用于转速可变地调节容积泵设备的方法和调节装置以及容积泵组件

摘要

本发明涉及一种用于借助于调节装置来转速可变地调节用于输送流体的容积泵设备的方法，该容积泵设备包括容积泵和驱动装置，其中，该驱动装置包括电气驱动马达和频率转换器，其中，通过调节装置将容积泵的最终压力调节到最终压力理论值上；以及本发明涉及一种用于执行该方法的合适的调节装置和相应的容积泵组件。通过根据本发明的调节装置(11)来探测由驱动装置提供的状态值尤其驱动马达(6)的位置、转速以及转矩。因此通过调节装置(11)来确定容积泵(2)的调节变量尤其最终压力。在没有使用传感器的情况下将容积泵设备调节到理论值上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于借助于调节装置来转速可变地调节用于输送流体的容积泵设备(Verdr?ngerpumpenaggregat)的方法，该容积泵设备包括容积泵(Verdr?ngerpumpe)和驱动装置，其中，该驱动装置包括设有定子和转子的电气驱动马达以及频率转换器(有时也称为变频器)，其中，通过调节装置将容积泵的调节变量调节到理论值上；以及本发明涉及一种用于执行该方法的合适的调节装置和相应的容积泵组件。

背景技术

在中压至高压且在很小的输送量的情况下经常使用容积泵来输送流体，即液体或气体。通常将电气的异步马达与前置的频率转换器一起使用为驱动装置且结合构造为过程调节器(Prozessregeler)的调节装置以用于转速可变地运行异步马达。通过转速可变的运行可利用测量作为容积泵的调节变量的最终压力(Enddruck)在输送量改变时实现压力的调节。通常，除了本来的调节之外，调节装置附加地设置成用于控制任务、监视任务和/或诊断任务。通常单独地实施频率转换器和调节装置。为了避免过压且为了快速地减压，在传统的容积泵组件中在压力侧单独地使用过压阀。取决于驱动情况，在没有过压阀促动作用的情况下，抵抗滑阀关闭来开动(Anlaufen)驱动装置是不可能的。在输送量等于零的情况下(即所谓的零输送量)维持所要求的压力对于传统的组件是不可能的。因此在开启滑阀时对调整压力所需要的时间将增加。

此外已知一种用于以无传感器的方式来调节同步磁阻马达的转子角位置或转子位置(后面简称为位置)和转速的方法。同步磁阻马达的转速和位置以及同步磁阻马达的转矩的转速通过形成扭矩的电流分量可作为状态值供支配。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于转速可变地调节容积泵设备的方法，该方法提高了调节的动态性并且更少地需要组件的单个部件；并且提供一种用于执行该方法的合适的调节装置以及相应的容积泵组件。

根据本发明，该目的利用这样的方法来解决，即在其中，通过调节装置来探测至少一个由驱动装置支配的状态值尤其驱动马达的转矩和/或位置并且通过调节装置从该至少一个状态值中来确定容积泵的调节变量，以便在没有使用传感器的情况下将容积泵设备调节到理论值上。尤其将最终压力和所输送的流体体积设置为容积泵的调节变量。有利地，探测驱动马达的转矩和位置作为驱动装置的状态值。通过根据本发明的方法实现调节到理论值上，这种调节完全应付得了没有用传感器来探测调节变量的情况并且纯粹基于由驱动装置提供的状态值。

此外，调节装置设置成用于控制任务、监视任务和/或诊断任务。在该申请中，在没有限制装置的总的功能性的情况下简化地使用概念调节装置。根据本发明，还可集成地实施频率转换器和调节装置。

该方法的一种设计方案设置成通过调节装置来确定作为容积泵的调节变量的最终压力，以便在没有使用传感器的情况下将容积泵设备调节到最终压力理论值上。由此实现调节到最终压力理论值上，这种调节应付得了没有用传感器来探测最终压力的情况。

根据本发明的一种设计方案设置成借助于容积泵设备的存储在调节装置中的马达扭矩与最终压力的相关性来调节容积泵的最终压力。调节装置和/或与调节装置集成地实施的驱动装置通过这样的压力模型来针对相应的容积泵进行参数调节或者与相应的容积泵相匹配。经由调节马达扭矩来调节泵的最终压力。将存储在调节装置中的马达扭矩与最终压力的相关性设置成呈特征曲线、数值表等的形式。还设置有根据公式的(formelmaessig)相互关系并且该相互关系可储存在设置在调节装置中的存储装置中。马达扭矩与最终压力之间的简单的线性的相互关系已经证明为适宜的且以一阶近似(in erster N?herung)是足够的，该相互关系利用最终压力的实际值p_ist、马达扭矩的实际值M_ist以及常量k₁通过下面的等式给定：

p_ist=k₁·M_ist   (等式1)。

为了精确地测定最终压力，已经证实可通过调节装置来附加地探测马达的转速。对于起动过程(Anfahrvorgang)，可通过这样的动态的压力模型在考虑了动态的扭矩份额(由马达惯性常数                                               与转速ω_ist的导数的乘积形成)的情况下根据下面的等式实现压力测定：

  (等式2)。

此外已经证明为适宜的是，通过调节装置来探测无传感器的带有磁通屏障切口(Flusssperrenschnitt)的同步磁阻马达的状态值尤其位置、转速以及转矩。同步磁阻马达的在转子片截面中设有称之为磁通屏障(Flusssperren)或者隔磁磁桥(Flussbarrieren)的凹部(Aussparungen)的转子可以没有无传感器的方式在其转子角位置(后面还被称为位置)和其转速方面被调节。此外，除了状态值(同步磁阻马达的转速和位置)之外，马达的转矩以及形成扭矩的电流分量可供支配。在马达停止(stillstehend)时已经可使用无传感器的同步磁阻马达的额定转矩，从而还可在输送量为零时将压力保持在所要求的水平上。根据本发明的方法结合无传感器的同步磁阻马达实现容积泵抵抗滑阀关闭而开动。在此可立刻支配所期望的最终压力

在此尤其有利的是在没有转速传感器和位置传感器的情况下调节这样的同步磁阻马达。因此利用根据本发明的方法存在调节到最终压力理论值上，这种调节应付得了没有以传感器的方式来探测最终压力的情况和没有位置传感器和转速传感器的情况。

该方法的设计方案带来附加的优点，据此由调节装置来探测驱动马达的位置，即驱动装置转子相对于驱动装置定子的角位置，并且利用封闭的(geschlossen)容积泵体积的值(行程排量)来确定所输送的流体体积。在此从驱动装置转子的所经过的角距离(Winkelstrecke)和容积泵的行程排量中得出所输送的流体体积。因此可利用该方法输送所限定的流体体积。由此可同时确定最终压力和容积泵设备的所输送的流体体积。

此外可通过组合最终压力调节和确定所输送的流体体积来识别容积泵未完全填充待输送的流体。通过识别如有可能存在的没有完全的填充可实现所输送的量的正确的计算。

在此设置成通过由调节装置比较所确定的实际流体体积与预定的流体体积来输送预定的流体体积，并且在到达预定的流体体积时停止容积泵设备的输送运行。为此例如以启动时间点开始合计容积泵的每个活塞行程的输送体积。在到达预定的流体体积时停止容积泵设备的输送运行。为此可通过调节装置操控布置在压力侧的阀并且关闭该阀。

在用于执行根据本发明的方法(其中，通过调节装置将容积泵的调节变量调节到理论值上)的根据本发明的调节装置中设置成调节装置具有用于探测至少一个由驱动装置支配的状态值尤其驱动马达的转矩和/或位置的器件和存储装置，调节装置从状态值中确定调节变量，以便在没有使用传感器的情况下且基于由驱动装置提供的状态值将容积泵设备调节到预定的理论值上。为此适宜地探测驱动马达的转矩和位置作为驱动装置的状态值。尤其设置成使用容积泵的最终压力作为调节变量。这实现在没有压力传感器的情况下将最终压力调节到最终压力理论值上。从驱动马达的位置信息中可将所输送的流体体积调节到调节变量上。

根据一种有利的设计方案设置成在调节装置的存储装置中存储容积泵设备的马达扭矩与最终压力的相关性，并且调节装置借助于容积泵设备的马达扭矩与最终压力的相关性来调节容积泵的最终压力。存储装置用于存储对于相应的容积泵来说表示特征的参数或者特性参数。这以呈特征曲线、数值表的形式、通过根据公式的相互关系等来实现。适宜地，在存储装置中存储马达扭矩与最终压力之间的根据上述的等式1的线性的相互关系。

此外，根据本发明的调节装置可从驱动马达的位置信息更确切说驱动装置转子的角位置以及封闭的容积泵体积的值(行程排量)中来确定所输送的流体体积和/或调节所预定的流体输送量。

一种根据本发明的带有用于输送流体的容积泵设备并且如有可能带有布置在压力侧的阀尤其截止阀的容积泵组件(其中，该容积泵设备包括容积泵和转速可变的驱动装置，其中，该驱动装置包括电气驱动马达和频率转换器，其中，将调节容积泵的调节变量尤其最终压力和/或所输送的流体体积)特征在于根据本发明的调节装置。如有可能通过调节装置来控制和/或调节阀尤其截止阀。

有利地，容积泵设备的驱动马达为以无传感器的方式运行的带有磁通屏障的同步磁阻马达。设有磁通屏障的同步磁阻马达可以无传感器的方式在其转子角位置和其转速方面被调节。同步磁阻马达的转速、位置以及转矩可作为状态值供调节装置支配。在马达静止时已经可支配无传感器的同步磁阻马达的额定转矩，从而还可在输送量为零时将压力保持在所要求的水平上。同样利用无传感器的同步磁阻马达可使容积泵设备抵抗滑阀关闭而开动。在此可立刻支配所期望的最终压力。

在此已经证明为适宜的是，驱动装置具有用于以无传感器的方式来测定驱动马达的位置和转速的器件。另外该驱动装置具有用于测量驱动马达的电压和/或电流的器件。

附图说明

在图纸中示出了本发明的实施例并且接下来进一步描述本发明的实施例。在其中：

图1显示了根据现有技术的容积泵组件，

图2显示了根据本发明的容积泵组件，

图3显示了根据本发明的压力调节的在调节技术方面的示图，

图4a在初始化流体体积测定和阀开启方面显示了根据本发明的方法流程的在调节技术方面的示图，以及

图4b在流体体积测定和阀关闭方面显示了根据本发明的方法流程的在调节技术方面的示图。

具体实施方式

图1以示意性的示图显示了根据现有技术的容积泵组件1'。容积泵2在其压力侧(Druckseite)3上和在其吸力侧(Saugseite)4上联接到未更详细示出的设备的管道系统处并且借助于包括转子和定子的电动马达6'(此处为传统的异步马达)的轴5来驱动。该电动马达6'可以转速可变的方式来运行并且经由频率转换器7'以多相(此处三相)的方式利用多相(此处三相)的电气的交流电压网9被供电。在一定的但可改变的转速的情况下，频率转换器7'借助于预定的频率理论值f_soll来使电动马达6'运行。电动马达6'和频率转换器7'在此形成用于容积泵2的驱动装置。在容积泵2的压力侧3上借助于压力传感器10探测与组件1'的最终压力p_ist相关的信号并且将信号传送到调节装置11'处。调节装置11'用于借助于频率理论值f_soll将容积泵2的最终压力p_ist调节到预定的最终压力理论值p_soll上。为了避免过压且为了快速减压，对于这样的容积泵组件1'，在压力侧单独的过压阀(此处未示出)是必需的。在输送量等于零(即所谓的零输送量)的情况下维持所要求的压力对于该组件来说不可能。在开启布置在压力侧的(此处未示出)滑阀时用于调整压力的时间增加。

图2以示意性的示图显示了根据本发明的带有用于输送流体的容积泵设备的容积泵组件1，该容积泵设备包括容积泵2和转速可变的驱动装置。驱动装置由设有定子和转子的电气驱动马达6和频率转换器7形成。电动马达6经由频率转换器7以多相(此处三相)的方式与多相(此处三相)的电气的交流电压网9相连接。调节装置11将容积泵2调节到预定的最终压力理论值上。在容积泵2的压力侧3上布置有设计为截止阀的阀13以用于闭锁压力侧的管道。调节装置11具有用于探测马达状态值(驱动马达6的角位置、转速ω_ist以及转矩M_ist)的器件。调节装置11具有用于存储参数、相关性和/或特征曲线的存储装置。调节装置11从转矩M_ist中来确定最终压力p_ist，以便在没有使用传感器的情况下将容积泵设备调节到预定的最终压力p_soll上。对此调节装置11具有在图3中显示的且更详细地解释的压力调节器15，该压力调节器15产生所需要的频率理论值f_soll。与现有技术相比，根据本发明为此既不需要容积泵的压力的传感器信号也不需要其它的传感器的传感器信号。相反根据本发明调节装置利用容积泵设备的储存在调节装置11的存储装置中的马达转矩与最终压力的相关性以便借助于容积泵设备的马达转矩与最终压力的相关性来调节容积泵的最终压力p_ist。此外调节装置11可从驱动马达6的位置信息和封闭的容积泵体积的值(行程排量)中来确定所输送的流体体积和/或调节预定的流体输送量。调节装置11可经由促动信号r操控截止阀13并且开启或关闭该截止阀13。附加地，通过考虑到在起动状态(Anfahrzustand)中的动态的扭矩份额，可借助于转速信息ω_ist改善压力确定的精度。

图3以调节技术方面的示图显示了根据本发明的压力调节器15的工作原理。根据储存在调节装置11的存储装置中的马达扭矩与最终压力的相关性17从M_ist中得出容积泵最终压力的实际值p_ist。在该实施例中该相关性通过线性的模型来逼近并且利用常量k₁通过下面的公式来给定：

p_ist=k₁·M_ist   (等式1)。

根据本发明设置有另外的模型17，例如压力模型，其根据上文的等式2描绘了动态的起动性能。将理论值p_soll与所算出的调节变量p_ist之间的调节偏差e输送给调节器16(此处为比例积分调节器(PI调节器))，其由此计算出所需要的频率理论值f_soll。

图4a以调节技术方面的示图显示了涉及到初始化和阀开启的根据本发明的用于确定所输送的流体体积的方法流程。图4b相应地显示了涉及到实际的体积测定和最后的阀关闭的方法流程。对于给定的启动条件("启动=1")且如果处于调节偏差e低于阈限s，借助于促动信号r来开启布置在容积泵2的压力侧3上的阀13以用于以所限定的流体输送体积V_soll来开始输送并保持阀13开启。这样的条件(依据该条件调节偏差e应低于所测定的阈限)在此确保在输送之前建立所期望的压力水平。此外，通过考虑到该启动条件在容积泵完全填充的前提下进行体积测定的确定。为了定量测定(Mengenbestimmung)的初始化，将初始角位置设置到马达角位置的实际值上。根据图4b利用作为系数的k₂相应于容积泵的封闭的输送体积(行程排量)得出所输送的体积V_ist：

   (等式3)

在此循环地以连续地(以指数k为特征)迭代步骤进行体积测定，其中，为用于转子的总的已扫过的角距离的值。如果到达预定的流体输送量V_soll("V_ist,k>V_soll")，将停止输送运行("启动：=0")并且关闭截止阀13("r：=0")。根据本发明的调节装置通过这样的方法来从驱动马达的位置信息和封闭的容积泵体积的值中来确定所输送的流体体积并且可在预定的压力的情况下调节到预定的流体输送量V_soll上。