DE4211191C2

DE4211191C2 - Verfahren zur Steuerung des elektromotorischen Antriebs eines Verdichters

Info

Publication number: DE4211191C2
Application number: DE19924211191
Authority: DE
Inventors: Rafael Dr Weisz
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Compair Mahle GmbH
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2012-04-04
Also published as: DE4211191A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des elektromotorischen Antriebs eines Verdichters, abhängig von den Druckverhältnissen in einem dem Verdichter nach geordneten Druckspeicher, bei dem der Antrieb in den Stillstand geschaltet wird, wenn unter anderem die im ersten Teil des Anspruch 1 aufgeführten Bedingungen er füllt sind.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-PS 32 37 251) ist die Steuerung so ausgebildet, daß der Antrieb des Verdichters in den Leerlauf oder in den Stillstand geschaltet wird, wenn ein oberer Druckgrenzwert im Druck speicher erreicht bzw. überschritten worden ist. Das Set zen des Antriebs in den Stillstand kommt hierbei jedoch nur in Frage, wenn zu erwarten ist, daß innerhalb einer bestimmten Zeitspanne ein Wiederanlaufen des Antriebs des Verdichters nicht zu erwarten ist. Für den Fall einer relativ großen Druckentnahme aus dem Druckspeicher be steht nämlich die Gefahr, daß der Antrieb des Verdichters in kurzen Zeitabständen abgeschaltet und wieder ange schaltet wird, wobei die daraus resultierende hohe Schalthäufigkeit u. a. zu einem hohen Verschleiß des Verdichters führen kann. Zur Vermeidung dieses Nachteils wird bei dem bekannten Verfahren die momentane Druckabfallgeschwindigkeit erfaßt und unter Einbeziehung des aktuellen Druckwerts und des unteren Druckgrenzwertes eine voraussichtliche Zeitspanne ermittelt, die mit einer vorgegebenen Mindestzeitspanne verglichen wird.

Ein Abschalten, d. h. ein Stillstand des Antriebs des Ver dichters, wird nach dem Stand der Technik nur zugelassen, wenn die voraussichtliche Zeitspanne größer ist als die vorgegebene Mindestzeitspanne. Die Steuerung nach diesem bekannten Verfahren vermeidet zwar das Auftreten von re lativ kurzen Stillstandzeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so fortzubilden, daß die Be dingung für den Stillstand des Antriebs optimiert wird.

Zur Lösung der Aufgabe weist ein Verfahren der eingangs genannten Art die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 auf.

In vorteilhafter Weise wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht, daß die Ermittlung der voraussichtli chen Zeitspanne bis zum Erreichen der unteren Druckgrenze dahingehend verbessert wird, daß zu jedem Zeitpunkt nach dem Überschreiten der oberen Druckgrenze eine Korrektur der Bedingung die zum Stillstand des Antriebs führen bzw. aufrechterhalten, durchgeführt wird. Mit der erfindungs gemäßen Lösung werden in vorteilhafter Weise optimal kurze Leerlaufzeiten erreicht, wodurch ein minimaler En ergieverbrauch erzielt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt, die ein Zeitdiagramm der Druckverhältnisse in einem Druckspeicher eines Antriebs eines Verdichters zeigt.

Im oberen Teil der Figur ist ein Diagramm gezeigt, das den Verlauf eines Druckes p in einem herkömmlichen, hier nicht näher beschriebenen Druckspeicher über der Zeit t dargestellt, wobei zunächst ein Anstiegs des Drucks p von einem unteren Druckgrenzwert P_unten und dann ein Ansteigen auf einen oberen Druckgrenzwert P_oben und dann wiederum ein Absinken des Druckverlaufs mit der Druckabfallgeschwindigkeit dp1/dt über einen aktuellen Druckwert P_ist hinaus auf den unteren Druckgrenzwert P_unten. Eine Zeitspanne zwischen dem letzten Anschalten ei nes Antriebs des erfindungsgemäßen Verdichters beim Er reichen des unteren Druckgrenzwertes P_unten und dem aktu ellen Druckwert P_ist wird mit t2 bezeichnet.

Eine voraussichtliche Zeitspanne vom aktuellen Druckwert P_ist bis zum Erreichen des nächsten unteren Druckgrenz wertes P_unten ist mit t1 bezeichnet. Weiterhin ist auf der Zeitachse t eine Zeitspanne 1/SH eingetragen, die dem Kehrwert der zulässigen Schalthäufigkeit des Antriebs entspricht. Diese Schalthäufigkeit SH wird in der Größen ordnung von Schaltvorgängen pro Stunde angegeben (Beispiel: 4 Schaltvorgänge pro Stunde entspricht 1/SH = 15 min).

Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst auf die prinzipielle Funktionsweise des Ausführungsbeispiels mit der oben bereits erwähnten An ordnung in Form eines Druckluftverdichters eingegangen. Solche Druckluftverdichter werden üblicherweise in Zwei punkt-Regelung betrieben, wobei nach Erreichen des oberen Druckgrenzwert P_oben, z. B. bei 10 bar, der Verdichter aufhört, den Druck im Druckspeicher weiter zu erhöhen. Der Druckluftverbrauch eines von der Anordnung versorg ten druckluftbetriebenen Geräts wird dann anschließend durch den Druckluftspeicher gedeckt. Während dieser Zeit geht der Verdichter in den Leerlauf bzw. er wird unter bestimmten Bedingungen in den Stillstand versetzt. Der Antrieb wird wieder in den Förderbetrieb versetzt, wenn der untere Druckgrenzwert P_unten z. B. 8,0 oder 9,0 bar unterschritten wird.

Bei einer Ausführungsform mit einem ölüberfluteten Schraubenverdichter beträgt beispielsweise die Leerlauf leistung etwa 15-30% der Lastlaufleistung; ein typischer Wert ist hierbei 25%. Ein Hauptgrund, weshalb diese Druckluftverdichter nicht sofort in den Stillstand ge setzt werden sollen, sobald sie keine Druckluft mehr för dern, ist eine nur begrenzt zulässige Anlaufhäufigkeit bzw. Schalthäufigkeit SH des elektromotorischen Antriebs. Wenn eine hohe Druckabfallgeschwindigkeit dp/dt im Druckspeicher durch einen Verbraucher auftritt, müßte der Verdichter in kurzer Zeit wieder anlaufen und die maximal zulässige Schalthäufigkeit SH könnte überschritten wer den.

Es wäre daher zunächst vorteilhaft, den Übergang in den Stillstand des Antriebs des Verdichters nur dann zuzulas sen, wenn seit dem letzten Anlauf des Antriebs wenigstens eine Zeitspanne entsprechend dem Kehrwert der Schalthäu figkeit SH (=1/SH) vergangen ist. Je länger sich der Verdichter im Stillstand anstatt im Leerlauf befindet, desto niedriger ist der Energiebedarf bei gleicher Menge erzeugter Druckluft.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Verdichter erst dann in den Stillstand gesetzt, wenn die folgenden Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind:

1) Der Verdichter muß keine Druckluft mehr fördern d. h. er befindet sich in Leerlauf nachdem der obere Druck grenzwert P_oben erreicht worden ist.
2) Eine voraussichtliche Zeitspanne t1, die voraussicht lich vergehen wird, bis wieder der untere Druckgrenzwert P_unten erreicht wird, d. h. die Zeit in der der Druckluft verbrauch allein durch den Druckluftspeicher gedeckt wird, ist größer als eine bestimmte vorgegebene Mindest zeitspanne tmin, z. B. 1 Minute. Während dieser Zeit wird vom Verdichter keine Druckluft gefördert.
Die Zeitspanne t1 wird wie folgt ermittelt: t1 = (P_istt-P_unten)/(dp/dt)wobei
P_ist den momentanen Druck,
P_unten den unteren Druckgrenzwert und
dp/dt die Druckabfallgeschwindigkeit dar stellt.
3) Eine bereits vergangene Zeitspanne t2 seit dem letzten Anlaufen des Antriebs ergibt, addiert zur Zeitspanne t1 eine Gesamtzeitspanne, die größer ist als der Kehrwert der Schalthäufigkeit (1/SH) des Antriebs.
4) Die bereits vergangene Zeitspanne t2 seit dem letzten Anlauf des Antriebs ist größer als das Produkt aus dem Kehrwert der Schalthäufigkeit (1/SH) und dem Risikofaktor k, wobei k Wert zwischen größer 0 und kleiner 1 ist.

Die Bedingung 1) ist hierbei zunächst selbstverständlich, d. h. ein Stillstand des Antriebs kommt nur in Frage, wenn der Verdichter keine Druckluft mehr fördern muß.

Die Bedingung 2) ist wesentlicher Bestandteil der Opti mierung hinsichtlich der Vermeidung kurzer Stillstands zeiten des Antriebs, wie es aus dem Stand der Technik be kannt ist.

Die Bedingung 3) und 4) werden im Folgenden gemeinsam be trachtet. Die Bedingung 3) besagt, daß die maximale Schalthäufigkeit SH (beispielsweise 4 pro Stunde) des An triebs wahrscheinlich nicht übertroffen wird. Vollkommene Sicherheit, daß dies der Fall ist, gewährleistet diese Bedingung allerdings nicht. Es kann nämlich passieren, daß eine plötzliche Erhöhung des Druckluftverbrauches einen Einbruch des Luftdruckes hervorruft, so daß der un tere Druckgrenzwert P_unten früher erreicht wird, als die Trendberechnung gemäß Bedingung 2) ergeben hat. In diesem Fall würde der Verdichter wieder anlaufen, ohne daß die Zeitspanne zwischen zwei Anläufen größer wäre als die Zeitspanne (1/SH). Die Bedingung 4) sorgt nun dafür, daß dies keine gravierende Folgen haben kann, weil durch den Risikofaktor k immer eine obere Grenze für die Schalthäu figkeit gegeben ist, d. h. es liegt immer eine vorgebbare Mindestzeitspanne zwischen zwei Anläufen des Verdichter antriebs vor. Wählt man z. B. k=0,7, so beträgt diese Mindestzeitspanne 70% des Kehrwerts der Schalthäufigkeit. In Fällen, in denen der Druckluftverbrauch keinen großen Schwankungen unterworfen ist, bzw. in denen das Druck speichervolumen groß ist, kann der Risikofaktor k klei ner gemacht werden und umgekehrt.

Das anhand des vorangehend beschriebenen Ausführungsbei spiels angewendete Verfahren zur Steuerung von Antrieben für Verdichter ist insbesondere für Druckluftkompresso ren und Schraubenkompressoren aller Art geeignet.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung des elektromotorischen Antriebs eines Verdichters, mit einem dem Verdichter nachgeord neten Druckspeicher, wobei der Antrieb des Verdichters zwischen Stillstand, Leerlauf und Laststufe umschaltbar ist und das Umschalten zwischen Laststufe und Leerlauf in Abhängigkeit der oberen und unteren Druckgrenzwerte im Druckspeicher erfolgt, der Druckabfall ΔP/Δt und ein aktueller Druck pi nach dem Umschalten von der Last- auf die Leerlaufstufe gemessen und durch eine lineare Extrapolation des Druckes eine erste Zeitspanne t₁ be rechnet wird, bei welcher der Druck voraussichtlich den unteren Druckgrenzwert erreicht, dadurch gekennzeich net, daß der Antrieb dann auf Stillstand umgeschaltet wird, wenn folgende Bedingungen gleichzeitig vorliegen:

a) die erste Zeitspanne t₁ ist größer als eine vorgegebene Mindestzeitspanne von t min
b) die aktuelle voraussichtliche Einschalthäu figkeit des Antriebs ist kleiner als eine vorgegebene zulässige maximale Einschalthäu figkeit SH des Antriebs mit T = t₁ + t₂ 0 < K < 1 (K = Risikofaktor)
t min = ca. 1 Minute.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß

- der Risikofaktor (k) zwischen mindestens 0,5 und 0,9 liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß

- der Risikofaktor (k) maximal 0,8 beträgt.