SE445759B

SE445759B - Device for regulating gas pressure in a compressed gas volume intended for the delivery of compressed gas and connected to a compressor

Info

Publication number: SE445759B
Application number: SE8107756A
Authority: SE
Inventors: C S M Hartwig; Nederkassel L J Van
Original assignee: Cerac Inst Sa
Priority date: 1981-12-23
Filing date: 1981-12-23
Publication date: 1986-07-14
Also published as: SE8107756L

Abstract

Compressor operation for regulating the gas pressure in a compressed gas volume (106) connected to the compressor (101). A brushless AC motor (23) is directly connected to the compressor, which is driven at the same speed as the motor. The pressure in the gas volume (106) is detected by a pressure-sensing device (109) that is connected to a converter (114). The converter simultaneously changes the amplitude and frequency of the driving voltage supplied to the motor (23). This is done in response to pressure changes in the volume (106). The motor is stopped if pressure exceeds a preset maximum value. The pressure in a compressed gas tank (104) is relieved upon motor stop to allow restart without counterpressure on the compressor. The device (44) for regulating the amplitude and frequency of the driving voltage ensures that the current at normal speed and full load is never exceeded upon motor start.<IMAGE>

Description

15 20 25 30 35 ,s1o77se-2 , kompressorn under det att inget produktivt arbete utförs. I praktiken använder moderna kompressoranläggningar en kombination av ovannämnda kända metoder varvid motorn startas och stoppas på ett . kontrollerat sätt så att alltför ofta förekommande motorstarter undviks. Därutöver erforderlig reglering erhålles medelst avlastning. 15 20 25 30 35, s1o77se-2, the compressor while no productive work is being performed. In practice, modern compressor systems use a combination of the above-mentioned known methods, the engine being started and stopped at one. controlled manner so that overly frequent engine starts are avoided. In addition, the required regulation is obtained by relief.

Ett syfte* med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en kompressordirektdrift innefattande en borstlös växelströmsmotor varvid trycket i en gasvolym ansluten till kompressorn styrs medelst styrning av växelströmsmotorns hastighet.An object * of the present invention is to provide a compressor direct operation comprising a brushless AC motor, the pressure in a gas volume connected to the compressor being controlled by controlling the speed of the AC motor.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla medel -för att känna ett förinställt maximalvärde på det levererade gastrycket och för att sänka amplitud och frekvens på spänningen som tillförs växelströmsmotorn till noll, när _det_ förinställda maximaltrycket överskrids, för att stoppa motorn. l " Ännu ett ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla en behållare med avlastningsventil på nedströmssidan om kompressorn för att avlasta behållaren när motorn stoppas. Detta gör.det möjligt att återstarta motorn utan mottryck på kompressorn.A further object of the invention is to provide means for sensing a preset maximum value of the delivered gas pressure and for lowering the amplitude and frequency of the voltage supplied to the AC motor to zero, when the preset maximum pressure is exceeded, for stopping the motor. Yet another object of the invention is to provide a container with a relief valve on the downstream side of the compressor for relieving the container when the engine is stopped. This makes it possible to restart the engine without back pressure on the compressor.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla medel för styrning av motorströmmen så strömen vid normal hastighet och fullast aldrig överskrids under motorstart, varigenom täta motorstarter kan tillåtas utan att motorn överhettas.A further object of the invention is to provide means for controlling the motor current so that the current at normal speed and full load is never exceeded during motor start, whereby frequent motor starts can be allowed without the motor overheating.

Med föreliggande uppfinning, som definieras av de efterföljande patentkraven, erhålles ett flertal fördelar.With the present invention, which is defined by the appended claims, a number of advantages are obtained.

Kompressorn kan drivas direkt av växelströmsmotorn med optimal hastighet utan användning av växellåda eller annan anordning som normalt erfordras för att ändra motorhastigheten till den optimala kompressozhastigheten. Eftersom sådana :nordningar är dyrbara, inför effektiärluster, utsätts för förslitning och kan orsaka buller, är det möjligt att göra kompressoranläggningen billigare, spara energi 10 15 20 25 30 35 8107756-2* och förbättra systemets tillförlitlighet medelst föreliggande uppfinning.The compressor can be driven directly by the AC motor at optimum speed without the use of a gearbox or other device normally required to change the motor speed to the optimum compressor speed. Since such: nordings are expensive, face efficient losses, are subject to wear and can cause noise, it is possible to make the compressor plant cheaper, save energy and improve the reliability of the system by the present invention.

Möjligheten att köra växelströmsmotorn med högre hastigheter än de som uppnås vid nätfrekvens gör det möjligt att minska motorstorleken för en given effekt. Anledningen är att växelströmsmotorns storlek är proportionell mot drivmomentet, som är omvänt proportionellt mot _motorhastigheten vid en given uteffekt.The ability to run the AC motor at higher speeds than those achieved at mains frequency makes it possible to reduce the motor size for a given power. The reason is that the size of the AC motor is proportional to the drive torque, which is inversely proportional to the motor speed at a given output power.

Eftersom en frekvensomvandlare kan leverera en spänning med praktiskt taget vilken frekvens som helst är det möjligt att välja antalet poler på växelströmsmotorn i syfte att minska kostnaderna för motorn. Det är känt att en fyrpolig motor har ett bättre förhållande mellan aktivt inaktivt material än en tvâpolig motor.Since a frequency converter can supply a voltage with virtually any frequency, it is possible to select the number of poles of the AC motor in order to reduce the cost of the motor. It is known that a four-pole motor has a better ratio of active inactive material than a two-pole motor.

Den fyrpoliga motorn är därför billigare för ett givet märkmoment.The four-pole motor is therefore cheaper for a given rated torque.

Eftersom amplituden och frekvensen på utgângsspänningen från frekvensomvandlaren kan ökas från noll till fullhastighetsvärden på ett kontrollerat sätt kan motorn accelereras med en ström som inte är större än strömen vid normal hastighet och full belastning.Since the amplitude and frequency of the output voltage from the frequency converter can be increased from zero to full speed values in a controlled manner, the motor can be accelerated with a current not greater than the current at normal speed and full load.

P.g.a. den gradvisa uppbyggnaden av moment och hastighet erhålles en mycket mjuk motorstart utan mekaniska stötbelaštningar som uppträder när en växelströmsmotor startas vid nätfrekvens.P.g.a. the gradual build-up of torque and speed results in a very smooth motor start without mechanical shock loads occurring when an AC motor is started at mains frequency.

P.9.a. avsaknaden av överströmmar vid motorstart och p.g.a. den mycket mjuka motorstarten är antalet motorstarter per timma praktiskt taget obegränsat.P.9.a. the absence of overcurrents at engine start and due to the very soft engine start, the number of engine starts per hour is virtually unlimited.

I de flesta kompressorinstallationer finns det en tryckmedium- behållare för att jämna ut variationer i efterfrågan på tryckmedium.In most compressor installations, there is a pressure medium container to even out variations in the demand for pressure medium.

Eftersom kompressorkapaciteten enligt föreliggande uppfinning reg- leras inom ett stort område medelst hastighetsstyrning och p.g.a. det obegränsade antalet motorstarter är det möjligt att minska eller t.o.m. utesluta tryckmediumbehållaren. 10 15 20 25 30 »- aiovvse-2 4 e..Since the compressor capacity according to the present invention is regulated over a large range by means of speed control and p.g.a. the unlimited number of engine starts, it is possible to reduce or even exclude the pressure medium container. 10 15 20 25 30 »- aiovvse-2 4 e ..

När kompressorkapaciteten minskas minskas energiförbrukningen proportionellt. Kompressorns effektivitet förbättras därför väsentligt i jämförelse med känd teknik vid dellast.When the compressor capacity is reduced, the energy consumption is reduced proportionally. The efficiency of the compressor is therefore significantly improved in comparison with the prior art at partial load.

Eftersom kompressorkapaciteten regleras medelst hastighetsstyrning kan normala kapacitetsregleringsanordningar såsom inloppsstrypventiler på rotorkompressorer eller inloppsventillyftare på kolvkompressorer uteslutas.Since the compressor capacity is controlled by means of speed control, normal capacity control devices such as inlet throttle valves on rotor compressors or inlet valve lifters on piston compressors can be omitted.

En utföringsform av uppfinningen beskrivs nedan med hänvisning till bifogade ritning på vilken fig 1 visar en kompressoranläggning med drivsystem enligt uppfinningen. Fig. 2 visar effektkretsarna för drivning av den borstlösal växelströmsmotorn. Fig. 3 visar styrenheten i fig. 2. Fig. 4 visar en regulator i styrenheten enligt fig. 3. Fig. 5 visar en överföringsfunktion för regulatorn i fig. 41 e----_ -v-'e _.An embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows a compressor plant with drive system according to the invention. Fig. 2 shows the power circuits for driving the brushless AC motor. Fig. 3 shows the control unit in Fig. 2. Fig. 4 shows a controller in the control unit according to Fig. 3. Fig. 5 shows a transfer function for the controller in Fig. 41 e ----_ -v-'e _.

Kompressoranläggningen som visas i fig. 1 innefattar en kompressor 101 som medelst en axel 102 är direktkopplad till en borstlös växelströmsmotor 23, varigenom kompressorn drivs med sama hastighet som motorn. rKompressorn som visas på ritningen är av den 0 oljeinsprutade typen, företrädesvis en skruvkompressor, men kan vara av vilken typ som helst, exempelvis en kolvkompressor. Vid en skruvkompressor är axeln 102 antingen en av skruvaxlarna eller kopplad till en av dessa. Vid en kolvkompressor är axeln vevaxeln.The compressor plant shown in Fig. 1 comprises a compressor 101 which is directly connected by means of a shaft 102 to a brushless AC motor 23, whereby the compressor is driven at the same speed as the motor. The compressor shown in the drawing is of the oil-injected type, preferably a screw compressor, but may be of any type, for example a piston compressor. In a screw compressor, the shaft 102 is either one of the screw shafts or connected to one of them. In a reciprocating compressor, the shaft is the crankshaft.

Gas som skall komprimeras komer in i kompressorn 101 via inloppsfiltret 113. Den komprimerade gasen some levereras av kompressorn 101 leds via backventilen 100 till oljeavskiljaren 104 där oljan avskiljs från gasen och samlas på botten.-0ljan_försf därefter tillbaka via oljekylaren 110, oljefiltret 111' och oljestoppventilen 112 till kompressorns 101 insprutningskammare.Gas to be compressed enters the compressor 101 via the inlet filter 113. The compressed gas supplied by the compressor 101 is led via the non-return valve 100 to the oil separator 104 where the oil is separated from the gas and collected at the bottom.The oil is then returned via the oil cooler 110, the oil filter 111 'and the oil stop valve 112 to the injection chamber of the compressor 101.

Från den lilla tryckgasbehållaren 104 leds den komprimerade gasen via backventilen 105 till en tryckgasvolym 106, som normalt är ledningssystemet som leder till förbrukarna. Anläggningen är dessutom försedd med en säkerhetsventil 107 och en avlastningsventil 108. Avlastningsventilen styrs av trycket vid kompressorns 101 utlopp så att den intar det på ritningen visade läget när det trycket faller under en viss nivå efter det att motorn 23 stoppats. 10 15 20 25 30 35 5 1 siovvse-2 Behållaren 104 avlastas därvid så att en efterföljande motorstart kan göras utan något mottryck vid kompressorns 101 utlopp.From the small pressurized gas container 104, the compressed gas is led via the non-return valve 105 to a pressurized gas volume 106, which is normally the line system leading to the consumers. The plant is also provided with a safety valve 107 and a relief valve 108. The relief valve is controlled by the pressure at the outlet of the compressor 101 so that it assumes the position shown in the drawing when that pressure falls below a certain level after the engine 23 has been stopped. The container 104 is then relieved so that a subsequent engine start can be made without any back pressure at the outlet of the compressor 101.

Den visade motorn 23 är en trefas borstlös växelströmsmotor, exempelvis en asynkronmotor. Motorn matas med effekt från en omvandlare 114 som är ansluten till ett trefasnät. Omvandlaren innefattar en trefaslikriktare, en likströmslänk, en sex switcñelement 31-36 och en styrenhet 10 såsom visat i fig. 2.The motor 23 shown is a three-phase brushless AC motor, for example an asynchronous motor. The motor is powered by a converter 114 which is connected to a three-phase network. The converter comprises a three-phase rectifier, a direct current link, a six switching element 31-36 and a control unit 10 as shown in Fig. 2.

Styrenheten är försedd med en ingång 19 för en kontinuerligt varierbar hastighetsstyrsignal och en ingång 20 för en start/stopp-signal. Den visade kompressoranläggningen innefattar tryckavkännande medel 109 som avger en spänning som är proportionell mot trycket i tryckgasvolymen 106. Denna spänning, som är negativ, tillförs via motståndet 120 till en av ingângarna pä-operationsför- stärkaren 118. En referensspänning motsvarande det önskade maximi- trycket i volymen 106 ställs in på potentiometern 116 och tillförs via motståndet 117 till ingången på förstärkaren 118. Den âterkopplade förstärkningen på förstärkaren 118 ställs in på det variabla motståndet 119 och motsvarar den önskade skillnaden mellan maximitryck och minimitryck i volymen 106. Om den inverterande ingången på förstärkaren 118 används kommer spänningen som tillförs ingången 19 att ändras från noll volt, motsvarande minimihastighet för motorn, till ett förutbestämt negativt värde; motsvarande maximihastighet för motorn, när trycket i volymen 106 ändras från maximitryck till minimitryck. Utgångsspänningen från förstärkaren 118 tillförs också medel för avkänning av ett förinställt maximitryck i form av en komparator 115. Om trycket i volymen 106 överstiger det önskade maximitrycket, blir utgàngsspänningen från förstärkaren 118 posivit så att utgångsspänningen från komparatorn 115 ändras från maximalt positiv spänning till maximalt negativ spänning eller omvänt. Denna spänning tillförs ingången 20. Motorn 23 stoppas på detta sätt. Motorn återstartas när utgångsspänningen från förstärkaren 118 blir negativ igen. inverter med Drivsystemet som visas i fig. 2 innefattar en trefaslikriktare 22 som är ansluten till ett standardnät med fast frekvens. Likriktaren levererar likström med i huvudsak konstant spänning till ledningar 10 15 20 25 30 35 s1o71se-2 6 24, 25, som utgör en positiv, 24, och en negativ, 25, pol i en likströmskälla för en inverter. Invertern innefattar sex switchelement 31-36 för att efter varandra förbinda anslutningarna 28, 29, 30 på en borstlös växelströmsmotor 23 till den positiva polen 24 och den negativa polen 25 på likströmskällan.The control unit is provided with an input 19 for a continuously variable speed control signal and an input 20 for a start / stop signal. The compressor plant shown comprises pressure sensing means 109 which emits a voltage proportional to the pressure in the compressed gas volume 106. This voltage, which is negative, is applied via the resistor 120 to one of the inputs of the operational amplifier 118. A reference voltage corresponding to the desired maximum pressure in volume 106 is set to potentiometer 116 and applied via resistor 117 to the input of amplifier 118. The feedback gain of amplifier 118 is set to variable variable 119 and corresponds to the desired difference between maximum pressure and minimum pressure in volume 106. If the inverting input of the amplifier 118 is used, the voltage applied to the input 19 will change from zero volts, corresponding to the minimum speed of the motor, to a predetermined negative value; corresponding maximum speed of the engine, when the pressure in volume 106 changes from maximum pressure to minimum pressure. The output voltage from amplifier 118 is also supplied with means for sensing a preset maximum pressure in the form of a comparator 115. If the pressure in volume 106 exceeds the desired maximum pressure, the output voltage from amplifier 118 becomes positive so that the output voltage from comparator 115 changes from maximum positive voltage voltage or vice versa. This voltage is applied to the input 20. The motor 23 is stopped in this way. The motor restarts when the output voltage from amplifier 118 becomes negative again. Inverter with the drive system shown in Fig. 2 comprises a three-phase rectifier 22 which is connected to a standard fixed frequency network. The rectifier supplies direct current with substantially constant voltage to lines 10, 25, 25 which are a positive, 24, and a negative, 25, pole in a direct current source for an inverter. The inverter comprises six switch elements 31-36 for successively connecting the connections 28, 29, 30 of a brushless alternating current motor 23 to the positive pole 24 and the negative pole 25 of the direct current source.

Switchelementen visas på ritningen som transistorer men skulle naturligtvis vara kombinationer av tyristorer eller andra element.The switch elements are shown in the drawing as transistors but would of course be combinations of thyristors or other elements.

En diod 27 är antiparallellt placerad över var och en av transistorerna för att ta hand om reaktiva strömmar vid avstängning av transistorn. För att styra invertern tillförs styrsignaler från utgångarna 11-16 på styrenheten 10 såsom visat i fig. 3. Dessa styrsignaler tillförs via förstärkare 26 till basen på respektive transistor. Styrenheten 10 är försedd med ingångar 17, 18 medelst vilka likströmmen i ledningen 24 avkänns. Styrenheten 10 är dessutom 'försedd med en utgång 39 och ingångar 19, 20, 21. Utgången 39 används endast om det under drift är önskvärt att ändra motorns rotationsriktning. Rotationsriktningen väljs genom att tillföra en logisk signal till ingången 21. Om rotation i endast en riktning önskas förbinds ingången 21 antingen med en positiv spänning eller jord. Motorns 23 hastighet kan ändras genom ändring av en spänning som tillförs ingången 19. Om, såsom exempelvis i en slipmaskin, det är önskvärt att driva motorn med en viss hastighet, ansluts ingången 19 till en lämplig spänning som motsvarar den önskade hastigheten.A diode 27 is positioned antiparallel over each of the transistors to handle reactive currents when the transistor is turned off. To control the inverter, control signals are applied from the outputs 11-16 to the control unit 10 as shown in Fig. 3. These control signals are applied via amplifier 26 to the base of the respective transistor. The control unit 10 is provided with inputs 17, 18 by means of which the direct current in the line 24 is sensed. The control unit 10 is furthermore provided with an output 39 and inputs 19, 20, 21. The output 39 is only used if during operation it is desirable to change the direction of rotation of the motor. The direction of rotation is selected by applying a logic signal to the input 21. If rotation in only one direction is desired, the input 21 is connected to either a positive voltage or ground. The speed of the motor 23 can be changed by changing a voltage supplied to the input 19. If, as for example in a grinding machine, it is desirable to drive the motor at a certain speed, the input 19 is connected to a suitable voltage corresponding to the desired speed.

Ingången 20 är avsedd för att ta emot en start/stopp-signal medelst vilken rotation eller icke rotation väljs.The input 20 is intended to receive a start / stop signal by means of which rotation or non-rotation is selected.

Styrenheten 10, som visas mer i detalj i fig. 3, innefattar en avkänningsanordning 40 för avkänning av likströmmen i ledningen 24, Denna ström presenteras som en spänning mellan ingângarna 17 och 18.The control unit 10, shown in more detail in Fig. 3, comprises a sensing device 40 for sensing the direct current in the line 24. This current is presented as a voltage between the inputs 17 and 18.

Utgångssignalen från avkänningsanordningen 40 tillförs till en första toppvärdesavkännare 41, ett lågpassfilter 42, en andra toppvärdesavkännare 43 och en komparator 49. Toppvärdesavkännarna 41 ech 43 innefattar dioder för att reagera på positiva och negativa signaler respektive. Toppvärdesavkännarna innefattar dessutom lågpassfilter. Den första toppvärdesavkännaren 41 har företrädesvis en tidskonstant på cza 4/f där f är den maximala grundtonsfrekvensen hos strömmen som matas till motorn 23. övre gränsfrekvenscn, -3dB, 10 15 20 25 30 35 -,- 8107756-2 för toppvärdesavkännaren 41 är företrädesvis c:a 0,1 f. Lâgpass- filtret 42 har företrädesvis ungefär samma övre gränsfrekvens. Den andra toppvärdesavkännaren 43 har företrädesvis en tidskonstant på c:a 1/f och en övre gränsfrekvens på c:a 0,5 f. ' Toppvärdessignalen från toppvärdesavkännaren 41 tillförs en första regulator 45, som visas mer i detalj i fig. 4. Ingångssignaler från ingângarnà 19 och 20 tillförs medel 44 i form av en rampgenerator.The output signal from the sensing device 40 is applied to a first peak value sensor 41, a low pass filter 42, a second peak value sensor 43 and a comparator 49. The peak value sensors 41 and 43 comprise diodes for responding to positive and negative signals, respectively. The peak value sensors also include low-pass filters. The first peak value sensor 41 preferably has a time constant of cza 4 / f where f is the maximum fundamental frequency of the current fed to the motor 23. The upper limit frequency, -3dB, the peak value sensor 41 for the peak value sensor 41 is preferably about 0.1 f. The low-pass filter 42 preferably has approximately the same upper cut-off frequency. The second peak value sensor 43 preferably has a time constant of about 1 / f and an upper cut-off frequency of about 0.5 f. The peak value signal from the peak value sensor 41 is applied to a first regulator 45, which is shown in more detail in Fig. 4. Input signals from inputs 19 and 20, means 44 are supplied in the form of a ramp generator.

'Rampgeneratorn 44 innefattar en eller två operationsförstärkare kopplade som integratorer för att förse regulatorn 45 med en ökande rampspänning vid accelerationen vid motorstart och en avtagande rampspänning vid bromsning vid motorstopp. På detta sätt är det möjligt att undvika att strömmen vid normal hastighet och full last överskrids när motorn startas eller stoppas. En ändring av hastighetsbörsignalen vid ingången 19 integreras också av rampgeneratorn 44. Det tar således lite tid innan utgången på rampgeneratorn blir anpassad till ingångssignalerna.The ramp generator 44 includes one or two operational amplifiers coupled as integrators to provide the controller 45 with an increasing ramp voltage at the acceleration at engine start and a decreasing ramp voltage at braking at engine stop. In this way it is possible to avoid that the current at normal speed and full load is exceeded when the engine is started or stopped. A change of the speed exchange signal at the input 19 is also integrated by the ramp generator 44. It thus takes some time before the output of the ramp generator is adapted to the input signals.

Toppvärdessignalen från den första toppvärdesavkännaren 41 tillförs en av ingångarna på operationsförstärkaren 75 via motståndet 72.The peak value signal from the first peak value sensor 41 is applied to one of the inputs of the operational amplifier 75 via the resistor 72.

Denna signal jämförs med en referenssignal som förinställts på det variabla motståndet 73 och matas till förstärkaren via motståndet 74. Förstärkaren är försedd med ett återkopplingsmotstånd 76.This signal is compared with a reference signal preset on the variable resistor 73 and supplied to the amplifier via the resistor 74. The amplifier is provided with a feedback resistor 76.

Utgångssignalen från förstärkaren 75 tillförs via ett motstånd 77 till dioden 79. Utgångssignalen från rampgeneratorn 44 tillförs via motståndet 78 en av ingångarna på operationsförstärkaren 91.The output signal from the amplifier 75 is supplied via a resistor 77 to the diode 79. The output signal from the ramp generator 44 is supplied via the resistor 78 to one of the inputs of the operational amplifier 91.

Förstärkaren 91 är försedd med ett första återkopplingsmotstånd 92 och ett andra återkopplingsmotstånd 93 i serie med dioden 79.The amplifier 91 is provided with a first feedback resistor 92 and a second feedback resistor 93 in series with the diode 79.

Motståndet 93 har mycket lägre resistans än motståndet 92.Resistor 93 has much lower resistance than resistor 92.

Företrädesvis är förhållandet ungefär 1/20. Om utgângssignalen från förstärkaren 75, mätt vid dioden 79, utgângssignalen från förstärkaren 91, mätt vid dioden 79, är positiv, är dioden 79 backspänd. Förstärkarens 91 återkopplade förstärkning är då hög. Regulatorn 45 arbetar då enligt linjen 94 i fig. 5, varvid antages att signalen från rampgeneratorn 44 är konstant. Om signalen från den första toppvärdesavkännaren 41 öka-, blir utgångssignalen från förstärkaren 75 mindre negativ och vid en är mer negativ än _ 10 15 20 25 30 35 _divisionskrets 46, exempelvis Analog Devices AD 534. 8107756-2 viss signalnivå, nivå 95 i fig. 5, som är förinställd på motståndet 73, blir dioden 79 ledande. Förstärkarens 91 återkopplade förstärkning reduceras nu drastiskt så att den första regulatorn 45 avger en frekvensstyrningssignal enligt linjen 96 i fig. 5. Denna signal blir noll vid ungefär 120 Z av signalen vid nivå 95.Preferably, the ratio is about 1/20. If the output signal from the amplifier 75, measured at the diode 79, the output signal from the amplifier 91, measured at the diode 79, is positive, the diode 79 is reverse voltage. The feedback of the amplifier 91 is then high. The controller 45 then operates along line 94 in Fig. 5, assuming that the signal from the ramp generator 44 is constant. If the signal from the first peak value sensor 41 increases, the output signal from the amplifier 75 becomes less negative and at one is more negative than division circuit 46, for example Analog Devices AD 534. 8107756-2 certain signal level, level 95 in fig. 5, which is preset to the resistor 73, the diode 79 becomes conductive. The feedback of the amplifier 91 is now drastically reduced so that the first controller 45 emits a frequency control signal along the line 96 in Fig. 5. This signal becomes zero at about 120 Z of the signal at level 95.

Frekvensstyrningssignalen från utgången på förstärkaren 91 tillförs en spänningsstyrd oscillator 47, utgången 39 _och en analog Den spänningsstyrda oscillatorn avger en utgångssignal vars frekvens är proportionell mot ingångsspänningen.The frequency control signal from the output of the amplifier 91 is applied to a voltage controlled oscillator 47, the output 39 and an analog The voltage controlled oscillator emits an output signal whose frequency is proportional to the input voltage.

Den likriktade medelvärdessignal som erhålles från lågpassfiltret 42 motsvarar effekten som tillförs motorn 23 eftersom spänningen på likströmskällan 24, 25 är i huvudsak konstant. Denna signal tillförs divisionskretsen 46 där den divideras med frekvensstyrningssignalen, som är börvärdessignal för motorns 23 rotationshastighet.The rectified average value signal obtained from the low-pass filter 42 corresponds to the power supplied to the motor 23 since the voltage at the direct current source 24, 25 is substantially constant. This signal is applied to the division circuit 46 where it is divided by the frequency control signal, which is the setpoint signal for the rotational speed of the motor 23.

Utgângssignalen från divisionskretsen 46 motsvarar således momentkravet från motorn 23. Denna utgângssignal, första spänningsstyrningssignal, tillförs en andra regulator 48. Den negativa toppvärdessignalen, andra spänningsstyrningssignal, som erhålles från den andra toppvärdesavkännaren 43 tillförs också regulatorn 48 så att utgångssignalen från regulatorn 48 blir proportionell mot skillnaden mellan den första och den andra spänningsstyrningssignalen. Den negativa toppvärdessignalen från toppvärdesavkännaren 43 motsvarar graden av magnetisering av motorn 23. Denna signal erhålles från negativa pulser som matas tillbaka till likströmskällan när transistorerna 31-36 stängs av. Genom att styra nivån på dessa negativa pulser är det möjligti att erhålla en förutbestämd magnetiseringsnivå på motorn vilket tillåter ett högt förhållande mellan effekt och vikt och undvikandet av övermättning, vilket skulle ge oacceptabla förluster.The output signal from the division circuit 46 thus corresponds to the torque requirement from the motor 23. This output signal, first voltage control signal, is applied to a second regulator 48. the difference between the first and the second voltage control signal. The negative peak value signal from the peak value sensor 43 corresponds to the degree of magnetization of the motor 23. This signal is obtained from negative pulses which are fed back to the direct current source when the transistors 31-36 are turned off. By controlling the level of these negative pulses, it is possible to obtain a predetermined level of excitation on the motor which allows a high ratio between power and weight and the avoidance of supersaturation, which would give unacceptable losses.

Om signalen från avkänningsmedlet 40 överskrider en förutbestämd nivå blir utgången från komparatorn 49 låg. Som resultat blir OCH-grindarnas 82, 84 och 86 utgångar 12, 14 och 16 låga. Detta innebär att de undre transistorerna 32, 34 och 36 i invertern stärçs av så att motoranslutningarna 28, 29 och 30 avskiljs från _15 20 25 30 9 s1n77se-2 likströmskällans negativa pol 25. Denna frånskiljning fungerar således som transientströmskydd för invertern.If the signal from the sensing means 40 exceeds a predetermined level, the output of the comparator 49 becomes low. As a result, the outputs 12, 14 and 16 of the AND gates 82, 84 and 86 become low. This means that the lower transistors 32, 34 and 36 in the inverter are cut off so that the motor connections 28, 29 and 30 are disconnected from the negative pole 25 of the direct current source 25. This isolation thus acts as a transient current protection for the inverter.

Utgångssignalen från den spänningsstyrda oscillatorn 47 tillförs en timer 51, företrädesvis en industriell timer av standardtyp 555, och till en divisionskrets 50. Divisionskretsen 50 är företrädesvis en programmerbar räknare som avger ett pulståg som har en frekvens som är lika med frekvensen hos ingångssignalen dividerad med en vald konstant. Timern 51 avger ett pulståg vars frekvens är lika med frekvensen pâ utgångssignalen från den spänningsstyrda oscillatorn 47. Pulsbredden styrs av utgångssignalen från den andra regulatorn 48. Detta pulståg tillförs OCH-grindarna 81, 83 och 85. Pulståget från divisionskretsen 50 tillförs som klocksignal ringräknaren 52. I ringräknaren lagras en etta och fem nollor. Ettan skiftas runt av pnlståget från utgången 53 till utgången 58 och tillbaka till 53.The output signal from the voltage controlled oscillator 47 is applied to a timer 51, preferably a standard type industrial timer 555, and to a division circuit 50. The division circuit 50 is preferably a programmable counter which outputs a pulse train having a frequency equal to the frequency of the input signal divided by a selected constantly. The timer 51 emits a pulse train whose frequency is equal to the frequency of the output signal from the voltage controlled oscillator 47. The pulse width is controlled by the output signal from the second controller 48. This pulse train is applied AND gates 81, 83 and 85. The pulse train from the division circuit 50 is supplied as a clock signal 52 One and five zeros are stored in the ring counter. One is shifted around by the train from exit 53 to exit 58 and back to 53.

Detta utgör en period för grundtonsfrekvensen på strömen som tillförs motorn 23. Utgângarna 53-58 på ringräknaren 52 avkodas medelst ELLER-grindarna 59, 60 och 61. Utgången på var och en av dessa grindar är hög hälften av tiden och låg hälften av tiden. En investerare 62 och NAND-grindar 63-68 finns till hands för att välja rotationsriktning på motorn 23. Utgångssignalerna från grindarna 59, 60 och 61 tillförs OCH-grindarna 81-86 för att styra switchtranssistorerna 31-36 i invertern. Ingàngarna på grindarna 82, 84 och 86 är försedda med inverterare 71, 70 och 69. - Eftersom pulsbredden på pulserna som lämnar timern 51 förblir konstant oberoende av frekvensen om signalen från regulatorn 48 är konstant, kommer medelvärdet över en halvperiod av grundtonen hos den spänning som tillförs godtycklig motoranslutning att ändras simultant med frekvensen i enlighet med grundläggande elektromagnetiska lagar. Tilläggsstyrning av medelvärdesspänningen erhålles genom att variera pulsbredden, som styrs av regulatorn 48.This is a period for the fundamental tone frequency of the current supplied to the motor 23. Outputs 53-58 of the ring counter 52 are decoded by OR gates 59, 60 and 61. The output of each of these gates is high half the time and low half the time. An investor 62 and NAND gates 63-68 are available to select the direction of rotation of the motor 23. The output signals from gates 59, 60 and 61 are applied to AND gates 81-86 to control the switch transistors 31-36 in the inverter. The inputs of gates 82, 84 and 86 are provided with inverters 71, 70 and 69. - Since the pulse width of the pulses leaving the timer 51 remains constant regardless of the frequency if the signal from the regulator 48 is constant, the mean value over a half period of the fundamental tone of that voltage which is applied to any motor connection to be changed simultaneously with the frequency in accordance with basic electromagnetic laws. Additional control of the average voltage is obtained by varying the pulse width, which is controlled by the regulator 48.

Claims

8107756-2- 10 Patent claims:

A device for regulating the gas pressure in a compressed gas volume (106) intended for the supply of pressurized gas connected to a compressor comprising a compressor (101) directly connected to a brushless AC motor (23) for operation at the same speed as the motor and a converter (114) for supplying the motor with drive voltage of variable amplitude and frequency, characterized by pressure sensing means (109) connected to said gas volume (106) for sensing the gas pressure therein, said pressure sensing means being connected to the converter (114) for simultaneously changing amplitude and frequency of said drive voltage in a direction having a sign opposite to the direction of change of the pressure in said gas volume and means (44) for controlling the amplitude and frequency of said drive voltage so that the current at normal speed and full load on the engine (23) never exceeded during engine start.

Device according to claim 1, characterized by means 115 for sensing a preset maximum value of said gas pressure and for reducing the amplitude and frequency of said driving voltage to zero when said maximum value is exceeded, whereby the motor (23) is stopped.

Device according to claim 1 or 2, characterized by a pressurized gas container (104) connected to the compressor (101) and a relief valve (108) connected to the container, said relief valve being controlled by the pressure at the compressor outlet so that the container is relieved when the engine (23 ) is stopped.

Device according to any one of the preceding claims, characterized in that said transducer (114) comprises switch means (31-36) for sequentially connecting motor connections (28, Z9,30) on the brushless AC motor (23) to a positive pole (24) and a negative pole (25) on a direct current source, sensing means (40) for sensing the direct current, that said sensing means is connected to a first Lonpvardes sensor (41) with a predetermined time constant, that said first peak value sensor emits a peak value signal corresponding to the sensed current, that said first peak value sensor is connected to a first controller (45) for forming a frequency control signal for controlling the on and off of said switch means (31-36) and that said first controller has such a transfer function that said frequency control signal is reduced by said first controller when said peak value signal exceeds a predetermined value.

Device according to claim 4, characterized by a low-pass filter (42) connected to said sensing means (40), said low-pass filter emitting a rectified average value signal corresponding to the sensed current, a division circuit (46) connected to said low-pass filter and to said first regulator (45), said division circuit forming a first voltage control signal by dividing the rectified mean value signal by the frequency control signal and a second regulator (48) being connected to said division circuit to form an output signal which changes its amplitude in the same direction as said first voltage control signal, wherein said output signal controls the time that said switch means (31-36) is turned on.

Device according to claim 5, characterized by a second peak value sensor (43) connected to said sensing means (40), said second peak value sensor emitting a second voltage control signal corresponding to negative pulses which are sensed when said switching means (31-36) are turned off. , that said second peak value sensor is connected to said second regulator (48) so that a change in the amplitude of said second voltage control signal causes a change in the amplitude of said output signal which is opposite to the change caused by said first voltage control signal.