专利名称：离心泵的操作方法
技术领域：
本发明涉及一种由变频电动机驱动的离心泵的操作方法，其中通过监测电量来确定流过泵的微小流量。
这种泵的电动机通常也是由抽取的流体冷却的。因此，必须采取保护措施来防止在没有通流时损坏泵。这种情况可能例如在进流管被堵塞或进流管中的阀被错误地关闭时发生。在这种情况下，驻留在管中的流体可能被加热到沸点，由于温度或压力升高，泵或泵的部件以及邻近的管会被损坏。
通常采用管或容器中的传感器来确定其中是否存在足够的流体。这种传感器借助光学手段来操作，或者是采用机械漂浮物的形式，但是在所有情况下它们都容易发生故障，并需要进行一定的维护。
因此，在已知情况中，采用电流作为电量来确定是否存在着没有通流的情况。这种控制或监测可达到其目的，但仅仅在相对较窄的限定操作范围内可行。
在开篇描述的那种方法中，通过确定电功率并将其与构成电动机频率的函数的控制量相比较，从而解决所述问题。
此方法不再依赖于固定的阈值或极限值，这些阈值或极限值在未被满足时会启动程序而最终使泵的电动机停转。相反，根据电动机的工作频率来动态地修改阈值。通过该方法，以明显更高的精确度检测是否存在通流是可能的，而与电动机是否在其额定工作点运行或者电动机的转速是否偏离额定点无关。因此，本方法特别适合于离心泵，如专利DE19931961A1中公开的，这种泵例如为了调节抽吸速率而在宽的转速范围上工作。本发明基于离心泵的功率消耗随通流的减少而降低这一事实。当在功率/通流图中、以电动机频率作为参数画出这种特性时，可以在相对较小的通流量的范围内得到通流和功率之间的清楚关系。
最好借助在预定参考频率上所用的参考功率来确定控制量。预定参考频率可以从例如泵的数据表中得到。数据表通常表示对于某一特定的参考频率、为了驱动泵而必须消耗的功率，甚至在没有任何通流的情况下也是如此。然而，如果实际的电动机频率与参考频率不同，就不可能直接将电动机功率和参考值相比较。因此，把参考功率转换为实际频率和参考频率的函数，从而可以得到能用于比较的相应的控制量。
控制量最好包括乘积，其中一个因子可以由用户指定。因此，应考虑不同用户要求不同程度地逼近临界条件这一事实。对安全性要求较高的用户会选择相应较高的因子。在该情况下，即使在仍有少量通流存在时，也会指示故障情况和/或启动故障处理程序，并且使电动机停转。更能接受风险的其他用户可以接近电动机的负载极限值，那么实际上只有当完全再也没有任何通流时才会停止电动机。由采用该因子的简单装置来提供选择的自由性。
这里特别优先选择大于1的因子。在此，假定实际功率基本上不会小于电动机理论上的最小功率。因此，指定总是用大于1的因子形成控制量，这就使得有可能总是保持安全性，并且排除用户犯错的可能性。
在一个有利实施例中，在没有流体通过离心泵时，在不同频率下对电动机功率进行至少两次测量，由此确定控制量的基准值。这种方法甚至不依赖于知道额定频率下电动机的额定输出。相反，采用这种方法有可能考虑到其他损耗，例如在给变频电动机馈电的变频器中可能产生的损耗。
在这种情况下，特别优先选择根据以下公式来确定基准值Gfix=Gf2-Gf1·(f2f1)31-(f2f1)3]]>其中，Gfix固定的功率损耗；f1第一频率；f2第二频率；Gf1电动机在频率f1时的电功率；Gf2电动机在频率f2时的电功率。
这种方法从在泵的输出功率中未直接表现出来的效果上考虑了电功率。采用这种功率值使得控制量的确定变得显然更加精确。
控制量最好根据下面的关系式来确定Gx=[(Gf1-Gfix)×(fxf1)3+Gfix]×F]]>其中，fx实际频率Gx控制量F因子其它量如上所述。可以看出所确定的控制量是频率的函数，同时还考虑了不可直接归因于泵的输出功率的电功率(损耗)。
本发明还涉及一种泵装置，它具有离心泵、驱动离心泵的电动机、给电动机馈电的受控变频器、传感器装置以及评估装置。
在这种泵装置中，上述问题是通过以下事实来解决的传感器装置测定用来确定电功率的值，评估装置具有动态极限值形成器，该形成器形成作为电动机频率的函数的控制量。
借助于这种泵装置，有可能用相对简单的装置来监测是否存在通流，而不会在电动机工作频率与参考频率不同时不得不接受较大的不精确性。
离心泵2由电动机5驱动，电动机5最好是感应电动机、如异步电机。电动机5具有来自变频器6的多相电源，在本例中是三相电源。变频器6由直流中间电路7馈电。直流中间电路7可从电力网9通过整流器8获得电功率。但是，原则上也可能提供不同的直流电源、如蓄电池来代替整流器8。
控制装置10采用脉宽调制来控制变频器6。这种向电动机5馈电的具有脉宽调制控制的变频器6的装置已广为人知。
在直流中间电路7中设置了电压传感器11和电流传感器12，图中以箭头表示它们。例如，电压传感器11通过中间电路电容器13测定电压，而电流传感器确定中间电路电阻器14两端的电压降。中间电路电流I和中间电路电压U馈送给功率确定装置15，装置15由电压U和电流I确定电动机5的电驱动功率。实际上，由于以此方式确定的功率还包括变频器6和电动机5的功率损耗，因此所确定功率稍微大了一些。
图中所示的装置只是示意性形式。确定功率的其它可能方案当然也是可行的。
设置开关S，以便在功率确定装置15连接到触点b的图示操作与功率确定装置15连接到触点a的测试操作之间进行切换。切换是在控制单元16的控制下进行的。
开关S的触点b与比较器17的正输入端+相连接，比较器17的输出端与控制单元16相连接。比较器17的负输入端-与动态极限值形成器18相连接，其工作模式在下文中介绍。控制单元16又与控制装置10相连接，可以向控制装置10传送至少两种操作信号，这两种信号由“测试”和“停止”来示意地表示。
控制装置10的输出端把电动机频率f电动机传给动态极限值形成器18。此外，动态极限值形成器18还具有输入端，用户可通过此输入端输入因子F。在这里没有详细表示为此所需的输入装置。
动态极限值形成器18还与计算装置19相连接，而计算装置19又与开关S的触点a相连接。计算装置19还具有输入端，在此输入端中有可能输入两种不同的频率值f1，f2，由两个箭头表示。
元件15到19及开关S形成评估装置。
在第一次投入运行之前，泵装置1被设置在测试模式，其中开关S将功率确定装置15与触点a连接。阀4闭合，使得泵2在没有通流的情况下工作。然后以第一频率f1驱动电动机5，接着以第二频率f2驱动电动机。在两种情况下，操作都只持续了较短的时间，因此不会发生热过载。
用户还可以自由地将因子F输入到动态极限值形成器18中。如果不这样做的话，可以采用预先指定的因子F，例如1.2。
在两个频率f1和f2下进行两次测试期间，可以确定两个功率，即在频率f1的Gf1和在频率f2的Gf2。在纵坐标为功率的功率/通流图中，Gf1和Gf2对应于纵坐标上的截距。然后，从这两个电功率中可确定Gfix值，它不仅反映了定子、转子和变频器中的功率损耗，而且基本包括了所有寄生功率损耗影响和不直接影响泵2的驱动功率的功率损耗。
该功率Gfix可以根据下面的公式来确定Gfix=Gf2-Gf1·(f2f1)31-(f2f1)3]]>此公式表明功率Gfix取决于两频率之比的三次方。因此，最好在两种频率间选择足够的间隔，例如使频率f1为频率f2的两倍。
一旦已进行了测试，就切换开关S，然后可用Gfix值来确定动态控制量Gx，它可由以下公式得出Gx=[(Gf1-Gfix)×(fxf1)3+Gfix]×F]]>因此，对于每一种电动机频率，确定控制量，并且在比较器17中将该控制量与电动机的实际驱动功率Pact相比较。如果发现功率Pact小于动态控制量Gx，则推断泵在无负载地工作，也就是说，泵装置1在没有通流的情况下工作，或者至少是通流太小。在这种情况下，控制单元16产生“停止”信号，通过此信号使控制装置10停止工作、因此变频器6也停止工作。
如果在多次连续扫描的过程中确定通流太小，则因子F应该稍微地降低一些以便允许进一步的操作。但是，由于过量地降低因子F会妨碍故障的检测，因此在这种情况下还需要一定的辨别度。
图2示出修改的实施例，其中相同的部件采用了相同的参考标号。相对应的部件的参考标号上加了撇号。
在此实施例中，不必要在两种不同的频率下进行试运行。而是对于特定频率f1，为功率指定Gf1值。例如可以从离心泵2的数据表中获取这两个值。把这两个值f1、Gf1都输入到动态极限值形成器18’和计算装置19’中。在测试中，则只需要进行一次试运行；运行是在实际上可按照需要来选择、但必须与频率f1不同的频率f2下进行的。其他过程与参照
图1所描述的相同。
在未以图示形式示出的实施例中，评估装置完全自动地确定基准值和控制量。测试频率f1和f2在制造时就存储在评估装置中，一旦阀闭合且输入了因子，测试模式就自动地进行。
本发明基于电动机频率f。但是，对于异步电动机来说，由于电动机频率和电动机转速n之间存在已知的关系n=f·60P(1-S)]]>(P极数；S转差率)，因此控制量也可以构成转速的函数。
权利要求
1.一种由变频电动机驱动的离心泵的操作方法，其中通过监测电量来确定通过所述泵的非常小的流量，其特征在于确定电功率，并将其与构成所述电动机频率的函数的控制量相比较。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于借助于在预定的参考频率下所用的参考功率确定所述控制量。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述控制量包括乘积，其中一个因子可由用户指定。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所选择的所述因子比1大。
5.如权利要求1到4中任何一项所述的方法，其特征在于在没有流体通过所述离心泵的情况下，在不同频率对电动机功率进行至少两次测量，并且从中确定所述控制量的基准值。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述基准值是根据以下公式来确定的Gfix=Gf2-Gf1·(f2f1)31-(f2f1)3]]>其中，Gfix固定的功率损耗；f1第一频率；f2第二频率；Gf1电动机在频率为f1时的电功率；Gf2电动机在频率为f2时的电功率。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述控制量是根据以下关系式来确定的Gx=[(Gf1-Gfix)×(fxf1)3+Gfix]×F]]>其中fx实际频率；Gx控制量；F因子；以及其它量如上所述。
8.一种泵装置，它具有离心泵、驱动所述离心泵的电动机、给所述电动机馈电的受控变频器、传感器装置以及评估装置，其特征在于所述传感器装置测定用来确定电功率的各值，以及所述评估装置具有动态极限值形成器，该形成器形成作为电动机频率的函数的控制量。
全文摘要
描述一种由变频电动机(5)驱动的离心泵(2)的操作方法,其中通过监测电量来确定通过泵(2)的极小流量。还描述了泵装置(1),它具有离心泵(2)、驱动离心泵(2)的电动机(5)、给电动机(5)馈电的受控变频器(6)、传感器装置(12、13)以及评估装置(15－19)。需要通过简单装置来检测没有通流存在的情况。为此,确定电功率并将其与作为电动机(5)频率的函数的控制量相比较。传感器装置测定用来确定电功率的值,评估装置具有动态极限值形成器(18),该形成器形成作为电动机(5)频率的函数的控制量。
文档编号F04D15/00GK1379541SQ0210853
公开日2002年11月13日 申请日期2002年3月28日 优先权日2001年4月2日
发明者E·S·莫勒 申请人:丹福斯驱动器公司