DE4430557C2 - Verfahren zur Feststellung des Drehzahlverhaltens eines Ventilators, sowie Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Feststel­ lung des Drehzahlverhaltens eines Ventilators, der von einem Wechselstrommotor angetrieben ist (Oberbegriff des Anspru­ ches 1). Hierzu sind bei Ventilatoren verschiedene Verfahren bekannt, beispielsweise auf mechanischem Wege mittels eines Drehzahlmessers, auf optischem Wege mittels eines Strobos­ kopes usw. Solche Messungen müssen in der Regel vor Ort, d. h. in unmittelbarer Nähe des Ventilators durchgeführt werden. Aus AT 394 264 B ist zur Überwachung des Ver­ schmutzungsgrades eines in einem Luftstrom angeordneten Filters parallel dazu eine Bypass-Leitung vorgesehen, in der sich ein auf Änderungen in der Strömungsgeschwindigkeit ansprechender Sensor als Meßwertaufnehmer befindet, der bei Überschreitung einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit ein Anzeigesignal auslöst. Eine derartige Anordnung ist in ihrem Aufbau sehr kompliziert.

Aus GB 14 94 202 ist ein Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystemes mit einer Vielzahl von rotierenden Feld­ motoren bekannt, die von einer gemeinsamen Wechselstrom­ quelle angetrieben werden. Im zugehörigen Ausführungsbei­ spiel geht es dabei um die Überwachung einer Reihe von Zentrifugen. Dabei wird der Winkel zwischen Spannung und Strom jedes dieser rotierenden Feldmotoren nacheinander gemessen und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen.

Aus DE 37 10 622 A1 ist es bekannt, auf der Rotorwelle eines Asynchronmotors ein Radial- oder Axialgebläse vorzusehen, das lediglich zur Eigenkühlung des Asynchronmotors selber dient.

Keiner der vorbekannten Literaturstellen sind Aufgabe und Lösung der vorliegenden Erfindung zu entnehmen. Sie werden auch durch die Zusammenfassung dieser Literaturstellen nicht nahegelegt.

Demgegenüber besteht die Aufgaben- bzw. Problemstellung der Erfindung darin, das Drehzahlverhalten eines Ventilators zwar in einfacher Weise feststellen zu können, ohne aber dabei gezwungen zu sein entsprechende Meßdaten vor Ort, d. h. am Ventilator selber abnehmen zu müssen.

Zur Lösung dieser Aufgaben- bzw. Problemstellung ist mit der Erfindung vorgesehen, daß die Phasenverschiebung zwischen der Spannung und dem Strom des als Asynchronmotor ausgebil­ deten Wechselstrommotors des Ventilators gemessen und in Drehzahlwerte des Ventilators umgesetzt wird, und daß daraus der Verschmutzungsgrad eines Filters, der dem Ventilator in der Strömungsrichtung der hiervon geförderten Luft entweder vor- oder nachgeschaltet ist, ermittelt wird. Ein durch einen Asynchronmotor angetriebener Ventilator ändert seine Drehzahl entsprechend seiner Belastung. Bei großer Belastung bleibt die mechanische Drehzahl des Rotors, der den Ventila­ tor antreibt, entsprechend gegenüber der Drehzahl des umlau­ fenden magnetischen Feldes des Stators des Asynchronmotors zurück. Mit der Änderung dieses Schlupfes des Rotors gegen­ über dem umlaufenden magnetischen Feld des Stators ändert sich entsprechend die Phasenverschiebung zwischen dem Sta­ tor-Strom und der Stator-Spannung. Somit kann auch der Endpunkt des Drehverhaltens, nämlich das Absinken der Dreh­ zahl auf Null erfaßt werden. Die vorgenannte Überwachung im Hinblick auf die Erkennung eines solchen Verhaltens ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung. Die Ausbildung des Antriebsmotors des Ventilators als Asynchronmotor hat mehrere Vorteile. Zum einen ist ein Asynchronmotor sehr robust und verlangt wenig an Herstellungskosten, insbeson­ dere in Ausführung mit einem Käfigrotor. Vor allem zeigt er bei Belastung ein entsprechendes Schlupfverhalten des Rotors zum umlaufenden Feld des Stators, das im Sinne des zuvor erläuterten Verfahrens gut erfaßt und verarbeitet werden kann. Die Werte der Schlupfabweichungen sind ohne weiteres durch entsprechende Eichkurven so umsetzbar, daß sie das Feststellen der Drehzahl und des Drehzahlverhaltens eines bestimmten Ventilatortyps in Verbindung mit einem bestimm­ ten, dazugehörigen Asynchronmotor ermöglichen. Die Meßergeb­ nisse können sowohl direkt abgelesen als auch als Steuer­ größen oder Regelgrößen eingesetzt werden. Beim Einsatz von der Belüftung dienenden Ventilatoren und insbesondere beim industriellen Einsatz sind in der Regel Filter erforderlich, welche die durch den Ventilator geförderte Luft von Rück­ ständen, Schmutzpartikeln und dergleichen säubern. Der Filter setzt sich im Laufe der Zeit mit derartigen Partikeln zu. Ab einem bestimmten Verschmutzungsgrad des Filters muß er gesäubert oder ausgewechselt werden. Zur Feststellung des Verschmutzungsgrades eines solchen Filters wurden bisher vor und hinter dem Filter Sensoren vorgesehen, mit denen die Druckdifferenz zwischen beiden Seiten des Filters gemessen wurde. Diese Druckdifferenz wurde dann entsprechend ausge­ wertet. Eine solche Anordnung ist aufwendig und aufgrund des Einsatzes von Sensoren relativ empfindlich. Die Sensoren müssen unmittelbar im Bereich des Ventilators und des Fil­ ters untergebracht werden. Dies ist in manchen Fällen nicht oder nur mit einem erheblichen Montageaufwand möglich. So wird vorteilhafterweise die gesamte in AT 394 264 B be­ schriebene zusätzliche Anordnung eines Bypasses und den darunter dargestellten Bauteilen überflüssig. Es müssen am Ventilator oder am Filter keinerlei Meßorgane und derglei­ chen vorgesehen werden. Dagegen genügt die Erfassung der Verschmutzung gemäß der Lehre des Anspruches 1. Es wird bei dem erläuterten, erfindungsgemäßen Verfahren der Effekt ausgenützt, daß die Drehzahl des Ventilators automatisch mit dem Verschmutzungsgrad des betreffenden Filters steigt. Denn je weniger Luft ein solcher, hoch verschmutzter Filter durchläßt, desto weniger an Luft muß vom Ventilator trans­ portiert werden, desto weniger ist sein Antriebsmotor belastet und desto höher wird seine Drehzahl. Hierdurch reduziert sich, wie erläutert, der Schlupf. Ist der Ver­ schmutzungsgrad des Filters aber gering, so läßt er entspre­ chend viel an Luft durch und der Ventilator muß entsprechen­ de Luftmengen fördern. Diese erhöhte Belastung seines An­ triebsmotors führt zu einem größeren Schlupf zwischen dem Rotor und dem Stator des betreffenden Wechselstrom-Antriebs­ motors mit der Folge einer entsprechenden Änderung der erläuterten Phasenverschiebung. Der Asynchronmotor kann aber auch anders als vorstehend angegeben, z. B. als Spalt-Motor ausgebildet sein. Im Fall eines sinus-förmigen Verlaufes der Spannung und des Stromes kann die erfindungsgemäße Lehre auch durch eine Messung des cos ϕ erfolgen.

Gemäß Anspruch 4 kann das Gerät zur Messung der Phasenver­ schiebung sich außerhalb des Bereiches des Ventilators und seines Antriebes befinden, an einer jeweils passenden Stelle.

Die Feststellung des Schlupfes des Rotors gegenüber dem Stator des Antriebsmotors kann auch gemäß der Lehre des Anspruches 5 erfolgen.

Anspruch 6 beinhaltet eine bevorzugte Ausbildung des Venti­ lators.

Vorteilhafterweise verlangt die Erfindung nicht den Einsatz von irgendwelchen Meßteilen oder -organen im Bereich des Ventilators oder Filters. Vielmehr kann die Messung der Phasenverschiebung, gegebenenfalls des cos ϕ, außerhalb des Bereiches des Ventilators oder seines Filters an einer dazu passenden Stelle erfolgen.

In der beiliegenden Zeichnung ist das System der Erfindung schematisiert anhand des Ausführungsbeispieles eines Venti­ lators mit Filter dargestellt.

Ein Antriebsmotor 1 in Form eines Asynchronmotors treibt über die Welle 2 einen Ventilator 3, der in einer bevorzug­ ten Ausführungsform der Erfindung als Radiallüfter ausgebil­ det ist. Der hiervon erzeugte Luftstrom 4 durchsetzt einen Filter 5.

Die Zuleitungen 6 des Asynchronmotors 1 werden einer Anord­ nung zur Feststellung der Phasenverschiebung zwischen Span­ nung und Strom im Stator des Motors 1 zugeführt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Feststellung des Drehzahlverhaltens eines Ventilators, der von einem Wechselstrommotor angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom des als Asynchronmotor ausge­ bildeten Wechselstrommotors (1) des Ventilators (3) gemessen und in Drehzahlwerte des Ventilators (3) umge­ setzt wird, und daß daraus der Verschmutzungsgrad eines Filters (5), der dem Ventilator (3) in der Strömungsrich­ tung (4) der hiervon geförderten Luft entweder vor- oder nachgeschaltet ist, ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine etwaige Blockade (Drehzahl gleich Null) des Ventila­ tors (3) gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Sinus-Form der Spannung und des Stro­ mes der zugehörige cos ϕ gemessen wird.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einem Ventilator (3) in der Strömungsrichtung (4) der hiervon geförderten Luft ein Filter (5) entweder vor- oder nach­ geschaltet ist, daß der Ventilator (3) von einem als Asynchronmotor ausgebildeten Wechselstrommotor (1) ange­ trieben ist, und daß ein Gerät zur Messung der Phasenver­ schiebung zwischen Motorspannung und Motorstrom und zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades des Filters (5) außerhalb des Bereiches des Ventilators (3) vorgesehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Schlupfes des Rotors gegenüber dem Stator des Asynchronmotors im Asynchronmotor (1) eine zusätzliche Windung angebracht ist, in der eine entspre­ chende Spannung induziert wird, wobei eine Auswertung der erfolgten Induktion vorgenommen wird.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator (3) ein Radiallüfter ist.