Центробежный насосный агрегат

Изобретение касается центробежного насосного агрегата, снабженного электрическим приводным двигателем (4) и устройством (6) управления, оснащенным преобразователем частоты (8) и предназначенным для управления частотой вращения приводного двигателя (4), при этом устройство (6) управления выполнено таким образом, что в диапазоне (S₃) управления в приводном двигателе (4) происходит ослабление поля, благодаря которому частота вращения приводного двигателя (4) повышается. В устройстве (6) управления перед преобразователем (8) частоты включен преобразователь (10, 12) напряжения, посредством которого в первом диапазоне (S₁) управления выходное напряжение преобразователя (8) частоты изменяется путем изменения промежуточного напряжения (U_VCD), в то время как преобразователь (8) частоты работает с максимальным для его выходного напряжения коэффициентом заполнения, или соответственно во втором диапазоне (S₂) управления выходное напряжение преобразователя (8) частоты изменяется путем уменьшения коэффициента заполнения преобразователя (8) частоты при неизменяемом промежуточном напряжении (U_VCD). Технический результат - возможность использования максимальной мощности. 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение касается центробежного насосного агрегата, снабженного электрическим приводным двигателем и устройством управления, оснащенным преобразователем частоты, предназначенным для управления частотой вращения приводного двигателя.

Известны центробежные насосные агрегаты, у которых управление электрическим приводным двигателем происходит посредством преобразователя частоты, что позволяет варьировать частоту вращения приводного двигателя и тем самым центробежного насосного агрегата. При этом очень желательна возможность эксплуатации насосного агрегата с наибольшей возможной эффективностью. Максимальная имеющаяся в распоряжении гидравлическая мощность у известных центробежных насосных агрегатов ограничена максимальной частотой, а также максимальным циклом нагрузки преобразователя частоты. При этом насосные агрегаты, как правило, рассчитаны таким образом, что по меньшей мере в одной точке характеристики насоса с максимальной частотой вращения имеет место максимальный цикл нагрузки с максимальным выходным напряжением преобразователя частоты, так что там достигается максимальная электрическая мощность насоса. Все это, однако, приводит к тому, что в других областях характеристики насоса с максимальной частотой вращения максимальная имеющаяся в распоряжении электрическая мощность не используется. Это значит, существуют области, в которых максимальная имеющаяся в распоряжении электрическая мощность не может полностью преобразовываться в гидравлическую мощность насосного агрегата. В этих областях невозможно с помощью обычного управления преобразователя частоты продолжать повышать частоту вращения насоса, так как максимальное напряжение и/или максимальный цикл нагрузки преобразователя частоты уже достигнуты.

Это значит, с помощью традиционной системы управления насоса невозможно использование максимальной электрической мощности во всем рабочем диапазоне насоса.

Поэтому задачей изобретения является предоставить усовершенствованный центробежный насосный агрегат, который позволит практически полностью использовать максимальную имеющуюся в распоряжении электрическую мощность во всех рабочих диапазонах насоса.

Эта задача решается с помощью центробежного насосного агрегата с признаками, указанными в п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления содержатся в зависимых пунктах формулы, последующем описании, а также прилагаемых фигурах.

Предлагаемый изобретением центробежный насосный агрегат снабжен электрическим двигателем, который известным образом посредством вала может приводить во вращательное движение по меньшей мере одно рабочее колесо центробежного насосного агрегата. Кроме того, предусмотрено устройство управления, предназначенное для регулирования или соответственно управления приводным двигателем. Это устройство управления в соответствии с изобретением оснащено преобразователем частоты, посредством которого может варьироваться частота вращения приводного двигателя и тем самым насоса. В принципе, это устройство управления сначала работает как традиционные устройства управления. Эти традиционные устройства управления имеют схему регулирования, согласно которой ток остается в фазе с индуцированным обратным напряжением, т.е. угол ρ выбега ротора между током и магнитным ротором практически остается равным 90°, так как в этом состоянии регулирования коэффициент полезного действия приводного двигателя является наибольшим.

Чтобы, однако, в тех областях, в которых при максимальной частоте вращения ротора, которая может быть достигнута с помощью этой стратегии регулирования, иметь возможность продолжать повышать гидравлическую мощность насосного агрегата и, таким образом, полностью использовать электрическую максимальную мощность, для этих областей в предлагаемом изобретением устройстве управления предусмотрена альтернативная стратегия регулирования. В соответствии с изобретением устройство управления выполнено именно таким образом, что, по меньшей мере, в одном диапазоне управления в приводном двигателе происходит ослабление поля. Благодаря этому ослаблению поля можно при постоянной частоте выходного напряжения преобразователя частоты продолжать повышать частоту вращения приводного двигателя. Это значит, в этих диапазонах регулирования можно, даже без повышения максимального выходного напряжения, т.е. максимального коэффициента заполнения преобразователя частоты и частоты выходного напряжения преобразователя частоты, продолжать повышать частоту вращения приводного двигателя. Так, благодаря ослаблению поля в приводном двигателе, можно повысить частоту вращения выше получаемой при традиционной стратегии регулирования максимальной частоты вращения. Благодаря повышению максимальной частоты вращения повышается гидравлическая мощность подключенного центробежного насоса.

Диапазон управления с ослаблением поля используется предпочтительно в тех рабочих диапазонах центробежного насоса, в которых при максимальной частоте вращения максимальная имеющаяся в распоряжении электрическая приводная мощность приводного двигателя еще не исчерпана. Тогда в этих диапазонах можно путем ослабления поля в идеальном случае повышать частоту вращения до предела электрической мощности, так что во всех рабочих диапазонах центробежного насоса можно использовать максимальную электрическую потребляемую мощность приводного двигателя и получать в распоряжение создаваемую при этом гидравлическую мощность.

Приводной двигатель представляет собой предпочтительно двигатель с постоянными магнитами, т.е. двигатель, оснащенный ротором с постоянными магнитами.

Устройство управления предпочтительно выполнено таким образом, что ослабление поля происходит за счет того, что угол ρ выбега ротора между током и магнитным полем ротора увеличивается выше 90°, так что ток и индуцированное обратное напряжение более не находятся в фазе. Это значит, в том диапазоне управления, в котором применяется ослабление поля, используемая в других диапазонах управления стратегия регулирования, согласно которой ток и индуцированное обратное напряжение должны находиться в фазе, не работает.

Особенно предпочтительно, если устройство управления выполнено таким образом, что диапазон управления, в котором происходит ослабление поля, расположен в области низкого расхода при высоком давлении и/или в области высокого расхода при низком давлении. Это те области, в которых при традиционном регулировании двигателя гидравлическая мощность насоса ограничена максимальной частотой вращения, но одновременно не полностью используется максимальная имеющаяся в распоряжении электрическая приводная мощность. Благодаря использованию ослабления поля в этих областях частота вращения приводного двигателя и тем самым центробежного насоса может повышаться выше обычно достигаемого максимума, и, таким образом, гидравлическая мощность может продолжать повышаться до полного в идеальном случае использования максимальной электрической потребляемой мощности приводного двигателя.

Таким образом, в соответствии с изобретением может быть предоставлен центробежный насосный агрегат, который в отдельных рабочих диапазонах, а именно, в частности, в диапазонах низкого расхода и высокого давления, а также высокого расхода при низком давлении, обеспечивает более высокую гидравлическую мощность без необходимости повышения максимальной электрической потребляемой мощности приводного двигателя или соответственно центробежного насосного агрегата.

Предпочтительно устройство управления выполнено таким образом, что ослабление поля применяется так, что даже в области низкого расхода может использоваться максимальная электрическая мощность насосного агрегата.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения в устройстве управления приводного двигателя перед преобразователем частоты включен преобразователь напряжения, посредством которого может изменяться подаваемое на преобразователь частоты промежуточное напряжение. Традиционно на преобразователь частоты подается неизменяемое промежуточное или соответственно входное напряжение, а выходное напряжение преобразователя частоты изменяется путем изменения коэффициента заполнения, при этом при максимальном коэффициенте заполнения, т.е. коэффициенте заполнения, близком 1, на практике примерно 0,97, выходное напряжение преобразователя частоты практически соответствует входному напряжению. При уменьшенном коэффициенте заполнения, который необходим для получения пониженного выходного напряжения преобразователя частоты, в преобразователе частоты повышаются потери на переключение. Это происходит в тех частях характеристики насоса, в которых необходима не максимальная частота вращения, а пониженная частота вращения центробежного насосного агрегата, потому что отсутствует необходимость в максимальном давлении и/или максимальном расходе.

Благодаря предпочтительному расположению преобразователя напряжения на входе преобразователя частоты теперь появилась возможность сократить до минимума указанные потери на переключение преобразователя частоты, так как можно снизить выходное напряжение преобразователя частоты без необходимости уменьшения коэффициента заполнения. Более того, выходное напряжение преобразователя частоты с помощью этого устройства управления понижается таким образом, что входное напряжение преобразователя частоты в определенных рабочих диапазонах понижается. Для этого преобразователь напряжения устройства управления может настраиваться таким образом, что он создает пониженное промежуточное напряжение, которое подается на преобразователь частоты в виде входного напряжения. Это значит, преобразователь напряжения позволяет подавать на преобразователь частоты не стабильное входное напряжение, например потребляемое из сети напряжение, а входное напряжение преобразователя частоты может варьироваться с помощью преобразователя напряжения, чтобы таким образом изменять также выходное напряжение преобразователя частоты, которое подается на приводной двигатель, и одновременно сохранять коэффициент заполнения преобразователя частоты максимально возможной величины. Так сокращаются до минимума потери на переключение в преобразователе частоты.

Применяемый преобразователь напряжения предпочтительно представляет собой AC-DC преобразователь (преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение) или DC-AC преобразователь (преобразователь постоянного напряжения в переменное напряжение) с изменяемым выходным напряжением. Так, возможно изменение выходного напряжения, для того чтобы подавать на преобразователь частоты желаемое входное напряжение с целью получения определенного выходного напряжения. Применение AC-DC преобразователя или DC-AC преобразователя зависит от того, какое входное напряжение подается в систему, т.е. на устройство управления. Это может быть сетевое напряжение, т.е. переменное напряжение, или же также постоянное напряжение, если, например, предусмотрен еще один предвключенный выпрямитель или центробежный насосный агрегат должен эксплуатироваться с постоянным напряжением.

Преобразователь напряжения может представлять собой повышающий преобразователь (Boost-Converter) и/или понижающий преобразователь (Buck-Converter). В зависимости от входного напряжения преобразователя частоты и диапазона входных напряжений, в котором должен эксплуатироваться преобразователь частоты, преобразователь напряжения может быть выбран так, чтобы он повышал или понижал входное напряжение. Альтернативно, может быть также предусмотрен преобразователь напряжения, который способен как повышать, так и понижать напряжение по сравнению с входным напряжением (Buck-Boost-Converter).

Предпочтительно между выходными полюсами преобразователя напряжения расположен, по меньшей мере, один конденсатор, посредством которого происходит уменьшение потенциала промежуточного напряжения.

Устройство управления предпочтительно выполнено таким образом, что в первом диапазоне управления выходное напряжение преобразователя частоты изменяется путем изменения промежуточного напряжения, в то время как преобразователь частоты работает с максимальным коэффициентом заполнения для его выходного напряжения. Это тот диапазон управления, в котором промежуточное напряжение может изменяться с помощью включенного перед преобразователем частоты преобразователя напряжения, в частности может понижаться по сравнению с входным напряжением преобразователя напряжения, чтобы на преобразователь частоты подавалось пониженное входное напряжение. Тогда таким образом можно также изменять выходное напряжение преобразователя частоты, в частности понижать. Одновременно коэффициент заполнения остается неизменно максимальным, так что потери на переключение могут оставаться небольшими. Максимальный коэффициент заполнения составляет в идеальном случае около 1, на практике, однако, это, как правило, не вполне достижимо, на практике максимальный коэффициент заполнения будет составлять около 0,97, чтобы оставить резерв регулирования и иметь возможность стабильного управления всей системой.

Кроме того, предпочтительно, если устройство управления выполнено таким образом, что во втором диапазоне управления выходное напряжение преобразователя частоты изменяется путем понижения коэффициента заполнения преобразователя частоты, в то время как промежуточное напряжение предпочтительно настроено на неизменное минимальное напряжение или минимальное напряжение с заданным соотношением к сетевому напряжению. Это, как правило, минимальное создаваемое преобразователем напряжения выходное напряжение.

Если теперь для регулирования приводного двигателя, например для дополнительного понижения давления и расхода центробежного насосного агрегата, необходимо еще более понизить входное напряжение приводного двигателя, то для этого надо понизить коэффициент заполнения преобразователя частоты. Это, в частности, диапазон, в котором невозможно дальнейшее понижение промежуточного напряжения, создаваемого преобразователем напряжения. Минимум промежуточного напряжения может, например, определяться тем, что при дальнейшем понижении промежуточного напряжения будут возникать нежелательные помехи со стороны сети на устройстве подключения к сети центробежного насосного агрегата.

Кроме того, устройство управления предпочтительно выполнено таким образом, что первый диапазон управления, в котором выходное напряжение преобразователя частоты варьируется путем изменения подаваемого на преобразователь частоты промежуточного напряжения, является диапазоном высокой мощности насосного агрегата. Тогда второй диапазон управления, в котором коэффициент заполнения преобразователя частоты изменяется при минимальном промежуточном напряжении, в идеальном случае является диапазоном управления с меньшей мощностью, чем в первом диапазоне управления. Это значит, если гидравлическая мощность насосного агрегата должна быть еще более понижена, т.е. давление и/или расход должны быть понижены более чем это возможно в первом диапазоне управления, то устройство управления использует второй диапазон управления.

Также предпочтительно устройство управления, выполненное таким образом, что диапазон управления, в котором происходит ослабление поля, как это было описано, является третьим диапазоном управления, в котором промежуточное напряжение предпочтительно настраивается преобразователем напряжения на свое максимальное значение. Тогда этот третий диапазон управления в идеальном случае, как описано выше, является диапазоном, в котором давление или расход могут быть повышены выше обычно достигаемого в первом диапазоне максимума, т.е. выше обычно достигаемой частоты вращения, чтобы использовать максимальную электрическую потребляемую мощность приводного двигателя. Тогда в этом диапазоне преобразователь напряжения устройства управления настроен так, что промежуточное напряжение достигает своего максимального значения. Одновременно также коэффициент заполнения преобразователя частоты в этом диапазоне управления настроен на максимум.

Предлагаемый изобретением центробежный насосный агрегат может предпочтительно представлять собой циркуляционный насосный агрегат для системы отопления, насосный агрегат для климатического оборудования, насосный агрегат для солнечных нагревательных систем или насосный агрегат высокого давления. Для всех этих типов центробежных насосных агрегатов является предпочтительным расширенный диапазон управления или соответственно регулирования, который создается благодаря использованию ослабления поля и/или пониженному промежуточному напряжению, которое подается на преобразователь частоты.

Ниже изобретение описано на примерах с помощью прилагаемых фигур. На них показано:

фиг.1 - график зависимости H/Q предлагаемого изобретением центробежного насосного агрегата,

фиг.2 - график зависимости P/Q предлагаемого изобретением центробежного насосного агрегата,

фиг.3 - векторная диаграмма работы приводного двигателя в первом диапазоне управления,

фиг.4 - векторная диаграмма работы приводного двигателя во втором диапазоне управления,

фиг.5 - векторная диаграмма работы приводного двигателя в третьем диапазоне управления,

фиг.6-8 - принципиальные схемы трех возможных расположений преобразователя напряжения в промежуточном контуре.

С помощью фиг.1 и 2 поясняются основные диапазоны управления или соответственно регулирования предлагаемого изобретением центробежного насосного агрегата. При этом на фиг.1 показан график зависимости H/Q (давление-расход) предлагаемого изобретением центробежного насосного агрегата, а на фиг.2 график зависимости P/Q (мощность-расход). При этом P является электрической входной мощностью. На фиг.2 штрихпунктирные линии изображают кривые постоянной частоты ω_konst вращения. При обычном управлении приводным двигателем посредством преобразователя частоты рабочая характеристика насосного агрегата была бы ограничена линией CB₁B₂A. Это линия максимальной частоты вращения в областях CB₁ и B₂A. Между B₁ и B₂ характеристика ограничена максимальной электрической потребляемой мощностью, как видно на фиг.2. Максимальная частота вращения при традиционном управлении ограничена максимальным выходным напряжением, а также максимальным коэффициентом заполнения преобразователя частоты. Традиционно регулирование происходит так, что ток остается в фазе с индуцированным обратным напряжением (back EMF), т.е. угол ρ выбега ротора между током и магнитным полем λ ротора составляет 90°.

При сравнении фиг.1 и 2 видно, что у этой характеристики есть области, в которых максимальная потребляемая мощность не полностью может преобразовываться в гидравлическую мощность. Области HC B₁ и AB₂I при традиционном управлении приводным двигателем посредством преобразователя частоты не используются. Это значит, в этих областях имеющаяся в распоряжении электрическая потребляемая мощность не может полностью преобразовываться в гидравлическую мощность.

Однако в этих областях нельзя просто повышать частоту вращения посредством традиционного управления, гидравлическая мощность в общем случае пропорциональна произведению компоненты оси q индуцированного обратного напряжения E₁ и фазного тока I₁ (см. векторную диаграмму на фиг.3). Чтобы иметь возможность повысить эту гидравлическую мощность и тем самым электрическую входную мощность, необходимо увеличить произведение E₁ и I₁. В областях B₁ CH и B₂ IA графика зависимости H/Q или соответственно P/Q частота вращения должна была бы продолжать повышаться. У двигателя, оснащенного ротором с постоянными магнитами, это соответствует повышению компоненты E₁ индуцированного обратного напряжения E₁. С помощью традиционной стратегии регулирования, при которой E₁ и фазный ток I₁ находятся в фазе, E₁, однако, не может быть повышено, так как, как видно на фиг.3, для этого надо было бы повысить фазное напряжение U₁. Оно, однако, уже соответствует максимальному промежуточному напряжению U_{VDC_max}. U_{VDC_max} является максимальным промежуточным напряжением, т.е. максимальным входным напряжением преобразователя частоты. При максимальном коэффициенте заполнения преобразователя частоты это напряжение больше не может быть повышено.

Таким образом, ясно, что с помощью традиционной характеристики управления не могут быть использованы указанные неиспользуемые области графика зависимости H от Q. В соответствии с изобретением эти области используются как третий диапазон S₃ управления, т.е. можно в областях E₁ CH и B₂ IA повышать гидравлическую мощность насоса до заданного максимальной электрической потребляемой мощностью предела HI. Чтобы добиться этого, устройство управления предлагаемого изобретением центробежного насосного агрегата выполнено таким образом, что оно в третьем диапазоне S₃ управления вызывает ослабление поля приводного двигателя. Это ослабление поля происходит за счет того, что устройство управления таким образом управляет фазным током I₁, что он больше не находится в фазе с индуцированным обратным напряжением E₁. Это значит, что устройство управления увеличивает угол ρ выбега ротора между магнитным полем λ и фазным током I₁ выше 90°. На векторной диаграмме, показанной на фиг.5, которая изображает этот третий диапазон управления, видно, что таким образом может быть увеличена компонента оси q индуцированного обратного напряжения E₁ по сравнению с первым диапазоном S₁ управления, который изображен на векторной диаграмме, показанной на фиг.3. Благодаря этому повышается также частота вращения приводного двигателя без необходимости повышения напряжения U₁ выше максимума U_{VDC_max}.

Таким образом, ясно, что благодаря ослаблению поля, которое используется в третьем диапазоне S₃ управления, во всех рабочих диапазонах центробежного насосного агрегата предоставляется в распоряжение максимальная гидравлическая мощность, которая может быть достигнута при имеющейся максимальной электрической потребляемой мощности. Это значит, по сравнению с традиционным управлением можно, в частности, в области низкого расхода Q продолжать повышать давление H, а кроме того, в области низкого давления H повышать расход Q выше достигаемого до сих пор значения.

В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления изобретения во втором диапазоне S₂ управления, который примыкает к диапазону максимальной гидравлической мощности при пониженной гидравлической мощности, выходное напряжение преобразователя частоты снижается за счет того, что подаваемое на преобразователь частоты промежуточное напряжение понижается посредством преобразователя напряжения. Этот второй диапазон управления является тем диапазоном, который на графиках, показанных на фиг.1 и 2, ограничен точками A, B₂, B₁, C, G и F. В этом диапазоне ранее описанное ослабление поля выключено, т.е. угол ρ выбега ротора между магнитным потоком λ и током I₁ равен 90°. В этом втором диапазоне управления промежуточное напряжение U_VDC варьируется посредством включенного перед преобразователем частоты преобразователя напряжения между U_{VDC_min} и U_{VDC_max} (см. векторные диаграммы, показанные на фиг.3-5).

Возможные расположения такого преобразователя напряжения показаны на фиг.6-8. Общим в трех примерах осуществления, показанных на фиг.6-8, является то, что между устройством 2 подключения к сети и приводным двигателем 4 центробежного насосного агрегата расположено устройство 6 управления. Устройство 6 управления включает в качестве основных компонентов преобразователь 8 частоты, который варьирует частоту подаваемого в приводном двигателе 4 напряжения, чтобы изменять частоту вращения приводного двигателя 4. Приводной двигатель 4 представляет собой синхронный электродвигатель, оснащенный ротором с постоянными магнитами, в настоящем случае трехфазный электродвигатель.

Устройство 6 управления между устройством 2 подключения к сети и преобразователем 8 частоты включает также промежуточный контур, в котором расположен преобразователь 10 напряжения. В вариантах осуществления, показанных на фиг.6 и 7, преобразователь 10 напряжения представляет собой AC-DC-преобразователь. Это значит, устройство 2 подключения к сети подключается к переменному напряжению, обычно переменному напряжению 230 вольт. Преобразователь 10 напряжения преобразует это напряжение в постоянное напряжение. Согласно фиг.6 преобразователь 10 напряжения представляет собой понижающий преобразователь, который может отдавать изменяемое выходное напряжение, так что промежуточное напряжение на выходе преобразователя 10 напряжения может варьироваться устройством 6 управления между U_{VDC_min} и U_{VDC_max}. Таким образом, возможно понижение выходного напряжения преобразователя 8 частоты без изменения коэффициента заполнения преобразователя частоты.

В примере осуществления, показанном на фиг.7, после преобразователя 10 напряжения включен второй преобразователь 12 напряжения. В этом варианте осуществления преобразователь 10 напряжения создает неизменяемое постоянное напряжение, являющееся выходным напряжением, которое затем может варьироваться включенным после него преобразователем 12 напряжения, предпочтительно понижающим преобразователем, чтобы подавать на преобразователь 8 частоты, как описано, переменное изменяемое напряжение.

Третий пример осуществления, показанный на фиг.8, тоже включает только один преобразователь 10 напряжения, который в этом случае, однако, представляет собой преобразователь напряжения постоянного тока. Здесь устройство 2 подключения к сети соединяется с постоянным напряжением. Тогда преобразователь 10 напряжения, который здесь предпочтительно также представляет собой понижающий преобразователь, изменяет это напряжение так, что на преобразователь 8 частоты может подаваться изменяемое входное напряжение.

Затем преобразователь частоты настраивает напряжение на желаемую частоту и подает его на три фазы 14, 16, 18 приводного двигателя 4, при этом три фазы 14, 16, 18 известным образом устанавливаются со смещением, чтобы обеспечить желаемое вращение приводного двигателя.

В вариантах осуществления, показанных на фиг.6 и 8, преобразователь 10 напряжения может представлять собой понижающий или повышающий преобразователь или же комбинированный понижающий/повышающий преобразователь (Buck-Boost-Converter). То же самое относится к преобразователю 12 напряжения в примере осуществления, показанном на фиг.7. Предпочтительно устройство управления управляет преобразователями 10 напряжения в примере осуществления, показанном на фиг.6 и 8, и преобразователем 12 напряжения в примере осуществления, показанном на фиг.7, так, что они создают промежуточное или соответственно выходное напряжение, которое находится в заданном соотношении с напряжением сети или соответственно входным напряжением.

Во всех трех примерах осуществления промежуточное напряжение U_VDC, которое подается на преобразователь 8 частоты, может понижаться только до заданного минимума U_{VDC_min}. По этой причине в рабочем диапазоне центробежного насосного агрегата, который на фиг.1 и 2 ограничен точками G, F, E, D и образует второй диапазон S₂ управления, устройство 6 управления управляет преобразователем 8 частоты таким образом, что при минимальном входном напряжении U_{VDC_min} напряжение продолжает понижаться путем изменения коэффициента заполнения преобразователя частоты.

Таким образом, в соответствии с изобретением имеются три диапазона S₁, S₂ и S₃ управления, которые покрывают весь рабочий диапазон центробежного насосного агрегата, как показано на графиках, изображенных на фиг.1 и 2. В первом диапазоне S₁ управления преобразователь 8 частоты работает с постоянным максимальным коэффициентом заполнения и посредством преобразователя напряжения изменяет подаваемое промежуточное напряжение U_VDC. Во втором диапазоне S₂ управления при постоянном минимальном промежуточном напряжении U_VDC изменяется уже коэффициент заполнения преобразователя частоты, т.е. снижается по сравнению с первым диапазоном S₁ управления. В третьем диапазоне S₃ управления снова коэффициент заполнения преобразователя 8 частоты максимален и одновременно промежуточное напряжение U_VDC максимально. В этом диапазоне используется описанное выше ослабление поля приводного двигателя, так что в этом диапазоне S₃ управления частота ω вращения приводного двигателя и центробежного насосного агрегата может быть увеличена выше обычно достигаемого при традиционном управлении максимума.

Перечень ссылочных позиций

2 - устройство подключения к сети

4 - двигатель

6 - устройство управления

8 - преобразователь частоты

10, 12 - преобразователи напряжения

14, 16, 18 - фазы двигателя 4

20 - конденсатор

S₁, S₂, S₃ - диапазоны управления

Р - мощность

Q - расход

H - давление

U_VDC - промежуточное напряжение

ρ - угол выбега ротора

λ - магнитный поток

I - ток

U - напряжение

E - индуцированное обратное напряжение (Back-Electromagnetic-Force)

ω - частота вращения

L - индуктивность

1. Центробежный насосный агрегат, снабженный электрическим приводным двигателем (4) и устройством (6) управления, оснащенным преобразователем (8) частоты, предназначенным для управления частотой вращения приводного двигателя (4), отличающийся тем, что устройство (6) управления выполнено таким образом, что, по меньшей мере, в одном диапазоне (S₃) управления, который расположен в области низкого расхода Q при высоком давлении (Н) и/или в области высокого расхода (Q) при низком давлении (Н) и в котором при традиционном регулировании двигателя гидравлическая мощность ограничена максимальной частотой вращения, в приводном двигателе (4) создается ослабление поля, обеспечивающее повышение частоты вращения приводного двигателя (4).

2. Центробежный насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что приводной двигатель (4) представляет собой двигатель, оснащенный ротором с постоянными магнитами.

3. Центробежный насосный агрегат по п.1 или 2, отличающийся тем, что устройство (6) управления выполнено таким образом, что ослабление поля происходит за счет того, что угол (ρ) выбега ротора между током и магнитным полем (2) ротора увеличивается выше 90°, так что ток (I₁) и индуцированное обратное напряжение (E₁) более не находятся в фазе.

4. Центробежный насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что устройство (6) управления выполнено таким образом, что ослабление поля используется так, что даже в области низкого расхода (Q) может использоваться максимальная электрическая мощность (Р) центробежного насосного агрегата.

5. Центробежный насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что в устройстве (6) управления перед преобразователем (8) частоты включен преобразователь (10, 12) напряжения, посредством которого может изменяться подаваемое на преобразователь частоты промежуточное напряжение (U_VDC).

6. Центробежный насосный агрегат по п.5, отличающийся тем, что преобразователь (10, 12) напряжения представляет собой AC-DC преобразователь (преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение) или DC-AC преобразователь (преобразователь постоянного напряжения в переменное напряжение) с изменяемым выходным напряжением (U_VDC).

7. Центробежный насосный агрегат по п.5 или 6, отличающийся тем, что преобразователь (10, 12) напряжения представляет собой повышающий преобразователь и/или понижающий преобразователь.

8. Центробежный насосный агрегат по п.5 или 6, отличающийся тем, что между выходными полюсами преобразователя (10, 12) напряжения расположен по меньшей мере один конденсатор (20).

9. Центробежный насосный агрегат по п.5, отличающийся тем, что устройство (6) управления выполнено таким образом, что в первом диапазоне (S₁) управления выходное напряжение преобразователя (8) частоты изменяется путем изменения промежуточного напряжения (U_VDC), в то время как преобразователь (8) частоты работает с максимальным коэффициентом заполнения для его выходного напряжения.

10. Центробежный насосный агрегат по п.5, отличающийся тем, что устройство (6) управления выполнено таким образом, что во втором диапазоне (S₂) управления выходное напряжение преобразователя (8) частоты изменяется путем понижения коэффициента заполнения преобразователя (8) частоты, в то время как промежуточное напряжение (U_VDC) предпочтительно настроено на неизменное минимальное напряжение (U_VDC-min) или минимальное напряжение (U_VDC-min) с заданным отношением к сетевому напряжению (2).

11. Центробежный насосный агрегат по п.6, отличающийся тем, что устройство (6) управления выполнено таким образом, что первый диапазон (S₁) управления является диапазоном высокой мощности насосного агрегата.

12. Центробежный насосный агрегат по п.5, отличающийся тем, что устройство (6) управления выполнено таким образом, что диапазон (S₃) управления, в котором происходит ослабление поля, является третьим диапазоном (S₃) управления, в котором промежуточное напряжение (U_VDC) предпочтительно настраивается преобразователем (10, 12) напряжения на свое максимальное значение (U_VDC-max).

13. Центробежный насосный агрегат по п.5, отличающийся тем, что он является циркуляционным насосным агрегатом для системы отопления, насосным агрегатом для климатического оборудования, насосным агрегатом для солнечных нагревательных систем или насосным агрегатом высокого давления.