WO1999040325A1 - Verfahren und vorrichtung zum regeln einer fördergrösse - Google Patents

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WO1999040325A1
WO1999040325A1 PCT/EP1999/000722 EP9900722W WO9940325A1 WO 1999040325 A1 WO1999040325 A1 WO 1999040325A1 EP 9900722 W EP9900722 W EP 9900722W WO 9940325 A1 WO9940325 A1 WO 9940325A1
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WO
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compressor
motor
engine
value
parameters
Prior art date
Application number
PCT/EP1999/000722
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Basteck
Stephan Carl
Original Assignee
Dr.Ing. K. Busch Gmbh Druck + Vakuum
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr.Ing. K. Busch Gmbh Druck + Vakuum filed Critical Dr.Ing. K. Busch Gmbh Druck + Vakuum
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control

Definitions

  • the present invention relates to a method for regulating at least one delivery quantity of a compressor unit having an electric drive motor and a compressor, in particular for regulating the delivery medium volume flow, the delivery medium pressure and / or the delivery medium temperature, at least one delivery quantity measured value being determined and with compared to a delivery value setpoint or limit value and the motor shaft speed of the drive motor is changed in the event of a deviation.
  • the invention also relates to a device having a compressor unit having a compressor for the conveying medium and an electric drive motor, the drive motor for setting the motor shaft speed being connected to a power control which is in control connection with a control device having a data memory and which is a controller for regulating has at least one delivery variable, such as the delivery medium volume flow, the delivery medium pressure and / or the delivery medium temperature.
  • JP-OS 62-294797 From JP-OS 62-294797 one already knows a method and a device of the type mentioned at the outset, which has a regulator for regulating the volume flow of the delivery medium compressed by the compressor unit.
  • the known device To determine the motor shaft power output from the electric drive motor to the compressor, the known device has a measuring device which has a power sensor arranged on the drive motor for measuring the electrical input power of the drive motor and a tachometer generator arranged on the compressor for measuring the speed of the compressor drive shaft.
  • the power sensor and the tachometer generator are each with one input
  • EMPLOYEE KDPIE Computer unit connected, which determines the instantaneous shaft power of the drive motor from the measured power and tachometer signals. Another input of the computing unit is connected to the tachometer generator via a differentiating element. From the measurement values for the motor shaft power thus obtained, the volume flow measurement values required for regulating the medium flow rate are determined indirectly. For this purpose, earthing parameters are stored in the data memory of the control device with a multiplicity of value combinations, each of which has associated motor shaft power, compressor speed and delivery medium volume flow values. An indirect determination of the volume flow measured values can save an expensive volume flow sensor.
  • a disadvantage of the previously known device is that the measurement of the motor shaft power of the drive motor is still relatively inaccurate, which results in a comparatively large control deviation of the medium volume flow. It is also unfavorable that the measuring device requires a relatively expensive tachometer generator for measuring the speed of the drive shaft of the compressor and that the tachometer generator also requires a certain amount of space. Due to the high temperatures that occur during the compression of compressible fluids, thermal insulation measures against thermal overloading of the tachometer generator are also required.
  • the solution to this problem is that aggregate parameters are determined and stored with a large number of combinations of values, each consisting of a conveying medium pressure, motor rotating field speed and volume flow values be, and that the volume flow measured value is determined indirectly by detecting actual values for the medium pressure and the engine rotating field speed and determining the volume flow measured value from these actual values with the aid of the stored unit parameters.
  • the individual properties of the unit are measured and stored in the form of a characteristic diagram which has a large number of mutually associated conveying medium pressure, motor rotating field speed and volume flow values.
  • This can be done, for example, using a suitable trainer.
  • the actual values required for the regulation of the volume flow of the medium can then be easily determined indirectly by measuring the medium pressure.
  • An expensive volume flow sensor can thus be saved.
  • not only the compressor properties but above all the properties of the drive motor are recorded in the characteristic diagram.
  • the speed of the magnetic motor rotating field of the drive motor can advantageously be derived in a simple manner from the frequency of the motor current and / or that of the motor voltage, as a result of which an expensive and temperature-sensitive tachometer generator can be saved as a speed sensor.
  • An asynchronous motor is preferred as the drive motor for cost reasons.
  • even the engine slip is advantageously taken into account in the unit parameters, as a result of which a correspondingly high measurement and control accuracy is achieved.
  • a synchronous motor can also be provided as the drive motor. It should also be mentioned that the method according to the invention can be used both in vacuum and in pressure operation of the compressor.
  • the above-mentioned object can also be achieved with respect to the method mentioned at the outset by determining and storing aggregate parameters with a multiplicity of value combinations, each consisting of mutually assigned motor input power, speed and delivery variable values, in that the delivery variable measurement value is determined indirectly is achieved by detecting at least one actual value for the engine input power and at least one actual value for the speed, and that the delivery variable measured value is determined from these actual values with the aid of the aggregate parameters.
  • the value combinations each consist of a motor input power, motor rotating field speed and delivery value.
  • the two first-mentioned values can be determined in a simple manner both from an asynchronous and a synchronous motor from the motor current and the motor voltage or their frequency.
  • the method according to claim 2 thus has the advantage that the delivery value can be determined without the use of an additional sensor. Nevertheless, a high level of measurement and control accuracy is achieved.
  • the above-mentioned object can also be achieved with respect to the method in that engine parameters with a large number of value combinations consisting of mutually assigned engine input power, engine rotating field speed and engine shaft speed values are determined and stored in such a way that compressor parameters with a large number of value combinations consist of motor shaft speed, fluid pressure and volume flow values assigned to each other are determined and stored, and that the volume flow measurement value is determined indirectly by recording at least one actual value for the engine input power and at least one actual value for the engine rotating field speed, and from these actual values with With the help of the compressor parameters and the motor parameters, the feed size measured value is determined.
  • individual motor parameters can advantageously be provided for each drive motor, so that differences in the individual drive motors are caused, for example, by production variations and / or 6 a different design of the drive motors can be caused to be compensated for in the regulation of the delivery quantity.
  • the drive motors of different compressor units can also be exchanged for one another in a simple manner if the motor parameters are also exchanged together with the drive motors. The measurement and control accuracy of the compressor units is preserved.
  • the motor shaft power can also be determined and stored if a plurality of first value combinations consisting of mutually assigned motor input power, motor rotating field speed and motor shaft speed values and a multiplicity of second values are used as motor parameters Combinations of values consisting of mutually assigned motor shaft speed, motor input power, motor shaft power values are determined and stored.
  • the above-mentioned object can also be achieved in that engine parameters are determined and stored with a large number of value combinations consisting of motor shaft speed, motor input power and motor shaft power values that are assigned to one another, in that compressor parameters with a large number of value combinations consisting of mutually assigned motor shaft speed, motor shaft power and delivery quantity values are determined and stored, and that the delivery quantity measurement value is determined indirectly by recording at least one actual value for the engine rotating field speed and from this actual value and from the at least one actual value for the Motor input power is determined with the aid of the motor parameters and the compressor parameters of the delivery variable measured value.
  • This process has in addition to the advantages of the process 7 according to claim 2 has the further advantage that when replacing the drive motor or the compressor each time only the parameters of the replaced component (drive motor or compressor) newly determined and need to be stored in the data memory.
  • the process therefore enables simple spare parts service.
  • the method according to claim 4 like the method according to claim 2, is not limited to the regulation of the conveyed medium volume flow, the conveyed medium pressure and / or the conveyed medium temperature, but can also be used to regulate other physical quantities directly or indirectly influenced by the compressor of the used.
  • engine parameters with a large number of first value combinations consist of mutually assigned engine input power, engine rotating field speed and engine shaft speed values as well as with a large number of second value combinations consisting of engine shaft speed, engine input power and engine shaft power values which are respectively assigned to one another can be determined and saved.
  • the motor shaft speed values can then also be determined for an asynchronous motor without the use of an additional sensor, since the motor slip is then already taken into account in the motor parameters.
  • At least a first and a second delivery variable are regulated from the delivery quantities delivery medium volume flow, delivery medium pressure and temperature of the compressed delivery medium, so that during the period of a deviation of the first delivery quantity from a predetermined setpoint range, the control the second delivery variable is deactivated and that the motor shaft speed is changed during this period until the first controlled variable is again within the setpoint range.
  • This control method can be used advantageously, for example, in conveyor systems in which a powder medium is conveyed in a gas stream. Such conveyors are usually operated with a constant delivery pressure.
  • the temperature of the compressed delivery medium is determined and compared with a temperature limit value and if the temperature limit value is exceeded the motor input power for limiting the temperature of the compressed medium is reduced to the temperature limit.
  • the temperature limit value is reduced from an upper to a lower limit value if the temperature of the compressed delivery medium exceeds the upper limit value for a predetermined or predeterminable first time period and that the temperature limit value from the lower to the upper Limit value is increased if the temperature falls below the lower temperature limit value for a predetermined or predeterminable second time period. It has been shown that the temperature of the compressed medium can be briefly increased above the maximum permissible continuous temperature without the Compressor suffers damage.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention provides that the motor input power is determined indirectly by detecting the electrical motor current and the electrical motor voltage and / or the electrical operating frequency of the drive motor.
  • the motor input power can thus be measured particularly easily, for example using a shunt or an inductive current transformer.
  • a preferred embodiment of the invention provides that different aggregate, compressor and / or engine parameters are provided for different temperatures of the inlet-side delivery medium and / or different ambient temperatures and that for the selection of the aggregate, compressor and / or associated with the respective temperature Engine parameters, the temperature of the inlet-side delivery medium is measured and / or specified.
  • the thermodynamic properties of the conveyed medium can be better taken into account, which means that the control accuracy of the method is different
  • Fluid temperatures and / or ambient temperatures is also improved.
  • the temperature of the delivery medium on the inlet side can, for example, be measured or predefined on the basis of empirical values.
  • a particularly simple set of characteristics can be achieved in that at least one characteristic of the family of characteristics 10 for the earner parameters is approximated by a straight line.
  • at least one characteristic curve of the family of characteristics for the aggregate, compressor and / or engine parameters is approximated by a polynomial, in particular by a second-line polynomial .
  • an interim value or an intermediate characteristic curve is determined for an ascertained actual value by interpolation from neighboring combinations of values and / or from neighboring aggregate, compressor and / or engine characteristic curves.
  • the accuracy of the control can be increased without having to measure and save additional value combinations or compressor characteristics.
  • the motor input power is limited. It is even possible that the speed of the drive motor is reduced immediately before the maximum permissible motor input power is reached until there is a certain safety margin from a maximum permissible motor input power. Limiting the motor input power in particular prevents the compressor from reaching an operating point at which an overload protection of the drive motor is activated and the motor is thus switched off.
  • the solution to the above-mentioned object is that a pressure sensor for measuring the conveyed medium pressure is provided, that in the data memory for indirectly determining the conveyed medium volume flow from the measured conveyed medium pressure and the engine rotating field speed, Characteristics with a multitude of value combinations 11 consisting of mutually assigned fluid pressure, engine rotating field speed and volume flow values are stored.
  • the aggregate parameters also allow the individual properties of the drive motor to be taken into account.
  • the device therefore has a high measuring and control accuracy.
  • the speed of the motor rotating field can be derived in a simple manner from the motor current, the motor voltage or their frequency, which saves an expensive and temperature-sensitive tachometer generator as a speed sensor.
  • the volume flow can be measured indirectly with the aid of an inexpensive pressure sensor. This eliminates the need for an expensive volume flow sensor.
  • the above-mentioned object can also be achieved with respect to a device of the type mentioned, which has a power sensor for determining the electrical motor input power of the drive motor, in that in the data memory for indirectly determining the delivery variable from the measured motor input power and the engine rotating field speed, aggregate parameters are also included a large number of value combinations consisting of mutually assigned motor input power, motor rotating field speed and delivery variable values are stored.
  • this device has the further advantage that the delivery value can be determined without the use of an additional pressure sensor. Nevertheless - as with the device according to claim 17 - a high measuring and control accuracy is achieved.
  • the above object can be done with respect to a device 12 of the type mentioned, which has a power sensor for determining the electrical motor input power of the drive motor, can also be solved in that in the data memory for indirectly determining the volume flow measured value from the measured motor input power and the engine rotating field speed, on the one hand, engine parameters with a large number of first Combinations of values consisting of mutually assigned motor input power, motor rotating field speed and motor shaft speed values and, on the other hand, compressor parameters with a large number of first value combinations consisting of mutually assigned motor shaft speed, medium pressure and volume flow values are stored.
  • Device of the type mentioned which has a power sensor for determining the electrical motor input power of the drive motor, can also be solved in that in the data memory for indirectly determining the delivery quantity from the 13 measured engine input power and the engine rotating field speed, on the one hand, compressor parameters with a large number of first value combinations, consisting of mutually assigned engine input power, engine rotating field speed and engine shaft speed values and with a large number of second value combinations, each consisting of mutually assigned engine shaft speed, engine input power and Motor shaft power values are stored and that, on the other hand, compressor parameters with a large number of value combinations consisting of motor shaft speed, motor shaft power and delivery variable values are stored in the data memory.
  • this device has the further advantage that the delivery value can be determined without the use of an additional pressure sensor. The device can thus be manufactured even more cost-effectively.
  • compressor parameters with the large number of first value combinations consisting of the respectively assigned engine input power, engine rotating field speed and engine shaft speed values
  • further compressor parameters with a large number of second value combinations are stored in the data memory associated motor shaft speed, motor input power and motor shaft power values are stored.
  • the motor shaft speed can then also be determined in the case of an asynchronous motor without the use of an additional speed sensor from the motor rotating field speed, which enables an inexpensive, reliable and compact device.
  • the power control is a frequency converter 14 for driving the electric drive motor.
  • the speed of the drive motor can then be determined sensorless from the operating frequency of the frequency converter.
  • control device for selecting the aggregate, compressor and / or engine parameters associated with the respective temperature of the inlet-side delivery medium is connected to a delivery medium temperature sensor.
  • the compressor-specific parameters can then be selected automatically depending on the temperature of the medium.
  • the combinations of values for the aggregate, compressor and / or engine parameters are stored as a family of curves in the data memory.
  • Support points for the individual characteristic curves can then be stored in the data memory, for example, which define the characteristic curves in combination with a corresponding calculation rule.
  • the characteristic curves can also be defined in a different way, for example by means of coefficients of a polynomial or a straight line equation stored in the data memory.
  • At least one characteristic curve of the family of characteristic curves for the aggregate, compressor and / or engine parameters is provided by reference points stored in the data memory 15 is defined and that at least one of these support points limits the useful characteristic range of the characteristic. Any points on the characteristic curve can then be determined from the support points using a corresponding calculation rule. At the same time, the support points serve to limit the usable characteristic range, so that overloading of the compressor unit and / or overriding of operating parameters is avoided.
  • control device has an interface for storing aggregate, compressor and / or engine parameters.
  • the unit, compressor and / or motor parameters can be written into the data memory by means of the interface, so that different drive motors and / or compressors can be operated with the same control device.
  • the aggregate, compressor and / or engine parameters can, for example, be stored on a data carrier and written into the data memory by means of a microcomputer to be connected to the interface.
  • the control device can thereby be individually adapted on site to a drive motor and / or compressor to be combined with it.
  • the drive motor and / or the compressor can be easily replaced in the event of a possible repair and, if necessary, replaced by a compressor of another type.
  • the interface can also be used to select a control program.
  • the control characteristic of the control device can be individually adapted to the respective properties of a system connected to the device.
  • the device enables regulation or limitation of the volume flow rate, the pressure caused by the compressor on the delivery medium or a pressure difference caused thereon and / or the temperature of the outlet side delivery medium in a closed delivery medium circuit.
  • the device enables regulation or limitation of the conveying medium volume flow, a differential pressure caused by the compressor on the conveying medium or the absolute conveying medium pressure and / or the temperature of the outlet-side conveying medium.
  • a desired control characteristic can be set both in the case of an open as well as in the case of a closed conveying medium circuit, and application limits can also be taken into account.
  • Fig.l is a block diagram of a device, which is referred to as a system on an open medium
  • Circuit connected compressor unit and a controller for regulating its flow medium volume flow which is determined indirectly from the engine rotating field speed of the electric drive motor and the pressure difference caused on the delivery medium
  • FIG. 2 shows a block diagram of a device similar to FIG. 1, but with the compressor unit being connected to a closed delivery medium circuit,
  • Fig. Fig. 3 is a block diagram of an apparatus which is used as a
  • FIG. 4 shows a block diagram of a device which has a compressor unit, referred to as a system, and a regulator for regulating the absolute pressure of the conveyed medium, which is determined indirectly from the motor rotating field speed of the electric drive motor, the motor current and the measured ambient pressure,
  • FIG. 5 shows a graphical representation of a first family of characteristic curves with several characteristic curves, each associated with different engine rotating field speeds, the engine shaft speed being plotted on the abscissa and the electrical motor input power being plotted on the ordinate,
  • FIG. 6 shows a graphical representation of a second family of characteristic curves with several characteristic curves, each assigned to different motor shaft speeds, the mechanical motor shaft power being plotted on the abscissa and the electrical motor input power being plotted on the ordinate,
  • FIG. 7 shows a graphical representation of a family of compressor characteristic curves with several characteristic curves associated with different engine or compressor shaft speeds, the volume flow rate being plotted on the abscissa and the pressure difference on the medium being plotted on the ordinate,
  • FIG. 8 shows a representation similar to FIG. 7, but with the mechanical motor shaft power being plotted on the abscissa and the volume flow rate of the medium being plotted on the ordinate is
  • FIG. 10 shows a block diagram of a device similar to FIG. 1, in order to limit the pressure difference caused on the pumped medium, this is determined indirectly from the motor rotating field speed of the electric drive motor and the motor current and compared with a limit value which limits the regulation of the pumped medium volume flow,
  • FIG. 11 is a block diagram of a device similar to Fig.l, but with the compressor unit on an open
  • Fluid circuit is connected and to limit the fluid pressure this is measured with a pressure sensor and compared with a limit value
  • FIG. 12 shows a block diagram of a device similar to FIG. 11, but with the compressor unit being connected to a closed delivery medium circuit,
  • FIG. 13 shows a representation similar to FIG. 8, but with a minimum value Q min for the conveyed medium volume flow being additionally provided
  • FIG. 15 shows a block diagram of a device similar to Fig.l, but with limit values for the exhaust gas temperature of the 19 medium conveyed by the compressor are specified, which restrict the regulation of the volume flow,
  • 16 shows a block diagram of a device similar to FIG. 3, but with limit values for the exhaust gas temperature of the medium conveyed by the compressor being specified, which limit the regulation of the volume flow rate,
  • FIG. 17 shows a block diagram of a device similar to FIG. 4, but with limit values for the exhaust gas temperature of the medium conveyed by the compressor which restrict the regulation of the volume flow rate,
  • FIG. 18 shows a representation similar to FIG. 7, but with a temperature characteristic curve for the maximum exhaust gas temperature that limits the volume flow pressure difference characteristic curves,
  • FIG. 20 shows a representation similar to FIG. 19, but with the drive power being plotted on the abscissa and the volume flow rate being plotted on the ordinate,
  • Fig. 23 is a representation similar to Fig. 20, but with the characteristics approximated by a second degree polynomial and
  • Fig. 24 is a representation similar to Fig. 21, but with the characteristics being approximated by a second degree polynomial.
  • the devices shown in FIGS. 1 and 2, designated as a whole by 1, have a compressor unit 2 with a compressor and a drive motor, which is connected to a power control for setting its motor shaft speed.
  • the power control is in control connection with a control device which has a regulator 3 for regulating the volume flow of the medium.
  • the compressor is equipped with an open delivery medium.
  • a pressure or pressure difference sensor 4 is connected to the delivery circuit for measuring the delivery medium pressure.
  • the motor parameters of the drive motor are first determined on a test bench in the form of an engine map.
  • the engine parameters have a large number of combinations of values, each of which consists of mutually associated engine input power, engine rotating field speed and engine shaft speed values.
  • the value combinations of the engine parameters are stored in a data memory 5 as a family of curves with engine characteristics 6a 21 (Fig. 5).
  • compressor parameters are determined on the test bench, which have a large number of value combinations consisting of motor shaft speed, fluid pressure and volume flow values assigned to each other.
  • the combinations of values of the compressor parameters are stored separately as a compressor map or as a family of curves with compressor curves 7a in a data memory 5 (FIG. 7).
  • the volume flow rate corresponds to a predetermined volume flow setpoint Q v .
  • the electrical motor input power P ell is determined by measuring motor current I x and motor voltage X3 1 and the motor rotating field speed n fl by measuring the frequency of the motor current T 1 .
  • the engine shaft speed n vll is determined from the determined values for the engine input power P ell and the engine rotating field speed n fl , by interpolating intermediate characteristics to the engine characteristics 6a shown in FIG. 5 and stored in the data memory.
  • a measured value for the volume flow rate Q is determined from the motor shaft speed ⁇ W1 and the delivery medium pressure difference measured by means of the pressure or pressure difference sensor 4.
  • the volume flow measured value is thus determined indirectly from a pressure difference measured on the pumped medium by means of the pressure or pressure difference sensor 4 and the motor shaft speed of the drive motor or the compressor, whereby a volume flow sensor is saved. 22
  • the measured value for the flow medium volume flow Q is compared with a volume flow setpoint Q v and in the event of a deviation, the motor shaft speed n of the drive motor is changed.
  • the motor shaft speed is reduced and when the measured value Q is smaller than the set value Q v , the motor shaft speed n is increased. If the measured value Q coincides with the target value Qv, the motor shaft speed is maintained.
  • the compressor unit feeds a system which has the system characteristics 8a and 8b.
  • the volume flow rate corresponds to the specified volume flow setpoint Q v .
  • the system characteristic curve 8b is set by changes in the system.
  • the operating point then moves on the compressor characteristic curve 3 for the motor shaft speed n 0 to the point P2, which is detected by means of the motor characteristic curves.
  • the control device determines from the compressor characteristic curve 3 that the volume flow measured value is too low, whereupon the motor shaft speed is increased until the volume flow measured value again overcomes the volume flow setpoint Q v .
  • the operating point then moves on the system characteristic curve 8b from P2 to P3.
  • the device 1 has a compressor unit 2 with one of one
  • Asynchronous motor driven compressor In order to set the drive speed, the asynchronous motor is connected to a power control unit which has a frequency converter.
  • the power control is in control connection with a control device, which has a controller 3 for regulating the conveyed medium.
  • the engine parameters of the drive motor are first tested on a test bench 23 determined with a large number of first and second value combinations.
  • the first combinations of values each consist of mutually assigned motor input power, motor rotating field speed and motor shaft speed values (FIG. 5) and the second combinations of values each consist of mutually assigned motor shaft speed, motor input power, motor shaft power values (FIG. 6).
  • the first and second value combinations of the engine parameters are stored in the data memory 5 as a family of curves with engine characteristics 6a, 6b (FIG. 5).
  • compressor parameters are determined on the test bench, which have a large number of value combinations consisting of engine shaft speed, engine shaft power and volume flow values that are assigned to each other.
  • the value combinations of the compressor parameters are stored separately as a family of curves with compressor curves 7b in the data memory 5 (FIG. 8).
  • the volume flow rate corresponds to a predetermined volume flow setpoint Q v .
  • the electrical motor input power P ell is determined by measuring motor current I- L and motor voltage U x and the motor rotating field speed n fl by measuring the frequency of the motor current 1 1 .
  • the engine shaft speed n wl is determined from the determined values for the engine input power P ell and the engine rotating field speed n fl by interpolating intermediate characteristics to the engine characteristics 6a shown in FIG. 5 and stored in the data memory become.
  • the motor shaft power P wl becomes the motor shaft speed n wl and the motor rotating field speed n fl 24 determined.
  • a measured value for the medium flow rate Q is determined from the motor shaft speed n wl and the motor shaft power P wl .
  • the volume flow measurement value is thus again determined indirectly, which saves a volume flow sensor.
  • the measured value for the flow medium volume flow Q is compared with a volume flow setpoint Q v and in the event of a deviation, the motor shaft speed n of the drive motor is changed.
  • the compressor unit feeds a system which has the system characteristics 8a and 8b.
  • the volume flow rate corresponds to the specified volume flow setpoint Q v .
  • the system characteristic curve 8b is set by changes in the system.
  • the operating point then moves on the compressor characteristic curve 3 for the motor shaft speed n 0 to the point P2, which is detected by means of the motor characteristic curves.
  • the control device determines from the compressor characteristic curve 3 that the volume flow measured value is too low, whereupon the motor shaft speed is increased until the volume flow measured value again overcomes the volume flow setpoint Q v .
  • the operating point then moves on the system characteristic curve 8b from P2 to P3.
  • the control device having the controller 3 has a serial interface with which the control characteristic of the controller 3 can be switched over in software.
  • Various control variants such as volume flow control, pressure control and / or exhaust gas temperature control, can be set.
  • the data memory 5 contains the data in FIG 25 shown compressor characteristics 6c stored, which has a variety of combinations of values, each consisting of mutually assigned motor shaft speed, motor shaft power and pressure difference values.
  • the compressor characteristics 6c are approximated by straight line sections.
  • the medium pressure corresponds to a predetermined differential pressure setpoint ⁇ p v .
  • the electrical motor input power P ell is determined by measuring motor current I x and motor voltage U x and the motor rotating field speed n fl by measuring the frequency of the motor current I x .
  • the engine shaft speed n wl is determined from the determined values for the engine input power P ell and the engine rotating field speed n fl , by interpolating intermediate characteristics to the engine characteristics 6a shown in FIG. 5 and stored in the data memory become.
  • the motor shaft power P wl is determined from the motor shaft speed n wl and the motor rotating field speed n fl .
  • a measured value for the differential pressure ⁇ p is indirectly determined from the motor shaft speed n wl and the motor shaft power P wl .
  • a differential pressure sensor can thus be saved.
  • the measured value for the differential pressure ⁇ p is compared with the differential pressure setpoint ⁇ p v and, in the event of a deviation, the motor shaft speed n of the drive motor is changed.
  • the compressor unit feeds a system which has the system characteristics 8a and 8b.
  • the differential pressure ⁇ p corresponds to that 26 predetermined differential pressure setpoint ⁇ p v .
  • the system characteristic curve 8b is set by changes in the system.
  • the operating point then moves on the compressor characteristic curve 7c for the motor shaft speed n 0 to the point P2, which is detected by means of the motor characteristic curves.
  • the control device determines the pressure difference assigned to point P2 from the compressor characteristic curve 7c and compares it with the setpoint value ⁇ p v . Since the differential pressure at the operating point P2 is greater than the target value ⁇ p v , the motor shaft speed is reduced until the differential pressure target value ⁇ p v is reached again.
  • the operating point moves on the system characteristic curve 8b from P2 to P4.
  • the pressure of the conveyed medium can be independent of the present one without the use of a pressure sensor
  • the system characteristic can be regulated to a constant setpoint ⁇ p v .
  • the pressure control can be done with a closed
  • the differential pressure in a closed circuit can, for example, correspond to the difference between the pressure of the pumped medium on the pressure side and that on the suction side of the compressor.
  • the pressure difference can correspond, for example, during pressure operation to the difference between the delivery medium pressure on the compressor pressure side and the ambient pressure.
  • the control characteristic of the device 1 can also be set so that one or more limit values are specified for the differential pressure or the volume flow, which limit the range of characteristics for a specific control variant. Should the limit value (s) still be exceeded or undershot, the compressor, based on the compressor characteristic curves 7a, 7b, 7c, is changed by a change in the motor shaft speed in the 27
  • the point P1 is the operating point on the system characteristic curve 8a and the compressor characteristic curve 4 for the speed n 0 .
  • the volume flow corresponds to a predetermined volume flow setpoint Q v . Changes in the system result in the system characteristic curve 8b. The operating point then moves on the compressor characteristic curve 4 for the speed n 0 to point P2.
  • the control device uses the engine rotating field speed and the engine input power at P2 to determine a volume flow that is too small (FIGS. 5, 6 and 13) and an excessively large pressure difference (FIG. 9). Since the volume flow control is superimposed on the pressure control and the volume flow limit value Q min has priority over the pressure difference setpoint ⁇ p v , the control unit increases the motor shaft speed until the volume flow limit value Q min is reached.
  • the operating point on the system characteristic curve 8b moves from P2 to P3.
  • the pressure control is only reactivated when the volume flow limit Q ra ⁇ n is reached.
  • the control characteristic of the device 1 can also be set such that one or more limit values are specified for a volume flow control for the differential pressure, which is explained below using the example of the operating points P1, P2 and P3 in FIGS. 8 and 14.
  • the point P1 is an operating point on the system characteristic 8a and the compressor characteristic 7c for the
  • the volume flow rate corresponds to a predetermined setpoint Q v .
  • the system characteristic curve 8b is set by changes in the system.
  • the operating point then moves on the compressor characteristic curve 7c 28 the speed n 0 to point P2.
  • the control device determines an excessively large pressure difference (FIGS. 5, 6 and 14) and an excessively small volume flow (FIG. 8) from the engine rotating field speed and the engine input power. Since the pressure difference limit value ⁇ p max has priority over the lower-level volume flow control, the control unit reduces the speed until the pressure difference limit value ⁇ p max is reached.
  • the operating point on the system characteristic curve 8b moves from P2 to P3. When the pressure difference limit ⁇ p max is reached, the volume flow control is reactivated.
  • a maximum permissible limit value of the exhaust gas temperature T max may not be exceeded with any control variant or fixed speed. If the limit value is nevertheless exceeded, the compressor is returned to the permitted temperature range based on the compressor characteristic curves 7a, 7b, 7c by changing the speed. Only then is the old control variant (eg pressure difference and / or volume flow control) reactivated (Fig. 15, 16, 17).
  • the old control variant eg pressure difference and / or volume flow control
  • the course of the control for limiting the exhaust gas temperature of the conveyed medium is explained in more detail below with the aid of the operating points P1, P2 and P3 in FIG. 18.
  • the permitted characteristic curve range of the individual characteristic curves 7c is limited by a temperature limit characteristic curve 9, which in each case intersects a characteristic curve end point 10 of the individual characteristic curve 7c.
  • the point P1 is an operating point on the system characteristic curve 8a and the compressor characteristic curve 7c for the speed n 0 .
  • the system characteristic curve 8b is set by changes in the system.
  • the operating point then moves on the compressor characteristic curve 7c for the speed n 0 to point P2.
  • the control device determines an excessively high exhaust gas temperature from the engine rotating field speed and the engine input power or the pressure or the pressure difference at P2.
  • the control device Since the regulation of the temperature limit T raax takes precedence over 29 volume flow and / or pressure control and / or speed control, the control device reduces the speed until the temperature limit T max is reached again. The operating point moves from P2 to P3 on the system characteristic curve 8b. Only then is the volume flow and / or pressure and / or speed control reactivated.
  • the compressor parameters are in the form of combinations of values, each consisting of a temperature value T for the suction temperature of the pumped medium, a speed value n for the speed of the shaft of the drive motor, a power value P for the mechanical shaft power of the drive motor delivered to the compressor , a pressure difference value ⁇ p for a pressure difference brought about on the pumped medium and a pumped medium volume flow value Q are stored.
  • the family of compressor characteristic curves therefore has separate compressor characteristic curves 7a, 7b, 7c for vacuum and pressure operation of the compressor, for different medium suction temperatures T and for different motor shaft speeds n:
  • the characteristic curves are approximated either by straight lines (Fig. 19, 20, 21) or by second degree polynomials (Fig. 22, 23, 24).
  • the equations for the compressor characteristics and various solution algorithms for this are stored in the control device.
  • the starting point A n and the end point C n of the characteristic are in each case with a straight compressor characteristic curve and with a second degree polynomial 3 1 an intermediate point B n is also stored. From these points, the value combinations of the compressor characteristic curves 7a, 7b, 7c are determined on-line by the control device using the compressor equations.
  • a control device for pressure difference, motor shaft speed and volume flow and / or actual combinations of motor shaft power values that are not on a stored characteristic curve 7a, 7b, 7c are determined by interpolation of intermediate characteristic curves 7a ', 7b', 7c '(FIGS. 7, 9, and 13).
  • the value combinations assigned to the respective intermediate characteristic curve 7a ', 7b 1 , 7c' are then calculated from the determined start, end and intermediate values.
  • motor parameters are also stored in the form of combinations of values, each consisting of a speed value n for the speed of the shaft of the drive motor, a voltage value U for the electrical operating voltage of the drive motor, a current value I for the electrical current of the drive motor and one Frequency value f for the frequency of the motor current proportional to the rotating field speed of the drive motor: 32
  • intermediate characteristic curves and / or intermediate values can also be determined from the combinations of values stored in the data memory 5.
  • the engine and compressor parameters can also be stored in a common map.
  • the measured value of the delivery quantity is determined indirectly by determining actual values of at least two replacement quantities, such as the motor input power and the motor rotating field speed of the drive motor, and from the replacement quantities by means of motor and compressor-specific characteristics stored in a data memory 5 with a large number of combinations of values, each consisting of one Value for the delivery quantity and one value for each of the substitute quantities, the delivery quantity measurement value is determined.
  • the engine and compressor-specific parameters can be stored as a map in the data memory.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zum Regeln wenigstens einer Fördergrösse eines einen von einem elektrischen Antriebsmotor angetriebenen Verdichteraggregats (2), wie beispielsweise dem Volumenstrom, dem Druck und/oder der Temperatur eines von dem Verdichteraggregat (2) geförderten Mediums, wobei für die Fördergrösse wenigstens ein Messwert ermittelt und mit einem Soll- oder Grenzwert verglichen und bei einer Abweichung die Drehzahl der Antriebswelle des Verdichters verändert wird. Dabei wird der Fördergrössen-Messwert indirekt ermittelt, indem Istwerte wenigstens zweier Ersatzgrössen ermittelt werden, wie beispielsweise die Motoreingangsleistung und die Motordrehfelddrehzahl des Antriebsmotors und aus den Ersakgrößen mittels in einem Datenspeicher (5) abgespeicherter motor- und verdichterspeizifischer Kenngrössen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einem Wert für die Fördergrösse und jeweils einem Wert für jede der Ersatzgrössen der Fördergrössen-Messwert bestimmt wird. Die motor- und verdichterspezifischen Kenngrössen können als Kennfeld in dem Datenspeicher abgelegt sein.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Regeln einer Fördergröße
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln wenigstens einer Fördergröße eines einen elektrischen Antriebsmotor und einen Verdichter aufweisenden Verdichteraggregats, insbesondere zum Regeln des Fördermedium-Volumenstroms, des Fördermedium-Drucks und/oder der Fördermedium-Temperatur, wobei wenigstens ein Fördergrößen-Meßwert ermittelt und mit einem Fördergrößen-Sollwert oder -Grenzwert verglichen und bei einer Abweichung die Motorwellendrehzahl des Antriebsmotors verändert wird.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung mit einem einen Verdichter für Fördermedium und einen elektrischen Antriebsmotor aufweisenden Verdichteraggregat, wobei der Antriebsmotor zur Einstellung der Motorwellendrehzahl mit einer Leistungsansteuerung verbunden ist, die mit einer einen Datenspeicher aufweisenden Steuereinrichtung in Steuerverbindung steht, die einen Regler zum Regeln wenigstens einer Fördergröße aufweist, wie zum Beispiel dem Fördermedium-Volumenstrom, dem Fördermedium-Druck und/oder der Fördermediumtemperatur.
Aus JP-OS 62-294797 kennt man bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, die einen Regler zum Regeln des Volumenstrom des von dem Verdichteraggregat verdichteten Fördermediums aufweist. Zur Bestimmung der von dem elektrischen Antriebsmotor an den Verdichter abgegebenen Motorwellenleistung weist die vorbekannte Vorrichtung eine Meßeinrichtung auf, die einen an dem Antriebsmotor angeordneten Leistungssensor zum Messen der elektrischen Eingangsleistung des Antriebsmotors und einen an dem Verdichter angeordneten Tachogenerator zum Messen der Drehzahl der Verdichterantriebswelle hat. Der Leistungssensor und der Tachogenerator sind jeweils mit einem Eingang einer
BESIÄTIGUNGSKDPIE Recheneinheit verbunden, welche aus den gemessenen Leistungsund Tachosignalen die momentane Wellenleistung des Antriebsmotors ermittelt. Ein weiterer Eingang der Recheneinheit ist über ein Differenzierglied mit dem Tachogenerator verbunden. Aus den so gewonnen Meßwerten für die Motorwellenleistung werden die zur Regelung des Fördermedium-Volumenstroms benötigten Volumenstrom- Meßwerte indirekt ermittelt. In dem Datenspeicher der Steuereinrichtung sind dazu Verdiener-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen abgelegt, die jeweils einander zugeordnete Motorwellenleistungs- , Verdichterdrehzahl- und Fördermedium- Volumenstromwerten aufweisen. Durch die indirekte Ermittlung der Volumenstrom-Meßwerte kann ein teuerer Volumenstromsensor eingespart werden. Ein Nachteil der vorbekannten Vorrichtung besteht jedoch noch darin, daß die Messung der Motorwellenleistung des Antriebsmotors noch relativ ungenau ist was eine vergleichsweise große Regelabweichung Fördermedium-Volumenstromes zur Folge hat. Ungünstig ist außerdem, daß die Meßeinrichtung einen relativ teueren Tachogenerator für die Messung der Drehzahl der Antriebswelle des Verdichters erfordert und daß der Tachogenerator auch einen gewissen Platzbedarf benötigt. Aufgrund der beim Verdichten von kompressiblen Fördermedien auftretenden hohen Temperaturen sind außerdem Wärmeisolationsmaßnahmen gegen thermische Überlastung des Tachogenerators erforderlich.
Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bezüglich der zu regelnden Fördergröße eine hohe Regelgenauigkeit ermöfliehen.
Bezüglich eines Verfahrens der eingangs genannten Art, das zum Regeln des Fördermedium-Volumenstroms vorgesehenen ist, besteht die Lösung dieser Aufgabe darin, daß Aggregat-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Fördermediumdruck-, Motordrehfelddrehzahl und Volumenstrom-Werten ermittelt und abgespeichert werden, und daß der Volumenstrom-Meßwert indirekt ermittelt wird, indem Istwerte für den Fördermediumdruck und für die Motordrehfelddrehzahl erfaßt werden und aus diesen Istwerten mit Hilfe der abgespeicherten Aggregat-Kenngrößen der Volumenstrom-Meßwert ermittelt wird.
Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, die individuellen Eigenschaften des Aggregats in Form eines Kennfeldes, das eine Vielzahl von einander zugeordneten Fördermediumdruck-, Motordrehfelddrehzahl und Volumenstrom-Werten aufweist, zu messen und abzuspeichern. Dies kannbeispielsweisemit Hilfe eines geeigneten Versuchsstandes erfolgen. Anhand der einmal aufgezeichneten Aggregat-Kenngrößen können dann auf einfache Weise durch Messung des Fördermediumdrucks die für die Regelung benötigten Istwerte für den Volumenstrom des Fördermediums indirekt ermittelt werden. Dadurch kann ein teuerer Volumenstromsensor eingespart werden. In vorteilhafter Weise sind in dem Kennfeld nicht nur die Verdichtereigenschaften, sondern vor allem auch die Eigenschaften des Antriebsmotors erfaßt. So werden auf einfache Weise Nichtlinearitäten des Antriebsmotors sowie die in der Praxis auftretendenVerluste in der Antriebsmechanik, die beispielsweise durch einen vom Antriebsmotor angetriebenen, zur Kühlung des Antriebsmotros und/oder des Verdichters vorgesehenen Lüfter berücksichtigt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die von dem Lüfter aufgenommene Motorwellenleistung von der Motordrehfeld- drehzahl und dem Fördermediumdruck abhängig ist, was mittels der Aggregat-Kenngrößen berücksichtigt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht deshalb eine hohe Meß- und Regelgenauigkeit .
In vorteilhafter Weise kann die Drehzahl des magnetischen Motordrehfeldes des Antriebsmotros auf einfache Weise aus der Frequenz des Motorstroms und/oder derjenigen der Motorspannung abgeleitet werden, wodurch ein teurer und temperaturempfindlicher Tachogenerator als Drehzahlsensor eingespart werden kann. Aus Kostengünden wird als Antriebsmotor ein Asynchronmotor bevorzugt . In vorteilhafter Weise ist bei einem einen Asynchronmotor aufweisenden Verdichteraggregat sogar der Motorschlupf in den Aggregat-Kenngrößen berücksichtigt, wodurch eine entsprechend hohe Meß- und Regelgenauigkeit erreicht wird. Selbstverständlich kann als Antriebsmotor aber auch ein Synchronmotor vorgesehen sein. Erwähnt werden soll noch, daß das erfindungsgemäße Verfahren sowohl im Vakuum-, als auch im Druckbetrieb des Verdichters angewendet werden kann.
Die vorstehend genannte Aufgabe kann bezüglich des eingangs genannten Verfahrens auch dadurch gelöst werden, daß Aggregat- Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motoreingangsleistungs- , Drehzahl- und Fördergrößen-Werten ermittelt und abgespeichert werden, daß der Fördergrößen-Meßwert indirekt ermittelt wird, indem wenigstens ein Istwert für die Motoreingangsleistung und mindestens ein Istwert für die Drehzahl erfaßt wird, und daß aus diesen Istwerten mit Hilfe der Aggregat-Kenngrößen der Förder- größen-Meßwert ermittelt wird.
Auch bei dieser Lösung werden die individuellen Eigenschaften des Aggregats in Form eines Kennfeldes gemessen und abgespeichert. Im Unterschied zu der Lösung nach Anspruch 1 bestehen die Wertekombinationen jedoch jeweils aus einem Motoreingangsleistungs-, Motordrehfelddrehzahl- und Fördergrößen-Wert. Die beiden zuerst genannten Werte können sowohl bei einem Asynchron-, als auch bei einem Synchronmotor auf einfache Weise aus dem Motorstrom und der Motorspannung bzw. deren Frequenz bestimmt werden. Zusätzlich zu den Vorteilen des Verfahrens nach Anspruch
1 hat das Verfahren gemäß Anspruch 2 somit noch den Vorteil, daß der Fördergrößen-Wert ohne die Verwendung eines zusätzlichen Sensors ermittelt werden kann. Dennoch wird eine hohe Meß- und Regelungsgenauigkeit erreicht. Die vorstehend genannte Aufgabe kann bezüglich des Verfahrens auch dadurch gelöst werden, daß Motor-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motoreingangsleistungs-, Motordrehfelddrehzahl- und Motorwellendrehzahlwerten ermittelt und abgespeichert werden, daß Verdichter-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl-, Fördermediumdruck- und Volumenstrom-Werten ermittelt und abgespeichert werden, und daß der Volumenstrom-Meßwert indirekt ermittelt wird, indem wenigstens ein Istwert für die Motoreingangsleistung und mindestens ein Istwert für die Motordrehfelddrehzahl erfaßt wird, und daß aus diesen Istwerten mit Hilfe der Verdichter-Kenngrößen und der Motor-Kenngrößen der Förάergrößen-Meßwert ermittelt wird.
Diese Lösung wird als besonders vorteilhaft angesehen, da sie zusätzlich zu den Vorteilen der Lösung gemäß Anspruch 1 und 2 auch noch einen einfachen Austausch des Antriebsmotors oder des Verdichters des Verdichteraggregats ermöglicht, falls dieser einmal ausfallen sollte. Durch die getrennte Abspeicherung von Verdichter- und Motor-Kenngrößen brauchen beispielsweise bei einem Austausch des Antriebsmotors nur die Motor-Kenngrößen neu ermittelt und abgespeichert zu werden, während die Verdiener- Kenngrößen weiterbenutzt werden können. In vorteilhafter Weise ist es dadurch möglich, die Motor-Kenngrößen ohne einen Zugriff auf den Verdichter eines beispielsweise bei einem Kunden installierten Verdichteraggregats im Werk des Herstellers zu ermitteln. Der Hersteller des Verdichteraggregats kann dadurch auf einfache Weise einen weltweiten Ersatzteilservice anbieten, ohne daß am Ort des Verdichters Messungen an dem Verdichteraggregat durchgeführt werden müssen. In vorteilhafter Weise können dabei individuelle Motor-Kenngrößen für jeden Antriebsmotor vorgesehen sein, so daß Unterschiede der einzelnen Antriebsmotoren, die beispielsweise durch Fertigungsstreuungen und/oder 6 eine unterschiedliche Bauart der Antriebsmotoren verursacht sein können, bei der Regelung der Fördergröße kompensiert werden. Auch können die Antriebsmotoren unterschiedlicher Verdichteraggregate auf einfache Weise gegeneinander ausgetauscht werden, wenn zusammen mit den Antriebsmotoren auch deren Motor-Kenngrößen getauscht werden. Dabei die Meß- und Regelungsgenauigkeit der Verdichteraggregate erhalten.
Erwähnt werden soll noch, daß bei den Verdichter-Kenngrößen anstelle der Motorwellendrehzahl auch die Motorwellenleistung ermittelt und gespeichert werden kann, wenn als Motor-Kenngrößen eine Vielzahl von ersten Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motoreingangsleistungs-, Motordrehfelddrehzahl- und Motorwellendrehzahlwerten sowie eine Vielzahl von zweiten Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl-, Motoreingangsleistungs-, Motorwellenleistungswerten ermittelt und abgespeichert werden.
Die vorstehend genannte Aufgabe kann bezüglich des Verfahrens auch dadurch gelöst werden, daß Motor-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl-, Motoreingangsleistungs-, Motorwellenleistungswerten ermittelt und abgespeichert werden, daß Verdichter-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinatio- nen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl-, Motorwellenleistungs- und Fördergrößen-Werten ermittelt und abgespeichert werden, und daß der Fördergrößen-Meßwert indirekt ermittelt wird, indem wenigstens ein Istwert für die Motordrehfelddrehzahl erfaßt wird und aus diesem Istwert sowie aus dem wenigstens einen Istwert für die Motoreingangsleistung mit Hilfe der Motor-Kenngrößen und der Verdichter-Kenngrößen der Fördergrößen-Meßwert ermittelt wird.
Dieses Verfahren hat zusätzlich zu den Vorteilen des Verfahrens 7 nach Anspruch 2 noch den weiteren Vorteil, daß bei einem Austausch des Antriebsmotors oder des Verdichters jeweils nur die Kenngrößen der ausgetauschten Komponente (Antriebsmotor bzw. Verdichter) neu ermittelt und in dem Datenspeicher abgelegt werden brauchen. Das Verfahren ermöglicht deshalb einen einfachen Ersatzteilservice. Das Verfahren nach Anspruch 4 ist ebenso wie das Verfahren nach Anspruch 2 nicht auf die Regelung des Fördermedium- Volumenstroms, des Fördermedium-Drucks und/oder der Fördermedium- Temperatur beschränkt, sondern kann auch zum Regeln anderer direkt oder indirekt durch den Verdichter beeinflußter physikalischer Größen des verwendet werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, daß Motor-Kenngrößen mit einer Vielzahl von ersten Wertekombinationenbestehendausdenjeweils einander zugeordneten Motoreingangsleistungs-, Motordrehfelddrehzahl- und Motorwellendrehzahlwerten sowie mit einer Vielzahl von zweiten Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl-, Motoreingangsleistungs-, Motorwellenlei- stungswerten ermittelt und abgespeichert werden. Die Motorwellen- drehzahlwerte können dann auch bei einem Asynchronmotor ohne die Verwendung eines zusätzlichen Sensors ermittelt werden, da der Motorschlupf dann bereits in den Motor-Kenngrößen berücksichtigt ist .
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß von den Fördergrößen Fördermedium-Volumenstrom, Fördermedium-Druck und Temperatur des verdichteten Fördermediums wenigstens eine erste und eine zweite Fördergröße geregelt werden, daß während der Dauer einer Abweichung der ersten Fördergröße von einem vorgegebenen Sollwertbereich die Regelung der zweiten Fördergröße außer Funktion gesetzt wird, und daß während dieser Dauer die Motorwellendrehzahl verändert wird, bis sich die erste Regelgröße wieder innerhalb des Sollwertbereiches befindet. Es ist also eine übergeordnete Regelung für eine erste Regelgröße und eine untergeordnete Regelung für eine zweite Regelgröße vorgesehen. Dieses Regelverfahren kann beispielsweise in Förderanlagen, in denen in einem Gasstrom ein Pulvermedium gefördert wird, vorteilhaft angewendet werden. Solche Förderanlagen werden üblichwerweise mit konstantem Förderdruck betrieben. Bei einer Verstopfung in der Förderanlage kann es jedoch zweckmäßig sein, den Förderdruck kurzzeitig zu erhöhen, um einen an einer Verstopfungsstelle befindlichen Pulvermedium- Pfropfen wegzublasen. Dabei kann durch einen vorgegebenen Sollwertbereich für den Druck oder den Differenzdruck sichergestellt werden, daß der Druck bzw. der Differenzdruck einen Maximalwert nicht überschreitet und somit die Anlage nicht überlastet wird.
Damit die maximal zulässige Temperatur des auslaßseitigen Fördermediums und/oder die des Verdichters bei keiner der oben genannten Regelungsarten überschritten wird, ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur des verdichteten Fördermediums ermittelt und mit einem Temperatur-Grenzwert verglichen wird und wenn beim Überschreiten des Temperatur-Grenzwertes die Motoreingangsleistung zum Begrenzen der Temperatur des verdichteten Fördermediums auf den Temperatur-Grenzwert reduziert wird.
Dabei ist es sogar möglich, daß der Temperatur-Grenzwert von einem oberen auf einen unteren Grenzwert reduziert wird, wenn die Temperatur des verdichteten Fördermediums den oberen Grenzwert für eine vorgegebene oder vorgebbare erste Zeitdauer überschreitet und daß der Temperatur-Grenzwert von dem unteren auf den oberen Grenzwert erhöht wird, wenn die Temperatur den unteren Temperatur- Grenzwert für eine vorgegebene oder vorgebbare zweite Zeitdauer unterschreitet. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Temperatur des verdichteten Fördermediums kurzzeitig über die maximal zulässige Dauertemperatur erhöht werden kann, ohne daß der Verdichter Schaden erleidet.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß die Motoreingangsleistung indirekt durch Erfassung des elektrischen Motorstroms und der elektrischen Motorspannung und/oder der elektrischen Betriebsfrequenz des Antriebsmotors ermittelt wird. Die Motoreingangsleistung kann dadurch besonders einfach beispielsweise mittels eines Shunts oder eines induktiven Stromwandlers gemessen werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß für unterschiedliche Temperaturen des einlaßseitigen Fördermediums und/oder unterschiedliche Umgebungstemperaturen unterschiedliche Aggregat-, Verdicher- und/oder Motor-Kenngrößen vorgesehen sind und daß zur Auswahl der der jeweiligen Temperatur zugeordneten Aggregat-, Verdicher und/oder Motor-Kenngrößen die Temperatur des einlaßseitigen Fördermediums gemessen und/oder vorgegeben wird. Dadurch können die thermodynamisehen Eigenschaften des Fördermediums besser berücksichtigt werden, wodurch die Regelgenauigkeit des Verfahrens bei unterschiedlichen
Fördermedium-Temperaturen und/oder Umgebungstemperaturen zusätzlich verbessert wird. Die Temperatur des einlaßseitigen Fördermediums kann beipielsweise gemessen oder aufgrund von Erfahrungswerten vorgegeben werden.
Vorteilhaft ist, wenn die Aggregat-, Verdicher- und/oder Motor- Kenngrößen als Kennlinienschar abgespeichert werden. Dadurch können die physikalischen Eigenschaften des Aggregats, bzw. des Verdichers und/oder Motors auf einfache Weise nachgebildet werden. Außerdem wird zum Speichern der Kennlinienschar nur eine vergleichsweise geringe Datenmenge benötigt.
Ein besonders einfach aufgebautes Kennlinien-Feld kann dadurch erreicht werden, daß wenigstens eine Kennlinie der Kennlinienschar 10 für die Verdiener-Kenngrößen durch eine Gerade angenähert wird. Bei nichtlinearen Aggregat-, Verdicher- und/oder Motor-Kenngrößen kann es dagegen vorteilhaft sein, wenn wenigstens eine Kennlinie der Kennlinienschar für die Aggregat-, Verdicher- und/oder Motor- Kenngrößen durch ein Polynom, insbesondere durch ein Polynom zweiten Gerades angenähert wird.
Vorteilhaft ist, wenn für einen ermittelten Istwert durch Interpolation aus benachbarten Wertekombinationen und/oder aus benachbarten Aggregat- , Verdicher- und/oder Motor-Kennlinien der Kennlinienschar ein Zwischenwert oder eine Zwischenkennlinie bestimmt wird. Die Genauigkeit der Regelung kann dadurch erhöht werden, ohne daß zusätzliche Wertekombinationen beziehungsweise Verdichter-Kennlinien gemessen und abgespeichert werden müssen.
Damit die maximal zulässige Motorleistung bei keiner der oben genannten Regelungsarten überschritten wird, ist es vorteilhaft, wenn die Motoreingangsleistung begrenzt wird. Dabei ist es sogar möglich, daß unmittelbar vor Erreichen der maximal zulässigen Motoreingangsleistung die Drehzahl des Antriebsmotors solange abgesenkt wird, bis ein bestimmter Sicherheitsabstand zu einer maximal zulässigen Motoreingangsleistung vorliegt. Durch die Begrenzung der Motoreingangsleistung wird insbesondere verhindert, daß der Verdichter einen Betriebspunkt erreicht, bei dem eine Überlastsicherung des Antriebsmotors aktiviert und somit derMotor abgeschaltet wird.
Bezüglich einer einen Regler zum Regeln des Fördermedium- Volumenstroms aufweisenden Vorrichtung besteht die Lösung der vorstehend genannten Aufgabe darin, daß ein Drucksensor zur Messung des Fördermediumdrucks vorgesehen ist, daß in dem Datenspeicher zum indirekten Ermitteln Fördermedium-Volumenstroms aus dem gemessenen Fördermediumdruck und der Motordrehfelddrehzahl Aggregat-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen 11 bestehend aus jeweils einander zugeordneten Fördermediumdruck-, Motordrehfelddrehzahl und Volumenstrom-Werten abgelegt sind.
Wie bei dem Verfahren bereits erläutert wurde, ermöglichen die Aggregat-Kenngrößen zusätzlich zu der Berücksichtigung der Verdichtereigenschaften auch noch die Berücksichtigung der individuellen Eigenschaften des Antriebsmotors . Die Vorrichtung weist deshalb eine hohe Meß- und Regelgenauigkeit auf. Die Drehzahl des Motordrehfeldes kann auf einfache Weise aus dem Motorstrom, der Motorspannung bzw. deren Frequenz abgeleitet werden, wodurch ein teurer und temperaturempfindlicher Tachogenerator als Drehzahlsensor eingespart wird. Mittels der Aggregat- Kenngrößen kann der Volumenstrom indirekt mit Hilfe eines kostengünstigen Drucksensors gemessen werden. Ein teurer Volumenstromsensor kann dadurch entfallen.
Die vorstehend genannte Aufgabe kann bezüglich einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die ein Leistungssensor zur Bestimmung der elektrischen Motoreingangsleistung des Antriebsmotors aufweist, auch dadurch gelöst werden, daß in dem Datenspeicher zum indirekten Ermitteln der Fördergröße aus der gemessenen Motoreingangsleistung und der Motordrehfelddrehzahl Aggregat- Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motoreingangsleistungs-, Motordrehfelddrehzahl- und Fördergrößen-Werten abgelegt sind.
Zusätzlich zu den Vorteilen der Vorrichtung gemäß Anspruch 17 hat diese Vorichtung noch den weiteren Vorteil, daß der Fördergrößen-Wert ohne die Verwendung eines zusätzlichen Druck- Sensor ermittelt werden kann. Dennoch wird - wie bei der Vorrichtung nach Anspruch 17 - eine hohe Meß- und Regelungsgenau- igkeit erreicht.
Die vorstehend genannte Aufgabe kann bezüglich einer Vorrichtung 12 der eingangs genannten Art, die ein Leistungssensor zur Bestimmung der elektrischen Motoreingangsleistung des Antriebsmotors aufweist, auch dadurch gelöst werden, daß in dem Datenspeicher zum indirekten Ermitteln des Volumenstrom-Meßwertes aus der gemessenen Motoreingangsleistung und der Motordrehfelddrehzahl einerseits Motor-Kenngrößen mit einer Vielzahl von ersten Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motoreingangsleistungs-, Motordrehfelddrehzahl- und Motorwellendrehzahlwerten und andererseits Verdichter-Kenngrößen mit einer VielzahlvonerstenWertekombinationenbestehendaus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl- , Fördermediumdruck- und Volumenstrom-Werten abgelegt sind.
Diese Lösung wird als besonders vorteilhaft angesehen, da sie zusätzlich zu den Vorteilen der Vorrichtungen gemäß Anspruch 17 und 18 auch noch einen einfachen Austausch des Antriebsmotors oder des Verdichters des Verdichteraggregats ermöglicht, falls dieser einmal ausfallen sollte. Wie bei dem Verfahren schon erwähnt wurde, brauchen aufgrund der Trennung der Kenngrößen in Verdichter- und Motor-Kenngrößen bei einem Austausch einer der beiden Komponenten des Verdichteraggregats (Antriebsmotor, Verdichter) jeweils nur die dieser Komponente zugeordneten Motor- Kenngrößen ermittelt und neu abgespeichert zu werden, während die Kenngrößen der jeweils anderen Komponente (Verdichter, Antriebsmotor) weiterbenutzt werden können. Die Vorrichtung ermöglicht deshalb trotz der Berücksichtigung der individuellen Motor- und Verdichtereigenschaften einen einfachen Ersatzteilservice .
Schließlich kann die vorstehend genannte Aufgabe bezüglich einer
Vorrichtung der eingangs genannten Art, die ein Leistungssensor zur Bestimmung der elektrischen Motoreingangsleistung des Antriebsmotors aufweist, auch dadurch gelöst werden, daß in dem Datenspeicher zum indirekten Ermitteln der Fördergröße aus der 13 gemessenen Motoreingangsleistung und der Motordrehfelddrehzahl einerseits Verdicher-Kenngrößen mit einer Vielzahl von ersten Wertekombinationen, bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motoreingangsleistungs-, Motordrehfelddrehzahl- und Motorwellen- drehzahlwerten und mit einer Vielzahl von zweiten Wertekombinationen, bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl-, Motoreingangsleistungs- und Motorwellenleistungswerten abgelegt sind und daß andererseits in dem Datenspeicher Verdichter-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Werte- kombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl-, Motorwellenleistungs- und Fördergrößen- Werten abgelegt sind.
Zusätzlich zu den Vorteilen der Vorrichtung gemäß Anspruch 19 hat diese Vorichtung noch den weiteren Vorteil, daß der Fördergrößen-Wert ohne die Verwendung eines zusätzlichen Druck- Sensor ermittelt werden kann. Die Vorrichtung kann dadurch noch kostengünstiger hergestellt werden.
Besonders vorteilhaft ist, wenn in dem Datenspeicher zusätzlich zu den Verdicher-Kenngrößen mit der Vielzahl von ersten Wertekombinationen, bestehend aus den jeweils einander zugeordneten Motoreingangsleistungs- , Motordrehfelddrehzahl- und Motorwellendrehzahlwerten, weitere Verdicher-Kenngrößen mit einer Vielzahl von zweiten Wertekombinationen, bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl-, Motoreingangsleistungs- und Motorwellenleistungswerten abgelegt sind. Die Motorwellendrehzahl kann dann auch bei einem Asynchronmotor ohne die Verwendung eines zusätzlichen Drehzahlsensors aus der Motordrehfelddrehzahl ermittelt werden, was eine kostengünstige, zuverlässige und kompakte Vorrichtung ermöglicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Leistungsansteuerung einen Frequenzumrichter 14 zum Ansteuern des elektrischen Antriebsmotors aufweist. Die Drehzahl des Antriebsmotors kann dann sensorlos aus der Betriebsfrequenz des Frequenzumrichters ermittelt werden.
Vorteilhaft ist, wenn für unterschiedliche Temperaturen des einlaßseitigen Fördermediums und/oder unterschiedliche Umgebungstemperaturen unterschiedliche Aggregat-, Verdicher- und/oder Motor-Kenngrößen in dem Datenspeicher abgelegt sind. Die Vorrichtung kann dann noch besser an unterschiedliche Anlagen und/oder Betriebsweisen angepaßt werden, indem je nach Temperaturbereich der jeweiligen Anwendung die entprechenden verdichterspezifischen Kenngrößen, beispielsweise aufgrund von Erfahrungswerten ausgewählt werden.
Besonders vorteilhaft ist , wenn die Steuereinrichtung zur Auswahl der der jeweiligen Temperatur des einlaßseitigen Fördermediums zugeordneten Aggregat-, Verdichter- und/oder Motor-Kenngrößen mit einem Fördermedium-Temperatursensor verbunden ist. Die verdichterspezifischen Kenngrößen können dann je nach Fördermedium-Temperatur automatisch ausgewählt werden.
Vorteilhaft ist, wenn die Wertekombinationen für die Aggregat-, Verdicher- und/oder Motor-Kenngrößen als Kennlinienschar in dem Datenspeicher abgelegt sind. In dem Datenspeicher können dann beispielsweise Stützstellen für die einzelnen Kennlinien abgespeichert sein, welche in Kombination mit einer entsprechenden Rechenvorschrift die Kennlinien definieren. Selbstverständlich können die Kennlinien aber auch auf andere Weise beispielsweise mittels in dem Datenspeicher abgelegter Koeffizienten eines Polynoms oder einer Geradengleichung definiert sein.
Besonders vorteilhaft ist, wenn wenigstens eine Kennlinie der Kennlinienschar für die Aggregat-, Verdichter- und/oder Motor- Kenngrößen durch in dem Datenspeicher abgelegte Stützstellen 15 definiert ist und daß wenigstens eine dieser Stützstellen den nutzbaren Kennlinienbereich der Kennlinie begrenzt. Aus den Stützstellen können dann mittels einer entsprechenden Rechenvorschrift beliebige auf der Kennlinie befindliche Punkte ermittelt werden. Gleichzeitig dienen die Stützstellen dazu, den nutzbaren Kennlinienbereich zu begrenzen, so daß eine Überlastung des Verdichteraggregats und/oder ein Übersteuern von Betriebsparametern vermieden ist.
Vorteilhaft ist, wenn die Steuereinrichtung eine Schnittstelle zum Einspeichern von Aggregat-, Verdicher- und/oder Motor- Kenngrößen aufweist. Mittels der Schnittstelle können die Aggregat-, Verdichter- und/oder Motor-Kenngrößen in den Datenspeicher geschrieben werden, so daß unterschiedliche Antriebsmotoren und/oder Verdichter mit der gleichen Steuereinrichtung betrieben werden können. Die Aggregat-, Verdicher- und/oder Motor-Kenngrößen können beispielsweise auf einem Datenträger gespeichert sein und mittels eines mit der Schnittstelle zu verbindenden Mikrocomputers in den Datenspeicher geschrieben werden. Die Steuereinrichtung kann dadurch vor Ort an einen jeweils mit ihr zu kombinierenden Antriebsmotor und/oder Verdichter individuell angepaßt werden. Außerdem kann der Antriebsmotor und/oder der Verdichter bei einer eventuellen Reparatur auf einfache Weise ausgetauscht und gegebenenfalls durch einen Verdichter anderen Typs ersetzt werden.
Bei einer Vorrichtung mit programmierbarem Regler kann die Schnittstelle auch zur Auswahl eines Regelprogramms verwendet werden. Dadurch kann die Regelcharakteristik der Steuereinrichtung an die jeweiligen Eigenschaften einer an die Vorrichtung angeschlossenen Anlage individuell angepaßt werden.
Insgesamt ergibt sich somit eine Vorrichtung, die sowohl in einem geschlossenen, als auch in einem offenen Fördermedium-Kreislauf 16 verwendet werden kann. Dabei ermöglicht die Vorrichtung in einem geschlossenen Fördermedium-Kreislauf eine Regelung oder eine Begrenzung des Fördermedium-Volumenstroms, des von dem Verdichter an dem Fördermedium bewirkten Drucks oder einer daran bewirkten Druckdifferenz und/oder der Temperatur des auslaßseitigen Fördermediums. Bei einem offenen Fördermedium-Kreislauf ermöglicht die Vorrichtung eine Regelung oder eine Begrenzung des Fördermedium-Volumenstroms, eines von dem Verdichter an dem Fördermedium bewirkten Differenzdrucks oder des absoluten Fördermedium-Drucks und/oder der Temperatur des auslaßseitigen Fördermediums. Dabei kann sowohl bei einem offenen, als auch bei einem geschlossenen Fördermedium-Kreislauf eine jeweils gewünschte Regelungscharakteristik eingestellt werden, wobei auch Anwendungsgrenzwerde berücksichtigt werden können.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig.l ein Blockschaltbild einer Vorrichtung, die ein als System bezeichnetes, an einem offenen Fördermedium-
Kreislauf angeschlossenes Verdichteraggregat und einen Regler zum Regeln dessen Fördermedium-Volumenstrom aufweist, der indirekt aus der Motordrehfelddrehzahl des elektrischen Antriebsmotors und der an dem Fördermedium bewirkten Druckdifferenz ermittelt wird,
Fig.2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung ähnlich Fig.l, wobei jedoch das Verdichteraggregat an einem geschlossenen Fördermedium-Kreislauf angeschlossen ist,
Fig . 3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung , die ein als
System bezeichnetes Verdichteraggregat und einen Regler zum Regeln dessen Fördermedium-Volumenstrom aufweist , der indirekt aus Motordrehfelddrehzahl bzw . der 17
Betriebsfrequenz des elektrischen Antriebsmotors des Verdichteraggregats und dem Motorstrom ermittelt wird,
Fig.4 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung, die ein als Systembezeichnetes Verdichteraggregat und einenRegler zum Regeln des Fördermedium-Absolutdrucks aufweist, der indirekt aus der Motordrehfelddrehzahl des elektrischen Antriebsmotors, dem Motorstrom und dem gemessenen Umgebungsdruck ermittelt wird,
Fig.5 eine graphische Darstellung einer ersten Motor- Kennlinienschar mit mehreren, jeweils unterschiedlichen Motordrehfelddrehzahlen zugeordneten Kennlinien, wobei auf der Abszisse die Motorwellendrehzahl und auf der Ordinate die elektrische Motoreingangsleistung aufgetragen ist,
Fig.6 eine graphische Darstellung einer zweiten Motor- Kennlinienschar mit mehreren, jeweils unterschiedlichen Motorwellendrehzahlen zugeordneten Kennlinien, wobei auf der Abszisse die mechanische Motorwellenleistung und auf der Ordinate die elektrische Motoreingangsleistung aufgetragen ist,
Fig.7 eine graphische Darstellung einer Verdichter-Kennlinienschar mit mehreren, jeweils unterschiedlichen Motor- bzw. Verdichterwellendrehzahlen zugeordneten Kennlinien, wobei auf der Abszisse der Fördermedium- Volumenstrom und auf der Ordinate die Druckdifferenz an dem Fördermedium aufgetragen ist,
Fig.8 eine Darstellung ähnlich Fig.7, wobei jedoch auf der Abszisse die mechanische Motorwellenleis'ung und auf der Ordinate der Fördermedium-Volumenstrom aufgetragen ist ,
Fig.9 eine Darstellung ähnlich Fig.8, wobei jedoch auf der Ordinate die Druckdifferenz auftragen ist,
Fig.10 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung ähnlich Fig.l, wobei zum Begrenzen der an dem Fördermedium bewirkten Druckdifferenz diese indirekt aus Motordrehfelddrehzahl des elektrischen Antriebsmotors und dem Motorstrom ermittelt und mit einem Grenzwert verglichen wird, welcher die Regelung des Fördermedium-Volumenstromes einschränkt,
Fig.11 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung ähnlich Fig.l, wobei jedoch das Verdichteraggregat an einem offenen
Fördermedium-Kreislauf angeschlossen ist und zum Begrenzen des Fördermedium-Drucks dieser mit einem Drucksensor gemessen und mit einem Grenzwert verglichen wird,
Fig.12 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung ähnlich Fig.11, wobei jedoch das Verdichteraggregat an einem geschlossenen Fördermedium-Kreislauf angeschlossen ist,
Fig.13 eine Darstellung ähnlich Fig .8 , wobei jedoch zusätzlich ein Mindestwert Qmιn für den Fördermedium-Volumenstrom vorgesehen ist,
Fig.14 eine Darstellung ähnlich Fig.9, wobei jedoch zusätzlich ein Maximalwert Δpmax. für den Differenzdruck vorgesehen ist,
Fig.15 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung ähnlich Fig.l, wobei jedoch Grenzwerte für die Abgastemperatur des 19 von dem Verdichter gefördeten Mediums vorgegeben sind, welche die Regelung des Fördermedium-Volumenstroms einschränken,
Fig.16 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung ähnlich Fig.3, wobei jedoch Grenzwerte für die Abgastemperatur des von dem Verdichter gefördeten Mediums vorgegeben sind, welche die Regelung des Fördermedium-Volumenstroms einschränken,
Fig.17 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung ähnlich Fig.4, wobei jedoch Grenzwerte für die Abgastemperatur des von dem Verdichter gefördeten Mediums vorgegeben sind, welche die Regelung des Fördermedium-Volumenstroms einschränken,
Fig.18 eine Darstellung ähnlich Fig.7, wobei jedoch zusätzlich eine Temperaturkennlinie für die maximale Abgastemperatur vorgegeben ist, welche die Volumenstrom-Druckdiffe- renz-Kennlinien begrenzt,
Fig.19 eine graphische Darstellung einer Verdichter-Kennlinienschar mit mehreren, durch Geraden angenäherten, jeweils unterschiedlichen Motorwellendrehzahlen zugeordneten Kennlinien, wobei auf der Abszisse der
Fördermedium-Volumenstrom und auf der Ordinate die Druckdifferenz an dem Fördermedium aufgetragen ist,
Fig.20 eine Darstellung ähnlich wie Fig.19, wobei jedoch auf der Abszisse die Antriebsleistung und auf der Ordinate der Fördermedium-Volumenstrom aufgetragen ist,
Fig.21 eine Darstellung ähnlich Fig.20, wobei jedoch auf der Ordinate die Druckdifferenz aufgetragen ist, 20
Fig.22 eine Darstellung ähnlich Fig.21, wobei jedoch die Kennlinien durch ein Polynom zweiten Grades angenähert sind,
Fig.23 eine Darstellung ähnlich Fig.20, wobei jedoch die Kennlinien durch ein Polynom zweiten Grades angenähert sind und
Fig.24 eine Darstellung ähnlich Fig.21, wobei jedoch die Kennlinien durch ein Polynom zweiten Grades angenähert sind.
Die in Fig.l und 2 gezeigten, im ganzen mit 1 bezeichneten Vorrichtungen weisen ein Verdichteraggregat 2 mit einem Verdichter und einem Antriebsmotor auf, der mit einer Leistungsansteuerung zur Einstellung dessen Motorwellendrehzahl verbunden ist. Die Leistungsansteuerung steht mit einer Steuereinrichtung in Steuerverbindung, die einen Regler 3 zum Regeln des Fördermedium- Volumenstroms aufweist. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungs- beispiel ist der Verdichter mit einem offenen Fördermedium-
Kreislauf und bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 mit einem geschlossenen Fördermedium-Kreislauf verbunden. An der Förderkreislauf ist bei den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbei- spielen jeweils ein Druck- oder Druckdifferenzsensor 4 zur Messung des Fördermediumdrucks angeschlossen.
Zum Regeln des Fördermedium-Volumenstroms des Verdichters werden zunächst auf einem Prüfstand Motor-Kenngrößen des Antriebsmotors in Form eines Motor-Kennfeldes ermittelt. Die Motor-Kenngrößen weisen eine Vielzahl von Wertekombinationen auf, die jeweils aus einander zugeordneten Motoreingangsleistungs-, Motordrehfelddrehzahl- und Motorwellendrehzahlwerten bestehen. Die Wertekombinationen der Motor-Kenngrößen werden als Kennlinienschar mit Motor-Kennlinien 6a in einem Datenspeicher 5 abgespeichert 21 ( Fig . 5 ) .
Zusätzlich zu den Motor-Kenngrößen werden auf dem Prüfstand Verdichter-Kenngrößen ermittelt, die eine Vielzahl von Werte- kombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl-, Fördermediumdruck- und Volumenstrom-Werten aufweisen. Die Wertekombinationen der Verdichter-Kenngrößen werden als Verdichter-Kennfeld oder als Kennlinienschar mit Verdichter- Kennlinien 7a in einem Datenspeicher 5 separat abgespeichert (Fig. 7) .
Nachfolgend ist der Ablauf der Volumenstrom-Regelung am Beispiel der Arbeitspunkte Pl, P2 und P3 in Fig. 5 und 7 für die in Fig.l und gezeigten Vorichtungen 1 erläutert. Im Betriebspunkt Pl entspricht der Fördermedium-Volumenstrom einem vorgegebenen Volumenstrom-Sollwert Qv. In dem Betriebspunkt Pl werden die elektrische Motoreingangsleistung Pell durch Messung von Motorstrom Ix und Motorspannung X31 sowie die Motordrehfelddrehzahl nfl durch Messung der Frequenz des Motorstromes T1 ermittelt. Mit Hilfe der abgespeicherten Motor-Kenngrößen wird aus den ermittelten Werten für die Motoreingangsleistung Pell und die Motordrehfelddrehzahl nfl die Motorwellendrehzahl nvll bestimmt, indem Zwischenkennlinien zu den in Fig. 5 dargestellten, in dem Datenspeicher abgelegten Motor-Kennlinien 6a interpoliert werden.
Anhand der Verdichter-Kennlinien 7a wird aus der Motorwellendrehzahl ΏW1 und der mittels des Druck- oder Druckdifferenz-Sensors 4 gemessenen Fördermedium-Druckdifferenz ein Meßwert für den Fördermedium-Volumenstrom Q bestimmt. Der Volumenstrom-Meßwert wird also indirekt aus einer mittels des Druck- oder Druckdifferenz-Sensors 4 an dem Fördermedium gemessenen Druckdifferenz und der Motorwellendrehzahl des Antriebsmotors bzw. des Verdichters ermittelt, wodurch ein Volumenstrom-Sensor eingespart wird. 22
Der Meßwert für den Fördermedium-Volumenstrom Q wird mit einem Volumenstrom-Sollwert Qv verglichen und bei einer Abweichung wird die Motorwellendrehzahl n des Antriebsmotors verändert. Dabei wird, wenn der Volumenstrom-Meßwert Q größer als der Volumenstrom- Sollwert Qv ist, die Motorwellendrehzahl vermindert und wenn der Meßwert Q kleiner als der Sollwert Qv ist, die Motorwellendrehzahl n erhöht. Wenn der Meßwert Q mit dem Sollwert Qv übereinstimmt, wird die Motorwellendrehzahl beibehalten.
Bei dem in Fig.7 gezeigten Beispiel speist das Verdichteraggregat eine Anlage, welche die Anlagenkennlinien 8a und 8b aufweist. Im Betriebspunkt Pl entspricht der Fördermedium-Volumenstrom dem vorgegebenen Volumenstrom-Sollwert Qv. Durch Veränderungen in der Anlage stellt sich die Anlagenkennlinie 8b ein. Der Betriebspunkt wandert dann auf der Verdichter-Kennlinie 3 für die Motorwellendrehzahl n0 bis zum Punkt P2 , was mittels der Motor-Kennlinien detektiert wird. Im Punkt P2 ermittelt die Steuereinrichtung aus der Verdichter-Kennlinie 3 einen zu kleinen Volumenstrom-Meßwert, woraufhin die Motorwellendrehzahl so lange erhöht wird, bis der Volumenstrom-Meßwert wieder mit dem Volumenstrom-Sollwert Qv überenstimmt . Der Betriebspunkt bewegt sich dann auf der Anlagenkennlinie 8b von P2 nach P3.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Vorrichtung 1 ein Verdichteraggregat 2 mit einem von einem
Asynchronmotor angetriebenen Verdichter. Zum Einstellen der Antriebs-Drehzahl ist der Asynchronmotormit einer einen Frequenzumrichter aufweisenden Leistungsansteuerung verbunden. Die Leistungsansteuerung steht mit einer Steuereinrichtung in Steuerverbindung, die einen Regler 3 zum Regeln des Fördermedium-
Volumenstroms aufweist.
Zum Regeln des Fördermedium-Volumenstroms des Verdichters werden zunächst auf einem Prüfstand Motor-Kenngrößen des Antriebsmotors 23 mit einer Vielzahl von ersten und zweiten Wertekombinationen ermittelt. Die ersten Wertekombinationen bestehen jeweils aus einander zugeordneten Motoreingangsleistungs-, Motordrehfelddrehzahl- und Motorwellendrehzahlwerten (Fig. 5) und die zweiten Wertekombinationen j eweils aus einander zugeordnetenMotorwellen- drehzahl-, Motoreingangsleistungs-, Motorwellenleistungswerten (Fig. 6) . Die ersten und zweiten Wertekombinationen der Motor- Kenngrößen werden als Kennlinienschar mit Motor-Kennlinien 6a, 6b in dem Datenspeicher 5 abgespeichert (Fig. 5).
Zusätzlich zu den Motor-Kenngrößen werden auf dem Prüfstand Verdichter-Kenngrößen ermittelt, die eine Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl-, Motorwellenleistungs- und Volumenstrom- Wertenaufweisen . DieWertekombinationenderVerdichter-Kenngrößen werden als Kennlinienschar mit Verdichter-Kennlinien 7b in dem Datenspeicher 5 separat abgespeichert (Fig. 8).
Nachfolgend ist der Ablauf der Volumenstrom-Regelung am Beispiel der Arbeitspunkte Pl , P2 und P3 in Fig. 5, 6 und 8 für die in Fig. 3 und 4 gezeigten Vorichtungen 1 erläutert. Im Betriebspunkt Pl entspricht der Fördermedium-Volumenstrom einem vorgegebenen Volumenstrom-Sollwert Qv. In dem Betriebspunkt Pl werden die elektrische Motoreingangsleistung Pell durch Messung von Motorstrom I-L und Motorspannung Ux sowie die Motordrehfelddrehzahl nfl durch Messung der Frequenz des Motorstromes 11 ermittelt. Mit Hilfe der abgespeicherten ersten Wertekombinationen der Motor-Kenngrößen wird aus den ermittelten Werten für die Motoreingangsleistung Pell und die Motordrehfelddrehzahl nfl die Motorwellendrehzahl nwl bestimmt, indem Zwischenkennlinien zu den in Fig .5 dargestellten, in dem Datenspeicher abgelegten Motor-Kennlinien 6a interpoliert werden. Dann wird mittels der abgespeicherten zweiten Wertekombinationen der Motor-Kenngrößen aus der Motorwellendrehzahl nwl und der Motordrehfelddrehzahl nfl die Motorwellenleistung Pwl 24 ermittelt .
Anhand der Verdichter-Kennlinien 7b wird aus der Motorwellendrehzahl nwl und der Motorwellenleistung Pwl ein Meßwert für den Fördermedium-Volumenstrom Q bestimmt. Der Volumenstrom-Meßwert wird also wiederum indirekt ermittelt, wodurch ein Volumenstrom- Sensor eingespart wird.
Der Meßwert für den Fördermedium-Volumenstrom Q wird mit einem Volumenstrom-Sollwert Qv verglichen und bei einer Abweichung wird die Motorwellendrehzahl n des Antriebsmotors verändert.
Bei dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel speist das Verdichteraggregat eine Anlage, welche die Anlagenkennlinien 8a und 8b aufweist. Im Betriebspunkt Pl entspricht der Fördermedium-Volumenstrom dem vorgegebenen Volumenstrom-Sollwert Qv. Durch Veränderungen in der Anlage stellt sich die Anlagenkennlinie 8b ein. Der Betriebspunkt wandert dann auf der Verdichter-Kennlinie 3 für die Motorwellendrehzahl n0 bis zum Punkt P2 , was mittels der Motor-Kennlinien detektiert wird. Im Punkt P2 ermittelt die Steuereinrichtung aus der Verdichter-Kennlinie 3 einen zu kleinen Volumenstrom-Meßwert, woraufhin die Motorwellendrehzahl so lange erhöht wird, bis der Volumenstrom-Meßwert wieder mit dem Volumenstrom-Sollwert Qv überenstimmt . Der Betriebspunkt bewegt sich dann auf der Anlagenkennlinie 8b von P2 nach P3.
Die den Regler 3 aufweisende Steuereinrichtung hat eine serielle Schnittstelle, mit der die Regelcharakteristik des Reglers 3 softwaremäßig umgeschaltet werden kann. Dabei können verschiedene Regelvarianten, wie beispielsweise eine Volumenstromregelung, eine Druckregelung und/oder eine Abgastemperatur-Regelung eingestellt werden.
Für die Druckregelung sind in dem Datenspeicher 5 die in Fig.9 25 gezeigten Verdichter-Kennlinien 6c abgespeichert, die einer Vielzahl von Wertekombinationen, bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl-, Motorwellenleistungs- und Druckdifferenz-Werten aufweist. Die Verdichter-Kennlinien 6c sind durch Geradenabschnitte angenähert.
Nachfolgend ist der Ablauf der Druckregelung am Beispiel der Arbeitspunkte Pl, P2 und P4 in Fig. 5, 6 und 9 erläutert. Im Betriebspunkt Pl entspricht der Fördermediumdruck einem vorgegebenen Differenzdruck-Sollwert Δpv. In dem Betriebspunkt Pl werden die elektrische Motoreingangsleistung Pell durch Messung von Motorstrom Ix und Motorspannung Ux sowie die Motordrehfelddrehzahl nfl durch Messung der Frequenz des Motorstromes Ix ermittelt. Mit Hilfe der abgespeicherten ersten Wertekombinationen der Motor-Kenngrößen wird aus den ermittelten Werten für die Motoreingangsleistung Pell und die Motordrehfelddrehzahl nfl die Motorwellendrehzahl nwl bestimmt, indem Zwischenkennlinien zu den in Fig. 5 dargestellten, in dem Datenspeicher abgelegten Motor-Kennlinien 6a interpoliert werden. Dann wird mittels der abgespeicherten zweiten Wertekombinationen der Motor-Kenngrößen aus der Motorwellendrehzahl nwl und der Motordrehfelddrehzahl nfl die Motorwellenleistung Pwl ermittelt.
Anhand der Verdichter-Kennlinien 7c wird aus der Motorwellen- drehzahl nwl und der Motorwellenleistung Pwl ein Meßwert für den Differenzdruck Δp indirekt bestimmt. Dadurch kann ein Differenzdruck-Sensor eingespart werden. Der Meßwert für den Differenzdruck Δp wird mit dem Differenzdruck-Sollwert Δpv verglichen und bei einer Abweichung wird die Motorwellendrehzahl n des Antriebsmotors verändert.
Bei dem in Fig. 9 gezeigten Beispiel speist das Verdichteraggregat eine Anlage, welche die Anlagenkennlinien 8a und 8b aufweist. Im Betriebspunkt Pl entspricht der Differenzdruck Δp dem 26 vorgegebenen Differenzdruck-Sollwert Δpv. Durch Veränderungen in der Anlage stellt sich die Anlagenkennlinie 8b ein. Der Betriebspunkt wandert dann auf der Verdichter-Kennlinie 7c für die Motorwellendrehzahl n0 bis zum Punkt P2 , was mittels der Motor-Kennlinien detektiert wird. Im Punkt P2 ermittelt die Steuereinrichtung aus der Verdichter-Kennlinie 7c die dem Punkt P2 zugeordnete Druckdifferenz und vergleicht diese mit dem Sollwert Δpv. Da der Differenzdruck im Betriebspunkt P2 größer ist als der Sollwert Δpv, wird die Motorwellendrehzahl so lange vermindert, bis der Differenzdruck-Sollwert Δpv wieder erreicht ist. Dabei wandert der Betriebspunkt auf der Anlagenkennlinie 8b von P2 nach P4.
Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren beziehungsweise der Vorrichtung 10 kann der Fördermedium-Druck ohne die Verwendung eines Drucksensors unabhängig von der jeweils vorliegenden
Anlagenkennlinie auf einen konstanten Sollwert Δpv geregelt werden. Die Druckregelung kann sowohl bei einem geschlossenen
(Fig. 3), als auch bei einem offenen (Fig. 4) Fördermedium- Kreislauf verwendet werden. Dabei kann der Differenzdruck bei einem geschlossenen Kreislauf beispielsweise dem Unterschied zwischen dem Fördermedium-Druck an der Druckseite und demjenigen an der Saugseite des Verdichters entsprechen. Bei einem offenen
Fördermedium-Kreislauf kann die Druckdifferenz beispielsweise bei Druckbetrieb dem Unterschied zwischen dem Fördermedium-Druck an der Verdichterdruckseite und dem Umgebungsdruck entsprechen.
Die Regelcharakteristik der Vorrichtung 1 kann auch so eingestellt werden, daß für den Differenzdruck oder den Volumenstrom ein oder mehrere Grenzwerte vorgegeben sind, die den Kennlinienbereich für eine bestimmte Regelvariante einschränken. Sollte der (die) Grenzwert (e) dennoch über- bzw. unterschritten werden, wird der Verdichter, basierend auf den Verdichter-Kennlinien 7a, 7b, 7c durch eine Motorwellendrehzahl-Änderung in den durch den (die) 27
Grenzwert (e) definierten Bereich zurückgeführt. Erst dann wird die alte Regelvariante wieder aktiviert (Fig. 10, 11, 12).
Nachfolgend ist dies am Beispiel einer Differenzdruck-Regelung mit vorgegebenem minimalem Volumenstrom Qmιn anhand der Arbeitspunkte Pl, P2 , P3 in Fig. 13 erläutert. Der Punkt Pl ist der Betriebspunkt auf der Anlagenkennlinie 8a und der Verdichter- Kennlinie 4 für die Drehzahl n0. Im Betriebspunkt Pl entspricht der Volumenstrom einem vorgegebenen Volumenstrom-Sollwert Qv . DurchVeränderungen in der Anlage stellt sich die Anlagenkennlinie 8b ein. Der Betriebspunkt wandert dann auf der Verdichter- Kennlinie 4 für die Drehzahl n0 bis zum Punkt P2.
Die Steuereinrichtung ermittelt aus der Motordrehfelddrehzahl und der Motoreingangsleistung bei P2 einen zu kleinen Volumenstrom (Fig. 5, 6 und 13) und eine zu große Druckdifferenz (Fig. 9) . Da die Volumenstromregelung der Druckregelung überlagert ist und der Volumenstromgrenzwert Qmιn Priorität gegenüber dem Druckdifferenz-Sollwert Δpv hat, erhöht die Steuereinheit die Motorwellen- drehzahl solange, bis der Volumenstromgrenzwert Qmιn erreicht ist .
Dabei wandert der Betriebspunkt auf der Anlagenkennlinie 8b von P2 nach P3. Erst wenn der Volumenstromgrenzwert Qraιn erreicht ist, wird die Druckregelung wieder aktiviert.
Die Regelcharakteristik der Vorrichtung 1 kann auch so eingestellt werden, daß bei einer Volumenstromregelung für den Differenzdruck ein oder mehrere Grenzwerte vorgegeben sind, was nachfolgend am Beispiel der Betriebspunkte Pl, P2 und P3 in Fig. 8 und 14 erläutert ist. Der Punkt Pl ist ein Betriebspunkt auf der Anlagenkennlinie 8a und der Verdichter-Kennlinie 7c für die
Drehzahl n0. Im Betriebspunkt Pl entspricht der Fördermedium- Volumenstrom einem vorgegebenen Sollwert Qv. Durch Veränderungen in der Anlage stellt sich die Anlagenkennlinie 8b ein. Der Betriebspunkt wandert dann auf der Verdichter-Kennlinie 7c für 28 die Drehzahl n0 bis zum Punkt P2. Dort ermittelt die Steuereinrichtung aus der Motordrehfelddrehzahl und der Motoreingangsleistung eine zu große Druckdifferenz (Fig. 5, 6 und 14) und einen zu kleinen Volumenstrom (Fig. 8) . Da der Druckdifferenzgrenzwert Δpmax Vorrang gegenüber der unterlagerten Volumenstromregelung hat, verringert die Steuereinheit die Drehzahl solange, bis der Druckdifferenzgrenzwert Δpmax erreicht ist. Dabei wandert der Betriebspunkt auf der Anlagenkennlinie 8b von P2 nach P3. Bei Erreichen des Druckdifferenzgrenzwertes Δpmax wird die Volumen- Stromregelung wieder aktiviert.
Ein maximal zulässiger Grenzwert der Abgastemperatur Tmax darf bei keiner Regelvariante oder fest eingestellten Drehzahl überschritten werden. Sollte der Grenzwert dennoch überschritten werden, wird der Verdichter, basierend auf den Verdichter- Kennlinien 7a, 7b, 7c durch eine Drehzahländerung in den zugelassenen Temperaturbereich zurückgeführt. Erst dann wird die alte Regelvariante (z.B. Durckdifferenz- und/oder Volumenstromregelung) wieder aktiviert (Fig. 15, 16, 17).
Nachfolgend ist der Ablauf der Regelung bei der Begrenzung der Abgastemperatur des Fördermediums anhand der Betriebspunkte Pl , P2 und P3 in Fig. 18 näher erläutert. Der zugelassene Kennlinienbereich der einzelnen Kennlinien 7c ist durch eine Temperatur- grenzwert-Kennlinie 9 begrenzt, die jeweils einen Kennlinienendpunkt 10 der einzelnen Kennlinie 7c schneidet. Der Punkt Pl ist ein Betriebspunkt auf der Anlagenkennlinie 8a und der Verdichter- Kennlinie 7c für die Drehzahl n0. Durch Veränderungen in der Anlage stellt sich die Anlagenkennlinie 8b ein. Der Betriebspunkt wandert dann auf der Verdichter-Kennlinie 7c für die Drehzahl n0 bis zum Punkt P2. Die Steuereinrichtung ermittelt aus der Motordrehfelddrehzahl und der Motoreingangsleistung bzw. dem Druck oder der Druckdifferenz bei P2 eine zu große Abgastemperatur. Da die Regelung des Temperaturgrenzwerts Traax Vorrang gegenüber 29 einer Volumenstrom- und/oder Druckregelung und/oder Drehzahlregelung hat, verringert die Steuereinrichtung die Drehzahl solange, bis der Temperaturgrenzwert Tmax wieder erreicht ist. Der Betriebspunkt wandert dabei auf der Anlagenkennlinie 8b von P2 nach P3. Erst danach wird die Volumenstrom- und/oder Druck- und/oder Drehzahlregelung wieder aktiviert.
In dem Datenspeicher 5 sind die Verdichter-Kenngrößen in Form von Wertekombinationen, jeweils bestehend aus einem Temperaturwert T für die Ansaugtemperatur des Fördermediums, einem Drehzahlwert n für die Drehzahl der Welle des Antriebsmotors, einem Leistungswert P für die an den Verdichter abgegebene mechanische Wellenleistung des Antriebsmotors, einem Druckdifferenzwert Δp für eine an dem Fördermedium bewirkte Druckdifferenz und einem Fördermedium-Volumenstromwert Q abgelegt . Die Verdichter- Kennlinienschar weist also jeweils getrennte Verdichter-Kennlinien 7a, 7b, 7c für Vakuum- und Druckbetrieb des Verdichters, für unterschiedliche Fördermedium-Ansaugtemperaturen T sowie für unterschiedliche Motorwellendrehzahlen n auf:
30
BetriebsAnsaugDrehVerdicht er -Kennlinienpunkte art temperatur zahl
DruckTl nl Al(P1A|Δp1A|Q1A) , Bl(P1B|ΔPlB|Q1B) , betrieb Cl(Plc|Δplc|Qlc)
... n6 A6(P6A|Δp6A|Q6A) , B6(P6B|Δp6B|Q6B) , C6(P6C|Δp6c|Q6c)
...
T4 nl Al(P1A|Δp1A|Q1A) , Bl(P1B|Δp1B|Q1B) , Cl(Plc|Δplc|Qlc)
... n6 A6(P6A|Δp6A|Q6A) , B6(P6B|Δp6B|Q6B) , C6(P6c|Δp6c|Q6c)
Vakuum - Tl nl AI ( P1A | Δp1A | QO , Bl(P1B|Δp1B|Q1B) , betrieb Cl(Plc|Δplc|Qlc)
... n6 A6(P6A|Δp6A|Q6A) , B6(P6B|Δp6B|Q6B) , C6(P6c|Δp6c|Q6c)
...
T4 nl Al(P1A|Δp1A|Q1A) , Bl(P1B|Δp1B|Q1B) , Cl(Plc|Δplc|Qlc)
... n6 A6(P6A|Δp6A|Q5A) , B6(P6B|Δp6B|Q6B) , C6(P6c|Δp6c|Q6c)
Figure imgf000032_0001
Je nach Verdichtertyp werden die Kennlinien entweder durch Geraden (Fig. 19, 20, 21) oder durch Polynome zweiten Grades (Fig. 22, 23, 24) angenähert. Die Gleichungen für die Verdichter-Kennlinien sowie verschiedene Lösungsalgorithmen dafür sind in der Steuereinrichtung gespeichert. In dem Datenspeicher 5 sind jeweils bei einer geraden Verdichter-Kennlinie der Anfangspunkt An und der Endpunkt Cn der Kennlinie und bei einem Polynom zweiten Grades 3 1 zusätzlich ein Zwischenpunkt Bn gespeichert. Aus diesen Punkten werden die Wertekombinationen der Verdichter-Kennlinien 7a, 7b, 7c mittels der Verdichtergleichungen on-line von der Steuereinrichtung ermittelt.
Um die Anzahl der gespeicherten Verdichter-Kennlinien 7a, 7b, 7c zu begrenzen und dennoch eine genaue Regelung der Größen Fördermedium-Druckdifferenz, Motorwellendrehzahl, Fördermedium- Volumenstrom und/oder Fördermedium-Abgastemperatur zu ermöglichen, werdenvonder Steuereinrichtung fürDruckdifferenz- , Motorwellendrehzahl-, Volumenstrom- und/oder Motorwellenleistungs-Istwerte- Kombinationen, die nicht auf einer gespeicherten Kennlinie 7a, 7b, 7c liegen, durch Interpolation von Zwischenkennlinien 7a' , 7b', 7c' (Fig. 7, 9, und 13) ermittelt. Dabei werden die Anfangs- und Endwerte der Zwischenkennlinien 7a' , 7b ' , 7c' und gegebenenfalls die Zwischenwerte aus den Anfangswerten An, den Endwerten Cn sowie gegebenenfalls den Zwischenwerten Bn der zu der Zwischenkennlinie 7a' , 7b', 7c' jeweils benachbarten Verdichter- Kennlinien 7a, 7b, 7c ermittelt. Aus den ermittelten Anfangs-, End- und Zwischenwerten werden dann die der jeweiligen Zwischenkennlinie 7a ' , 7b1, 7c' zugeordneten Wertekombinationen errechnet.
In dem Datenspeicher 5 sind außerdem Motor-Kenngrößen in Form von Wertekombinationen abgelegt, jeweils bestehend aus einem Drehzahlwert n für die Drehzahl der Welle des Antriebsmotors, einem Spannungswert U für die elektrische Betriebsspannung des Antriebsmotors, einem Stromwert I für den elektrischen Strom des Antriebsmotors und einem Frequenzwert f für die zur Drehfelddrehzahl des Antriebsmotors proportionale Frequenz des Motor- Stroms: 32
Mo t orwe 11 endr eh- Motor -Kennlinienpunkte zahl nl D1 ( U1D | I1D f 1D) , E1 ( U1E I1E | f 1E ) , Fl (U1F | l1F | f1F )
n6 D6 ( U6D | I6D f6D) , E6 ( U5E I6E f 6E ) , F1 ( U6F I6F | f6F )
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Auch bei den Motor-Kennlinien können Zwischenkennlinien und/oder Zwischenwerte aus den in dem Datenspeicher 5 abgelegten Wertekombinationen ermittelt werden. Selbstverständlich können die Motor- und die Verdichter-Kenngrößen auch in einem gemeinsamen Kennfeld gespeichert sein.
Insgesamt ergibt sich also ein Verfahren und eine Vorrichtung 1 zum Regeln wenigstens einer Fördergröße eines einen von einem elektrischen Antriebsmotor angetriebenen Verdichteraggregats 2 , wie beispielsweise dem Volumenstrom, dem Druck und/oder der Temperatur eines von dem Verdichteraggregat 2 geförderten Mediums, wobei für die Fördergröße wenigstens ein Meßwert ermittelt und mit einem Soll- oder -Grenzwert verglichen und bei einer Abweichung die Drehzahl der Antriebswelle des Verdichters verändert wird. Dabei wird der Fördergrößen-Meßwert indirekt ermittelt, indem Istwerte wenigstens zweier Ersatzgrößen ermittelt werden, wie beispielsweise die Motoreingangsleistung und die Motordrehfelddrehzahl des Antriebsmotors und aus den Ersatzgrößen mittels in einem Datenspeicher 5 abgespeicherter motor- und verdichterspezifischer Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einem Wert für die Fördergröße und jeweils einem Wert für jede der Ersatzgrößen der Fördergrößen-Meßwert bestimmt wird. Die motor- und verdichter- spezifischen Kenngrößen können als Kennfeld in dem Datenspeicher abgelegt sein.
Ansprüche

Claims

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A n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Regeln des Fördermedium-Volumenstroms eines einen elektrischen Antriebsmotor und einen Verdichter aufweisenden Verdichteraggregats, wobei wenigstens ein Volumenstrom-Meßwert ermittelt und mit einem Volumenstrom- Sollwert oder -Grenzwert verglichen und bei einer Abweichung die Motorwellendrehzahl des Antriebsmotors verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß Aggregat-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Fördermediumdruck-, Motordrehfelddrehzahl und Volumenstrom-Werten ermittelt und abgespeichert werden, und daß der Volumenstrom-Meßwert indirekt ermittelt wird, indem Istwerte für den Fördermediumdruck und für die Motordrehfelddrehzahl erfaßt werden und aus diesen Istwerten mit Hilfe der abgespeicherten Aggregat-Kenngrößen der Volumenstrom-Meßwert ermittelt wird.
2. Verfahren zumRegelnwenigstens einer Fördergröße eines einen elektrischen Antriebsmotor und einen Verdichter aufweisenden Verdichteraggregats, insbesondere zum Regeln des Fördermedium-Volumenstroms, des Fördermedium-Drucks und/oder der Fördermedium-Temperatur, wobei wenigstens ein Förder- größen-Meßwert ermitteltundmifeinemFördergrößen-Sollwert oder -Grenzwert verglichen und bei einer Abweichung die Motorwellendrehzahl des Antriebsmotors verändert wird, und wobei wenigstens ein Istwert für die Motoreingangsleistung erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Aggregat-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motoreingangsleistungs-, Motordrehfelddrehzahl- und Fördergrößen-Werten ermittelt und abgespeichert werden, und daß der Fördergrößen-Meßwert indirekt ermittelt wird, indem wenigstens ein Istwert für 34 die Motordrehfelddrehzahl erfaßt wird und aus diesem Istwert sowie aus dem wenigstens einen Istwert für die Motoreingangsleistung mit Hilfe der Aggregat-Kenngrößen der Fördergrößen-Meßwert ermittelt wird.
3. Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wobei wenigstens ein Istwert für die Motoreingangsleistung erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Motor-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einanderzugeordnetenMotoreingangsleistungs- , Motordrehfelddrehzahl- und Motorwellendrehzahlwerten ermittelt und abgespeichert werden, daß Verdichter-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl- , Fördermedium- druck- und Volumenstrom-Werten ermittelt und abgespeichert werden, und daß der Volumenstrom-Meßwert indirekt ermittelt wird, indem wenigstens ein Istwert für die Motordrehfelddrehzahl erfaßt wird und aus diesem Istwert sowie aus dem wenigstens einen Istwert für die Motoreingangsleistung mit Hilfe der Motor-Kenngrößen und der Verdichter-Kenngrößen der Fördergrößen-Meßwert ermittelt wird.
4. Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Motor-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl-, Motoreingangsleistungs-, Motorwellenleistungswerten ermittelt und abgespeichert werden, daß Verdichter-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zu- geordnetenMotorwellendrehzahl- , Motorwellenleistungs- und
Fördergrößen-Werten ermittelt und abgespeichert werden, und daß der Fördergrößen-Meßwert indirekt ermittelt wird, indem wenigstens ein Istwert für die Motordrehfelddrehzahl erfaßt wird und aus diesem Istwert sowie aus dem wenigstens einen 35
Istwert für die Motoreingangsleistung mit Hilfe der Motor- Kenngrößen und der Verdichter-Kenngrößen der Fördergrößen-Meßwert ermittelt wird.
5. Verfahren nachAnspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , daßMotor- Kenngrößen mit einer Vielzahl von ersten Wertekombinationen bestehend aus den jeweils einander zugeordneten Motoreingangsleistungs-, Motordrehfelddrehzahl- und Motorwellendrehzahlwerten sowie mit einer Vielzahl von zweiten Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl-, Motoreingangsleistungs-, Motorwellenleistungswerten ermittelt und abgespeichert werden .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß von den Fördergrößen Fördermedium- Volumenstrom, Fördermedium-Druck und Temperatur des verdichteten Fördermediums wenigstens eine erste und eine zweite Fördergröße geregelt werden, daß während der Dauer einer Abweichung der ersten Fördergröße von einem vorgegebenen Sollwertbereich die Regelung der zweiten Fördergröße außer Funktion gesetzt wird, und daß während dieser Dauer die Motorwellendrehzahl verändert wird, bis sich die erste Regelgröße wieder innerhalb des Sollwert- bereiches befindet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des verdichteten Fördermediums ermittelt und mit einem Temperatur-Grenzwert verglichen wird und daß beim Überschreiten des Temperatur- Grenzwertes die Motoreingangsleistung zum Begrenzen der Temperatur des verdichteten Fördermediums auf den Temperatur- Grenzwert reduziert wird. 36 i. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur-Grenzwert von einem oberen auf einen unteren Grenzwert reduziert wird, wenn die Temperatur des verdichteten Fördermediums den oberen Grenzwert für eine vorgegebene oder vorgebbare erste Zeitdauer überschreitet und daß der Temperatur-Grenzwert von dem unteren auf den oberen Grenzwert erhöht wird, wenn die Temperatur den unteren Temperatur- Grenzwert für eine vorgegebene oder vorgebbare zweite Zeitdauer unterschreitet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoreingangsleistung indirekt durch Erfassung des elektrischen Motorstroms und der elektrischen Motorspannung und/oder der elektrischen Betriebsfrequenz des Antriebsmotors ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsmotor ein frequenzgesteuerter Elektromotor verwendet wird und daß die Motordrehfelddrehzahl indirektausderBetriebsfrequenzdesElektromotors ermittelt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für unterschiedliche Temperaturen des einlaßseitigen Fördermediums und/oder unterschiedliche
Umgebungstemperaturen unterschiedliche Aggregat-, Verdicher- und/oder Motor-Kenngrößen vorgesehen sind und daß zur Auswahl der der jeweiligen Temperatur zugeordneten Aggregat-, Verdicher und/oder Motor-Kenngrößen die Temperatur des einlaßseitigen Fördermediums gemessen und/oder vorgegeben wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aggregat-, Verdicher- und/oder Motor- 37 Kenngrößen als Kennlinienschar abgespeichert werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Kennlinie (3, 4, 5) der Kennlinienschar für die Verdicher-Kenngrößen durch eine
Gerade angenähert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Kennlinie (3, 4, 5) der Kennlinienschar für die Verdicher-Kenngrößen durch ein Polynom, insbesondere durch ein Polynom zweiten Gerades angenähert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß für einen ermittelten Istwert durch
Interpolation aus benachbarten Wertekombinationen und/oder aus benachbarten Aggregat-, Verdicher- und/oder Motor- Kennlinien (3, 4, 5) der Kennlinienschar ein Zwischenwert oder eine Zwischenkennlinie (3', 4', 5') bestimmt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoreingangsleistung auf einen Maximalwert begrenzt wird.
17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nachAnspruch 1, mit einem einen Verdichter für Fördermedium und einen elektrischen Antriebsmotor aufweisenden Verdichteraggregat, wobei der Antriebsmotor zur Einstellung der Motorwellendrehzahl mit einer Leistungsansteuerung verbunden ist, die mit einer einen Datenspeicher (14) aufweisenden Steuereinrichtung in Steuerverbindung steht, die einen Regler (12) zum Regeln des Fördermedium-Volumenstroms aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor zur Messung des Fördermediumdrucks vorgesehen ist, daß in dem Datenspeicher 38
(14) zum indirekten Ermitteln Fördermedium-Volumenstroms aus dem gemessenen Fördermediumdruck und der Motordrehfelddrehzahl Aggregat-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zu- geordneten Fördermediumdruck- , Motordrehfelddrehzahl und Volumenstrom-Werten abgelegt sind.
18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, mit einem einen Verdichter für Fördermedium und einen elektrischenAntriebsmotoraufweisendenVerdichteraggregat , wobei der Antriebsmotor zur Einstellung der Motorwellendrehzahl mit einer Leistungsansteuerung verbunden ist, die mit einer einen Datenspeicher (14) aufweisenden Steuereinrichtung in Steuerverbindung steht, die einen Regler (12) zum Regeln wenigstens einer Fördergröße aufweist, wie zum Beispiel dem Fördermedium-Volumenstrom, dem Fördermedium- Druck und/oder der Fördermediumtemperatur, und wobei ein Leistungssensor zur Bestimmung der elektrischen Motoreingangsleistung des Antriebsmotors vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Datenspeicher (14) zum indirekten Ermitteln der Fördergröße aus der gemessenen Motoreingangs- leistung und der Motordrehfelddrehzahl Aggregat-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motoreingangsleistungs-, Motordrehfelddrehzahl-undFördergrößen-Wertenabgelegtsind.
19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, mit einem einen Verdichter für Fördermedium und einen elektrischen Antriebsmotor aufweisenden Verdichteraggregat, wobei der Antriebsmotor zur Einstellung der Motorwellendrehzahl mit einer Leistungsansteuerung verbunden ist, die mit einer einen Datenspeicher (14) aufweisenden Steuereinrichtung in Steuerverbindung steht, die einen Regler (12) zum Regeln des Fördermedium-Volumenstroms aufweist, und wobei 39 ein Leistungssensor zur Bestimmung der elektrischen Motoreingangsleistung des Antriebsmotors vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Datenspeicher (14) zum indirekten Ermitteln des Volumenstrom-Meßwertes aus der gemessenen Motoreingangsleistung und der Motordrehfelddrehzahl einerseits Motor-Kenngrößen mit einer Vielzahl von ersten Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motoreingangsleistungs-, Motordrehfelddrehzahl- und Motorwellendrehzahlwerten und andererseits Verdichter- Kenngrößen mit einer Vielzahl von ersten Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl-, Fördermediumdruck- und Volumenstrom-Werten abgelegt sind.
20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, mit einem einen Verdichter für Fördermedium und einen elektrischen Antriebsmotor aufweisenden Verdichteraggregat, wobei der Antriebsmotor zur Einstellung der Motorwellendrehzahl mit einer Leistungsansteuerung verbunden ist, die mit einer einen Datenspeicher (14) aufweisenden Steuereinrichtung in Steuerverbindung steht, welche einen Regler (12) zum Regeln wenigstens einer Fördergröße des Verdichteraggregats aufweist, wie zum Beispiel dem Fördermedium- Volumenstrom, dem Fördermedium-Druck und/oder der Förder- medium-Temperatur wobei eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Motorwellenleistung vorgesehen ist, die einen Leistungssensor für die Bestimmung der elektrischen Motoreingangsleistung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Datenspeicher (14) zum indirekten Ermitteln der Fördergröße aus der gemessenen Motoreingangsleistung und der Motordrehfelddrehzahl einerseits Verdicher-Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen, bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl- , Motoreingangsleistungs- und Motorwellenleistungswerten abgelegt sind und 40 daß andererseits in dem Datenspeicher (14) Verdichter- Kenngrößen mit einer Vielzahl von Wertekombinationen bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl-, Motorwellenleistungs- und Fördergrößen-Werten abgelegt sind.
21. Vorrichtung nach Ansprüche 20, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Datenspeicher (14) zusätzlich zu den Verdicher- Kenngrößen mit der Vielzahl von ersten Wertekombinationen, bestehend aus den jeweils einander zugeordneten Motoreingangsleistungs-, Motordrehfelddrehzahl- und Motorwellendrehzahlwerten, weitere Verdicher-Kenngrößen mit einer Vielzahl von zweiten Wertekombinationen, bestehend aus jeweils einander zugeordneten Motorwellendrehzahl-, Motoreingangsleistungs- und Motorwellenleistungswerten abgelegt sind.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungssensor einen Stromsensor zur Messung des elektrischen Motorstroms aufweist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsansteuerung einen Frequenzumrichter zum Ansteuern des elektrischen Antriebs- motors aufweist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß für unterschiedliche Temperaturen des einlaßseitigen Fördermediums und/oder unterschiedliche UmgebungstemperaturenunterschiedlicheAggregat- , Verdicher- und/oder Motor-Kenngrößen in dem Datenspeicher (14) abgelegt sind.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch 41 gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zur Auswahl der der jeweiligen Temperatur des einlaßseitigen Fördermediums zugeordneten Aggregat-, Verdicher- und/oder Motor-Kenngrößen mit einem Fördermedium-Temperatursensor verbunden ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Wertekombinationen für die Aggregat-, Verdicher- und/oder Motor-Kenngrößen als Kennlinienschar in dem Datenspeicher (14) abgelegt sind.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Kennlinie (3, 4, 5) der Kennlinienschar für die Verdicher-Kenngrößen eine Gerade ist .
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Kennlinie (3, 4, 5) der Kennlinienschar für die Verdicher-Kenngrößen ein Polynom, insbesondere ein Polynom zweiten Gerades ist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Kennlinie (3, 4, 5) der Kennlinienschar für die Aggregat-, Verdicher- und/oder Motor- Kenngrößen durch in dem Datenspeicher (14) abgelegte Stützstellen definiert ist und daß wenigstens eine dieser Stützstellen den nutzbaren Kennlinienbereich der Kennlinie (3, 4, 5) begrenzt.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daßdie Steuereinrichtungeine Schnittstelle zum Einspeichern von Aggregat-, Verdicher- und/oder Motor- Kenngrößen aufweist.
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