DE3824057A1 - Method for regulating the operation of pumps - Google Patents

Method for regulating the operation of pumps

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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0066—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by changing the speed, e.g. of the driving engine

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Abstract

The invention relates to a method for regulating the operation of pumps on one line of locations from a family of lines of locations which are composed of operating points relating to the delivery head above the delivered stream and is intended to make it possible to completely dispense with the special sensors which require a larger or smaller outlay, are prone to disturbance and expensive and are used during regulation in line with a constant or a guided delivery head on or in the pump or in the delivered medium to determine values which can be utilised for the purposes of regulation. It is proposed according to the invention that measurements be taken not by special sensors, either in the delivered medium or in or on the pump or on the motor, but that measurements be solely taken from the supply of electric power, i.e. from the mains supply to the motor, in order to determine a parameter from them which matches the line of locations from the delivery head above the delivered flow and adjusts an actuator such as a phase control system, a frequency convertor or the like for adjusting the rotating speed of the pump and/or the pump motor in such a way that the actual line of locations determined in this manner matches the desired line of locations.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Betriebes von Pumpen auf einer Ortslinie aus einer Schar von Ortslinien, die aus Betriebspunkten der Förderhöhe über dem Förderstrom bestehen.The invention relates to a method for controlling the Operation of pumps on a local line from a coulter of local lines, the operating points of the head exist over the flow.

Es ist bekannt, elektromotorisch angetriebene Pumpen, insbesondere in Heizungssystemen, in der Weise zu betreiben, daß nach Messung einer Druckdifferenz an der Pumpe oder einer anderen geeigneten Stelle der Betrieb auf eine Konstante oder auch geführte Druckdifferenz geregelt wird oder daß nach Messung der Pumpendrehzahl und der Strom­ aufnahme des Motors ein Wert für die Ist-Förderhöhe ermittelt und damit nach der Förderhöhe geregelt wird. In allen Fällen werden bei der Regelung auf Konstante oder geführte Förderhöhe an oder in der Pumpe oder im Förder­ medium zur Ermittlung von für die Regelung verwertbarer Werte besondere mehr oder weniger aufwendige, störanfäl­ lige und teure Sensoren verwendet.It is known to use electric motor driven pumps, especially in heating systems to operate in the way that after measuring a pressure difference on the pump or another suitable place of operation on a Constant or guided pressure difference is regulated or that after measuring the pump speed and current motor intake a value for the actual head determined and thus regulated according to the amount of funding. In all cases, the regulation is constant or guided delivery head on or in the pump or in the delivery medium for determining usable for the control Values particularly more or less complex, prone to failure only expensive sensors are used.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, diese Sensoren völlig in Fortfall kommen lassen zu können.The object of the invention is to solve this problem To be able to let sensors completely fail.

Erfindungsgemäß wird dazu bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, weder im Fördermedium noch in oder an der Pumpe oder am Motor Meßgrößen mittels besonderer Sensoren, sondern lediglich Meßwerte von der elektrischen Stromzuführung also der Netzzuleitung zum Motor abzunehmen, daraus einen Parameter zu ermitteln der der Ortslinie aus der Förderhöhe über dem Förderstrom entspricht und ein Stellglied wie Phasenanschnittssteu­ erung, Frequenzumrichter oder dergl. zur Drehzahlverstel­ lung der Pumpe bzw. des Pumpenmotors in der Weise zu verstellen, daß die so ermittelte Ist-Ortslinie mit der Soll-Ortslinie übereinstimmt.According to the invention, this is the case in one method suggested type, neither in the medium nor in or on the pump or on the motor special sensors, but only measured values from the  electrical power supply so the power supply to Motor, to determine a parameter from it the local line from the head above the flow corresponds and an actuator like leading edge control tion, frequency converter or the like for speed adjustment tion of the pump or the pump motor in such a way adjust that the actual local line determined in this way with the Target local line matches.

Die Meßwerte, die von der elektrischen Stromzuführung zum Pumpenmotor genommen werden, sollen der Strom, die Wirk­ leistung und die Frequenz im Bereich Null bis Netzfrequenz z.B. 50 Hz, die durch den Schlupf des Motors als Störung entsteht sein und/oder andere Frequenzen, die sich als Linearkombination von dieser und der Netzfrequenz ergeben.The measured values from the electrical power supply to the Pump motor should be taken, the current, the active power and the frequency in the range from zero to mains frequency e.g. 50 Hz caused by the engine slip as a disturbance arises and / or other frequencies that turn out to be Linear combination of this and the mains frequency result.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der elektrische Strom in kurzen Zeitabständen mehrmals pro Periode gemessen. Mindestens sollen bei etwa stationärem Betrieb mehrere Stromwerte über eine Periode durch geeig­ nete Mittelwertbildung über mehrere Perioden hinweg möglichst genau gemessen werden.To carry out the method according to the invention the electrical current in short time intervals several times per Period measured. At least should be about stationary Operation of several current values over a period by suitable averaging over several periods be measured as accurately as possible.

Aus diesen Stromwerten und der Messung der elektrischen Spannung mindestens bei der Annahme eines sinusförmigen Spannungsverlaufs durch Messung der max. oder effektiven Spannung und des Nulldurchgangs mit der Phasenlage zu den Stromwerten, wird die Wirkleistung ermittelt, also die vom Motor effektiv aufgenommene Leistung. Als unabhängige Meß­ größe wird eine Frequenz ermittelt. Dazu wird eine Fre­ quenzanalyse im Bereich 0 Hz bis 50 Hz vorgenommen. Das Frequenzspektrum wird bewichtet, um die Meßfehler bei dieser Frequenzanalyse auszugleichen. Schließlich wird die Frequenz mit der größten Amplitude (genau: die Mittenfrequenz eines resonanzartigen Amplitude-über-Frequenz-Verlaufs) ermittelt.From these current values and the measurement of the electrical Voltage at least assuming a sinusoidal Voltage curve by measuring the max. or effective Voltage and the zero crossing with the phase position to the  Current values, the active power is determined, i.e. that of Motor effectively absorbed power. As an independent measurement a frequency is determined. A Fre frequency analysis in the range 0 Hz to 50 Hz. The Frequency spectrum is weighted to the measurement errors in this Balance frequency analysis. Eventually the frequency with the greatest amplitude (exactly: the center frequency of a resonance-like amplitude-over-frequency curve) determined.

Aus dieser Signalfrequenz kann der prozentuale Schlupf des Motors ermittelt werden. Für Kurzschlußläufer gilt:The percentage slip of the Motors can be determined. The following applies to short-circuit runners:

Diese Methode ermöglicht eindeutige Schlupf-Messungen zwischen 0% und ca. 40% (entsprechend 100% bis ca. 60% Drehzahl) mit der Frequenzanalyse in einer Phase bei Dreh­ strommotoren oder der einphasigen Netzzuleitung bei Wechsel­ strommotoren; für größeren Schlupf kann bei Drehstrommo­ toren in mehreren Phasen der Strom für die Frequenzanalyse gemessen werden bzw. bei Wechselstrommotoren zusätzlich der Strom in die Kompensationswicklung, falls dieser Schlupf­ bereich überhaupt noch interessiert.This method enables clear slip measurements between 0% and approx. 40% (corresponding to 100% to approx. 60% Speed) with frequency analysis in one phase during rotation electric motors or the single-phase mains lead when changing electric motors; for greater slip with three-phase current in several phases of electricity for frequency analysis be measured or, in the case of AC motors, additionally the Current in the compensation winding if this slip still interested in the area.

Die Ursache für diese Signalfrequenz liegt in der Rückwir­ kung des Rotors auf die Statorwicklung. Macht der Rotor eine Umdrehung gegenüber dem umlaufenden Feld an Schlupf, so wird dabei zweimal ein maximales Gegenfeld mit entsprechen­ der Stromreduktion aufgebaut.The reason for this signal frequency lies in the feedback the rotor on the stator winding. Power the rotor  one turn in relation to the rotating field of slip, thus a maximum opposing field will correspond twice of electricity reduction.

Die Ermittlung von Wirkleistung und Schlupf ermöglicht die Regelung des Pumpenbetriebes auf einer Ortslinie, die nach­ folgend mit Bezug auf die beiliegenden Diagramme beschrieben werden soll. Für den zumeist interessierenden Betriebsbe­ reich bei nicht zu flacher Rohrnetzkennlinie wird so eine Regelung auf konstante oder mit steigendem Förderstrom eventuell leicht erhöhte Förderhöhe möglich.The determination of active power and slip enables Regulation of pump operation on a local line, according to described below with reference to the accompanying diagrams shall be. For the mostly interesting company one that is rich if the pipe network characteristic is not too flat Regulation to constant or with increasing flow possibly slightly higher delivery head possible.

Als Ortslinie wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine besonders festgelegte Menge von Betriebspunkten als Funktion von Wirkleistung und Schlupf bezeichnet.As a local line is within the scope of the present invention Specified set of operating points as a function of active power and slip.

  • 1. Der Punkt mit minimaler Leistungsaufnahme bei konstantem Schlupf entsteht bei steilster Rohrkennlinie ohne oder nahezu ohne Wasserdurchsatz und gibt diese Nullförderhöhe an.1. The point with minimal power consumption at constant Slip occurs with the steepest pipe characteristic without or almost without water flow and gives this zero head at.
  • 2. Der Punkt mit maximaler Leistungsaufnahme bei konstan­ tem Schlupf zeigt auf den maximalen Förderstrom bei diesem Schlupf, bis zu dem noch ein Betrieb mit nahezu konstanter Förderhöhe möglich ist.2. The point with maximum power consumption at constant The slip indicates the maximum flow this slip, up to which an operation with almost constant delivery head is possible.
  • 3. Aus dem Anstieg der Leistungsaufnahme bei konstantem Schlupf wird ein Wert für den relativen Förderstrom bezogen auf den vorg. maximalen Förderstrom (s. 2.) abgeleitet (z.B. durch Dreisatz). Daraus läßt sich über die Annahme einer typischen quadratischen Pumpenkenn­ linie (Maximum bei Nullförderhöhe nach 1. und abgefallen auf Nullförderhöhe/√ im Punkt maximalen Förderstromes gemäß 2.) der Sollschlupf errechnen, der das Einhalten der relativen Förderhöhe (entsprechend der Nullförderhöhe nach 1.) erreichen läßt.
    Das Stellglied "Drehzahlsteller" wird nun solange ver­ stellt, bis der Ist-Schlupf mit dem Soll-Schlupf überein­ stimmt. Hierbei ist in der iterativen Berechnung berück­ sichtigt, daß der veränderte Ist-Schlupf eine neue mini­ male Leistungsaufnahme (1) und eine Neuberechung von relativem Förderstrom und Sollschlupf zur Folge hat (siehe 3. Abs. 1).
    Der Einfluß des ermittelten relativen Förderstromes auf die Berechnung des Soll-Schlupfes entscheidet über die Förderhöhe als Funktion über den Förderstrom.    3. From the increase in power consumption with constant slip, a value for the relative flow rate is based on the previous. maximum flow (see 2.) derived (for example, by three sets). From the assumption of a typical quadratic pump characteristic curve (maximum at zero delivery head after 1st and dropped to zero delivery head / √ in the point of maximum delivery flow according to 2nd) the target slip, which adheres to the relative delivery head (corresponding to the zero delivery head after 1st) can be achieved.
    The "speed controller" actuator is now adjusted until the actual slip matches the target slip. It is taken into account in the iterative calculation that the changed actual slip results in a new minimum power consumption (1) and a recalculation of the relative flow rate and the desired slip (see 3rd paragraph 1).
    The influence of the determined relative flow rate on the calculation of the target slip decides on the head as a function of the flow rate.
  • 4. Überschreitet der Förderstrom bei konstantem Schlupf den Förderstrom mit max. Leistungsaufnahme (2), so ist eine Regelung auf konstante Förderhöhe mit der hier beschriebenen Methode nicht mehr möglich.4. Exceeds the flow rate with constant slip the flow rate with max. Power consumption (2), so is regulation at constant delivery head with the here described method is no longer possible.

Da nach 1. und 3. das Systemverhalten bei gemessenem Schlupf und Leistungsaufnahme festliegt, ergibt sich näherungsweise eine Regelung auf konstanten Förderstrom in diesem Betriebsbereich.Since after 1 and 3 the system behavior with measured Slip and power consumption is determined approximately a control to constant flow in this operating area.

Claims (4)

1. Verfahren zur Regelung des Betriebes von Pumpen auf einer Ortslinie aus einer Schar von Ortslinien im Förderhöhe-Förderstrom-Diagramm, dadurch gekennzeichnet, daß allein von der elektrischen Stromzufuhr zum Antriebs­ motor der Pumpe Meßwerte genommen werden, daß daraus ein Parameter ermittelt wird, der der Ortslinie entspricht und daß ein Stellglied zur Drehzahlverstellung der Pumpe bzw. des Pumpenmotors in der Weise verstellt wird, daß die so ermittelte Ist-Ortslinie mit der Soll-Ortslinie übereinstimmt. 1. A method for controlling the operation of pumps on a local line from a family of local lines in the head-flow diagram, characterized in that measured values are taken solely from the electrical power supply to the drive motor of the pump that a parameter is determined from it corresponds to the local line and that an actuator for adjusting the speed of the pump or the pump motor is adjusted in such a way that the actual local line determined in this way corresponds to the target local line. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte von der elektrischen Stromzufuhr (vom Netz zum Motor) der Strom, die Wirkleistung sowie eine Frequenz im Bereich von Null bis zur Netzfrequenz oder darüber sind.2. The method according to claim 1, characterized in that that the measured values from the electrical power supply (from Network to the motor) the current, the active power and a Frequency in the range from zero to the mains frequency or are about it. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwert die durch den Schlupf des Motors als Störung entstehende Frequenz dient.3. The method according to claim 2, characterized in that as a measured value by the slip of the engine as Interference arising frequency serves. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied eine Phasenanschnittssteuerung oder ein Frequenzumrichter ist.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the actuator is a phase control or is a frequency converter.
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