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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Motorpumpengruppen und findet
insbesondere Anwendung auf Tauchmotorpumpengruppen, die insbesondere
zum Heben von Abwässern
bestimmt sind, und vor allem auf Pumpen mit niedriger Leistung, kleiner
als 4 kW, bei denen die Schaltung der Motorwicklung sternförmig ist
(Wicklung durch Phase des Motors).
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In
der US-A 5 015 531 wird eine Motorpumpengruppe beschrieben, die
zum Pumpen von Erdöl bestimmt
ist. Es handelt sich um eine Motorpumpengruppe mit großer Leistung,
deren Motorwicklungsschaltung, unter Berücksichtigung der Leistung des Motors,
notwendigerweise im Dreieck ist und, wie die Beschreibung ab Zeile
10 der ersten Spalte betont, weiche Anlasser verwendet, die auf
Pumpen großer Leistung
Anwendung finden. Die Motorpumpengruppe enthält Mittel zum Messen eines
Kennwerts, der die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom
sein kann, wenn auch im konkreten Ausführungsbeispiel der Kennwert
nur der Strom ist. Man misst den Strom, möglicherweise alle 25 Sekunden den
Kosinus Phi, wie im Ausführungsbeispiel.
Es wird eine Abtastung alle Viertelsekunde bis 15 Minuten empfohlen.
Das für
den absorbierten Strom repräsentative
Signal ist der in den Versorgungsphasen und nicht der der direkt
in der Arbeitsphase fließende Strom.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nicht auf einen solchen Motor
großer
Leistung mit einer Dreiecks-Motorwicklungsschaltung,
wie sie auch in der US-A 4 473 338 beschrieben wird.
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Eine
Motorpumpengruppe niedriger Leistung enthält eine Pumpe, die durch einen
elektrischen Wechselstrommotor angetrieben wird, der mindestens
eine Arbeitsphase hat. Der Motor kann insbesondere ein einphasiger
oder dreiphasiger Motor sein. Die Motorpumpengruppe ist dazu bestimmt,
in einen Schacht oder Tank eingesetzt und in Betrieb genommen zu
werden, wenn es notwendig ist, um den Schacht zu leeren. Wenn der
Schacht beinahe leer ist, ist bekannt, einen Sensor für einen
niedrigen Stand vorzusehen, der insbesondere in die Motorgruppenpumpe
integriert sein kann und der einen Befehl zum Anhalten des Motors
und dadurch der Pumpe gibt, damit diese nicht im Leerlauf läuft. Der Schwimmer,
der auf einem sehr niedrigen Niveau im Tank angebracht ist, verschmutzt
stark. Obwohl er so niedrig wie möglich angeordnet ist, bleiben
zwangsläufig
Abwässer
auf dem Grund des Schachts zurück,
die Probleme mit Ablagerungen und Geruch verursachen. Außerdem sind
die Einstellung und der Einbau eines Sensors für ein niedriges Niveau dieser Art
kompliziert und seine Wartung lästig.
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Es
wurde bereits vorgeschlagen, die Motorpumpengruppe durch eine Analyse
des Verhaltens des Motors anzuhalten, indem man die Phasenverschiebung
zwischen der Spannung und dem Strom misst. Im Augenblick, in dem
die Pumpe Luft anzusaugen beginnt, verändert sich der Kosinus Phi.
Sobald dieser Kosinus einen vorgegebenen Wert erreicht, wird die
Pumpe angehalten. Diese Vorgehensweise ist gegenüber Veränderungen der Versorgungsspannung
empfindlich, setzt eine große
Differenz zwischen der von der Pumpe unter Last und im Leerlauf
aufgenommen Leistung voraus und zieht Störungsrisiken bezüglich der
Interpretation der Messung nach sich, wenn sich die Parameter der
Motorpumpengruppe verändern.
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Die
Erfindung hilft diesen Nachteilen durch eine Motorpumpengruppe ab,
die keinen Sensor für ein
niedriges Niveau mehr aufweist und auf einen Schlag alle Schwierigkeiten
bezüglich
Installation, Wartung, Geruch und Ablagerungen auf dem Grund des
Tanks eliminiert und es erlaubt den Tank wirklich vollständig zu
leeren, ohne deswegen das Risiko einzugehen, dass die Pumpe nicht
mehr versorgt wird und leer läuft,
wobei sie gleichzeitig gegenüber Änderungen
der Versorgungsspannung und Störungen der
Messung, wenn sich die Parameter der Motorpumpengruppe verändern, wenig
empfindlich ist, und keine Differenz zwischen der von der Pumpe
unter Last und im Leerlauf aufgenommen Leistung voraussetzt. Man
versucht, einen sofortigen Halt und nicht nur eine zeitweilige Regelung
zu erreichen, wenn die Gefahr eines erneuten Starts auftritt.
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Die
Erfindung hat also zum Gegenstand eine Motorpumpengruppe, die eine
Pumpe aufweist, die durch einen elektrischen Wechselstrommotor angetrieben
wird, der mindestens eine Arbeitsphase hat und einen Mikroprozessor
aufweist, welcher integriert ist in einen der Eingänge, an
die die Spannung des Versorgungsnetzes angelegt wird, und in einen anderen
Eingang, von dem ein für
den in der Arbeitsphase absorbierten Strom repräsentatives Signal aussendet
wird. Gemäß der Erfindung
enthält
der Mirkoprozessor Mittel, die dazu bestimmt sind, die Phasenverschiebung
zwischen Spannung und Strom zu messen, Mittel zur ständigen Feststellung
der Stabilität
der Phasenverschiebung, nachdem sich diese auf einem konstanten
Wert stabilisiert hat, Mittel zur Speicherung des stabilisierten
konstanten Werts der Phasenverschiebung und Mittel zur Spannungsfreimachung
des Motors aufweist, wenn, nachdem sich die Phasenverschiebung stabilisiert
hat, die Phasenverschiebung für
eine vorgegebene Dauer einen über
dem stabilisierten Wert liegenden Wert annimmt.
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Man
bestimmt, dass das niedrigste Niveau, d.h. dass der Schacht völlig leer
ist, erreicht ist, indem man nach einer bestimmten Weise das elektrische
Verhalten des Motors der Motorpumpengruppe analysiert. Nach einer Übergangsphase
beim Starten der Pumpe, während
der die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom stark schwanken kann,
ist diese Phasenverschiebung konstant, wenn die Pumpe einen Endzustand
erreicht. Wenn die Pumpe aber auf gleichmäßige Weise, und nicht nur einfach
eine zufällige
Luftblase, Luft anzusaugen beginnt, nimmt die Phasenverschiebung
einen Wert oberhalb des stabilisierten Werts an. Dies ist das Zeichen
dafür,
dass man die Pumpe anhalten muss, insoweit dieser Wert oberhalb
des stabilisierten Werts für
eine bestimmte Dauer erreicht wird. Da man den Kosinus unter Last
im Endzustand der Motorpumpengruppe speichert, wird bei jedem Start
der Motorpumpengruppe eine neue Kalibrierung durchgeführt und
berücksichtigt
die Veränderungen
der Pumpe, des elektrischen Netzes und des hydraulischen Netzes
(Ablagerungen im Leitungsnetz, Dichtigkeit des Ventils etc...).
Das Verhältnis
zwischen der echten Last und der Leistung des Motors spielt keine
Rolle mehr.
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Man
hat gute Resultate erzielt, wenn die besagte vorgegebene Dauer länger als
200 ms und kürzer
als 5 s ist, wobei man eine Dauer zwischen 200 ms und 1 s bevorzugt.
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Das
für den
absorbierten Strom repräsentative
Signal ist der Strom, der nur während
der Arbeitsphase des Motors fließt (Wicklung durch Phase des Motors).
Man kann diesen Strom mithilfe einer Messkette, einem Stromwandler
oder auch an den Anschlüssen
eines TRIAC-Schalters messen, was zur Zeit die bevorzugte Lösung ist.
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Die
Motorpumpengruppe kann einen Sensor für den hohen Stand der zu transportierenden
Flüssigkeit
enthalten, der mit einem Eingang des Mikroprozessors verbunden ist,
so dass er ein Signal zum Start der Motorpumpengruppe und der Messmittel der
Phasenverschiebung nur dann sendet, wenn der Sensor einen hohen
Stand feststellt. Der Mikroprozessor bleibt so im Stand-by und spricht
nur an, wenn die Motorpumpe funktioniert.
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Die
Mittel zur Feststellung der Stabilität der Phasenverschiebung können Mittel
zur Messung der Stromkonstanz enthalten. Die Mittel der Feststellung der
Stabilität
der Phasen verschiebung umfassen einen Sensor für einen mittleren Stand der
Flüssigkeit, der
ein Niveau zwischen einem hohen Stand, der durch den Sensor für einen
hohen Stand festgestellt wird, und einem niedrigen Stand, der dem
Abschalten des Motors entspricht, feststellt. Diese Feststellungsmittel
des Sensors für
einen mittleren Stand sind relativ einfach und sehr sicher. Eine
einfachere und weniger sichere Ausführungsform wird in der US-A-5015151
beschrieben, in der die Mittel zur Feststellung der Phasenverschiebung
eine Schaltuhr umfassen, die durch das Signal des Sensors für den Stand
in Gang gesetzt wird und nach Ablauf einer vorgegebenen Dauer entscheidet,
ob die Phasenverschiebung stabil ist. Wenn nämlich eine bestimmte Ausflusszeit
von 4 bis 5 Sekunden vorbei ist, während der die Phasenverschiebung
stabil geblieben ist, kann man annehmen, dass man sich nicht mehr in
der Übergangsphase
befindet. Die Feststellungsmittel funktionieren ständig und
reagieren sofort auf jede momentane Veränderung des Kosinus Phi.
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In
den angefügten
Zeichnungen, die nur als Beispiele dienen, sind:
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die 1 eine
schematische geschnittene Ansicht einer in einem Schacht montierten
Motorpumpengruppe und
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die 2 ein
Schaltplan des elektrischen Kreises der Motorpumpengruppe.
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Die
in 1 dargestellte Motorpumpengruppe ist in einem
Schacht F montiert. Sie enthält
einen Motor, der eine Zentrifugenpumpe 2 antreibt, welche einen
Einsaugstutzen 3 und eine Förderleitung 4 enthält, welche
die im Schacht F enthaltenen Abwässer aus
dem Letzteren heraustransportiert. Der Motor 1 wird mittels
der Speiseleitung 5 durch das Versorgungsnetz S mit Strom
versorgt. Auf dem Motor 1 ist ein Sensor für einen
hohen Stand 6 befestigt, der geeignet ist, den Stand der
Abwässer
im Schacht F festzustellen. Unterhalb dieses Sensors 6,
ist auf dem Motor 1 ein Sensor 7 für einen
mittleren Stand montiert.
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Innerhalb
des Motorgehäuses
ist ein Mikroprozessor 8 angeordnet, der über eine
Leitung 9 mit einem Kreis 10 zum Messen des Stroms
verbunden ist, der durch eine Arbeitsphase des Motors 1 fließt.
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In
der 2 ist der Motor ein einphasiger Motor, der eine
Haupt- 11 oder Arbeitsphase und eine Hilfsphase 12 enthält, die
mit einem Kondensator 13 in Reihe geschalten ist. Der Motor 1 wird über eine Steuerungsvorrichtung 14 gesteuert.
Ein Spannungssignal, das auf der Versorgungsleitung 5 abgenommen
wird, gelangt über
eine Leitung 15 an einen An schluss des Mikroprozessors 8.
Ein Referenzsignal kommt über
eine Leitung 16 des Versorgungsnetz S an einem Eingang
des Mikroprozessors 8 an.
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Der
Mikroprozessor erhält über eine
Leitung 17 ein Signal vom Sensor 6 für einen
hohen Stand. Der Mikroprozessor misst ständig die Phasenverschiebung
zwischen der angelegten Spannung über die Leitung 15 und
dem Signal des Stroms, das über die
Leitung 9 angelegt wird.
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Der
Mikroprozessor ist über
eine Leitung 18 mit Mitteln 19 zum Speichern der
Phasenverschiebung im Endzustand verbunden. Die Vorrichtung 19 zur
Speicherung des stabilisierten Werts der Phasenverschiebung ist über eine
Leitung 20 mit einem Vergleicher 21 verbunden,
der mittels. einer Leitung 22 mit der Vorrichtung 23 zur
Speicherung des momentanen Werts der Phasenverschiebung verbunden
ist, wobei dieser Wert mittels der Leitung 24 vom Mikroprozessor 8 geliefert
wird. Der Vergleich im Vergleicher 21 zwischen dem stabilisierten
Wert der Phasenverschiebung, der von der Vorrichtung 19 geliefert
wird, und dem Wert der momentanen Phasenverschiebung, der von der
Vorrichtung 23 geliefert wird, wird über die Leitung 26 an
eine Vorrichtung 25 gesendet. Die Vorrichtung 25 stellt
fest, ob der momentane Wert der Phasenabweichung größer als
der stabilisierte Wert ist. Wenn dies der Fall ist, sendet sie über eine
Leitung 27 ein entsprechendes Signal an eine Schaltuhr 28,
die ermittelt, ob die Dauer, während
der die Vorrichtung 25 das in Frage stehende Signal sendet,
länger
als 200 ms ist. Falls dies der zutrifft sendet die Schaltuhr über eine
Leitung 29 einen Befehl zum Anhalten des Motors an eine
Vorrichtung 30 zum Starten/Anhalten, die ihn über eine
Leitung 31 an die Vorrichtung 14 zur Steuerung
des Motors übermittelt.
Der Mikroprozessor 8 ist mit der Vorrichtung 30 zum
Starten/Anhalten über
eine Leitung 32 verbunden, die es erlaubt, den Motor 1 unter
Spannung zu setzen.
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Die
gesamte Anordnung 8 bis 30 wird vorzugsweise in
Form von Software gebildet.
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Der
Sensor 7 für
einen mittleren Stand ist mit dem Mikroprozessor 8 über eine
Leitung 33 verbunden.
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Die
Motorpumpengruppe funktioniert folgendermaßen.
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Sobald
der Wasserstand im Schacht 1 einen vom Sensor 6 festgestellten
hohen Stand erreicht, sendet der Sensor 6 über die
Leitung 17 ein Signal an den Mikroprozessor 8,
der über
die Leitung 32 ein Signal an die Vorrichtung 30 zum
Starten/Anhalten sendet. Die Vorrichtung 30 gibt über die
Leitung 31 an die Steuerungsvorrichtung 14 den
Befehl, den Motor in Gang zu setzen. Die Pumpe 2 arbeitet.
Der Wasserstand sinkt auf den Stand des mittleren Sensors 7. Der
Letztere sendet über
eine Leitung 33 ein an den Mikroprozessor 8 ein
Signal zum Feststellen der Phasenverschiebung zwischen Spannung
und Strom. Der Mikroprozessor 8 misst oder stellt also
die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom fest und sendet
den stabilisierten Wert dieser Phasenverschiebung über die
Leitung 18 an die Speichervorrichtung 19. Während die
Motorpumpengruppe weiter arbeitet und das Wasser im Schacht F weiter sinkt,
sendet der Mikroprozessor 8 ständig über die Leitung 24 den
momentanen Wert der Phasenverschiebung zwischen der über die
Leitungen 9 und 15 gelieferten Spannung und dem
Strom an die Vorrichtung 23. Wenn diese Phasenverschiebung
einen Wert oberhalb des stabilisierten Werts erreicht, sendet der
Vergleicher 21, der die ihm von der Vorrichtung 19 und 23 gelieferten
Werte vergleicht, über
die Leitung 26 ein Signal zur Vorrichtung 25.
Die Vorrichtung 25 stellt fest, ob die Phasenverschiebung
größer als
ein vorgegebener Wert mit bestimmter Höhe ist. Wenn dies der Falls
ist, sendet sie über
die Leitung 27 ein Signal an die Schaltuhr 28,
die feststellt, ob sie dieses Signal während einer vorgegebenen Dauer erhält. Wenn
dies der Fall ist, gibt die Schaltuhr 28 der Vorrichtung 30 zum
Starten/Anhalten über
die Leitung 29 den Befehl, an die Steuerungsvorrichtung 14 ein
Signal 31 zum Anhalten des Motors 1 zu senden.
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Nach
einer anderen Ausführungsform,
wird der Sensor 7 für
einen mittleren Stand durch eine Schaltuhr 7 ersetzt, die
durch ein Signal des Sensors 6 für einen hohen Stand in Gang
gesetzt wird und nach Ablauf einer vorgegebenen Dauer entscheidet, ob
die Phasenverschiebung zwischen dem durch die Leitung 9 gelieferten
Strom und der durch die Leitung 15 gelieferten Spannung
stabil ist.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsart
enthalten die Feststellungsmittel der Stabilität der Phasenverschiebung im
Mikroprozessor 8 Mittel zur Messung der Konstanz des von
der Leitung 9 gelieferten Stroms.