DE3210082A1

DE3210082A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur regelung der drehzahl eines pumpenmotors

Info

Publication number: DE3210082A1
Application number: DE19823210082
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: IWE INGENIEURGESELLSCHAFT fur WIRTSCHAFTLICHE ENERGIENUTZUNG MBH; Iwe Ingenieurgesellschaft Fuer Wirtschaftliche Energienutzung Mbh 6078 Neu Isenburg; IWE WIRTSCHAFTL ENERGIENUTZUNG
Current assignee: Arid-Patent Ag 6300 Zug Ch
Priority date: 1981-04-02
Filing date: 1982-03-19
Publication date: 1982-10-21

Description

"Verfahren und Schaltungsanordnung zur Regelung
der Drehzahl eines Pumpenmotors" Die Erfindung bezieht sich auf. ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Drehzahl eines Pumpenmotors, wobei-die Schaltungsanordnung einen Strommeßkreis und in der Speiseleitung des Motors angeordnete und von dem Strommeßkreis über einen Steuerkreis gesteuerte Elemente zur Steuerung des Motorstroms enthält.
Schaltungsanordnungen, die nach diesem Prinzip aufgebaut sind, dienen dazu, die Pumpendrehzahl auf einem eingestellten Wert konstant zu halten.
Beim praktischen Betrieb von Pumpen, z.B. in Heizungskreisläufen tritt jedoch das Problem auf, daß der Leitungswiderstand sich durch Verengung des Querschnittes an einer oder an mehreren Stellen ändert. Dies bedeutet, daß die Pumpe einen höheren Durchflußwiderstand zu überwinden hat und infolge dessen eine höhere Antriebsleistung von dem antreibenden Elektromotor fordert. Gleichwohl fällt die Pumpendrehzahl hierbei ab, wenn nicht durch eine bekannte Stabilisatorsohaltung die Drehzahl konstant gehalten wird.
In Heizungskreisläufen bedeutet jedoch eine Querschnittsverengung, daß weniger Wärmeenergie verlangt wird. Die Pumpe könnte also nun langsamer laufen. Dies hätte susätzlich.den Vorteil, daß Kapitationserscheinungen an den verengten Stellen der Rohrleitung oder eine schießende Strömung in diesen Bereichen vermieden wird, so daß kein Knallen oder Pfeifen in der Rohrleitung auftritt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Regeln der Dreh zahl eines Pumpenmotors zu schaffen, welches bei erhöhtem Durchflußwiderstand in der Pumpenleitung die Pumpendrehzahll .heraufzusetzen'und bei vermindertem Strömungswiderstand die1 Drehzahl herabzusetzen vermag.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung sieht die Erfindung ein Verfahren zur Regelung der Drehzahlen eines Pumpenmotors vor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Drehzahl in Abhängigkeit von einein Strommeßsignal gesteuert wird, das dem Leistungsbedarf und damit dem Druck in einer Pumpenleitung in vorgegebener Weise, d.h. abhängig von der Bauart der Pumpe proportional ist, und daß die Drehzahl bei höherem Leistungsbedarf erhöht und bei geringerem Leistungsr bedarf herabgesetzt und die Stromaufnahme auf einen einstellbaren Wert eingeregelt wird.
Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens geht von einer Schaltung der eingangs genannten Art aus und sieht vor, daß eine in einer Speiseleitung angeordnete Entstördrossel als Transformator ausgebildet ist, und daß die Sekundärwicklung dieses Transformators als Abgriff für den Strommeßkreis verwendet wird.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht ferner vor, daß ein Temperaturmeßkreis vorgesehen ist, der mit dem Steuerkreis verbunden ist, und der die Temperatur in einer an die Pumpe angeschlossenen Heizungsleitung mißt.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigt Fig. 1:- schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2: rein schematisch in einem Druckschaltbild ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 3: rein schematisch und in Form eines Blockschaltbildes ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 4: ein Schaltbild einer vierten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4a: ein anderes Ausführungsbeispiel einer Strommeßschaltung nach Fig. 4 und Fig. 5: ein Schaltbild einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 1 gezeigt. Ein Pumpenmotor 1 wird über zwei Zuleitungen 2, 3 gespeist. Zur Entstörung ist zwischen den Zuleitungen ein Kondensator 4 und in der einen Zuleitung 5 eine Drosselspule 5 geschaltet.
Die Drosselspule bildet erfindungsgemäß die Primärwicklung eines Trafos, dessen Sekundärwicklung 6 an einem Strommeßkreis 7 angeschlossen ist. Dieser enthält als wesentliche Bestandteile einen Gleichrichter 8, einen nachgeschalteten Glättungskondensator 9 und einen Potentiometer 10.
Der Spannungsabfall an dem Potentiometer stellt ein Maß für den Stromfluß durch die Drossel 5 dar.
Der Ausgang.des-Strommeßkreises 7 ist über einenOptokoppler 11 an einen Steuerkreis 12 angeschlossen,- vor dessen Eingang ein Anpassungswiderstand- 13 geschaltet ist.
Die Stromversorgung des Steuerkreises 12 erfolgt durch einen Gleichrichter 14, der über Leitungen 15, 16 an die Zuleitungen 2, 3 des Pumpenmotors gelegt ist.
Der Steuerkreis umfaßt im wesentlichen eine Zenerdiode 17 und einen UniJunction Trans-istor 18, der einen TRIAC 19 in der einen Zuleitung 3 schaltet. Abweichend von bekannten Steuerschaltungen ist der Steuerkreis 12 so ausgelegt, daß bei hohem Stromfluß in der Zuleitung 3 die Drehzahl des Pumpenmotors.erhöht und bei geringerem Stromfluß erniedrigt wird.
Diese Maßnahme bewirkt, daß die Pumpe bei erhöhtem Strömungswiderstand in einer von ihr gespeisten Leitung mit erhöhter Leistung, d.h. mit erhöhter Drehzahl betrieben wird. Der Pumpenmotor wird dann zweckmäßigerweise als Asynchron-Käfigläufer-Motor ausgebildet.
Die Erfindung ist aber auch auf Drehstrommotoren anwendbar.
Hier kann nach dem Prinzipschaltbild nach Figur 2 Jede der Zuleitungen R.S.T zu dem Pumpenmotor 20 je eine als-Trafo ausgebildete Drossel 21 bzw. 22 bzw. 23 enthalten, denen die o.a. Schaltkreise nachgeschaltet sind. Jede der Zuleitungen enthält dann ein entsprechendes gesteuertes Element 27. Durch das gewählte .Ubersetzungsverhältnis an den Trafos kann sekundärseitig eine ausgewählte Spannung abgegriffen werden, um z.B. eine Umschaltung von Sternauf Dreieckschaltung mittels Relais oder Relais mit elektronischen Schaltern zu bewirken.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 wird der Pumpenmotor 30 ebenfalls über eine Drehstromleitung R.S.T gespeist. Hier ist aber lediglich in der einen Zuleitung T eine Drossel 31 angeordnet. Sie bildet die Primärseite eines Trafos mit drei sekundärseitigen Abgriffen 32, 33, 34 für entsprechende Steuerkreise, die Elemente 35 in den Zuleitungen steuern.
In dem Beispiel nach Figur 4 ist der Pumpenmotor durch drei Wicklungen 41, 42, 43 angedeutet und von vier Zuleitungen R.S.T.N gespeist, also in Sternschaltung mit Nulleiter betrieben. Zwischen die Zuleitungen sind Kondensatoren 52 geschaltet.
Zwischen Nulleiter und einer der Phasenleitungen (T) ist eine Drossel 44 geschaltet, die sekundärseitig einen Strommeßkreis 45 mit zwei Ausgängen speist. Der Strommeßkreis enthält einen temperaturabhängigen Widerstand (Thermistor) 46. Dieser ist in die von der Pumpe gespeiste Leitung geschaltet und bewirkt eine temperaturabhängige Steuerung der Motordrehzahl von den Steuerkreisen 47 und 48 her, die entsprechend dem Steuerkreis 12 nach Figur 1 aufgebaut sind und ihrerseits über Optokoppler 49 an den Strommeßkreis 45 angeschlossen sind.
Als gesteuerte Elemente sind zwei TRIACS 50, 51 vorgesehen, die zwischen die drei Zuleitungen R.S.T -gelegt sind.
Diese Schal tungs art der gesteuerten Elemente bewirkt nicht nur eine vollständige Motorsteuerung, vielmehr bringt sie auch eine Einsparung von 1/3 des Schaltungsaufwandes für sonst drei Drehstromzuleitungen.
Statt einer Motorsteuerung mittels TRIACS kann natürlich auch eine solche mit Thyristoren verwendet werden.
Es ist ersichtlich, daß der durch die gesteuerten Elemente veränderte Motorstrom als Rückführgröße in den Strommeßkreis eingeht, so daß eine vollständige Regelschleife entsteht, die mittels der Potentiometer (io und 13 in Figur 1) eingestellt werden kann.
Figur 4a zeigt einen Strommeßkreis 55, der anstelle des Strommeßkreises 45 der Figur 4 eingesetzt werden kann.
Die Signalauskopplung erfolgt über einen Transformator 54, die Auskopplung des Steuersignals über Elemente 59 eines Optokopplers, die die Elemente 49 nach Figur 4 ersetzen. Der Strommeßkreis 55 ist als Microcomputer ausgebildet, der auf seiner Eingangsseite einen Verstärker 56 enthält und dessen Kernstück ein integrierter Schaltkreis 57 ist. Die Arbeitsweise ergibt. sich für den Fachmann aus der Zeichnung.
Da Drehstrommotoren mit Steuerschaltungen nach Figur 4 eine manchmal störende Geräuschentwicklung zeigen, wurde die Schaltung.nach Figur 4a entwickelt. Sie bewirkt einen J t tbgleich. Beim Betrieb mit einer Schaltungsanordnung nach Figur 4 können Phasenverschiebungen auftreten, die mit dem Strommeßkreis 55 abgetastet und abgeglichen werden.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in seinen Grundzügen dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 entspricht. Die Zuleitungen R.S.T gehen an die Motorwicklungen 61, 62 und 63 und sind untereinander über R-C-Kreise 64 miteinander verbunden. Damit wird eine verbesserte Entstörung erzielt.
Jede Speiseleitung enthält hinter der Motorwicklung ein Ansteuerelement in Form eines TRIACS 67. Die Ansteuert schaltungen 68,'69 und 70 sind für einen zweistufigen Betrieb des Pumpenmotors ausgelegt und enthalten daher Stufenschalter 71 und 72, die von Relais 73 bzw. 74 des Strommeßkreises 75 betätigt werden.
Die Ansteuerschaltungen 68 bis 70 werden über Optokoppler 76, 77 angesteuert, und zwar in der gleichen Weise wie bei dem AusfUhrungsbeispiel-nach Figur 4.
Die eigentliche AnsteYerung der Steuerelemente 67 der Speiseleitungen werden über Je einen Anpassungskreis 65 angesteuert. Dieser enthält ein R-C-Netzwerk und Je einen TRIAC 66, der den zugeordneten TRIAC 67 der Speiseleitung ansteuert. Die Schaltkreise 65 bewirken einen Hysterese-Abgleich.
Den Schaltern 72 für die zweite Stufe sind einstellbare Widerstände zugeordnet, die von außen mittels eines Stellknopfes 78 eingestellt werden können.
Der Strommeßkreis 75 erhält sein Eingangssignal wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen über einen Transformator 79.
L e e r s e i t e

Claims

A n s p r ü c h e 1.i Schaltungsanordnung zur Regelung der Drehzahl eines Pumpenmotors, die einen Strommeßkreis und in der Speiseleitung des Motors angeordnete und von dem Strommeßkreis über einen Steuerkreis gesteuerte Elemente zur Steuerung des Motorstroms enthält, dadurch gekennzeichnet, daß eine in einer Speiseleitung angeordnete Entstördrossel (5) als Transformator ausgebildet ist, und daß die Sekundärwicklung dieses Transformators als Abgriff für den Strommeßkreis (7) verwendet wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in allen Speiseleitungen ein Transformator angeordnet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transformator mit mehr als einem sekundärseitigen Abgriff versehen ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß in mehr als einer Speiseleitung Elemente (19) zur Steuerung des Motorstromes angeordnet sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für jede gesteuerte Speiseleitung ein gesonderter Stromkreis (12) vorgesehen ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Elemente (50, 51) zwischen Je zwei von drei Speiseleitungen geschaltet sind.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strommeßkreis (7) mit einem zugeordneten Steuerkreis (12) über einen Optokoppler (11) verbunden sind.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Elemente als TRIACS ausgebildet sind.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Elemente als Thyristoren ausgebildet sind.
lo. Schaltungsanordnung nach einem der. vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Temperaturmeßkreis (46) enthält, der mit dem Steuerkreis (45) verbunden ist.
11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitungen über Kondensatoren miteinander verbunden sind.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitungen über R-C-Glieder miteinander verbunden sind.
13. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für einen auf mehrere Leistungs- bzw. Drehzahlstufen einstellbaren Motor, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltungen Anpassungselemente und. Schalter für Jede der Stufen aufweisen.
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13) dadurch gekennzeicht net, daß die Schalter von Hand einstellbar sind.
15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeïchnet, daß ein Strommeßkreis Elemente zum Betätigen.der Schalter ansteuert.
16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß der Strommeßkreis einen Microcomputer enthält.
17. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Steuerschaltung einstellbare Anpassungselemente enthält.
18. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuerkreis R-C-Glieder enthält (65), die die gesteuerten. Elemente über weitere gesteuerte Diodenelemente (66) ansteuern (Fig. 5).
19. Verfahren zur Regelung der Drehzahl eines Pumpenmotors, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl in Abhängigkeit von einem Strommeßsignal erfolgt, das dem Leistungsbedarf und damit dem Druck in einer Pumpenleitung in vorgegebener Weise proportional ist, und daß die Drehzahl bei höherem Leistungsbedarf (Stromaufnahme) erhöht und bei geringerem Leistungsbedarf herabgesetzt und die Stromaufnahme auf einen einstellbaren Wert eingeregelt wird.