TWI745331B - 真空泵驅動器、真空泵及其驅動方法 - Google Patents
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Abstract
真空泵驅動器(12)包含至少一個電動馬達(18),經由驅動軸(16)連接真空泵(13)之轉子(14),變頻器(20),電連接馬達(18)且將供應其馬達輸入電壓,轉換工具(22),具有至少一個電開關(24, 26),轉換工具(22)根據開關(24, 26)之切換位置依照星形連接或三角連接而連接馬達繞組,從而改變馬達特性,測量裝置(32),具有感測器(33)用於偵測真空泵(13)之物理操作參數,以及控制工具(30),電連接或光連接轉換工具(22)與測量裝置(32),以及根據真空泵(13)之操作參數之測量值用以致動至少一個開關(24, 26),從而實現星角轉換。
Description
本發明係關於一種真空泵之驅動裝置與驅動方法。
通常,真空泵被設計為具有泵定子(pump stator)與泵轉子(pump rotor)之旋轉真空泵。泵轉子關於泵定子之旋轉導致壓力的變化。電動馬達藉由驅動軸驅動泵轉子
舉個例子,從美國專利US 2004/0195994 A1得知以星形或三角形連接電動馬達之馬達繞組,以改變馬達特性以及從而改變馬達之可用轉矩(torque)。因此,變得可在較低的旋轉速度提供更高的轉矩。這種變體的特殊之處在於,兩個特性的每一個僅僅作業於一個操作點,這樣馬達僅僅可作業於兩個不同的操作點。
通常實踐中利用變頻器(frequency converter)控制電動馬達,代替能夠僅僅作業於兩個不同操作點的真空泵驅動之電動馬達。在直流的中間電路中,變頻器首先由電力供應網路的交流電壓產生直流電壓,然後由直流電壓產生可變頻率的合成交流電壓作為馬達輸入電壓。本文中,馬達的旋轉速度取決於馬達輸入電壓的頻率。馬達的轉矩在寬範圍的旋轉速度內保持恆定。
對於真空泵,需要根據泵的當前操作條件調整寬操作範圍的驅動特性。然而,將驅動器的性能資料調整至泵的操作條件的可能性在技術方面受到限制,例如由於驅動轉換器可提供的最大電流而受到限制。可用的主電壓也是一個限制因素。當轉換器不能再提供額外的電流時,透過馬達的轉換,在泵的一些操作條件下,例如可能使用現有的電壓儲備(voltage reserve)。這種額外的功率需求主要出現在大壓力或溫度變化的情況下以及取決於傳送的介質。另外,當高溫介質進入泵以及泵轉子必須散熱時,降低馬達電流的必要性則出現。此外,當引入易爆介質時,需要改變操作點以及從而降低轉子溫度。
德國專利DE 10 2013 009 036 A1描述了一種用於星角轉換馬達之撕碎裝置(shredding device)之驅動單元以及一種用於調整或控制馬達之物理量(physical quantity)之驅動轉換器。考慮到這個驅動單元中偵測的至少一個量,星角轉換受到控制單元的影響。
本發明之目的在於提供一種真空泵驅動器與對應方法,用於在改變作業資料的情況下調整真空泵內的驅動電動馬達的特性。
請求項1定義本發明之真空泵驅動器。請求項4定義本發明之真空泵,以及請求項5定義本發明之方法。
依照本發明,控制工具比如電動控制裝置電連接與/或光連接轉換工具與測量裝置。轉換工具包含至少一個電開關,以及根據開關的位置依照星形或三角形連接馬達繞組。測量工具具有感測器,用於偵測真空泵之物理操作參數,比如泵的溫度、真空泵壓力與/或真空泵的旋轉速度。根據測量的真空泵的操作量,控制工具影響轉換工具的開關的致動,從而根據操作參數的測量值實現馬達繞組之星角轉換。
舉個例子,即只要超出或低於相關操作參數之預定極限值,則自動進行轉換。藉由控制工具透過連續地測量與監視相關的操作參數,即將其與至少一個極限值比較,自動地進行偵測。只要超出或者低於這個極限值,則自動地進行轉換。
馬達繞組從星形連接到三角連接或者從三角連接到星形連接的轉換導致馬達電壓與馬達電流的馬達特性曲線的變化。舉個例子,根據旋轉速度,對於起動的操作條件或者壓力變化的情況下選擇星形連接。本文中,馬達作業於較高的電壓與較低的電流,相應地導致馬達特別是泵轉子中的功率損失的減少。當超出一定的旋轉速度或者壓力下降到一定壓力以下時,將實現到三角連接的轉換,從而具有足夠的功率儲備用於在較低壓力進一步加速真空泵。
星形連接也特別被理解為雙星連接。類似地,三角連接也特別被理解為雙三角連接。
德國專利DE 10 2013 009 056 A1中描述的撕碎裝置之驅動器僅僅考慮驅動單元中偵測的馬達的一個物理量。與此相比,本發明偵測真空泵之至少一個操作參數比如真空泵壓力、溫度與/或旋轉速度,以及根據操作參數自動地實現星角轉換。因此,這種偵測不僅關注馬達的物理量,比如馬達電壓,還關注中間電路電流或者驅動電流轉換器之部件的溫度。透過偵測與監視真空泵之至少一個操作參數,可獲得直接且立即偵測到真空泵之改變的作業條件以及自動調整馬達特性之決定性優點。因此,轉矩的調整更安全、更可靠且更快。
在真空泵驅動器中,不是僅僅在驅動單元內部判定操作參數,而是藉由驅動單元主要在真空泵驅動器內部判定操作參數。
因此,星角轉換之轉換不僅需要基於驅動單元內部判定的資料,還需要使用真空泵之作業資料作為轉換的基礎,比如氣體壓力、氣體成份或氣體溫度之資料。
這些操作資料例如取決於待傳送之氣體的類型與狀態,由此可自動地調整馬達特性至不同類型的氣體(比如,氫氣、氦氣、氬氣等)與/或根據它們的溫度調整馬達特性。在驅動單元內部無法偵測到這些。相反,這些操作資料必須用作泵中的直接判定量。
因此,在德國專利DE 10 2013 009 038 A1描述的轉換中,只有驅動單元中的操作資料用於決定轉換,而在本文描述的方法中,驅動真空泵內部的操作資料主要決定轉換。
實施例之真空泵13包含泵轉子14。為了傳送轉矩(torque),泵轉子14經由驅動軸16機械連接真空泵驅動器12之電動馬達18。變頻器(frequency converter)20為電動馬達18供應三相交流電壓作為馬達輸入電壓。從圖式中未表示的主供應電壓,變頻器20產生馬達輸入電壓。
轉換工具22包含兩個電開關24與26,分別準確地作用於變頻器20與電動馬達18間的三相電連接線28之一個相上。根據兩個電開關24與26的位置,驅動馬達的繞組以星形或三角形的形態連接。從電壓供應網路之能量流動方向以及電動馬達18的方向看,由此轉換工具22係排列於變頻器20與電動馬達18之間,以及在此作用於變頻器20與電動馬達18之間的電連接線28上。
控制工具30係電連接或者光連接開關24與26。控制工具30更電連接或光連接測量裝置32。測量裝置32具有感測器33,各自測量真空泵13的操作參數,比如泵轉子14之溫度或者旋轉速度或者泵轉子14產生的壓力。各自偵測的操作參數的測量值從測量裝置32被傳送至控制工具30。
透過將測量的操作參數與儲存的參數值與/或極限值比較,控制工具30連續地監視測量的操作參數。當超出或低於臨界值時,控制工具30用以致動開關24與26,這樣從操作參數自動地偵測到真空泵13之操作條件的變化,以及透過馬達繞組之轉換,馬達特性從星形連接改變為三角連接或者從三角連接改變為星形連接。
依照本發明之轉換,當真空泵13的操作條件改變時,電動馬達18可在兩個馬達特性之間自動轉換。這允許驅動系統的最佳設計,由此,對於真空泵13具有相同結構尺寸時增加驅動功率或者對於驅動功率保持相同時減少部件尺寸。
12‧‧‧真空泵驅動器13‧‧‧真空泵14‧‧‧泵轉子16‧‧‧驅動軸18‧‧‧電動馬達20‧‧‧變頻器22‧‧‧轉換工具24、26‧‧‧開關28‧‧‧電連接線30‧‧‧控制工具32‧‧‧測量裝置33‧‧‧感測器
圖1係為實施例之示意圖。
12‧‧‧真空泵驅動器
13‧‧‧真空泵
14‧‧‧泵轉子
16‧‧‧驅動軸
18‧‧‧電動馬達
20‧‧‧變頻器
22‧‧‧轉換工具
24、26‧‧‧開關
28‧‧‧電連接線
30‧‧‧控制工具
32‧‧‧測量裝置
33‧‧‧感測器
Claims (6)
- 一種真空泵驅動器,包含:至少一個電動馬達,經由一驅動軸連接一真空泵之一轉子;一變頻器,電連接該至少一個電動馬達,以及為該至少一個電動馬達供應一馬達輸入電壓;一測量裝置,具有感測器用於偵測該真空泵之物理操作參數;一轉換工具,具有至少一個電開關;以及一控制工具,電連接或光連接該轉換工具與該測量裝置,以及根據該真空泵之該等物理操作參數之測量值用以致動該至少一個電開關,從而根據該轉換工具之至少一個電開關之切換位置以依照一星形連接或一三角連接來連接馬達繞組,從而改變馬達特性。
- 如請求項1所述之真空泵驅動器,其中該等物理操作參數為該真空泵之溫度、該真空泵之內部壓力與/或該真空泵之旋轉速度。
- 如請求項1所述之真空泵驅動器,其中當致動該至少一個電開關時,該控制工具與/或該變頻器用以在該至少一個電動馬達之兩個特性之間改變。
- 一種真空泵,具有一泵定子、對應於該泵定子之一泵轉子以及如請求項1之真空泵驅動器。
- 一種真空泵之驅動方法,該真空泵具有如請求項1至3任一項之真空泵驅動器,其中該至少一個電動馬達驅動該真空泵之該轉子之該驅動軸,該變頻器供應該馬達輸入電壓至該至少一個電動馬達, 該測量裝置之感測器偵測該真空泵之該等物理操作參數,以及根據該真空泵之該等物理操作參數之測量值,該控制工具致動該轉換工具之該至少一個電開關,這樣根據該至少一個電開關之切換位置以依照該星形連接或者該三角連接來連接該至少一個電動馬達之馬達繞組,從而改變馬達特性。
- 如請求項5所述之真空泵之驅動方法,其中當超出該等物理操作參數之一極限值時,該控制工具將該變頻器與/或該至少一個電動馬達從一第一馬達特性切換到一第二馬達特性。
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