DE4423736A1

DE4423736A1 - Verfahren zur Regelung der Leistung einer durch einen Elektromotor angetriebenen Kreiselarbeitsmaschine

Info

Publication number: DE4423736A1
Application number: DE4423736A
Authority: DE
Inventors: Franz Rudin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-07-09
Filing date: 1994-07-06
Publication date: 1995-01-12
Also published as: AT405996B; NL9401137A; ATA126594A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Ober begriff von Patentanspruch 1, welches dazu dient, die Drehzahl eines Elektromotors, mit welchem eine Kreisel arbeitsmaschine angetrieben wird, entsprechend dem auf der Verbraucherseite zeitlich variablen Leistungsbedarf zu re geln, sowie eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.

Mit einem Elektromotor angetriebene Kreiselarbeits maschinen wie Pumpen, Ventilatoren bzw. Lüfter, Gebläse, Verdichter usw. werden häufig in Anlagen eingesetzt, in welchen sich die von der Anlage her geforderte Leistung der Kreiselarbeitsmaschine über die Zeit verändert. Dies ist beispielsweise bei Ventilatoren in Klimaanlagen oder bei Pumpen in Heizungsanlagen der Fall. Hier wird die volle Förderleistung nur dann benötigt, wenn alle Verbraucher zugeschaltet sind. Im praktischen Betrieb werden jedoch die Verbraucher, zum Beispiel einzelne Heizkörper oder Teil bereiche der Klimaanlage, zu gewissen Zeiten nur reduziert betrieben oder ganz abgeschaltet, so daß sich zeitlich variabel ganz unterschiedliche Betriebszustände mit unterschiedlichem Förderleistungsbedarf ergeben.

Wird die Kreiselarbeitsmaschine permanent, das heißt, auch bei reduziertem Leistungsbedarf, mit der vollen Leistung betrieben, so wird - unnötigerweise - durchgehend die jeweils maximale Energie verbraucht. Zudem können störende Strömungsgeräusche entstehen, wenn die Leistung wesentlich über der in der Anlage tatsächlich benötigten liegt. Es ist daher zur Optimierung des Energieverbrauchs und des Geräuschverhaltens vorteilhaft, die jeweilige Leistung der Kreiselarbeitsmaschine ent sprechend der aktuell geforderten Arbeitsleistung zu regeln.

Da die Arbeitsleistung einer Kreiselarbeitsmaschine von deren Drehzahl abhängt, ist es ein übliches Verfahren, zur Regelung der Leistung die Drehzahl der Kreiselarbeits maschine bzw. des Elektromotors zu regeln. In einfachen Fällen kann die Änderung der Drehzahl beispielsweise mittels einer Schaltuhr erfolgen, welche den Motor nach voreingestelltem Programm auf bestimmte, unterschiedliche Drehzahlen einstellt.

Eine wesentlich bessere Anpassung an die tatsächlich benötigte Leistung ist jedoch möglich, wenn diese aktuell gemessen wird und die Drehzahl kontinuierlich nach dem gemessenen Bedarf geregelt wird. Hierbei stellt sich das Problem, wie eine Messung der momentan in der Anlage benö tigten Leistung überhaupt erreichbar ist. In den deutschen Offenlegungsschriften DE-35 08 049 und DE-37 04 756 wird dazu bei einem Verfahren zum Einstellen der Förderleistung einer Umwälzpumpe in einer Warmwasser-Heizungsanlage vorgeschlagen, die Strömungsgeschwindigkeit des Gesamt volumenstroms, beispielsweise im Rücklaufrohr, zu messen, da diese ein Maß für die aktuell benötigte Förderleistung darstellt.

Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es in der Praxis oft schwierig ist, für die Messung der Strö mungsgeschwindigkeit eine geeignete Stelle in der Anlage zu finden, an welcher wirklich der gesamte Volumenstrom erfaßt wird. Dies gilt noch verstärkt für Anlagen, bei welchen im Gegensatz zu einer Warmwasser-Heizung kein geschlossenes Rohrnetz mit Rücklauf vorhanden ist, so etwa bei Raumbelüftungssystemen.

Weiter nachteilhaft treten beim Sensor für die Messung der Strömungsgeschwindigkeit, der mit dem geförder ten Fluid in Kontakt sein muß, leicht Verschmutzungen auf, wodurch die Messung verfälscht und der Regelbetrieb gestört wird.

Demgegenüber ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Regelung der Drehzahl und eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens vorzuschlagen, welche die genannten Nachteile vermeiden und überdies besonders ein fach zu realisieren sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeich nenden Teil der unabhängigen Patentansprüche definierten Merkmale; bevorzugte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Ausgangspunkt der Erfindung ist die Erkenntnis, daß der Motorstrom des Elektromotors beim Antrieb einer Kreiselarbeitsmaschine von der momentan von dieser geforderten Leistung abhängt und sich somit direkt zur Drehzahlregelung heranziehen läßt. Damit können die bisher bekannten Vorkehrungen zur Ermittlung der geforderten Leistung durch eine einfache Strommessung ersetzt werden. Auf diese Weise räumt die Erfindung die oben beschriebenen Nachteile aus und ermöglicht eine auch langfristig betriebssichere und zudem einfache und kostengünstige Art der Regelung.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgen den unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel beschrieben. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Raum belüftungsanlage mit einem Ventilator und einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Regelung der Drehzahl dieses Ventilators,

Fig. 2 ein Beispiel für den allgemeinen Verlauf der Stromstärke des Motorstroms eines Elektromotors in Abhängigkeit von der an eine Kreiselarbeitsmaschine abgegebenen Leistung und

Fig. 3 Beispiele für in einem erfindungsgemäß eingesetzten Regler verwendete Kennlinien.

Stellvertretend für die diversen Einsatzmöglichkeiten von Kreiselarbeitsmaschinen zeigt Fig. 1 eine Raumbe lüftungsanlage in schematischer Darstellung. Über ein Kanalsystem 2 wird Verbrauchern 4 mittels eines Ventila tors 6 Luft zugeführt. Symbolisch für die verschiedenen Möglichkeiten zur Belüftungs-Einstellung der einzelnen Verbraucher 4 sind Absperr- bzw. Drosselklappen 8 einge zeichnet.

Der Ventilator 6 wird durch einen Drehstrom-Motor 10 angetrieben, dessen Drehzahl steuerbar ist. Die Steuerung der Drehzahl erfolgt im hier gewählten Beispiel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform über einen Frequenzum richter 12. Grundsätzlich wäre jedoch auch jede andere Art der Drehzahlsteuerung einsetzbar.

In der elektrischen Verbindungsleitung zwischen Frequenzumrichter 12 und Drehstrom-Motor 10 ist ein Ampere meter 14 angeordnet, das die Stromstärke des Motorstroms mißt und ein die Stromstärke repräsentierendes Signal, vorzugsweise eine elektrische Gleichspannung, liefert. Hierzu eignet sich gegebenenfalls auch ein Frequenz umrichter mit integrierter Ausgangsstrom-Messung und entsprechendem Signalausgang. Ferner wäre es ebenfalls möglich, den Motorstrom vor dem Frequenzumrichter zu mes sen. Der Stromstärke-Signalausgang des Amperemeter 14 ist mit dem Eingang eines Reglers 16 verbunden. Der Ausgang des Reglers 16, der eine die gewünschten Drehzahl bestimmende Ausgangsgröße, vorzugsweise ebenfalls eine elektrische Gleichspannung, liefert, ist an den Steuerungseingang des Frequenzumrichters 12 angeschlossen.

Die Regelung der Drehzahl entsprechend der auf der Verbraucherseite benötigten Leistung funktioniert nach dem im folgenden beschriebenen Ablauf.

Allgemein wächst die Stromstärke I des Drehstrom- Motors mit zunehmender Leistung P der Kreiselarbeits maschine, hier des Ventilators, und zwar in der Regel in etwa quadratischer Abhängigkeit. Fig. 2 zeigt einen typischen Verlauf.

Bei einer auf einen bestimmten Leistungsbedarf opti mierten, vorgegebenen Drehzahl besteht ein gewisser Druck im Kanalnetz. Wird nun der Leistungsbedarf erhöht, beispielsweise durch Öffnen einer Drosselklappe oder Zu schalten eines Verbrauchers, dann sinkt der Druckwert, die Belastung des Drehstrom-Motors nimmt jedoch zu, so daß der Motor anzieht und die Stromstärke des Motorstroms zunimmt.

In analoger Weise fällt die Stromstärke, wenn der Leistungsbedarf, etwa durch Schließen einer Absperrklappe, erniedrigt wird. Demzufolge stellt die Veränderung der Stromstärke ein Maß für den geänderten Leistungsbedarf dar, das dazu benützt werden kann, die Drehzahl ent sprechend dem jeweils optimalen Arbeitspunkt zu regeln.

Die Umsetzung der gemessenen Stromstärke in die erwünschte Drehzahl erfolgt im Regler in an sich bekannter Weise anhand einer vorgegebenen Beziehung, wie sie beispielsweise im Diagramm von Fig. 3 zu sehen ist. Die Ausgangsgröße, welche über den Frequenzumrichter die Drehzahl bestimmt, ist hier - beispielshalber - eine Gleichspannung U_A zwischen 0 und 10 Volt und die Eingangsgröße, das Stromstärke-Signal des Amperemeters, eine Gleichspannung U_E ebenfalls zwischen 0 und 10 Volt. Die Beziehung zwischen den beiden Größen ist durch eine Kenn linie definiert. Zweckmäßig kann der Regler verschiedene Kennlinien, in Fig. 3 mit a bis d bezeichnet, aufweisen, die unterschiedlichen Anforderungen an das Regelverhalten entsprechen und je nach Bedarf gewählt werden können.

Die Kennlinien können in beliebiger Weise im Regler vorgegeben sein, beispielsweise in tabellarischer Form gespeichert oder als Funktion definiert. Ebenso läßt sich der Regler in ganz unterschiedlicher Form realisieren, insbesondere auch unter Verwendung eines Mikrocomputers, einer speicherprogrammierbaren Steuerung oder eines digi talen Regelgeräts in DDC (direct digital control)-Technik. Und ganz allgemein ist festzuhalten, daß die konkrete Art und Weise der Messung der Stromstärke des Elektromotors und der Verarbeitung des Stromstärkesignals im Regler vom Hauptgedanken der Erfindung unabhängig ist und grundsätzlich in beliebiger, dem Fachmann bekannter Weise erfolgen kann.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Drehzahl eines Elektro motors (10), mit welchem eine Kreiselarbeitsmaschine (6), insbesondere eine Pumpe oder ein Ventilator, angetrieben wird, entsprechend dem auf der Verbraucherseite (4, 8) zeitlich variablen Leistungsbedarf an die Kreiselarbeits maschine, wobei ein Regler (16) verwendet wird, durch dessen Ausgangsgröße die Drehzahl des Elektromotors (10) festgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Stromstärke (I) des Motorstroms des Elektromotors (10) gemessen und ein die gemessene Stromstärke repräsentieren des Signal erzeugt wird und dieses Signal dem Regler (16) als Eingangsgröße zugeführt wird, wo es nach einer vor gegebenen oder aktuell berechneten Kennlinie (a bis d) in die gewünschte Ausgangsgröße umgesetzt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß zur Steuerung der Drehzahl des Elektromotors (10) ein Frequenzumrichter (12) verwendet wird.

3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 1, mit einem eine Kreiselarbeitsmaschine (6) antreibenden Elektromotor (10), einer Steuereinrich tung (12) für die Drehzahl des Elektromotors (10) und einem Regler (16), dessen Regelausgang mit dem Steuerungseingang der Steuereinrichtung (12) verbunden ist, dadurch gekenn zeichnet, daß in der elektrischen Anschlußleitung des Elektromotors (10) ein Amperemeter (14) zur Messung der Stromstärke (I) des Motorstroms angeordnet ist, dessen Signalausgang mit dem Eingang des Reglers (16) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Steuereinrichtung (12) ein Frequenzumrichter ist.

5. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (16) unter Verwen dung eines Mikrocomputers realisiert ist.

6. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (16) unter Verwen dung einer speicherprogrammierbaren Steuerung realisiert ist.

7. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (16) unter Verwen dung eines digitalen Regelgeräts realisiert ist.