NL9401137A - Werkwijze voor het regelen van het vermogen van een door een elektromotor aangedreven arbeid verrichtende rotatie-inrichting. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het regelen van het vermogen van een door een elektromotor aangedreven arbeid verrichtende rotatie-inrichting.

De uitvinding betreft een werkwijze voor het regelen van het toerental van een elektromotor, waarmee een arbeid verrichtende rotatie-inrich-ting, zoals een pomp of een ventilator, wordt aangedreven overeenkomstig de aan de verbruikszijde tijdelijk variabele behoefte aan vermogen van de arbeid verrichtende rotatie-inrichting, waarbij een regelinrichting wordt gebruikt, door de uitgangswaarde waarvan het toerental van de elektromotor wordt vastgelegd.

Deze werkwijze beoogt het toerental van een elektromotor, waarmee een arbeid verrichtende rotatie-inrichting wordt aangedreven, overeenkomstig de aan de verbruikerszijde tijdelijk variabele vermogensbehoefte te regelen.

De uitvinding heeft verder betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze, met een een arbeid verrichtende rotatie-inrichting aandrijvende elektromotor, een stuurinrichting voor het toerental van de elektromotor en een regelinrichting, waarvan de regeluit-gang is verbonden met de stuuringang van de stuurinrichting.

Met een elektromotor aangedreven arbeid verrichtende rotatie-inrich-tingen zoals pompen, zuigende, respectievelijk blazende ventilatoren, blaasinrichtingen, verdichters enz. worden dikwijls toegepast in installaties, waarin het van de installatie gevraagde vermogen van de arbeid verrichtende rotatie-inrichting in de tijd verandert. Dit is bijvoorbeeld het geval bij ventilatoren in airconditioning-installaties of bij pompen in verwarmingsinstallaties. Hierbij is het volledige transportvermogen slechts dan nodig, wanneer alle verbruikers zijn bijgeschakeld. In de praktijk worden echter de verbruikers, bijvoorbeeld afzonderlijke verwar-mingslichamen of gedeeltjes van aircontitioning-installaties, op bepaalde tijden slechts gereduceerd bedreven of geheel uitgeschakeld, zodat zich tijdelijk variabel zeer verschillende bedrijfsomstandigheden met een verschillende behoefte aan transportvermogen voordoen.

Wordt de arbeid verrichtende rotatie-inrichting permanent, dat wil zeggen ook bij gereduceerde vermogensbehoefte, met vol vermogen bedreven, dan wordt - nodeloos - doorlopend de telkens maximale energie verbruikt. Bovendien kan storende stromingsruis ontstaan, wanneer het vermogen wezenlijk boven het in de installatie daadwerkelijk benodigde vermogen ligt. Het is dus voor het optimaliseren van het energieverbruik en van het ruisgedrag voordelig het momentane vermogen van de arbeid verrichten- de rotatie-inrichting overeenkomstig het actueel jgevraagde arbeidsvermogen te regelen.

Daar het arbeidsvermogen van een arbeid verrichtende rotatie-inrichting van het toerental daarvan afhankelijk is, is het een gebruikelijke werkwijze om voor het regelen van het vermogen het toerental van de arbeid verrichtende rotatie-inrichting respectievelijk van de elektromotor te regelen. In eenvoudige gevallen kan de verandering van het toerental bijvoorbeeld door middel van een schakelklok plaatsvinden, die de motor volgens een vooraf ingesteld programma op bepaalde, verschillende toerentallen instelt.

Een wezenlijk betere aanpassing aan het daadwerkelijk benodigde vermogen is echter mogelijk, wanneer dit actueel wordt gemeten en het toerental continu afhankelijk van de gemeten behoefte wordt geregeld. Hierbij doet zich het probleem voor hoe een meting van het momentaan in de installatie benodigde vermogen eigenlijk te verwezenlijken is. In de Duitse Offenlegungsschriften DE-3.508.049 en DE-3·704.756 wordt daartoe bij een werkwijze voor het instellen van het transportvermogen van een circulatiepomp in een warm water-verwarmingsinstallatie voorgesteld, de stroomsnelheid van de totale volumestroom, bijvoorbeeld in de terugvoer-buis, te meten, daar deze een maat geeft voor het actueel benodigde transportvermogen.

Een nadeel van deze werkwijze is, dat het in de praktijk vaak lastig is voor het meten van de stroomsnelheid een geschikte plaats in de installatie te vinden waar werkelijk de totale volumestroom wordt bevat. Dit geldt in nog sterkere mate voor installaties, waarbij in tegenstelling tot bij een warm water-verwarming geen gesloten buizennet met terugvoer aanwezig is, bijvoorbeeld bij ruimtelijke beluchtingsstelsels.

Als verder nadeel doen zich bij de sensor voor het meten van de stroomsnelheid, die met het getransporteerde fluïdum in contact moet zijn, gemakkelijk vervuilingen op, waardoor de meting wordt vervalst en de regelwerking verstoord wordt.

Daarentegen is het een doel van de uitvinding, een werkwijze voor het regelen van het toerental en een inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze te verschaffen, waarbij de genoemde nadelen worden vermeden en welke bovendien bijzonder eenvoudig zijn te realiseren.

Dit doel wordt voor wat betreft de werkwijze bereikt, doordat de momentane stroomsterkte van de motorstroom van de elektromotor wordt gemeten en doordat een de gemeten stroomsterkte representerend signaal wordt opgewekt, en doordat dit signaal aan de regelinrichting wordt toe- gevoerd als ingangswaarde, waar het volgens een vooraf bepaalde of actueel berekende karakteristiek in de gewenste uitgangswaarde wordt omgezet.

Voor wat betreft de inrichting wordt dit doel bereikt, doordat in de elektrische aansluitleiding van de elektromotor een ampèremeter voor het meten van de stroomsterkte van de motorstroom is aangebracht, waarvan de signaaluitgang is verbonden met de ingang van de regelinrichting.

Voordelige uitvoeringsvormen blijken uit de afhankelijke volgconclu- sies.

Uitgangspunt van de uitvinding is het inzicht, dat de motorstroom van de elektromotor bij het aandrijven van een arbeid verrichtende rotatie-inrichting afhankelijk is van het momentaan hiervan gevraagde vermogen en zich dus direkt voor het regelen van het toerental laat gebruiken. Dientengevolge kunnen de tot nu bekende voorzieningen voor het bepalen van het gevraagde vermogen worden vervangen door een eenvoudige stroommeting. Op deze wijze neemt de uitvinding de hiervoor beschreven nadelen weg en maakt een ook langdurig bedrijfszekere en bovendien eenvoudige en goedkope wijze van regelen mogelijk.

Ter nadere toelichting van de uitvinding wordt in het volgende met verwijzing naar de bijgaande tekeningen een uitvoeringsvoorbeeld beschreven. Hierin toont:

Fig. 1 in schematische weergave een inrichting voor het beluchten van een ruimte met een ventilator en een samenstel volgens de uitvinding voor het regelen van het toerental van deze ventilator;

Fig. 2 een voorbeeld voor het algemene verloop van de stroomsterkte van de motorstroom van een elektromotor in afhankelijkheid van het aan een arbeid verrichtende rotatie-inrichting afgegeven vermogen; en

Fig. 3 een voorbeeld voor bij een volgens de uitvinding toegepaste regelinrichting gebruikte karakteristieken.

Als een voorbeeld voor de diverse uiteenlopende toepassingsmogelijkheden van arbeid verrichtende rotatie-inrichtingen toont Fig. 1 in schematische weergave een inrichting voor het beluchten van een ruimte. Via een kanaalstelsel 2 wordt aan verbruikers 4 door middel van een ventilator 6 lucht toegevoerd. Symbolisch voor de uiteenlopende mogelijkheden voor de beluchtingsinstelling van de afzonderlijke verbruikers 4 zijn afsluit- respectievelijk sraoorkleppen 8 ingetekend.

De ventilator 6 wordt door een draaistroom-motor 10 aangedreven, waarvan het toerental stuurbaar is. De sturing van het toerental vindt in het hier gekozen voorbeeld volgens een de voorkeur hebbende uitvoerings vorm plaats via een frequentie-omvormer 12. In principe is echter ook elke andere soort toerentalsturing toepasbaar.

In de elektrische verbindingsleiding tussen de frequentie-omvormer 12 en draaistroom-motor 10 is een ampèremeter 14 aangebracht, die de stroomsterkte van de motorstroom meet en een de stroomsterkte representerend signaal, bij voorkeur een elektrische gelijkspanning, levert. Hiervoor is eventueel ook een frequentie-omvormer met geïntegreerde uitgangs-stroom-meting en overeenkomstige signaaluitgang geschikt. Verder is het eveneens mogelijk, de motorstroom voor de frequentie-omvormer te meten. De stroomsterkte-signaaluitgang van de ampèremeter 14 is met de ingang van een regelinrichting 16 verbonden. De uitgang van de regelinrichting 16, die een het gewenste toerental bepalende uitgangswaarde, bij voorkeur eveneens een elektrische gelijkspanning, levert, is aangesloten op de stuuringang van de frequentie-omvormer 12.

De regeling van het toerental overeenkomstig het aan de verbruiks-zijde benodigde vermogen functioneert volgens het hierna beschreven verloop.

In het algemeen neemt de stroomsterkte I van de draaistroommotor toe met toenemend vermogen P van de arbeid verrichtende roterende inrichting, hier van de ventilator, en wel in de regel volgens een ongeveer kwadratisch verband. Fig. 2 toont een typisch verloop.

Bij een op een bepaalde vermogensbehoefte geoptimaliseerd, vastgesteld toerental bestaat een zekere druk in het kanalennet. Wordt nu de vermogensbehoefte verhoogd, bijvoorbeeld door het openen van een smoor-klep of het bijschakelen van een verbruiker, dan daalt de drukwaarde, maar de belasting van de draaistroom-motor neemt toe,- zodat de motor aantrekt en de stroomsterkte van de motorstroom toeneemt. Op analoge wijze daalt de stroomsterkte, wanneer de vermogensbehoefte wordt verminderd bijvoorbeeld door het sluiten van een afsluitklep. Dientengevolge verschaft de verandering van de stroomsterkte een maat voor de veranderde vermogensbehoefte, welke ervoor kan worden gebruikt om het toerental overeenkomstig het telkens optimale werkpunt te regelen.

De omzetting van de gemeten stroomsterkte in het gewenste toerental vindt plaats in de regelinrichting op op zich bekende wijze aan de hand van een opgegeven betrekking, zoals deze bijvoorbeeld in het diagram van Fig. 3 is te zien. De uitgangsgrootte (of uitgangswaarde), die via de frequentie-omvormer het toerental bepaalt, is hier - bij wijze van voorbeeld - een gelijkspanning UA tussen 0 en 10 volt, en de ingangsgrootte (of ingangswaarde) het stroomsterkte-signaal van de ampêremeter, een gelijkspanning UE eveneens tussen O en 10 volt. De betrekking tussen de beide groottes (of waarden) wordt door een karakteristiek bepaald. Op doelmatige wijze kan de regelinrichting verschillende karakteristieken, in Fig. 3 met a tot en met d aangegeven, omvatten, die overeenkomen met verschillende eisen aan het regelgedrag en telkens naar behoefte kunnen worden gekozen.

De karakteristieken kunnen op willekeurige wijze in de regelaar zijn vastgelegd, bijvoorbeeld in tabelvorm opgeslagen of als functie gedefinieerd. Evenzo laat de regelinrichting zich op zeer uiteenlopende wijze realiseren, in het bijzonder ook met gebruikmaking van een microcomputer, van een in het geheugen programmeerbare sturing of van een digitaal regeltoestel met DDC (direct digital control)-techniek. En zeer in het algemeen is aan te houden, dat de concrete soort en wijze van meten van de stroomsterkte van de elektromotor en de verwerking van het stroom-sterktesignaal in de regelaar onafhankelijk is van de hoofdgedachte van de uitvinding en in hoofdzaak op willekeurige, aan dê vakman bekende wijze kan plaatsvinden.

Claims (7)

1. Werkwijze voor het regelen van het toerental van een elektromotor (10), waarmee een arbeid verrichtende rotatie-inrichting (6), zoals een pomp of een ventilator, wordt aangedreven overeenkomstig de aan de ver-bruikszijde (4, 8) tijdelijk variabele vermogensbehoefte aan de arbeid verrichtende rotatie-inrichting, waarbij een regelinrichting (16) wordt gebruikt, door de uitgangswaarde waarvan het toerental van de elektromotor (10) wordt vastgelegd, met het kenmerk, dat de momentane stroom-sterkte (I) van de motorstroom van de elektromotor (10) wordt gemeten en dat een de gemeten stroomsterkte representerend signaal wordt opgewekt, en dat dit signaal aan de regelinrichting (16) wordt toegevoerd als ingangswaarde, waar het volgens een vooraf bepaalde of actueel berekende karakteristiek (a tot en met d) in de gewenste uitgangswaarde wordt omgezet.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voor het sturen van het toerental van de elektromotor (10) een frequentie-omvormer (12) wordt gebruikt.

3· Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1, met een een arbeid verrichtende rotatie-inrichting .(6) aandrijvende elektromotor (10), een stuurinrichting (12) voor het toerental van de elektromotor (10) en een regelinrichting (16), waarvan de regeluitgang is verbonden met de stuuringang van de stuurinrichting (12), met het kenmerk, dat in de elektrische aansluitleiding van de elektromotor (10) een ampèremeter (14) voor het meten van de stroomsterkte (I) van de motorstroom is aangebracht, waarvan de signaaluitgang is verbonden met de ingang van de regelinrichting (16).

4. Inrichting volgens conclusie 3. met het kenmerk, dat de stuurinrichting (12) een frequentie-omvormer is.

5. Inrichting volgens één van de conclusies 3 of 4, met het kenmerk, dat de regelinrichting (16) is gerealiseerd met gebruikmaking van een microcomputer.

6. Inrichting volgens één van de conclusies 3 of 4, met het kenmerk, dat de regelinrichting (16) is gerealiseerd met gebruikmaking van een in een geheugen programmeerbare sturing.

7. Inrichting volgens één van de conclusies 3 of 4, met het kenmerk, dat de regelinrichting (16) is gerealiseerd met gebruikmaking van een digitaal regeltoestel.