, wobei zunächst ein Anstiegs des Drucks p von einem unteren Druckgrenzwert Punten und dann ein Ansteigen auf einen oberen Druckgrenzwert Poben und dann wiederum ein Absinken des Druckverlaufs mit der Druckabfallgeschwindigkeit dp1/dt über einen aktuellen Druckwert Pist hinaus auf den unteren Druckgrenzwert Punten. Eine Zeitspanne zwischen dem letzten Anschalten ei­ nes Antriebs des erfindungsgemäßen Verdichters beim Er­ reichen des unteren Druckgrenzwertes Punten und dem aktu­ ellen Druckwert Pist wird mit t2 bezeichnet.In the upper part of the figure, a diagram is shown, which shows the course 1 of a pressure p in a conventional pressure accumulator, not described here in greater detail, over the time t, first of all an increase in the pressure p from a lower pressure limit value P below and then an increase to an upper pressure limit value P above and then in turn a decrease in the pressure curve with the pressure drop speed dp1 / dt above a current pressure value P is to the lower pressure limit value P below . A period of time between the last switching on of a drive of the compressor according to the invention when reaching the lower pressure limit value P below and the current pressure value P is denoted by t2.

Eine voraussichtliche Zeitspanne vom aktuellen Druckwert Pist bis zum Erreichen des nächsten unteren Druckgrenz­ wertes Punten ist mit t1 bezeichnet. Weiterhin ist auf der Zeitachse t eine Zeitspanne 1/SH eingetragen, die dem Kehrwert der zulässigen Schalthäufigkeit des Antriebs entspricht. Diese Schalthäufigkeit SH wird in der Größen­ ordnung von Schaltvorgängen pro Stunde angegeben (Beispiel: 4 Schaltvorgänge pro Stunde entspricht 1/SH = 15 min).An estimated time from the current pressure value P is to reach the next lower pressure limit value P below is denoted by t1. Furthermore, a time period 1 / SH is entered on the time axis t, which corresponds to the reciprocal of the permissible switching frequency of the drive. This switching frequency SH is specified in the order of switching operations per hour (example: 4 switching operations per hour corresponds to 1 / SH = 15 min).

Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst auf die prinzipielle Funktionsweise des Ausführungsbeispiels mit der oben bereits erwähnten An­ ordnung in Form eines Druckluftverdichters eingegangen. Solche Druckluftverdichter werden üblicherweise in Zwei­ punkt-Regelung betrieben, wobei nach Erreichen des oberen Druckgrenzwert Poben, z. B. bei 10 bar, der Verdichter aufhört, den Druck im Druckspeicher weiter zu erhöhen. Der Druckluftverbrauch eines von der Anordnung versorg­ ten druckluftbetriebenen Geräts wird dann anschließend durch den Druckluftspeicher gedeckt. Während dieser Zeit geht der Verdichter in den Leerlauf bzw. er wird unter bestimmten Bedingungen in den Stillstand versetzt. Der Antrieb wird wieder in den Förderbetrieb versetzt, wenn der untere Druckgrenzwert Punten z. B. 8,0 oder 9,0 bar unterschritten wird.To illustrate the method according to the invention, the principle of operation of the exemplary embodiment with the above-mentioned arrangement in the form of a compressed air compressor will be discussed first. Such air compressors are usually operated in two-point control, and after reaching the upper pressure limit P above , z. B. at 10 bar, the compressor stops increasing the pressure in the pressure accumulator. The compressed air consumption of a device powered by the arrangement is then covered by the compressed air reservoir. During this time, the compressor goes to idle or is stopped under certain conditions. The drive is put back into delivery mode when the lower pressure limit P below z. B. falls below 8.0 or 9.0 bar.

Bei einer Ausführungsform mit einem ölüberfluteten Schraubenverdichter beträgt beispielsweise die Leerlauf­ leistung etwa 15-30% der Lastlaufleistung; ein typischer Wert ist hierbei 25%. Ein Hauptgrund, weshalb diese Druckluftverdichter nicht sofort in den Stillstand ge­ setzt werden sollen, sobald sie keine Druckluft mehr för­ dern, ist eine nur begrenzt zulässige Anlaufhäufigkeit bzw. Schalthäufigkeit SH des elektromotorischen Antriebs. Wenn eine hohe Druckabfallgeschwindigkeit dp/dt im Druckspeicher durch einen Verbraucher auftritt, müßte der Verdichter in kurzer Zeit wieder anlaufen und die maximal zulässige Schalthäufigkeit SH könnte überschritten wer­ den.In one embodiment with an oil-flooded one Screw compressor is idle, for example performance about 15-30% of the load mileage; a typical one The value is 25%. A main reason why this Compressed air compressor does not stop immediately should be set as soon as they no longer convey compressed air is a limited start-up frequency or switching frequency SH of the electromotive drive. If a high pressure drop rate dp / dt im Pressure accumulator occurs by a consumer, the Compressors start up again in a short time and the maximum permissible switching frequency SH could be exceeded the.

Es wäre daher zunächst vorteilhaft, den Übergang in den Stillstand des Antriebs des Verdichters nur dann zuzulas­ sen, wenn seit dem letzten Anlauf des Antriebs wenigstens eine Zeitspanne entsprechend dem Kehrwert der Schalthäu­ figkeit SH (=1/SH) vergangen ist. Je länger sich der Verdichter im Stillstand anstatt im Leerlauf befindet, desto niedriger ist der Energiebedarf bei gleicher Menge erzeugter Druckluft. It would therefore be advantageous to start with the transition to Only allow the drive of the compressor to come to a standstill sen, if at least since the last start of the drive a period of time corresponding to the reciprocal of the switchgear ability SH (= 1 / SH) has passed. The longer the Compressor is at a standstill instead of idling, the lower the energy requirement for the same amount generated compressed air.  

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Verdichter erst dann in den Stillstand gesetzt , wenn die folgenden Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind:In the method according to the invention, the compressor only put to a standstill when the following Conditions are simultaneously fulfilled:

  • 1) Der Verdichter muß keine Druckluft mehr fördern d. h. er befindet sich in Leerlauf nachdem der obere Druck­ grenzwert Poben erreicht worden ist.1) The compressor no longer has to deliver compressed air, ie it is idle after the upper pressure limit P above has been reached.
  • 2) Eine voraussichtliche Zeitspanne t1, die voraussicht­ lich vergehen wird, bis wieder der untere Druckgrenzwert Punten erreicht wird, d. h. die Zeit in der der Druckluft­ verbrauch allein durch den Druckluftspeicher gedeckt wird, ist größer als eine bestimmte vorgegebene Mindest­ zeitspanne tmin, z. B. 1 Minute. Während dieser Zeit wird vom Verdichter keine Druckluft gefördert.
    Die Zeitspanne t1 wird wie folgt ermittelt: t1 = (Pist-Punten)/(dp/dt)wobei
    Pist den momentanen Druck,
    Punten den unteren Druckgrenzwert und
    dp/dt die Druckabfallgeschwindigkeit dar­ stellt.    2) An expected period of time t1, which will probably elapse until the lower pressure limit P below is reached again, ie the time in which the compressed air consumption is covered solely by the compressed air reservoir is greater than a certain predetermined minimum period of time tmin, z. B. 1 minute. During this time, the compressor does not deliver compressed air.
    The time period t1 is determined as follows: t1 = (P is -P below ) / (dp / dt) where
    P is the current pressure,
    P below the lower pressure limit and
    dp / dt represents the pressure drop rate.
  • 3) Eine bereits vergangene Zeitspanne t2 seit dem letzten Anlaufen des Antriebs ergibt, addiert zur Zeitspanne t1 eine Gesamtzeitspanne, die größer ist als der Kehrwert der Schalthäufigkeit (1/SH) des Antriebs.3) An elapsed time t2 since the last The drive starts up, added to the time period t1 a total time that is greater than the reciprocal the switching frequency (1 / SH) of the drive.
  • 4) Die bereits vergangene Zeitspanne t2 seit dem letzten Anlauf des Antriebs ist größer als das Produkt aus dem Kehrwert der Schalthäufigkeit (1/SH) und dem Risikofaktor k, wobei k Wert zwischen größer 0 und kleiner 1 ist.4) The elapsed time t2 since the last Start of the drive is larger than the product from the Reciprocal of the switching frequency (1 / SH) and the risk factor k, where k is a value between greater than 0 and less than 1.

Die Bedingung 1) ist hierbei zunächst selbstverständlich, d. h. ein Stillstand des Antriebs kommt nur in Frage, wenn der Verdichter keine Druckluft mehr fördern muß.Condition 1) is initially a matter of course, d. H. The drive can only come to a standstill if the compressor no longer has to deliver compressed air.

Die Bedingung 2) ist wesentlicher Bestandteil der Opti­ mierung hinsichtlich der Vermeidung kurzer Stillstands­ zeiten des Antriebs, wie es aus dem Stand der Technik be­ kannt ist.Condition 2) is an integral part of Opti to avoid short downtimes times of the drive, as it be from the prior art is known.

Die Bedingung 3) und 4) werden im Folgenden gemeinsam be­ trachtet. Die Bedingung 3) besagt, daß die maximale Schalthäufigkeit SH (beispielsweise 4 pro Stunde) des An­ triebs wahrscheinlich nicht übertroffen wird. Vollkommene Sicherheit, daß dies der Fall ist, gewährleistet diese Bedingung allerdings nicht. Es kann nämlich passieren, daß eine plötzliche Erhöhung des Druckluftverbrauches einen Einbruch des Luftdruckes hervorruft, so daß der un­ tere Druckgrenzwert Punten früher erreicht wird, als die Trendberechnung gemäß Bedingung 2) ergeben hat. In diesem Fall würde der Verdichter wieder anlaufen, ohne daß die Zeitspanne zwischen zwei Anläufen größer wäre als die Zeitspanne (1/SH). Die Bedingung 4) sorgt nun dafür, daß dies keine gravierende Folgen haben kann, weil durch den Risikofaktor k immer eine obere Grenze für die Schalthäu­ figkeit gegeben ist, d. h. es liegt immer eine vorgebbare Mindestzeitspanne zwischen zwei Anläufen des Verdichter­ antriebs vor. Wählt man z. B. k=0,7, so beträgt diese Mindestzeitspanne 70% des Kehrwerts der Schalthäufigkeit. In Fällen, in denen der Druckluftverbrauch keinen großen Schwankungen unterworfen ist, bzw. in denen das Druck­ speichervolumen groß ist, kann der Risikofaktor k klei­ ner gemacht werden und umgekehrt.Conditions 3) and 4) are considered together below. Condition 3) states that the maximum switching frequency SH (for example 4 per hour) of the drive is unlikely to be exceeded. However, this condition does not guarantee complete certainty that this is the case. It can happen that a sudden increase in compressed air consumption causes a drop in air pressure, so that the lower pressure limit P below is reached earlier than the trend calculation according to condition 2) has shown. In this case the compressor would start again without the time between two starts being greater than the time (1 / SH). Condition 4) now ensures that this cannot have any serious consequences because the risk factor k always gives an upper limit for the switching frequency, ie there is always a predeterminable minimum time period between two starts of the compressor drive. If you choose z. B. k = 0.7, this minimum time period is 70% of the reciprocal of the switching frequency. In cases where the compressed air consumption is not subject to large fluctuations or in which the pressure storage volume is large, the risk factor can be made k smaller and vice versa.

Das anhand des vorangehend beschriebenen Ausführungsbei­ spiels angewendete Verfahren zur Steuerung von Antrieben für Verdichter ist insbesondere für Druckluftkompresso­ ren und Schraubenkompressoren aller Art geeignet.The on the basis of the above-described embodiment procedures used to control drives  for compressors is especially for compressed air compresso and all types of screw compressors.

Claims (3)

1. Verfahren zur Steuerung des elektromotorischen An­ triebs eines Verdichters, abhängig von den Druckverhält­ nissen in einem dem Verdichter nachgeordneten Druckspei­ cher, bei dem
  • - der Antrieb zunächst in den Leerlauf und danach gegebenenfalls in den Stillstand geschaltet wird, wobei
  • - der Antrieb nur dann in den Stillstand geschaltet wird, wenn u. a. folgende Bedingungen erfüllt sind:
  • - ein oberer Druckgrenzwert (Poben) im Druckspei­ cher ist erreicht oder überschritten und
  • - eine voraussichtliche Zeitspanne (t1) bis zum Erreichen eines unteren Druckgrenzwertes (Punten) ist größer als eine vorgegebene Mindestzeitspanne (tmin),
    dadurch gekennzeichnet, daß
  • für den Stillstand des Antriebs bei einem aktuellen Druckwert (Pist) zusätzlich folgende Bedingungen erfüllt sein müssen:
  • - eine aus der voraussichtlichen Zeitspanne (t1) und einer zweiten Zeitspanne (t2) gebildete Ge­ samtzeitspanne ist größer als die Zeitspanne, die dem Kehrwert einer vorgegebenen zulässigen Schalthäufigkeit (SH) entspricht, wobei
  • - die zweite Zeitspanne (t2) die vergangene Zeit seit dem letzten Anlaufen des Antriebs bis zum Erreichen des aktuellen Druckwertes (Pist) darstellt und
  • - die zweite Zeitspanne (t2) ist größer als der Kehrwert der Schalthäufigkeit (SH) multipliziert mit einem Risiko­ faktor (k) zwischen größer 0 und kleiner 1.
1. Method for controlling the electromotive drive of a compressor, depending on the pressure conditions in a downstream of the compressor Druckspei cher, in which
  • - The drive is first switched to idle and then, if necessary, to a standstill, whereby
  • - The drive is only switched to standstill if the following conditions are met:
  • - An upper pressure limit value (P above ) in the pressure accumulator has been reached or exceeded and
  • an expected time span (t1) until a lower pressure limit value (P down ) is reached is greater than a predetermined minimum time span (t min ),
    characterized in that
  • For the drive to come to a standstill at a current pressure value (P ist ), the following additional conditions must be met:
  • - A total time period formed from the expected time period (t 1 ) and a second time period (t 2 ) is greater than the time period which corresponds to the reciprocal of a predetermined permissible switching frequency (SH), wherein
  • - The second time span (t 2 ) represents the elapsed time from the last start of the drive until the current pressure value (P ist ) is reached and
  • - The second period (t 2 ) is greater than the reciprocal of the switching frequency (SH) multiplied by a risk factor (k) between greater than 0 and less than 1.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Risikofaktor (k) zwischen mindestens 0,5 und 0,9 liegt.
2. The method according to claim 1, characterized in that
  • - the risk factor (k) is between at least 0.5 and 0.9.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Risikofaktor (k) maximal 0,8 beträgt.
3. The method according to claim 2, characterized in that
  • - the risk factor (k) is a maximum of 0.8.
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