WO2006029608A1 - Verfahren für eine keilriemenfehlfunktionserkennung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for a V-belt malfunction detection such as a V-belt crack, a V-belt skid, a rotor blockage or the like in inverter-driven asynchronous motors for driving rotary heat exchangers.
- Output shaft takes place and from there further on a wedge or toothed belt, a chain or the like rotating, belt-like drive elements on the rotor of the rotary heat exchanger whose maximum diameter is regularly looped around for a further speed reduction of, for example, the V-belt.
- Rotary heat exchanger for the drive in conjunction with the said gear ratios is no significant, additional burden.
- the rotation of the rotor sensors are therefore generally used, which are also known and proven in various embodiments.
- Inductive, capacitive and magnetic systems are used, which all have in common that they must be cabled to a central control station. Accordingly, the monitoring is uncertain, since in case of cable break, failure of one or more sensors u.a. the feedback from the rotary heat exchanger to a central station can be faulty and thus not sure.
- the object of the invention is to provide a method for such a malfunction detection that, without an immediate monitoring, for example by sensors, enables the rotation of the rotor of a rotary heat exchanger to be detected.
- the method according to the invention makes use of the fact that the speed of an asynchronous motor with increasing load up to the vicinity of the overturning moment, the maximum torque that can reach a nominal frequency and rated voltage operated alternator with slow increase in load, initially only very little decreases. It is therefore in an idle case, synonymous with a detached or cracked V-belt, the asynchronous motor start up at a start to its setpoint speed without reaching or exceeding the overturning moment. The motor is operated very far in the field weakening range, in which the power consumption is very low.
- the error detection can be improved if after determining that the V-belt does not transmit forces to the rotor, the test sequence is repeated immediately below and the error message is issued after a second detection of the error. It can be held on the test parameters or, if desired, these can be varied again.
- the monitoring of whether the overturning moment is achieved or not is expediently carried out by a current measurements, which preferably takes place with high accuracy on a shunt resistor, wherein the measurement of two phases will normally be sufficient from which two measurements then the current of the third phase is calculated.
- the current to be given in the test sequence under test parameters will also depend to a great extent on these.
- a typical value is half of the rated current.
- the Blockadestromwert is empirical, as typical plant to determine.
- Asynchronous motor which drives a rotor of a rotary heat exchanger via a transmission and a V-belt, achieved by a control that makes a periodic Umparametritation the inverter for starting the induction motor, and by a measuring device for measuring the current absorbed by the asynchronous motor, by an evaluation device , which concludes from the measurement of the current on the overturning moment and determines whether the belt transmits no forces to the rotor, unless the overturning moment is reached or exceeded, or determines whether the rotor of the rotary heat exchanger is driven by the V-belt, if the overturning moment exceeded becomes. It is further provided that the measuring device measures the current of two phases and that the evaluation device calculates the current of the third phase.
- Figure 1 the control of an asynchronous motor
- FIG. 2 a flow chart of a preferred test sequence.
- the actual power supply of an asynchronous motor 1 takes place in one or three phases from a network 2 via a filter module 3 and a mains choke 4 towards a charging circuit 5.
- a rectifier 6 is supplied i.a. the voltage for a switching power supply 7 for the power supply of the entire periphery.
- a parameterizable converter 8 then controls the asynchronous motor 1 via a filter 9, which essentially corresponds to the conventional operation of an asynchronous motor 1.
- a current measurement by means of a measuring device 10 in particular only two phases. If appropriate, a third phase can be calculated by an evaluation device 11 from the current measurement of the other two phases.
- the current measurement itself is preferably carried out on a shunt resistor, a shunt, and can be highly accurate.
- the measured value detection or evaluation device 11 is connected to a motor and application controller 12 in connection, is periodically parameterized by the inverter 8 for a start of the asynchronous motor 1 via a modulation 13 and driver stage 14, so that the asynchronous motor 1 makes a start under load.
- this or the engine and application controller 12 can recognize as an evaluation device, whether at the start of the V-belt no longer transfers forces to the rotor, in which it is determined that the overturning moment is not reached or exceeded , If this overturning moment is exceeded, it is clear that the rotor of the rotary heat exchanger continues to be correctly driven via the V-belt.
- the starting point is a normal operating state 17.
- the engine speed is down-regulated, preferably until engine standstill 18.
- Umparametri für 19 follows the test parameters and a test start 20 under these test parameters.
- a setpoint speed occurs with or without reaching or exceeding the overturning moment, for example by a current query 21. If it is determined that a predetermined current value, for example half of the rated current, is not reached or exceeded, a repetition 22 occurs this test sequence causes. The engine is stopped again and the test parameters are set, which can be the same or changed.
- a new test start 26 is carried out to a predetermined, defined speed. If this speed is reached, another current query 27, whether a blockade current is exceeded or fallen below. If this is not the case, the engine speed is reduced again, preferably until engine standstill 28 and is then returned to the normal operating state 17. If the blockade current is exceeded, an error message 29 occurs that the rotor is blocked.
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Abstract
Bei einem Verfahren für eine Keilriemenfehlfunktionserkennung bei einem unter Standartparametern umrichterbetriebenen Asynchronmotor (1) zum Antrieb eines Rotationswärmetauschers erfolgt eine periodische Umparametrierung auf Testparameter des Umrichters (8) für einen Anlauf des Asynchronmotors (1) auf eine Solldrehzahl, eine Überwachung des Kippmomentes und eine Feststellung, dass der Keilriemen keine Kräfte auf den Rotor überträgt, sofern das Kippmoment nicht erreicht wird oder eine Feststellung, dass über den Keilriemen der Rotor des Rotationswärmetauschers angetrieben wird, sofern das Kippmoment überschritten wird.
Description
Verfahren für eine Keilriemenfehlfunktionserkennung
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Keilriemenfehlfunktionserkennung wie ein Keilriemenriss, ein Abspringen des Keilriemens, eine Rotorblockade oder dergleichen bei umrichterbetriebenen Asynchronmotoren zum Antrieb von Rotationswärmetauschern.
Für die Steuerung umrichterbetriebener Asynchronmotoren, bei denen die Drehzahl eines Läufers geringer ist als die Drehzahl des antreibenden Drehfeldes, sind eine Vielzahl von Regelungen bekannt und bewährt. Solche Asynchronmotoren werden regelmäßig auch zum Antrieb von Rotationswärmetauschern herangezogen, wobei eine Kraftübertragung von dem Asynchronmotor zumeist über ein drehzahlreduzierendes Getriebe zunächst auf eine
Abtriebswelle erfolgt und von dort weiter über einen Keil- oder Zahnriemen, eine Kette oder dergleichen umlaufende, bandartige Antriebselemente auf den Rotor des Rotationswärmetauschers, dessen maximaler Durchmesser regelmäßig für eine weitere Drehzahlreduzierung von bspw. dem Keilriemen umschlungen wird.
Da derartige Rotationswärmetauscher in beispielsweise Klimaanlagen regelmäßig fernab von zentralen Überwachungsstellen Verwendung finden, muss die
Kraftübertragung über den Keilriemen gesondert überwacht werden. Als typische Fehlfunktionen sind hier neben einer Rotorblockade insbesondere das Abspringen des Keilriemens und ein Keilriemenriss zu nennen. Dabei stellt sich das Problem, dass selbst bei vektorgeregelten Frequenzumrichtern, die über eine präzise Phasenstrommessung und Auswertung verfügen, der
gemessene Stromunterschied, insbesondere der des Wirkstromanteils, zwischen einem Leerlauf, gleichbedeutend mit einem Keilriemenriss oder einem abgesprungenen Keilriemen, und einem Belastungsfall bei normalen Betriebszuständen nicht ausreichend ist für eine sichere
Erkennung der Keilriemenfehlfunktion. Begründet liegt dies darin, dass die Belastung durch den Rotor des
Rotationswärmetauschers für den Antrieb in Verbindung mit den genannten Getriebeübersetzungen keine signifikante, zusätzliche Belastung darstellt.
Für die Überwachung des Rotierens des Rotors werden daher in der Regel Sensoren verwendet, die gleichfalls in vielfältigen Ausführungsformen bekannt und bewährt sind. Zum Einsatz kommen induktiv, kapazitiv und magnetisch arbeitende Systeme, denen allen gemeinsam ist, dass sie mit einer zentralen Leitstelle verkabelt werden müssen. Entsprechend unsicher ist die Überwachung, da bei Kabelbruch, Ausfall eines oder mehrerer Sensoren u.a. die Rückmeldung von dem Rotationswärmetauscher zu einer Zentrale fehlerhaft sein kann und damit nicht sicher ist.
Vor diesem technischen Hintergrund macht die Erfindung es sich zur Aufgabe, ein Verfahren für eine derartige Fehlfunktionserkennung zur Verfügung zu stellen, dass ohne eine unmittelbare Überwachung beispielsweise durch Sensoren ein Erkennen der Rotation des Rotors eines Rotationswärmetauschers ermöglicht.
Gelöst wird diese technische Problematik gemäß des Verfahrens nach Anspruch 1 für eine Keilriemenfehlfunktionserkennung bei einem unter Standardparametern umrichterbetriebenen Asynchronmotor zum Antrieb eines Rotationswärmetauschers durch die Verfahrensschritte der periodischen Umparametrierung auf Testparameter des Umrichters für einen
Anlaufs des Asynchronmotors auf eine Solldrehzahl, der Überwachung des Kippmomentes desselben und der Feststellung, dass der Keilriemen keine Kräfte auf den Rotor überträgt, sofern das Kippmoment nicht erreicht wird oder der Feststellung, dass über den Keilriemen der Rotor des Rotationswärmetauschers angetrieben wird, sofern das Kippmoment überschritten wird.
Es wird während des normalen Betriebs unter Standardparametern, kurzzeitig, der Antrieb des
Rotationswärmetauschers heruntergefahren, vorzugsweise bis zum Stillstand des Rotors, und erfolgt anschließend ein erneuter Anlauf des Asynchronmotors unter vorgebbaren Testparametern, welcher Anlauf überwacht wird.
Das Verfahren nach der Erfindung macht sich dabei zu nutze, dass die Drehzahl eines Asynchronmotors mit zunehmender Belastung bis in die Nähe des Kippmoments, dem maximalen Drehmoment, dass eine mit Nennfrequenz und Nennspannung betriebene Wechselstrommaschine bei langsamer Steigerung der Belastung erreichen kann, zunächst nur sehr wenig abnimmt. Es wird deshalb in einem Leerlauffall, gleichbedeutend mit einem abgesprungenen oder gerissenen Keilriemen, der Asynchronmotor bei einem Anlauf auf seine Sollwertdrehzahl ohne Erreichen oder Überschreiten des Kippmoments hochfahren. Dabei wird der Motor sehr weit im Feldschwächebereich betrieben, bei dem die Stromaufnahme sehr gering ist.
In einem Belastungsfall, wenn über den Keilriemen der Rotor des Rotationswärmetauschers angetrieben wird, steigt der Strom erheblich an und wird das Kippmoment erreicht bzw. überschritten, einhergehend mit einem Drehmomentabfall und einer Verringerung der Drehzahl. In einem solchen Fall wird festgestellt, dass der Keilriemen korrekt sitzt.
Es versteht sich, dass bei der Feststellung, dass über den Keilriemen keine Kräfte mehr auf den Rotor übertragen werden, sofort eine Fehlermeldung ergeht und der Asynchronmotor abgeschaltet wird.
Die Fehlererkennung kann verbessert werden, wenn nach der Feststellung, dass der Keilriemen keine Kräfte auf den Rotor überträgt, die Testsequenz unmittelbar nachfolgend wiederholt wird und die Fehlermeldung erst nach einem zweiten Erkennen des Fehlers abgesetzt wird. Dabei kann an den Testparametern festgehalten werden oder können, sofern gewünscht, diese nochmals variiert werden.
Die Überwachung, ob das Kippmoment erreicht wird oder nicht, erfolgt zweckmäßigerweise durch eine Strommessungen, die bevorzugt hochgenau an einem Nebenwiderstand erfolgt, wobei das Vermessen zweier Phasen im Regelfall ausreichend sein wird, aus welchen zwei Messungen dann der Strom der dritten Phase berechnet wird.
Solches ist relativ unproblematisch möglich, da der Strom der zur Anwendung kommenden Asynchronmotoren zwischen 8 A und 10 A liegt und ein Kurzschlussstrom regelmäßig nicht auftritt.
Auch wenn die periodische Umparametrierung des Umrichters im Abstand von einigen Minuten erfolgt, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn ein Testanlauf des Asynchronmotors auch manuell auslösbar ist, beispielsweise wenn Unregelmäßigkeiten vermutet werden.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist es darüber in einfacher Weise möglich, eine Rotorblockade festzustellen. Hierzu wird nach einer erfolgreich verlaufenen Testsequenz mit der Feststellung, dass der Keilriemen eine Kraft
überträgt, der normale Betrieb nicht wieder aufgenommen, sondern erfolgt nach einem Anlauf mit vorgegebenen Testparametern nach Erreichen der Solldrehzahl eine Strommessung, wird bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes der Motor abgestoppt, erfolgt ein Hochlauf auf eine Solldrehzahl mit der Standardparametrierung, erfolgt bei Erreichen einer Solldrehzahl eine Strommessung und ergeht bei Überschreiten eines vorgegebenen Blockadestromwertes eine Fehlermeldung einer Rotorblockade oder wird bei Unterschreiten des Blockadestromwertes der Motor abgestoppt und erst dann der normale Betrieb wieder aufgenommen.
Der vorzugebende Strom in der Testsequenz unter Testparametern wird in einem hohen Maß von diesen auch abhängen. Ein typischer Wert liegt bei der Hälfte des Nennstroms. Der Blockadestromwert ist empirisch, da anlagetypisch, zu ermitteln.
Entsprechend wird die eingangs erläuterte technische Problematik auch von einem umrichterbetriebenen
Asynchronmotor, der über ein Getriebe und einen Keilriemen einen Rotor eines Rotationswärmetauscher antreibt, durch eine Regelung gelöst, die eine periodische Umparametrierung des Umrichters für einen Anlaufs des Asynchronmotors vornimmt, und durch eine Messvorrichtung für eine Messung des von dem Asynchronmotor aufgenommenen Stroms, durch eine Auswertevorrichtung, die aus der Messung des Stroms auf das Kippmoment schließt und feststellt, ob der Keilriemen keine Kräfte auf den Rotor überträgt, sofern das Kippmoment nicht erreicht oder überschritten wird oder feststellt, ob über den Keilriemen der Rotor des Rotationswärmetauschers angetrieben wird, sofern das Kippmoment überschritten wird.
Dabei ist weiter vorgesehen, dass die Messvorrichtung den Strom zweier Phasen misst und dass die Auswertevorrichtung den Strom der dritten Phase berechnet.
Naturgemäß wird in dem Fall, wenn der Keilriemen keine Kräfte auf den Rotor überträgt, solches einer zentralen Überwachung gemeldet werden.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Figur 1: die Ansteuerung eines Asynchronmotors und
Figur 2: ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Testsequenz.
Wie Fig. 1 zeigt, erfolgt die eigentliche Stromversorgung eines Asynchronmotors 1 ein- oder dreiphasig aus einem Netz 2 über ein Filtermodul 3 und eine Netzdrossel 4 hin zu einer Ladeschaltung 5. Weiter liefert ein Gleichrichter 6 u.a. die Spannung für ein Schaltnetzteil 7 für die Stromversorgung der gesamten Peripherie. Ein parametrisierbarer Umrichter 8 steuert dann über einen Filter 9 den Asynchronmotor 1 an, was im wesentlichen dem herkömmlichen Betrieb eines Asynchronmotors 1 entspricht.
Zwischen dem Umrichter 8 und dem Filter 9 erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel eine Strommessung mittels einer Messvorrichtung 10, insbesondere lediglich zweier Phasen. Eine dritte Phase kann gegebenenfalls durch eine Auswertevorrichtung 11 aus der Strommessung der beiden anderen Phasen berechnet werden. Die Strommessung selbst erfolgt bevorzugt an einem Nebenwiderstand, einem Shunt, und kann hochgenau erfolgen.
Die Messwerteerfassung oder Auswertevorrichtung 11 steht mit einem Motor- und Applikationsregler 12 in Verbindung, durch den periodisch der Umrichter 8 für einen Anlauf des Asynchronmotors 1 über eine Modulations- 13 und Treiberstufe 14 parametrisiert wird, so dass der Asynchronmotor 1 einen Anlauf unter Last vornimmt. Durch Rückmeldung über die Messvorrichtung 10 und die Messewerteerfassung 11 kann diese oder der Motor- und Applikationsregler 12 als Auswertevorrichtung erkennen, ob bei dem Anlauf der Keilriemen keine Kräfte mehr auf den Rotor überträgt, in dem festgestellt wird, dass das Kippmoment nicht erreicht oder überschritten wird. Sofern dieses Kippmoment überschritten wird, steht fest, dass über den Keilriemen der Rotor des Rotationswärmetauschers weiterhin korrekt angetrieben wird.
Für eine entsprechende Anzeige einer Fehlermeldung oder eine Datenspeicherung stehen entsprechende Displays 15 oder andere Massenspeicher zur Verfügung.
Für die Programmierung der Auswertevorrichtung 12 ist eine
Eingabe- und Ausgabeeinheit 16 letztlich vorgesehen, mit der u.a. eine manuelle Auslösung eines Testanlaufes auch ausgelöst werden kann.
Eine bevorzugte TestSequenz zur Erkennung eines Keilriemenrisses oder dergleichen und/oder einer Rotorblockade bei einem Rotationswärmetauscher wird anhand des Ablaufdiagramms gemäß Figur 2 weiter erläutert.
Ausgegangen wird von einem normalen Betriebszustand 17. Mit Beginn der Testsequenz wird die Motordrehzahl herabgeregelt, bevorzugt bis zum Motorstillstand 18. Es folgt die ümparametrierung 19 auf die Testparameter und unter diesen Testparametern ein Testanlauf 20.
Bei diesem Testanlauf wird überwacht, ob eine Sollwertdrehzahl mit oder ohne Erreichen bzw. Überschreiten des Kippmomentes erfolgt, beispielsweise durch eine Stromabfrage 21. Wird festgestellt, dass ein vorgegebener Stromwert, beispielsweise die Hälfte des Nennstroms, nicht erreicht oder überschritten wird, wird eine Wiederholung 22 dieser Testsequenz veranlasst. Es wird erneut der Motor abgestoppt und werden die Testparameter eingestellt, die gleich oder verändert sein können.
Wird auch bei der Stromabfrage 21 der zweiten Testsequenz festgestellt, dass der vorgegebene Stromwert nicht erreicht oder überschritten wird, erfolgt eine Fehlermeldung 23, das keine Kraftübertragung zwischen Antrieb und Rotor mehr vorhanden ist, mithin ein Keilriemenriss, ein abgesprungener Keilriemen oder dergleichen vorliegt.
Wird jedoch bei der Stromabfrage 21 einer ersten Testsequenz festgestellt, dass der vorgegebener Stromwert erreicht bzw. überschritten wird, also davon ausgegangen werden kann, dass eine Kraftübertragung zwischen Motor und Rotor stattfindet, da das Kippmoment erreicht bzw. überschritten ist, wird die Motordrehzahl erneut reduziert, vorzugsweise bis zum Motorstillstand 24. Es erfolgt eine erneute Umparametrierung 25, insbesondere auf die Standardparameter.
Unter diesen Standardparametern erfolgt ein erneuter Testanlauf 26 auf eine vorgegebene, definierte Drehzahl. Ist diese Drehzahl erreicht, erfolgt eine weitere Stromabfrage 27, ob ein Blockadestrom über- bzw. unterschritten wird. Ist dies nicht der Fall, wird erneut die Motordrehzahl reduziert, vorzugsweise bis zum Motorstillstand 28 und wird danach zum normalen Betriebszustand 17 zurückgekehrt.
Wird der Blockadestrom überschritten, erfolgt eine Fehlermeldung 29, dass der Rotor blockiert ist.
Regelmäßig wird mit Einhergehen einer Fehlermeldung 23, 29 der Rotationswärmetauscher auch abgeschaltet.
Claims
Verfahren für eine Keilriemenfehlfunktionserkennung
Ansprüche:
1. Verfahren für eine Keilriemenfehlfunktionserkennung bei einem unter Standartparametern umrichterbetriebenen Asynchronmotor zum Antrieb eines Rotationswärmetauschers, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte
der periodischen Umparametrierung auf Testparameter des Umrichters (8) für einen Anlaufs des Asynchronmotors (1) auf eine Solldrehzahl,
der Überwachung des Kippmomentes und der
Feststellung, dass der Keilriemen keine Kräfte auf den Rotor überträgt, sofern das Kippmoment nicht erreicht wird oder
der Feststellung, dass über den Keilriemen der Rotor des Rotationswärmetauschers angetrieben wird, sofern das Kippmoment überschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umparametrierung nach einem Motorstillstand erfolgt.
3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Feststellung, dass der Keilriemen keine Kräfte auf den Rotor überträgt, die Testsequenz wiederholt wird.
4. verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung durch eine Strommessungen erfolgt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom zweier Phasen gemessen und der Strom der dritten Phase berechnet wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommessung an einem Nebenwiderstand (Shunt) erfolgt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Testanlauf des Asynchronmotors (1) manuell auslδsbar ist.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass bei einem Anlauf mit vorgegebenen Testparametern nach Erreichen der Solldrehzahl eine Strommessung erfolgt,
- dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes der Motor abgestoppt wird,
- dass ein Hochlauf auf eine Solldrehzahl mit der Standardparametrierung erfolgt,
- dass bei Erreichen einer Solldrehzahl eine Strommessung erfolgt und
- dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Blockadestromwertes eine Fehlermeldung einer
Rotorblockade ergeht oder
- dass bei Unterschreiten des Blockadestromwertes der
Motor abgestoppt und der normale Betrieb wieder aufgenommen wird.
S. Von einem unter Standardparametern umrichterbetriebenen Asynchronmotor über ein Getriebe und einen Keilriemen angetriebener Rotationswärmetauscher, gekennzeichnet durch
eine Regelung (12) , die eine periodische Umparametrierung des Umrichters (8) auf Testparameter für einen Anlaufs des Asynchronmotors (1) vornimmt,
eine Messvorrichtung (10) für eine Messung des von dem Asynchronmotor (1) aufgenommenen Stroms,
eine Auswertevorrichtung (11) , die aus der Messung des Stroms auf das Kippmomentes schließt und
feststellt, ob der Keilriemen keine Kräfte auf den Rotor überträgt, sofern das Kippmoment nicht erreicht wird oder
feststellt, dass über den Keilriemen der Rotor des Rotationswärmetauschers angetrieben wird, sofern das Kippmoment überschritten wird.
10. Rotationswärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (10) den Strom zweier Phasen misst und dass die Auswertevorrichtung (11) den Strom der dritten Phase berechnet.
Priority Applications (1)
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Country Status (2)
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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