SK17382000A3 - Spôsob regulácie počtu otáčok elektromotora na pohon čerpacieho agregátu - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Predkladaný vynález sa týka spôsobu regulácie počtu otáčok elektromotora na pohon dopravného agregátu so ztreteľom na časovo premenný výkon podávaný dopravným agregátom na strane spotrebiteľa. Ako dopravné agregáty prichádzajú do úvahy najmä otáčavé stroje, ako čerpadlá alebo ventilátory, ale tiež piestové alebo zubové čerpadlá. Počet otáčok elektromotora je daný výstupnou veličinou regulátora. Na zjednodušenie je v ďalšom pojednané predovšetkým o otáčavých strojoch, bez toho, že by tým bol obmedzený rozsah ochrany.

Doterajší stav techniky

Regulácia počtu otáčok pri elektromotoroch poháňajúcich otáčavé stroje je široko známa. Predovšetkým sa pri regulácii čerpadiel a ventilátorov s hydraulicky premennými odoberanými množstvami využíva ako riadiacich veličín parametrov tlaku a prúdenia. Porovnáva sa chovanie elektrického výkonu s tlakom, ktorý so zmenšujúcim sa odoberaným množstvom stúpa. V DE-A-32 10 082 je opísaný spôsob regulácie počtu otáčok čerpadlového motoru na vykurovací systém. Meria sa tu prúd a v závislosti na ňom je cez triac ako riadiaci člen regulovaný počet otáčok motora. So zvyšujúcim sa potrebným výkonom stúpa odber prúdu a s klesajúcou potrebou výkonu odber prúdu klesá, takže podľa tendencie potrebného výkonu sa počet otáčok zvyšuje alebo znižuje. Prúdový meriaci signál, potrebný výkon a tlak v ···· ·· ·· ···· ·· • · · ··· ··· • · · · · ··· · · ···· ·· · · · ·· ·· · ··· ·· e čerpacom potrubí sú vzájomne závislé podľa charakteristiky zariadenia. Tento spôsob umožňuje iba hrubé výkonové prispôsobenie.

V DE - 44 23 736 je zverejnený jemnejší spôsob regulácie výkonu, ktorý je založený na využití elektrickej činnej zložky prúdu otáčavého stroja pri hydraulicky premenných odoberaných množstvách ako riadiacej veličiny. Vo vykurovacom systéme prevádzkovanom s horúcou vodou je ako otáčavý stroj umiestnené čerpadlo, ktoré je poháňané elektromotorom. Eviduje sa odber prúdu na odoberané dopravovaného elektromotora, ktorý predstavuje mieru množstvo horúcej vody. Pri zvýšení množstva dodáva čerpadlo stále ponuku presahujúcu dopyt a pri zvýšení odoberaného množstva sa zvyšuje odber prúdu a v závislosti s tým tiež počet otáčok elektromotora. Počet otáčok je prinajmenšom zhruba lineárny k dopravovanému množstvu. Vo vnútri regulačného okruhu je umiestnený regulátor, ktorý môže byť nastavený na voliteľnú chrakteristiku odber prúdu / počet otáčok v pomere na odoberané množstvo. Pri zväčšení odoberaného množstva stanoví regulátor rozdiel medzi menovitou hodnotou a evidovaným motorovým prúdom. Nato vychádza v závislosti na zistenom diferenčnom signáli z riadiaceho zariadenia zvýšený regulačný signál, čo iniciuje pri elektromotre zvýšený počet otáčok. Následne zvýši čerpadlo svoje dopravované množstvo a dodáva opäť ponuku presahujúcu dopyt.

Priebeh pri zmenšení odoberaného množstva je analogický. Ponuka presahujúca dopyt dodávaná čerpadlom je oproti požadovanej ponuke vyššia a následne klesne evidovaný odber prúdu. Regulátor zistí rozdiel medzi menovitou hodnotou a zisteným motorovým prúdom. V ···· ·· ·· ···· ·· • · · ··· ··· • · · · · ··· · · ···· · · · ·· ·· ·· ·· ··· ·· · závislosti na diferenčnom signáli vychádza z riadiaceho zariadenia zmenšený regulačný signál, ktorý spôsobí pri elektromotore redukciu počtu otáčok. Vo výsledku zmenší čerpadlo svoje dopravované množstvo a ponuka je redukovaná na požadovanú mieru. Priblížením dopravnej ponuky čerpadla poháňaného motorom na skutočnú potrebu dochádza na zlepšenie regulácie. .

Ďalší spôsob regulácie čerpadla je opísaný v EP-B 279 939. V potrubnom systéme je umiestnené meracie čidlo na zistenie rýchlosti prúdenia vody. Proporcionálne na rýchlosť prúdenia a v súlade s charakteristikou potrubnej siete sa vytvorí prevýšený napäťový signál, ktorý je privádzaný ako výstupná veličina na regulátor, spojený s elektromotorom s možnosťou plynulej zmeny otáčok. Výstupná veličina regulátora určuje počet otáčok motora. Keď sa výstupný signál vychýli z daného pásma, sleduje ho výstupný signál zodpovedajúcim spôsobom. Aby bolo možné tento spôsob použiť, musí byť k dispozícii charakteristika a celkovo sú potrebné veľké prístrojové náklady.

Podstata vynálezu

Vzhľadom na zmienené nevýhody a nedokonalosti zhora opísaných regulačných spôsobov si kladie vynález za cieľ navrhnúť zlepšený regulačný spôsob na tunajšiu oblasť použitia, pri ktorej sú ako prístrojové tak aj operatívne náklady pokiaľ možno nízke a pritom vďaka blízkej orientácii pri reálnej potrebe výkonu je prevádzka realizovateľná s minimálnym vynaložením energie.

Spôsob regulácie počtu otáčok elektromotora na pohon dopravného agregátu so zreteľom na časovo premenný • · · · · · • · « • · I • · · · ··· ·· ·· ·· ··· výkon dodávaný dopravným agregátom spotrebiteľa je založený na nasledujúcich

Principiálne je stanovený počet otáčok výstupnou veličinou elektromotorom sa zodpovedajúci meranej

Intenzita prúdu a vytvorí sa prúdu, ktorý sa na strane opatreniach, elektromotora prijímaná signál, privádza regulátora, meria intenzite do regulátora ako výstupná veličina. V regulátore dochádza na automatickú kalibráciu vstupnej veličiny. Nie sú teda potrebné ani meracie čidlá prúdenia, ani nie je potrebné nastavenie a použitie charakteristiky zariadenia. Uvedenie do prevádzky takéhoto zariadenia je evidentne zjednodušené.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na priložených výkresoch značí obr. 1 - diagram závislosti počtu štartovaciu fázu kalibrácie;

otáčok a prúdu na obr. 2 - diagram závislosti počtu otáčok a prúdu na sledovanie počtu otáčok; a obr. 3 - diagram závislosti počtu otáčok a objemového prúdu na kontinuálne sledovanie spotreby.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Spôsob sa týka regulácie počtu otáčok elektromotora poháňajúceho dopravný agregát vo forme otáčavého stroja. Dopravný agregát môže byť napríklad čerpadlo alebo ventilátor. Na strane spotrebiteľa ide o časovo premenný potrebný výkon, ktorý má pripraviť otáčavý stroj. Na ovplyvňovanie elektromotora sa použije regulátor, ktorého ···· ·· ·· ···· ·· • · · · · · ··· • · · · · ··· · · výstupná veličina určuje počet otáčok motora. Ako riadiaca veličina slúži meraný motorový prúd, ktorý je podľa fyzikálnych pravidiel v priamom pomere na dopravovaný a ako spotreba odoberanému objemovému prúdu. Z veľkosti vstupujúceho motorového prúdu sa podľa odborníkom známeho spôsobu vytvorí zodpovedajúci signál, ktorý predstavuje vstupnú veličinu na regulátor. V regulátore je vstupná veličina automaticky zúčtována a kalibrovaná a ako výstupný signál, napríklad ako 0 až 10 V DC, vydaná na regulačný orgán motora.

Obr. 1

Výpočet a kalibrácia má nasledujúci priebeh. Aby bola cez meniaci sa motorový prúd I zachytená v podstate iba zmena výkonu spotrebiteľa je na reguláciu na výpočet výstupnej veličiny braná do úvahy iba ona. Základné zaťaženie, ako napríklad prúd naprázdno elektromotora, ktorý závisí na veľkosti a kvalite motora, sa zobrazí v ofsete, tzn. v I min. Podľa toho pozostáva spotreba prúdu z dvoch veličín, z prúdu základného zaťaženia a z premenného prúdového podielu, potrebného na dopravu média a závislého na spotrebe.

Použitým softwarom je elektromotor naštartovaný, napríklad troma vzostupnými počtami otáčok m = 20 %, Π2 = 40 % a n3 = 55 % s dobou chodu napríklad 3 minúty. K počtom otáčok získanej strednej hodnoty spotreby prúdu I dávajú tri hodnoty, ktoré sú zaznamenané ako vstupné veličiny, xi , X2 a X3.

Spojením troch bodov vznikne časť paraboly, z ktorej sa dá vypočítať teoretická 100%-ná hodnota I max , ako je ďalej uvedené. Na základe proporcionálneho vzťahu medzi počtom otáčok n a spotrebou prúdu I je ···· ·9 ·· ···· ·· · · ··· ·· • 9 9 9 9 999 · 9 možné z b a b vypočítať 100%-nú hodnotu . Z obidvoch 100%-ných hodnôt sa vytvorí stredná hodnota mi a po odťahu z ofsetu h sa získa teoretická hodnota I max. Približný vzoriec na výpočet I max znie:

A = h + (b - h) : (n2 :

B = I1 + (b - h) (n3

Imax = (A + 2B) : (3 - h) n max) nmáx)^ . X (s 0,7

1,0).

Na získanie čo možno presných výsledkov by mala byť daná podmienka, že stredné hodnoty vyhovia

vzťahu h <	I2 < b
Ak nie	je táto	podmienka	splnená,	musí byť
spustenie	programu	zopakované.	Aby bol motor
ochránený	pred prehriatím a	aby sa	zamedzilo
škodám v	ložiskách	dopravného	agregátu -	napríklad v
dôsledku	chýbajúceho	maziva v	otáčavom	stroji
navrhuje sa	uskutočňovať iba obmedzený	počet za
sebou nasledujúcich	spustení, napríklad tri	spustenia.
Napríklad |	po troch neúspešných štartoch dôjde najskôr
na rozpojenie a až	po prestávke,	napríklad	15 minút,
dôjde na	nový štart.	Alternatívne	na výpočet pomocou
približného	vzorca je	možné teoretickú hodnotu Imax
určiť zjednodušene tiež empiricky	zisteným	faktorom.
Muselo by	to byť	uskutočnené	zvlášť na	každý typ
použitého	dopravného	agregátu, inak	by bol	výsledok
nepresný.

4 4 4 4 • •	·· • · • ·	·· ···· • · · • · ···	·· • · · • ·
• ·	• 4	·· ···	• 4 4

Obr. 2

S ohľadom na aktuálny motorový prúd ako je tu v podobe teoretickej prevádzkovej chrakteristiky - znázornený, uskutočňuje sa sledovanie počtu otáčok elektromotora v súlade s momentálnou zmenou v potrebnom výkone na strane používateľa. Vznikajúci kalibrovaný motorový prúd I je zvýšený o definovanú hodnotu, pričom stabilita regulácie sa dosiahne permanentne sledovanou, na spotrebe závislou, regulovacou zmenou na riadiacom orgáne na strane spotrebiteľa.

Tu je potrebné ešte raz zdôrazniť, že regulačné spôsoby podľa stavu techniky vyžadujú zadanú veličinu, ktorá je definovaná ako výstupná charakteristika alebo je vytvorená prostredníctvom funkce a uložená. Ak sa vstupný signál odchyľuje z limitovaného pásma, sleduje sa príslušným spôsobom výstupný signál.

Pri spôsobe podľa vynálezu nie je potrebná žiadna

charakteristika,	pretože	všetky	teoretické	výpočty a
bezpečnostné prídavky	odpadajú.	Vypočítaný vstupný
signál je už v	úvodnej	fázy stanovený	tak, že sa
napríklad dosiahne	Imax pri	početne	technicky	spracovanom
vstupnom signáli	odberu	prúdu elektromotora	s 1 alebo
10 V.
Obr. 2

Aby bol v rozvodnej sieti, teda tiež pri spotrebiteľoch pri odbere média, zaručený potrebný predtisk, je na kontinuálne sledovanie spotreby stanovená menovitá hodnota, ktorá ekvivalentne zvyšuje výstupnú veličinu. V znázornenom príklade je výstupná veličina ···· ·· ·· ···· ·· ··· ··· ··· • · · · · ··· · · • · · · ·· · ·· ·· ·· ·· ··· ·· · % softwarovo zvýšená o 10 %, takže sa nastaví výstupná veličina 66 %.

Čo sa týka hydraulických zákonov na čerpadle, aj jeho účinnosti, môže byť základňa na prídavok menovitej hodnoty tiež otočená. V predkladanom príklade to znamená zvýšenie výstupnej veličiny 60 % zhora softwarovo o 10 %. Výpočet prebieha takto :

100% n - 60 % n = (40% n : 100 x 10) + 60 % n = 64 % zvýšenie. Alternatívne na to môže byť prídavok menovitej hodnoty zistený tiež empiricky v závislosti na výstupnom signáli.

Výpočet Imax prebieha cielene nepatrne pod praktickou 100%-nou hranicou Imax, takže pri praktickom priebehu spôsobu môže byť softwar adaptovaný na presný 100%-ný Imax. Keď sa dosiahne vypočítaný Imax, pozdrží sa Imax na svojej hodnote po určitú dobu v priebehu programu, pokiaľ spotreba nezačne klesať.

Nato sa Imax po stanovenú dobu zníži, napríklad o 1 % výstupnej veličiny, a takto vzniknutá vstupná veličina predstavuje novú hodnotu pre Imax v kalibrácii. Takisto je Imín zistený pri kalibrácii - tzn. ofsef - pri poklese pod jeho hodnotu o určenú hodnotu navýšený, až sa dosiahne efektívne Imm - tzv. efektívny ofset.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob regulácie počtu otáčok elektromotora na pohon dopravného agregátu na kvapalné alebo plynné média, najmä otáčavého stroja vo forme čerpadla alebo ventilátora, vzhľadom na časovo premenný výkon (V), podávaný na strane spotrebiča dopravným agregátom, pričom

   a) počet otáčok elektromotora je stanovený výstupnou veličinou regulátora, vyznačujúci sa tým, že nasledujúcimi spôsobovými krokmi:

   b) meranie intenzity prúdu (I) prijímané elektromotorom,

   c) vytvorenie signálu zodpovedajúceho meranej intenzite prúdu (I),

   d) privedenie tohto signálu na regulátor ako výstupná veličina (x),

   e) automatická kalibrácia vstupnej veličiny (xi, X2, X3) v regulátore od 0 do Imax ako základ na jeho výstupnú veličinu, a

   f) sledovanie počtu otáčok (n) elektromotora v súvislosti s okamžitou zmenou v spotrebiteľskom výkone s prihliadnutím na aktuálny motorový prúd (I), zatiaľ čo je kalibrovaný motorový prúd (I) zvýšený o definovanú hodnotu, pričom

   g) stabilita regulácie je zaručená pomocou spotrebne závislo riadenej zmeny nastavenia na spotrebnej strane riadiaceho orgánu,

   ···· ·· ·· ···· ·· · 10 • · · • · ··· • · · ·· ·· ·· ··· ·· ···

   h) výpočet (Imax) prebieha nepatrne pod prakticky 100% hranicou, a potom pri dosiahnutí vypočítaného (Imax) nad stanovenou dobou dôjde na zotrvanie pokiaľ spotreba nezačne byť spätná,

   i) (Imax) je po stanovenú dobu znížený o-podiel výstupnej veličiny, takže z toho vznikajúca vstupná veličina predstavuje novú hodnotu (Imax) v kalibrácii alebo čiastočnú veličinu kalibrovaného motorového prúdu (I), a

   k) (Imm) zistený pri kalibrácii je o stanovenú hodnotu krok po kroku sledovaný, až sa dosiahne efektívny (imin).
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, keď je kalibrácia vyznačená nasledujúcimi spôsobovými krokmi :

   a) elektromoror je pomocou softwaru naštartovaný a pracuje v konštantnej časovej jednotke s rôznymi počtami otáčok (m, Π2, Π3),

   b) z intenzít prúdu (I) pri rôznych otáčkach (m, Π2, Π3) sú vytvorené stredné hodnoty (h, b, b), ktoré sú registrované ako vstupné veličiny,

   c) prvá teoretická 100%-ná hodnota (Imax) sa vypočíta z:

   ca) úseku paraboly, matematicky proloženého zistenými strednými hodnotami (h, I2, b), alebo cb) približného vzorca = h + (I2 - h) : (Π2 : nmax) ···· ·· ·· ···· ·· • · · ··· ··· • · · · · ··· · β • · · · · · · ··· ·· ·· ·· ··· ·· ···

   B = h + (b - Ιι) (π3 : nmax)

   Imax = (Α+ 2Β) : (3 - h) . X alebo cc) empiricky zisteného faktora, a

   d) regulátor zostane v štartovacej fázy tak dloho, až stredné hodnoty (h, b, b) vykážu vzostup, avšak štartovacia fáza je prerušená a pokračuje až po prestávke skôr ako by dopravná jednotka - jednotka z elektromotora a dopravného agregátu - mohla byť poškodená.
3. 3. Spôsob podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že kalibrácia

   a) prebieha s troma počtami otáčok (m) = 20 %, (n2) = 40 % a (n3) = 55 %, pričom

   b) časová jednotka, v ktorej elektromotor pracuje s troma počtami otáčok, obnáša 3 min.
4. 4. Spôsob podľa jedného z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že na prebiehajúcu reguláciu je stanovená menovitá hodnota, ktorá v spojení so spotrebičmi dáva potrebný menovitý tlak.
5. 5. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že prijímaná vstupná veličina, prepočítaná na signál ···· ·· · ···· ·· ··· ··· ··· • · · · · ··· · · zodpovedajúci objemovému prúdu (V), je softwarovo zvýšená o určitú percentnú hodnotu, napríklad 5 %.
6. 6. Spôsob podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že

   a) ako vstupná veličina je prijímaných napríklad 60 % signálu zodpovedajúceho objemovému prúdu (V), a

   b) vstupná veličina je softwarovo zvýšená napríklad o 5 % alebo 10 % so stúpajúcou základňou, čím sa získa výstupná veličina 63 %, poprípade 66 %.
7. 7. Spôsob podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že

   a) ako vstupná veličina je prijímaných napríklad 60 % signálu zodpovedajúceho objemovému prúdu (V), a

   b) vstupná veličina je softwarovo zvýšená napríklad o 10 % so stúpajúcou základňou, čím sa získa výstupná veličina 64 %.
8. 8. Spôsob podľa nároku 5, vyznačujúci sa tý m, že prídavok menovitej hodnoty je zistený empiricky v závislosti na výstupnom signáli.