CZ2002425A3 - Regulační zařízení pro elektrický motor s proměnnými otáčkami a způsob jeho provozu - Google Patents

Description

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká regulačního zařízení pro elektrický motor s proměnnými otáčkami, přičemž motor je napájen frekvenčním měničem, regulační zařízení v závislosti na předem daných a uložených regulačních parametrech a s pomocí frekvenčního měniče mění počet otáček motoru, regulační zařízení mění počet otáček motoru uvnitř předem stanovených hraničních hodnot a motor pohání pracovní stroj, zejména čerpací zařízení pro tekutinu.

Dosavadní stav techniky

Z WO 98/04835 je známý způsob regulace agregátu poháněného troj fázovým motorem, jako je čerpadlo nebo kompresor. Trojfázovému motoru je předřazen frekvenční měnič, přičemž v tomto frekvenčním měniči nebo za ním probíhá měření elektrického proudu. Změřená velikost proudu se použije pro nastavení charakteristické hodnoty čerpání. Na základě proudu změřeného ve frekvenčním měniči nebo za ním, popřípadě v důsledku takto zjištěného elektrického příkonu, je možné frekvenční měnič použít rovněž jako regulátor. Aby velikost proudu nebo elektrického příkonu v závislosti na charakteristické hodnotě čerpání, jako je tlakový spád nebo objemový průtok, mohla být použita jako parametr pro nastavení pracovního bodu pole charakteristik, je nejprve nutné experimentálně nebo empiricky zjistit charakteristiku. Tato charakteristika (charakteristická křivka) může být zjištěna v továrně nebo v pomocném zařízení a potom může být uložena do paměti frekvenčního měniče.

9*99 9999 · « * · • « 9 · · <99

99« ·9· ·9 9 99 9999

S pomocí změn parametrů proběhne přepočet zjištěné charakteristiky, aby se tak získalo pole charakteristik potřebné pro regulaci. Dále se do paměti uloží doplňkové podmínky jako: hraniční příkony se zřetelem na výkonnost motoru, hraniční příkon se zřetelem na dosažitelnou teplotu, hraniční proud se zřetelem na zatížitelnost elektronických součástek a hraniční počet otáček se zřetelem na spolehlivost pracovního stroje. Pro spodní provozní hranice budou rovněž uložena odpovídající data hraničních křivek. Během provozu takto regulovaného agregátu v oblasti jeho hraničních křivek bude pouze zajištěno, že bude znemožněno překročení vždy přípustného proudu popřípadě vždy přípustného příkonu.

Regulace uvnitř pole charakteristik, předem daného prostřednictvím hraničních křivek, probíhá tak, že se dosahuje pouze maximálního přípustného proudu nebo maximálního přípustného elektrického napětí, ale tyto hodnoty nikdy nebudou překročeny. Takovéto uložení hraničních křivek slouží pouze pro provádění regulačních procesů při úspoře regulátoru. Tento princip je použitelný pouze při pevně předem dané kombinaci motoru a pracovního stroje.

Prostřednictvím jedinečného experimentálního zjištění charakteristiky a jejího přepočítání při změněných parametrech na pole charakteristik nejsou možné výrobní tolerance nebo změněné základní podmínky se změněným pracovním strojem.

U hnacích motorů s proměnnými otáčkami musí být zajištěno, že při poruše proběhne odpojení pohonu. Změny počtu otáček probíhají obvykle s tak zvaným frekvenčním měničem a v závislosti na regulačním systému. Prostřednictvím 30 změny frekvence frekvenčního měniče napěťového systému, který « · « 9 · · · • •99 9·9·

9 9 9

999 99 9

9

9 9 *9 9999 je k dispozici bude umožněna téměř plynulá regulace počtu otáček pracovního stroje.

V zařízeních, ve kterých jsou integrovány takové pracovní stroje, jako například ve formě čerpadel či ventilátoru, vybavené takovým motorem s regulovatelnými otáčkami, mohou v důsledku poruch zařízení nastat rovněž nepřípustné provozní stavy. To může vést například prostřednictvím prasknutí potrubí, prostřednictvím nesprávného fungování armatur, prostřednictvím příliš nízkého čerpaného množství nebo podobně k poruše zařízení. Mezi jiným mohou nastat takové poruchové stavy jako je chod naprázdno, chod nasucho nebo klesnutí pod předem danou nejmenší hodnotu čerpacího výkonu.

U zařízení plněných čerpaným médiem je například známo integrovat snímače, s jejichž pomocí se sleduje hodnota průtoku nebo přítomnost tekutiny. Při klesnutí pod předem danou hodnotu se potom s pomocí signálu dodávaného ze snímače provede odpojení hnacího motoru. Použití takovýchto snímačů představuje ale podstatné dodatečné náklady spojené s rozsáhlými analytickými opatřeními pro zjištění stavů zařízení a rovněž dodáním dodatečných součástí pro zajištění funkce odpojení. Takové součásti přitom představují nebezpečný potenciál pro bezpečnost provozu takto vybaveného motoru.

Předkládaný vynález si klade za cíl zajistit spolehlivou detekci poruch pro pracovní stroje poháněné motory s proměnnými otáčkami a pro zařízení nebo systémy, které jsou zásobovány těmito stroji.

• · ··*· · · · • * · * ···· · · · · • · ·♦· · · · ··« ··· ·· · ·· ··»·

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle je dosaženo prostřednictvím zařízení, definovaného znaky obsaženými v připojeném patentovém nároku 1, a způsobu, definovaného znaky v připojeném patentovém nároku 5.

Podle vynálezu je tedy navrženo regulační zařízení pro elektrický motor s proměnnými otáčkami, přičemž motor je napájen frekvenčním měničem, regulační zařízení v závislosti na předem daných a uložených regulačních parametrech a s pomocí frekvenčního měniče mění počet otáček motoru, regulační zařízení mění počet otáček motoru uvnitř předem stanovených hraničních hodnot a motor pohání pracovní stroj, zejména čerpací zařízení pro tekutinu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že toto regulační zařízení zjišťuje v testovací funkci provozní hodnoty motoru, a že uložení zjištěných provozních hodnot aktivuje zařízení pro detekci poruch.

Podle vynálezu je dále navržen způsob provozu regulačního zařízení pro elektrický motor s proměnnými otáčkami, přičemž ve výrobním provozu nebo během uvedení do chodu se zjišťují a ukládají technicky měřitelné provozní hodnoty motoru v závislosti na poháněném pracovním stroji a/nebo na zařízení napájeném tímto pracovním strojem, a přičemž regulační zařízení během provozu provádí měření proudu přijímaného hnacím motorem nebo měření jeho elektrického příkonu. Podstata tohoto způsobu přitom spočívá v tom, že regulační zařízení v testovací funkci prochází všechny možné provozní stavy pro motor, pracovní stroj a/nebo pro zařízení napájené pracovním strojem, že provozní hodnoty * · · « · · · • t β ···« · · · · • 4 « * · · · ·

Η» ··* ·» * ·· ···· motoru, zjištěné během testovací funkce, se uloží v jejich přiřazení k pracovnímu stroji poháněnému motorem a/nebo k uvedenému zařízení, a že po uložení provozních hodnot, zjištěných během testovací funkce, se aktivuje detekce poruch.

U takovéhoto zařízení je detekce poruch realizována tak, že na elektrický motor s proměnnými otáčkami působí regulační zařízení, které s pomocí předešlé testovací funkce zjišťuje provozní hodnoty. Uložení provozních hodnot aktivuje zařízeni pro detekci poruch, Pn poruše zjištěné prostřednictvím porovnání proběhne odpojení motoru. Detekce poruch se výhodně použije pro jedno čerpací zařízení pro tekutinu, poháněné elektrickým motorem, a/nebo pro zařízení napájené takovým čerpacím zařízením.

Způsob provozu zařízení podle předkládaného vynálezu předpokládá, že regulační zařízení v jedné testovací funkci projde všechny provozní stavy pro motor, pracovní stroj a/nebo pro zařízení napájené tímto pracovním strojem, že během testovací funkce zjištěné provozní hodnoty motoru budou uloženy v patřičném přiřazení k pracovnímu strojí, poháněnému motorem, a/nebo k napájenému zařízení, a že po uložení provozních hodnot, zjištěných během testovací funkce, bude aktivována detekce poruch. Testovací funkce může proběhnout uvnitř zařízení specifického pro použití čerpacího zařízení.

Po uložení provozních hodnot, zjištěných během testovací funkce, se aktivuje zařízení pro detekci poruch. Toto zařízení provádí buď kontinuální nebo periodické porovnávání provozních stavů s provozními stavy zjištěnými během testovací funkce.

« · · · · · · » • * · · · ···· · · · ♦ • · « · · ··· ·«· ··· ·· · ·* ♦···

Při provozu s aktivovanou ochranou chodu naprázdno, chodu na sucho a/nebo nejmenší hodnotu probíhá porovnání aktuálních provozních dat motoru s hodnotami uloženými během testovacího procesu. Při dosažení a/nebo při klesnutí pod tyto uložené hodnoty se motor odpojí.

Data provozních stavů mohou být zjišťována a ukládána v různých podobách: mohou být zjišťována a ukládána jako analogové nebo digitální hodnoty, jako jedna nebo více křivek, diagramů nebo ve formě tabulek.

Při použití takovéhoto motoru pro čerpací zařízení je možné doporučit, aby testovací funkce probíhala při provozu s nulovým výkonem čerpadla. Tím může být jednoduchým způsobem při porovnání takovéto uložené hodnoty s aktuální hodnotou provozního stavu zjištěna chyba v čerpacím zařízení bez dodatečných součástí.

Nakonec je možné rovněž doporučit u čerpacích zařízení použít zařízení pro detekci poruchy pro ochranu chodu na sucho a pro zajištění proti klesnutí pod předem danou nejmenší čerpací hodnotu. Způsob podle vynálezu může být rovněž využit u jiných pracovních strojů jako ochrana proti nepřípustným provozním stavům. Tak je umožněno například zabránit klesnutí pod předem danou nejmenší hodnotu zatížení.

Například při testovacím procesu v uzavřeném čerpacím systému, rovněž při nulovém výkonu čerpadla, který je také označován jako provoz proti uzavřenému šoupátku, se z pracovního stroje v podobě čerpadla nečerpá žádné množství.

Při tomto testovacím procesu bude tudíž registrováno, jaký výkon je odevzdáván z hnacího motoru na pracovní stroj.

• *

Ί v · • · · • » · fcfc • · • · ··» « · · · · fc β· · fcfcfc fcfc ·

Oblast počtu otáček při tomto testovacím procesu bude zjištěna a uložena s odpovídajícím dodávaným výkonem.

Motor s regulovatelnými otáčkami prochází s připojeným pracovním strojem oblast počtu otáček, která se nachází mezi nulovým počtem otáček, popřípadě nulovým zatížením, a/nebvo až k předem danému maximálnímu počtu otáček, popřípadě předem danému limitnímu zatížení motoru.

Při takovémto projití pásma počtu otáček zjišťuje regulační zařízení hodnotu počtu otáček a rovněž hodnotu výkonu

IQ dodávaného na připojený pracovní stroj. Tyto hodnoty budou zjištěny, přiřazeny a uloženy. Regulační zařízení, kterým může být samostatná součást, součást motoru nebo součást elektrického frekvenčního měniče, porovnává při probíhajícím provozu kontinuálně hodnoty motoru. Po testovacím procesu aktivovaná detekce poruch využívá tyto kontinuálně zjišťované hodnoty motoru a porovnává je s hodnotami uloženými během testovacího procesu. Při dosažení nebo při klesnutí pod hodnotu zjištěnou při testovacím procesu potom reaguje detekce poruch.

Testovací proces může být rychle proveden jednoduchým způsobem, například při instalaci takového pracovního stroje s připojeným motorem do zařízení nebo také již před expedicí výrobcem. Zaznamenané hodnoty počtu otáček a výkonu, které budou uloženy ve formě křivek, diagramů, tabulek nebo podobně, jsou potom k dispozici při pozdějším provozu pro detekci poruch. Nákladné snímače a jejich odpovídající kabeláže tedy již nejsou potřebné.

ΦΦ * :

«φφ Φ φ · « φ · » · φφφφ φ φ *

Φ φ «ΦΦΦΦΦΦ 9 ·

ΦΦ· φΦΦ

ΦΦ Φ ΦΦ ·Φ<·

Přehled obrázků na výkrese

Obr.l znázorňuje průběhový diagram procesu testovací funkce.

Příklady provedení vynálezu

Na obrázku je znázorněn proces testovací funkce v podobě průběhového diagramu. Z důvodů přehlednosti bylo upuštěno od znázornění prvků pro zpracování dat.

Regulační zařízení, ovlivňující motor, zjišťuje provozní hodnoty stroje. V testovací funkcí regulační zařízení zjišťuje, zda se celé zařízení nachází v provozním stavu odpovídajícím hraničnímu stavu. Regulační hodnoty, potřebné pro jednotlivá zařízení, budou předem dána od výrobce nebo budou zjištěna při uvedení regulačního zařízení do provozu. Přitom bude zjištěn nebo předem dán hraniční stav, který má být později zjišťován v daném zařízení. V systémech pro transport tekutin (v čerpacích zařízeních), v nichž je instalováno regulované čerpadlo, představuje takový

2Q hraniční stav provoz čerpadla proti uzavřenému šoupátku, nacházejícímu se na výtlačné straně.

Zjistí-li regulační zařízení, že celé zařízení se nenachází v hraničním stavu, pak se testovací funkce přeruší. Naproti tomu pří existenci hraničního stavu se testovací funkce automaticky aktivuje. Přitom dojde k nulovému nastavení vnitřního čítače a zjišťuje se, zda počet otáček motoru je stejný nebo menší než předem daný maximální počet otáček. Nebo se zjišťuje, zda ta provozní hodnota, která má být sledována, je stejná nebo menší než maximální provozní hodnota. Takovou provozní hodnotou může být například výkon ►· 000* určený ke sledování. Aby se vyloučilo zničení sledovaného stroje, nesmí být rovněž při testovací funkci překročena maximální hodnota výkonu.

Nachází-li se sledovaná hodnota nad maximálním počtem otáček nebo nad maximální provozní hodnotou, pak se testovací funkce ukončí. Nachází-lí se naproti tomu sledovaná hodnota pod předem danou maximální hodnotou, pak se stanoví požadované hodnota. Požadovaná hodnota vyplývá z počáteční hodnoty, ke které se přidá hodnota, která vznikne vynásobením velikosti intervalu s příslušnou načítanou hodnotou čítače. Takto zjištěná požadovaná hodnota nebo provozní hodnota se uloží. Na obrázku je jako příkladu pro požadovanou hodnotu použito počtu otáček. Počet otáček, příkladně použitý a stanovený v průběhovém diagramu, je výsledkem počátečního počtu otáček, ke kterému se přičte hodnota výsledku vynásobení intervalu počtu otáček s hodnotou načítanou v čítači. Namísto počtu otáček může být použita také nějaká provozní hodnota. Takové provozní hodnoty jsou funkcí počtu otáček. Po zjištění hodnoty počtu otáček proběhne provedení klouzavé funkce, ve které se hodnota čítače vždy zvýší o jednotku. Tento proces probíhá tak dlouho, až zjištěná hodnota odpovídá příslušné maximální hodnotě. Při jejím dosažení je testovací funkce ukončena. S pomocí hodnoty, zjištěné naposledy v testovací funkci, existuje požadovaná hodnota otáček nebo provozní hodnota pro příslušné zařízení, s jejíž pomocí je umožněna bezpečná detekce poruch.

U zařízení jsou možné provozní stavy, při nichž může na základě hodnoty počtu otáček nebo provozních stavů dojít k různým výsledkům. Je tudíž v příslušném případě třeba ověřit, zda testovací funkce je provedena pouze s hodnotou počtu • 0 · • MO 0 ·

0 • · » 0 0 0 «00

000· otáček, pou2e s provozní hodnotnou nebo s oběma hodnotami » jako požadovanou hodnotou.

Claims (13)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Regulační zařízení pro elektrický motor s proměnnými otáčkami, přičemž motor je napájen frekvenčním měničem, regulační zařízení v závislosti na předem daných a uložených 5 regulačních parametrech a s pomocí frekvenčního měniče mění počet otáček motoru, regulační zařízení mění počet otáček motoru uvnitř předem stanovených hraničních hodnot a motor pohání pracovní stroj, zejména čerpací zařízení pro tekutinu, vyznačující se tím, že regulační zařízení zjišťuje v testovací funkci provozní hodnoty motoru a že uložení zjištěných provozních hodnot aktivuje zařízení pro detekci poruch.
2. 2. Regulační zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, 15 že uložení provozních hodnot aktivuje zařízení pro detekci poruch pro ochranu chodu naprázdno, chodu na sucho a/nebo dosažení nejmenší hodnoty výkonu.
3. 3. Regulační zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že testovací funkce probíhá při provozu s nulovým výkonem čerpadla.
4. 4. Regulační zařízení podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že detekce poruch brání klesnutí pod předem danou nejmenší hodnotu čerpacího výkonu a/nebo předem dané nejmenší zatížení.
5. 5. Způsob provozu regulačního zařízení pro elektrický motor s proměnnými otáčkami, přičemž ve výrobním provozu nebo během uvedení do chodu se zjišťují a ukládají technicky měřitelné provozní hodnoty motoru v závislosti na poháněném

   30 pracovním stroji a/nebo na zařízení napájeném tímto pracovním • * « · * · * • ·*·♦··♦ * * • · · · · · *· ♦ «· ··*· strojem, a přičemž regulační zařízení během provozu provádí měření proudu přijímaného hnacím motorem nebo měření jeho elektrického příkonu, vyznačující se tím, že regulační zařízení v testovací funkci prochází všechny možné provozní

   5 stavy pro motor, pracovní stroj a/nebo pro zařízení napájené pracovním strojem, že provozní hodnoty motoru, zjištěné během testovací funkce, se uloží v jejich přiřazení k pracovnímu stroji poháněnému motorem a/nebo k uvedenému zařízení, a že po uložení provozních hodnot, zjištěných během testovací

   10 funkce, se aktivuje detekce poruch.
6. 6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že při provozu s aktivovanou ochranou chodu naprázdno, chodu na sucho a/nebo dosažení nejmenší hodnoty výkonu porovnává regulační zařízení aktuální provozní data motoru s hodnotami, ¹⁵ , , uloženými při testovacím procesu, a že při dosazeni a/nebo poklesnutí pod uložené hodnoty se motor odpojí.
7. 7. Způsob podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že se provádí kontinuální nebo periodické porovnávání provozního

   20 stavu s provozními hodnotami, zjištěnými během testovací funkce.
8. 8. Způsob podle alespoň jednoho z nároků 5 až 7, vyznačující se tím, že data provozních stavů se zjišťují a ukládají jako posloupnost digitálních nebo analogových

   7 G, hodnot.
9. 9. Způsob podle alespoň jednoho z nároků 5 až 8, vyznačující se tím, že data provozních stavů se zjišťují a ukládají ve formě jedné nebo více křivek, diagramů nebo „„ tabulek.

   * « »«»· * · « · · · ♦ ·
10. 10. Způsob podle alespoň jednoho z nároků 5 až 9, vyznačující se tím, Se testovací funkce se realizuje pří provozu s nulovou hodnotou čerpacího výkonu.
11. 11. Způsob podle alespoň jednoho z nároků 5 až 10, vyznačující se tím, že zařízení pro detekci poruch se použije pro ochranu chodu na sucho čerpacího zařízení.
12. 12. Způsob podle alespoň jednoho z nároků 5 až 11, vyznačující se tím, že zařízení pro detekci poruch se použije

    -_n pro zajištění čerpacího zařízení proti klesnutí pod předem danou nejmenší hodnotu čerpacího výkonu.
13. 13. Způsob podle alespoň jednoho z nároků 5 až 12, vyznačující se tím, že zařízení pro detekci poruch se použije pro zajištění pracovního stroje proti klesnutí pod předem 15 dané nejmenší zatizeni.