NO884240L

NO884240L - PROCEDURE AND DEVICE FOR OPERATION OF THE PUMP WHEEL IN A SUMMARY PUMP.

Info

Publication number: NO884240L
Application number: NO884240A
Authority: NO
Inventors: Carl Sverker Magnusson Hartwig
Original assignee: Cerac Inst Sa
Priority date: 1982-07-28
Filing date: 1988-09-23
Publication date: 1984-03-30
Also published as: NO884240D0

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for drift av pumpehjulet i en væskepumpe ved hjelp av en induksjonsmotor, ved hvilken motoren tilføres energi fra en regulerbar, statisk inverter hvis utgangsfrekvens reguleres i avhengighet av trykket i væsken, målt med en trykkføler. Videre angår oppfinnelsen en pumpe for utførelse av fremgangsmåten. The invention relates to a method for operating the impeller in a liquid pump by means of an induction motor, whereby the motor is supplied with energy from an adjustable, static inverter whose output frequency is regulated depending on the pressure in the liquid, measured with a pressure sensor. Furthermore, the invention relates to a pump for carrying out the method.

Den norske patentsøknad nr. 832608 (stamsøknaden) angår en spesiell fremgangsmåte og en væskepumpe som ved en regulering av frekvensen muliggjør konstruksjon av nedsenkbare pum-per med små ytre dimensjoner, og på tross av dette en økning av utgangseffekten og hastigheten for å tilveiebringe en vesentlig økning av pumpens virkningsgrad. The Norwegian patent application no. 832608 (the original application) relates to a special method and a liquid pump which, by regulating the frequency, enables the construction of submersible pumps with small external dimensions, and despite this an increase in the output power and speed to provide a significant increasing the efficiency of the pump.

En følge av denne driftsmåte er imidlertid en øket fare for kavitasjon, og da særlig ved store sugehøyder. However, a consequence of this mode of operation is an increased risk of cavitation, and particularly at high suction heights.

DE-A-2934076 beskriver en væskepumpe som drives ved hjelp av en induksjonsmotor som tilføres energi fra en regulerbar, statisk inverter hvis utgangsfrekvens styres i avhengighet av væsketrykket. Det kjente pumpesystem er innrettet til å drive motoren på en slik måte at væskesøylen, dvs. belastningen på pumpens utgang, holdes i hovedsaken konstant uavhengig av væsketrykket på pumpens inngang. Også i dette tilfelle øker faren for kavitasjon, særlig ved lave inngangstrykk og høye utgangstrykk. DE-A-2934076 describes a liquid pump which is driven by means of an induction motor supplied with energy from an adjustable, static inverter whose output frequency is controlled in dependence on the liquid pressure. The known pump system is designed to drive the motor in such a way that the liquid column, i.e. the load on the pump's output, is essentially kept constant regardless of the liquid pressure on the pump's input. In this case too, the risk of cavitation increases, particularly at low inlet pressures and high outlet pressures.

Det er derfor et formål med oppfinnelsen å redusere denne fare ved å styre motorens hastighet og dermed hastigheten av rotoren eller pumpens skovlhjul på en slik måte at kavitasjon forhindres eller i alle tilfeller hindres fra å fortsette, uansett om den avanserte fremgangsmåte eller den motor som er beskrevet i ovennevnte patentsøknad, eller om en motor som normalt drives med konstant hastighet bestemt av inverterens frekvens, benyttes eller ikke. It is therefore an object of the invention to reduce this danger by controlling the speed of the motor and thus the speed of the rotor or pump impeller in such a way that cavitation is prevented or in any case prevented from continuing, regardless of whether the advanced method or the motor which is described in the above-mentioned patent application, or whether or not a motor which is normally operated at a constant speed determined by the frequency of the inverter is used.

Det bør observeres at dersom det benyttes en konvensjonell pumpe som er direkte koplet til nettspenningen, og særlig i forbindelse med store sugehøyder eller i situasjoner som svarer til store sugehøyder, eksempelvis gjentettede inn-løpfiltre, har man ingen mulighet for å regulere hastigheten og dermed heller ikke mulighet til å hindre kavitasjon som raskt kan forårsake skade på pumpen. It should be observed that if a conventional pump is used that is directly connected to the mains voltage, and especially in connection with large suction heights or in situations corresponding to large suction heights, for example resealed inlet filters, there is no possibility to regulate the speed and thus also no possibility to prevent cavitation which can quickly cause damage to the pump.

Formålet med oppfinnelsen realiseres ved hjelp av den fremgangsmåte og den pumpe som er definert i de etter-følgende krav. The purpose of the invention is realized by means of the method and the pump defined in the following claims.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et aksialt snitt gjennom en væskepumpe ifølge oppfinnelsen, og fig. 2-4 viser en passende, statisk inverter for væskepumpen ifølge fig. 1. The invention will be described in more detail below with reference to the drawings, where fig. 1 shows an axial section through a liquid pump according to the invention, and fig. 2-4 show a suitable static inverter for the liquid pump according to fig. 1.

Den som eksempel valgte pumpe er forsynt med et pumpehus 1 som væsketett omslutter en børsteløs vekselspen-ningsmotor 2 med en merkeeffekt på eksempelvis 4 kW. Motoren 2 har en aksel 3 som er lagret i et kulelager 4. På akselens 3 frie ende er det fast anbrakt et pumpehjul 5. I pumpehuset 1 er det videre i et væsketett rom anordnet en statisk veksel-retter eller inverter 6 som er innrettet til via en kabel 7 å tilføres vekselspenning med nettfrekvens og å omforme denne vekselspenning først til en likespenning og deretter til en vekselspenning med en valgt frekvens. I det foreliggende tilfelle antas motoren 2 å utgjøres av en trefasemotor, og spenning tilføres over ledere 8, 9 og 10 fra den statiske inverter 6. Pumpehjulet 5 er innrettet til å pumpe væske fra væskeinn-løp 11 og 12 til en spiralkanal 13 som omgir pumpehjulet, og fra kanalen 13 til et utløp 14 som, når det dreier seg om en nedsenkbar pumpe, er tilkoplet til en slange e.l. På pumpe-husets 1 overdel er det anordnet en løftering 15 ved hjelp av hvilken pumpen kan koples til en line for å senkes ned til det sted fra hvilket væske, normalt vann eller slamblandet vann, skal pumpes opp til et visst nivå. The pump chosen as an example is equipped with a pump housing 1 which liquid-tightly encloses a brushless AC motor 2 with a rated power of, for example, 4 kW. The motor 2 has a shaft 3 which is stored in a ball bearing 4. On the free end of the shaft 3, a pump impeller 5 is fixed. In the pump housing 1, a static rectifier or inverter 6 is arranged in a liquid-tight space, which is designed to via a cable 7 to supply alternating voltage with mains frequency and to transform this alternating voltage first into a direct voltage and then into an alternating voltage with a selected frequency. In the present case, the motor 2 is assumed to be a three-phase motor, and voltage is supplied via conductors 8, 9 and 10 from the static inverter 6. The impeller 5 is arranged to pump liquid from liquid inlets 11 and 12 to a spiral channel 13 which surrounds the impeller, and from the channel 13 to an outlet 14 which, in the case of a submersible pump, is connected to a hose or the like. A lifting ring 15 is arranged on the upper part of the pump housing 1, by means of which the pump can be connected to a line to be lowered down to the place from which liquid, normal water or water mixed with sludge, is to be pumped up to a certain level.

Dersom i det viste utførelseseksempel motoren 8, som på konvensjonell måte er topolet og mates med en spenning med frekvens 50 Hz, ved hjelp av inverteren 6 tilføres spenning med frekvensen 100 Hz, vil turtallet øke fra 3000 omdreininger pr. minutt (r/min) til 6000 r/min, og momentet forblir ufor-andret. Et pumpehjul med det dobbelte spesifikke turtall kan således velges ved forøvrig uforandrede verdier. Dersom en topolet motor erstattes med en firepolet motor med samme vekt, dvs. samme ytre dimensjoner, og frekvensen økes til 200 Hz, får man fremdeles turtallet 6000 r/min og det dobbelte moment på grunn av at rotoren i en firepolet motor kan gjøres betydelig større enn rotoren i en topolet motor. Effekten vil samtidig øke da den er en funksjon av produktet av turtall og moment, men inverteren 6 er innrettet til å begrense effekten for å hindre overbelastning av motoren. If, in the embodiment shown, the motor 8, which is conventionally two-pole and fed with a voltage with a frequency of 50 Hz, is supplied with a voltage with a frequency of 100 Hz by means of the inverter 6, the speed will increase from 3,000 revolutions per minute (r/min) to 6000 r/min, and the torque remains unchanged. An impeller with twice the specific speed can thus be selected with otherwise unchanged values. If a two-pole motor is replaced by a four-pole motor with the same weight, i.e. the same external dimensions, and the frequency is increased to 200 Hz, one still gets the speed of 6000 r/min and double the torque due to the fact that the rotor in a four-pole motor can be made significantly larger than the rotor in a two-pole motor. The power will simultaneously increase as it is a function of the product of speed and torque, but the inverter 6 is designed to limit the power to prevent overloading of the motor.

Det økede turtall for motoren tillater en overgang fra pumpehjul med trange kanaler, dvs. et høytrykkspumpehjul, til et pumpehjul av åpen type og i det ekstreme tilfelle til et propellhjul. The increased speed of the engine allows a transition from impellers with narrow channels, i.e. a high-pressure impeller, to an open-type impeller and, in the extreme case, to a propeller impeller.

Med denne spesifikt høyere utnyttelse av pumpen er det imidlertid forbundet en øket fare for kavitasjon, særlig ved store sugehøyder. Ifølge oppfinnelsen begrenses denne fare ved å styre turtallet på en slik måte at kavitasjon ikke opptrer eller i alle tilfeller hindres fra å fortsette. With this specifically higher utilization of the pump, however, there is an increased risk of cavitation, particularly at large suction heights. According to the invention, this danger is limited by controlling the speed in such a way that cavitation does not occur or in any case is prevented from continuing.

Ved pumpehjulet 5 er det i det viste utførelseseksem-pel for detektering av kavitasjon anbrakt en trykkstøtgiver eller akselerometer 16 som er innrettet til å avføle de trykk-støt som oppstår i væsken når kavitasjon opptrer, og til via en leder 17 å avgi et signal til inverteren 6 for reduksjon av utgangsspenningens frekvens og dermed en reduksjon av motorens 2 og pumpehjulets 5 turtall. I det viste utførelseseksem-pel finnes det videre en væskenivåføler 18 som via en leder 19 sender et signal til inverteren 6 for å redusere frekvensen og dermed motorens 2 og pumpehjulets 5 turtall, dersom væskenivået i huset synker under en bestemt verdi. At the impeller 5, in the embodiment shown for detecting cavitation, a pressure shock sensor or accelerometer 16 is placed which is designed to sense the pressure shocks that occur in the liquid when cavitation occurs, and to send a signal via a conductor 17 to the inverter 6 for reducing the frequency of the output voltage and thus a reduction of the speed of the motor 2 and the impeller 5. In the embodiment shown, there is also a liquid level sensor 18 which via a conductor 19 sends a signal to the inverter 6 to reduce the frequency and thus the speed of the motor 2 and the impeller 5, if the liquid level in the housing drops below a certain value.

Inverteren innstilles hensiktsmessig på en høy frekvens og reguleres samtidig slik at den utgående effekt holdes konstant, dvs. motoreffekten holdes konstant eller i det minste, slik som beskrevet i ovennevnte søknad nr. 832608, i hovedsaken konstant. Dersom løftehøyden eller trykkhøyden skulle avvike fra en nominell verdi, vil motoren derfor søke å oppnå et turtall som svarer til den høyere frekvens, og dermed øke strømmen. Det er foran antatt at inverteren inngår i pumpehuset, men det er underforstått at inverteren kan utgjøre en enhet som er beliggende utenfor pumpen. The inverter is suitably set to a high frequency and regulated at the same time so that the output power is kept constant, i.e. the motor power is kept constant or at least, as described in the above-mentioned application no. 832608, essentially constant. If the lift height or the pressure height should deviate from a nominal value, the motor will therefore seek to achieve a speed that corresponds to the higher frequency, and thus increase the current. It is assumed above that the inverter is included in the pump housing, but it is understood that the inverter can form a unit that is located outside the pump.

Dersom kavitasjon skulle opptre, skjer det som nevnt en frekvensomstilling, slik at motorens 2 turtall avtar og frekvensreduksjonssignalet fås fra akselerometeret 16 (fig. 1) som via lederen 17 avgir et frekvensreduksjonssignal til inverteren. Akselerometeret er hensiktsmessig av piezoelektrisk type og reagerer på de lydtopper som forplantes gjennom væsken når kavitasjon opptrer. Signalene på lederen 17 mates i dette tilfelle til en styrekrets for inverteren og medfører en reduksjon av frekvensen. Væskenivåføleren 18 er innrettet til å generere et frekvensreduksjonssignal over lederen 19 dersom trykkvæske skulle mangle i kanalen 13, og dette frekvens-reduks jonssignal medfører at inverterens 6 frekvens reduseres, slik at man sikrer at motoren 2 ikke overskrider et bestemt tomgangsturtall. Eventuelt kan signalet danne et stoppsignal. If cavitation were to occur, a frequency adjustment occurs, as mentioned, so that the engine 2 speed decreases and the frequency reduction signal is obtained from the accelerometer 16 (fig. 1) which via the conductor 17 emits a frequency reduction signal to the inverter. The accelerometer is suitably of the piezoelectric type and reacts to the sound peaks that are propagated through the liquid when cavitation occurs. In this case, the signals on conductor 17 are fed to a control circuit for the inverter and result in a reduction of the frequency. The liquid level sensor 18 is arranged to generate a frequency reduction signal over the conductor 19 if pressure fluid should be missing in the channel 13, and this frequency reduction signal causes the frequency of the inverter 6 to be reduced, so that it is ensured that the engine 2 does not exceed a certain idle speed. Optionally, the signal can form a stop signal.

En for formålet med oppfinnelsen særlig egnet, statisk inverter skal nå beskrives i tilslutning til fig. 2-4. A static inverter particularly suitable for the purpose of the invention will now be described in connection with fig. 2-4.

Det bør observeres at de viste elektroniske kretser også danner reguleringskretser for å tillate motoren å arbeide med i hovedsaken konstant inngangseffekt så lenge kavitasjon ikke opptrer. It should be observed that the electronic circuits shown also form control circuits to allow the engine to operate at essentially constant input power as long as cavitation does not occur.

Den på fig. 2 viste, statiske inverter, som er valgt som eksempel, omfatter en trefaselikeretter 60 som mates fra et vekselspenningsnett 61. Likeretteren 60 mater likespenning med i hovedsaken konstant amplitude via ledere 62 og 63, idet lederen 62 ligger på positivt potensial og lederen 63 på negativt potensial og spenningen mates til en statisk omformer eller inverter som omfatter seks omkoplings- eller vekslings-elementer 64, 65, 66, 67, 68 og 69 som her består av transistorer og som er innrettet til sukessivt å tilkople motorens 2 polklemmer 70, 71 og 72 til den positive mateleder 62 og den negative mateleder 63 fra likeretteren 60. Ved behov er det mulig å benytte tyristorer eller liknende elementer i stedet for transistorer. En diode 141 er antiparallellkoplet over hver transistor for å oppta reaktive strømmer ved struping av den respektive transistor. For å styre omformeren, mates styresignaler fra utganger 73, 74, 75, 76, 77 og 78 fra en styreanordning 79 som er vist i detalj på fig. 4. Disse styresignaler mates via forsterkere 80 til basisen i den respektive transistor. Styreanordningen 79 er forsynt med signalinnganger 81, 82 for avfølingssignaler som genereres ved avføling av likestrømmen i ledningen 62, samt signalinnganger fra lederne 56, 57. Motorens 2 hastighet endres i avhengighet av ampli tuden av et spenningssignal på inngangen 56 fra et potensio-meter 59 (fig. 4). Over lederen 57 innmates et start/stoppsignal til inverteren. The one in fig. 2, the static inverter shown, which has been chosen as an example, comprises a three-phase rectifier 60 which is fed from an alternating voltage network 61. The rectifier 60 feeds direct voltage with essentially constant amplitude via conductors 62 and 63, conductor 62 being at positive potential and conductor 63 at negative potential and the voltage is fed to a static converter or inverter which comprises six switching or switching elements 64, 65, 66, 67, 68 and 69 which here consist of transistors and which are arranged to successively connect the motor's 2 pole terminals 70, 71 and 72 to the positive feed conductor 62 and the negative feed conductor 63 from the rectifier 60. If necessary, it is possible to use thyristors or similar elements instead of transistors. A diode 141 is connected in anti-parallel across each transistor to absorb reactive currents when throttling the respective transistor. To control the converter, control signals from outputs 73, 74, 75, 76, 77 and 78 are fed from a control device 79 which is shown in detail in fig. 4. These control signals are fed via amplifiers 80 to the base of the respective transistor. The control device 79 is provided with signal inputs 81, 82 for sensing signals that are generated by sensing the direct current in the line 62, as well as signal inputs from the conductors 56, 57. The speed of the motor 2 changes depending on the amplitude of a voltage signal on the input 56 from a potentiometer 59 (Fig. 4). A start/stop signal is fed to the inverter via conductor 57.

Styreanordningen 79, som er vist i detalj på fig. 4, omfatter en avfølingsanordning 85 for avføling av amplituden av likestrømmen i lederen 62. Størrelsen av denne strøm står i direkte forhold til spenningen mellom signalinngangene eller signallederne 81 og 82. Utgangssignalet fra avfølingsanord-ningen 85, som omfatter en forsterker 86, mates til en første toppspenningsdetektor 87, et lavpassfilter 88, en andre toppspenningsdetektor 89 og en sammenlikner 90. Detektoren 87 inneholder en diode 91 for gjennomslipning av positive signaler, og detektoren 89 inneholder en diode 92 for gjennomslipning av negative signaler. I hver detektor inngår også et lavpassfilter. Den første detektor 87 har fortrinnsvis en tidskonstant på rundt 4/f, der f er den maksimale grunnfrekvens for den til motoren 2 tilførte spenning. Detektorens 87 sperrefrekvens, -3dB, ligger fortrinnsvis ved 0,1 f. Lavpassfilteret 88 har fortrinnsvis den samme sperrefrekvens. Den andre detektor 89 har fortrinnsvis en tidskonstant på ca. l/f og en sperrefrekvens på ca. 0,5 f. The control device 79, which is shown in detail in fig. 4, comprises a sensing device 85 for sensing the amplitude of the direct current in the conductor 62. The magnitude of this current is directly proportional to the voltage between the signal inputs or signal conductors 81 and 82. The output signal from the sensing device 85, which comprises an amplifier 86, is fed to a first peak voltage detector 87, a low-pass filter 88, a second peak voltage detector 89 and a comparator 90. The detector 87 contains a diode 91 for passing positive signals, and the detector 89 contains a diode 92 for passing negative signals. Each detector also includes a low-pass filter. The first detector 87 preferably has a time constant of around 4/f, where f is the maximum fundamental frequency for the voltage supplied to the motor 2. The blocking frequency of the detector 87, -3dB, is preferably at 0.1 f. The low-pass filter 88 preferably has the same blocking frequency. The second detector 89 preferably has a time constant of approx. l/f and a blocking frequency of approx. 0.5 f.

Utgangssignalet fra detektoren 87 mates til en første reguleringskrets 93 som er vist i detalj på fig. 3. Inngangs-signalet fra lederne 56, 57 mates til en rampegenerator 94 som består av to operasjonsforsterkere som er koplet for dannelse av en integrerende krets for til reguleringskretsen 93 å mate en økende rampespenning når motoren akselererer ved start, og en avtagende rampespenning under motorens retardasjon til stopp. På denne måte elimineres faren for at en ved normal hastighet rådende belastningsstrøm overskrides når motoren startes eller stoppes. En endring av frekvensstyresignalet, som bestemmer motorstrømmens frekvens og således motorens rotasjonshastighet, og som opptrer på lederen 56, integreres likeledes av rampegeneratoren 94. Det medgår derfor en viss tid før utgangssignalet fra rampegeneratoren 94 er helt tilpasset til inngangs-signalene. The output signal from the detector 87 is fed to a first control circuit 93 which is shown in detail in fig. 3. The input signal from the conductors 56, 57 is fed to a ramp generator 94 which consists of two operational amplifiers which are connected to form an integrating circuit to feed to the control circuit 93 an increasing ramp voltage when the engine accelerates at start, and a decreasing ramp voltage during the engine deceleration to a stop. In this way, the danger of a load current prevailing at normal speed being exceeded when the motor is started or stopped is eliminated. A change in the frequency control signal, which determines the frequency of the motor current and thus the motor's rotational speed, and which acts on the conductor 56, is likewise integrated by the ramp generator 94. It therefore takes a certain amount of time before the output signal from the ramp generator 94 is completely adapted to the input signals.

Signalet fra den første detektor 87 (fig. 3) mates over en motstand 95 til den ene inngang på en operasjonsfor sterker 96. Dette signal sammenliknes av forsterkeren 96 med et referansesignal som innstilles ved hjelp av en variabel motstand 97 og som mates til den nevnte ene inngang via en motstand 98. Forsterkerens 96 andre inngang er jordet, og videre er forsterkeren tilbakekoplet ved hjelp av en motstand 99. En avvikelse mellom signalet fra detektoren 87 og referan-sesignalet forårsaker et utgangssignal fra forsterkeren 96, og dette utgangssignal mates via en motstand 100 og en diode 103 til den ene inngang på en operasjonsforsterker 101 hvis andre inngang er jordet. Rampegeneratorens 94 utgangssignal mates likeledes til den nevnte ene inngang på forsterkeren 101 via en motstand 102. Forsterkeren 101 er tilbakekoplet ved hjelp av en første motstand 104 og en andre motstand 105 i serie med dioden 103. Motstanden 105 har betydelig lavere motstandsver-di enn motstanden 104, og motstandsforholdet er fortrinnsvis ca. 1:20. Dersom den første operasjonsforsterkers 96 utgangssignal, målt på dioden 103, er mer negativt enn utgangssignalet fra den andre operasjonsforsterker 101, målt på dioden 103, er positivt, forspennes dioden 103 i sperreretningen. Forsterkerens 101 forsterkning i den lukkede sløyfe blir da høy. Dersom utgangssignalet fra den første detektor 87 øker på grunn av at likeretterens 60 likestrøm øker, vil utgangssignalet fra forsterkeren 96 bli mindre negativt, og ved at visst signalnivå som forinnstilles ved hjelp av motstanden 97, vil dioden 103 bli forspent i lederetningen. Dette innebærer at forsterkerens 101 forsterkning drastisk avtar, slik at reguleringskretsen 93 utsender et frekvensstyresignal. Frekvensstyresignalet fra forsterkerens 101 utgang mates til en spenningsstyrt oscillator 109 og til en analog divisjonskrets 110. Denne divisjonskrets 110, som eksempelvis er av den kommersielt tilgjengelige type Analog Devices AD 534, danner et signal som er I . , ,/f der The signal from the first detector 87 (Fig. 3) is fed via a resistor 95 to one input of an operational amplifier 96. This signal is compared by the amplifier 96 with a reference signal which is set by means of a variable resistor 97 and which is fed to the aforementioned one input via a resistor 98. The other input of the amplifier 96 is grounded, and further the amplifier is fed back by means of a resistor 99. A deviation between the signal from the detector 87 and the reference signal causes an output signal from the amplifier 96, and this output signal is fed via a resistor 100 and a diode 103 to one input of an operational amplifier 101 whose other input is grounded. The output signal of the ramp generator 94 is likewise fed to the aforementioned one input of the amplifier 101 via a resistor 102. The amplifier 101 is fed back by means of a first resistor 104 and a second resistor 105 in series with the diode 103. The resistor 105 has a significantly lower resistance value than the resistor 104, and the resistance ratio is preferably approx. 1:20. If the output signal of the first operational amplifier 96, measured on the diode 103, is more negative than the output signal from the second operational amplifier 101, measured on the diode 103, is positive, the diode 103 is biased in the blocking direction. The amplifier's 101 gain in the closed loop then becomes high. If the output signal from the first detector 87 increases due to the rectifier 60's direct current increasing, the output signal from the amplifier 96 will become less negative, and due to a certain signal level which is preset by means of the resistor 97, the diode 103 will be biased in the conducting direction. This means that the amplification of the amplifier 101 drastically decreases, so that the control circuit 93 emits a frequency control signal. The frequency control signal from the output of the amplifier 101 is fed to a voltage-controlled oscillator 109 and to an analog division circuit 110. This division circuit 110, which is for example of the commercially available Analog Devices AD 534 type, forms a signal which is I . , ,/f there

^ ^ mxddel^ ^ mxddel

"'"middel er middelverdien av ^en f°r øyeblikket rådende magneti-seringsstrøm til motoren, og f er frekvensen. Dette signal er et bra mål på motorens akselmoment. Den spenningsstyrte oscillator 109 genererer et utgangssignal med en frekvens som er proporsjonal med inngangsspenningen. "'"mean is the mean value of ^a currently prevailing magnetizing current to the motor, and f is the frequency. This signal is a good measure of the motor's shaft torque. The voltage controlled oscillator 109 generates an output signal with a frequency proportional to the input voltage.

Det likerettede middelverdisignal som fås fra lav-passf ilteret 88, tilsvarer den effekt som mates til motoren 2, ettersom spenningen på mateledningene 62 og 63 er i hovedsaken konstant. Signalet mates til divisjonskretsen 110 der det divi-deres med det frekvensstyrende signal fra forsterkeren 101, som utgjør et ordresignal for bestemmelse av motorens rotasjonshastighet. Divisjonskretsens 110 utgangssignal vil således tilsvare kravet til vridningsmoment for motoren. Utgangssignalet fra divisjonskretsen 110 mates til en andre reguleringskrets 111 og utgjør et første spenningsreguleringssignal. Det negative signal fra den andre toppverdidetektor 89 danner et andre spenningsreguleringssignal som mates til den andre reguleringskrets 111, slik at utgangssignalet fra reguleringskretsen 111 blir propor-sjonalt med forskjellen mellom de første og andre spenningsre-guleringssignaler. Det negative signal fra detektoren 89 tilsvarer motorens 2 magnetiseringsgrad og fås fra negative pulser som mates tilbake til likespenningskilden når transistorene 64 - 69 er ikke-ledende. Ved å styre amplituden av disse negative pulser, er det mulig å nå et bestemt magnetiseringsnivå The rectified mean value signal obtained from the low-pass filter 88 corresponds to the power fed to the motor 2, as the voltage on the feed lines 62 and 63 is essentially constant. The signal is fed to the division circuit 110 where it is divided by the frequency controlling signal from the amplifier 101, which constitutes an order signal for determining the motor's rotational speed. The division circuit's 110 output signal will thus correspond to the torque requirement for the motor. The output signal from the division circuit 110 is fed to a second regulation circuit 111 and constitutes a first voltage regulation signal. The negative signal from the second peak value detector 89 forms a second voltage regulation signal which is fed to the second regulation circuit 111, so that the output signal from the regulation circuit 111 is proportional to the difference between the first and second voltage regulation signals. The negative signal from the detector 89 corresponds to the degree of magnetization of the motor 2 and is obtained from negative pulses which are fed back to the direct voltage source when the transistors 64 - 69 are non-conductive. By controlling the amplitude of these negative pulses, it is possible to reach a certain magnetization level

for motoren, og dermed får man et høyt forhold mellom effekt og vekt og unngår overmetning som forårsaker tap. Den foran be-skrevne motorkonstruksjon har derved store fordeler. for the engine, thus obtaining a high power-to-weight ratio and avoiding oversaturation which causes losses. The above-described engine design thereby has major advantages.

Dersom signalet fra avfølingsanordningen 85 overskrider en viss bestemt verdi, vil utgangssignalet fra sammenlikne-ren 90, som sammenlikner dette utgangsignal med et referansesignal som fås ved hjelp av en innstillbar motstand 112, ligge på en lav verdi. Som en følge av dette vil utgangene 74, 76 og 78 fra OG-portene 116, 117 og 118 ligge på lavt nivå. Dette innebærer at transistorene 65, 67 og 69 vil gå over til ikke-ledende tilstand, slik at motorens klemmer 70, 71 og 72 ikke er forbundet med likespenningskildens negative klemme eller leder 63. Denne bortkopling beskytter omformeren mot skader forårsaket av tran-siente strømmer. If the signal from the sensing device 85 exceeds a certain determined value, the output signal from the comparator 90, which compares this output signal with a reference signal obtained by means of an adjustable resistor 112, will be at a low value. As a result, the outputs 74, 76 and 78 from the AND gates 116, 117 and 118 will be at a low level. This means that the transistors 65, 67 and 69 will switch to a non-conductive state, so that the motor's terminals 70, 71 and 72 are not connected to the DC voltage source's negative terminal or conductor 63. This disconnection protects the inverter from damage caused by transient currents .

Utgangssignalet fra den spenningsstyrte oscillator 109 mates til en tidsinnstillingsanordning eller timer 119, fortrinnsvis en industritimer av standardtype 555, og en divisjonskrets 120. Divisjonskretsen 120 utgjøres fortrinnsvis av en programmerbar teller som er innrettet til å utsende et pulstog med en frekvens som er lik inngangssignalets frekvens dividert med en valgt konstant. Timeren 119 utsender et pulstog med en frekvens som er lik frekvensen av utgangssignalet fra oscilla-toren 109. Pulsbredden styres av utgangssignalet fra den andre reguleringskrets 111. Pulstoget fra timeren 119 mates til OG-porter 121, 122 og 123. Pulstoget fra divisjonskretsen 120 danner et klokkesignal til en ringteller 124. I ringtelleren 124 lagres en "1" og fem "0". "l"-verdien forskyves i telleren av pulstoget fra tellerens Utgang 125 til utgangen 126, fra denne utgang til utgangen 127, videre til utgangen 128, fra denne utgang til utgangen 129 og videre til utgangen 130, samt fra denne utgang tilbake til utgangen 125. En sådan forflyt-ning av den i telleren 124 lagrede "1" fra utgangen 125 og tilbake til utgangen 125, tilsvarer en periode av grunnfrekven-sen av den spenning som mates til motoren 2. Utgangssignalene fra tellerens 124 utganger 125 - 130 dekodes av ELLER-porter 131, 132 og 133. Utgangssignalet fra en respektiv port ligger halve tiden på høyt nivå og halve tiden på lavt nivå. En lo-gisk signalinverterer 134 og NAND-porter 135, 136, 137, 138, 139 og 140 er innrettet til å styre motorens 2 rotasjonsinnret-ning dersom dette skulle kreves. Utgangssignalene fra portene 131, 132 og 133 mates til OG-portene 116, 117, 118, 121, 122 The output signal from the voltage controlled oscillator 109 is fed to a timing device or timer 119, preferably an industrial timer of the standard type 555, and a division circuit 120. The division circuit 120 is preferably constituted by a programmable counter which is arranged to emit a pulse train with a frequency equal to the frequency of the input signal divided by a chosen constant. The timer 119 emits a pulse train with a frequency equal to the frequency of the output signal from the oscillator 109. The pulse width is controlled by the output signal from the second control circuit 111. The pulse train from the timer 119 is fed to AND gates 121, 122 and 123. The pulse train from the division circuit 120 forms a clock signal to a ring counter 124. In the ring counter 124, one "1" and five "0" are stored. The "l" value is shifted in the counter by the pulse train from the counter's Output 125 to output 126, from this output to output 127, on to output 128, from this output to output 129 and on to output 130, and from this output back to output 125 Such a movement of the "1" stored in the counter 124 from the output 125 and back to the output 125 corresponds to a period of the fundamental frequency of the voltage fed to the motor 2. The output signals from the counter 124's outputs 125 - 130 are decoded by OR gates 131, 132 and 133. The output signal from a respective gate is half the time at a high level and half the time at a low level. A logic signal inverter 134 and NAND gates 135, 136, 137, 138, 139 and 140 are designed to control the motor's 2 rotation device should this be required. The output signals from ports 131, 132 and 133 are fed to AND ports 116, 117, 118, 121, 122

og 123 for å styre omkoplingstransistorene 64 - 69 i omformeren. Inngangene til portene 116, 117 og 118 er koplet til logiske and 123 to control the switching transistors 64 - 69 in the converter. The inputs to gates 116, 117 and 118 are connected to logic

-re -re

signalinverter e?142, 143 og 144.signal inverter e?142, 143 and 144.

På grunn av at pulsbredden på pulsene fra timerenDue to the pulse width of the pulses from the timer

119 er konstant, uavhengig av frekvensen dersom signalet fra reguleringskretsen 111 er konstant, vil middelverdien over en halv periode av spenningens grunnfrekvens bli endret samtidig med frekvensen. En ytterligere regulering av middelspenningen kan oppnås ved å variere pulsbredden som reguleres ved hjelp av reguleringskretsen 111. 119 is constant, regardless of the frequency, if the signal from the control circuit 111 is constant, the mean value over half a period of the voltage's fundamental frequency will be changed simultaneously with the frequency. A further regulation of the medium voltage can be achieved by varying the pulse width which is regulated by means of the regulation circuit 111.

Frekvenssignalet fra den frekvensgivende krets, som innmates over lederen 56 til rampegeneratoren 94, danner en børverdi som bestemmer frekvensen og dermed motorens turtall. The frequency signal from the frequency generating circuit, which is fed via the conductor 56 to the ramp generator 94, forms a target value which determines the frequency and thus the engine speed.

Dersom kavitasjon skulle opptre, skjer det som nevnt en frekvensomstilling, slik at motorens 2 turtall avtar, og frekvensreduksjonssignalet fås fra akselerometeret 16 (fig. 1) som via lederen 17 avgir et frekvensreduksjonssignal til inverteren. Akselerometeret er hensiktsmessig av piezoelektrisk type og reagerer på de lydtopper som forplantes gjennom væsken når kavitasjon opptrer. Signalene på lederen 17 mates i dette tilelle til lederen 56 og medfører en senkning av frekvensen. Væskenivåføleren 18 (fig. 1) er innrettet til å generere et frekvenssenkningssignal over lederen 19 dersom trykkvæske skulle mangle i kanalen 13, og dette frekvenssenkningssignal, som mates til lederen 56, sikrer at motoren 2 ikke overskrider et bestemt tomgangsturtall. Eventuelt kan signalet mates inn på lederen 57 og danne et stoppsignal. If cavitation were to occur, a frequency adjustment occurs, as mentioned, so that the engine's 2 speed decreases, and the frequency reduction signal is obtained from the accelerometer 16 (fig. 1) which via the conductor 17 emits a frequency reduction signal to the inverter. The accelerometer is suitably of the piezoelectric type and reacts to the sound peaks that are propagated through the liquid when cavitation occurs. The signals on conductor 17 are in this case fed to conductor 56 and cause a lowering of the frequency. The liquid level sensor 18 (fig. 1) is designed to generate a frequency reduction signal over the conductor 19 if pressure fluid should be missing in the channel 13, and this frequency reduction signal, which is fed to the conductor 56, ensures that the engine 2 does not exceed a certain idle speed. Optionally, the signal can be fed into the conductor 57 and form a stop signal.

Claims

1. Procedure for operating the impeller (5) in a liquid pump using an induction motor (2), whereby the motor is supplied with energy from an adjustable, static inverter (6) whose output frequency is regulated depending on the pressure in the liquid, measured with a pressure sensor (16) , characterized in that the pressure sensor (16) is arranged to detect the cavitation state of the impeller (5), and that the output frequency of the inverter (6) is regulated so that the rotation speed of the impeller (5) is kept at or below a cavitation-free maximum value.

2. Method according to claim 1, characterized in that the inverter (6) is set in an unregulated state to emit an output frequency at which the motor (2) and thereby the impeller (5) is driven at a speed that exceeds the cavitation-free maximum value.

3. Liquid pump for carrying out the method according to claim 1, comprising an impeller (5) arranged in a pump housing (1) which is driven by an induction motor (2), and an adjustable, static inverter (6) which is designed to supply energy to the motor and whose output frequency is controlled as a function of the pressure in the liquid, measured by means of a pressure sensor (16), characterized in that the pressure sensor (16) is arranged to sense the cavitation state of the impeller (5), and to produce a control signal to the inverter (6) and cause it to change the output frequency in such a way that the rotation speed of the impeller (5) is kept at or below a cavitation-free maximum value.

4. Liquid pump according to claim 3, characterized in that the inverter in an unregulated state is set to produce an output frequency at which cavitation occurs.

5. Liquid pump according to claim 3 or 4, characterized in that said sensor consists of a pressure shock sensor (16) at the impeller (5).