DE1809521A1

DE1809521A1 - Antriebsordnung fuer Kraene u.dgl.

Info

Publication number: DE1809521A1
Application number: DE19681809521
Authority: DE
Inventors: Dr Ulrik Krabbe
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1967-11-24
Filing date: 1968-11-18
Publication date: 1969-08-14
Also published as: FI44278B; FR1592690A; CH477357A; SE303362B; FI44278C; AT293679B; NO121012B; GB1238479A; US3584278A; BE724203A; NL6816248A

Description

Antriebsanordnung für Kräne und dergleichen

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für Kräne u. dgl. mit einem Asynchronmotor mit kurzgeschlossener Rcuorwicklung, einem an einem Wechselstromnetz angeschlossenen, gesteuerten statischen Stromrichter zum Antrieb des Asynchronmotors mit variabler Wechselspannung von konstanter Frequenz, miι einem für eine Gleichstrombremsung des Asynchronmotors vorgesehenen gesteuerten Gleichrichter und mit einer Tachometeranordnung und einem Vergleichsgerät, das die Differenz zwischen der gewünschten und der wirklichen Drehzahl entweder einem für das Antriebssystem oder einem für das Bx'emssystem vorgesehenen Steuergerät liefert, je nachdem, ob diese Differenz positiv oder negativ ist, wobei in an sich bekannter Weise eine Gleichstrombremsung nur stattfindet, wenn die Leistung des antreibenden Systems unter einen gewissen Hinimalwert gesunken ist.

Bei einer bekannten Anordnung (schweiz. Patent 431 676) verwendet man einen an der Statcrwicklung angeschlossenen Stromrichter für den Antrieb des Motors über den ganzen Gescawin-

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digkeicsL-ereieh, wobei eine stufenlose Geschwind '._c'jiceit;s.'egelung sowohl mit positivem als auch negativem Kor.ient von niedriger zu voller Drehzahl erreicht wird. Der Nachteil der bekannten Anordnung ist, daß die Rotorverluste bei niedriger Drehzahl und positivem Moment oder bei hoher Drehzahl und negativem Körnen" (Gleichstrombremsung) so groß werden, daß der Rotor des Motc/s intensiv gekühlt werden muß. *

Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung ist das Ausmaß der Rotorerwärmung wesentlich geringer. Dies ist dadurch erreicht, daß man konsequent die Tatsajhe ausgenutzt hat, daß eine stufenlose Geschwindigkeitsregelung zwar bei einem. Auf zug s.iv ran bei niedrigen Geschwindigkeiten, z.B. bei vorsichtigem Senken der Last, von sehr großem Wert, aber bei höchster Geschwindigkeit nicht erforderlich ist, d.h. daß auch keine feinstufige schrittweise Regelung im obersten Teil des Geschwindigkeitsbereichs notwendig ist, daß z.B. ein einziger Schritt von ca der halben bis zur maximalen BetriebsgeschwindigkeitsHi ausreichend ist.

Eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Asynchronmotor mit einer ersten, am genannten Stromrichter angeschlossenen Statorwicklung versehen ist, die mit einer gewissen Polzahl ausgeführt ist, und mit einer zweiten mit einer niedrigeren Polzahl ausgeführten Statorwicklung, der durch ein Schaltorgan beliebig Wechselstrom vom genannten Wechselstromnetz oder Gleichstrom vom genannten für eine Gleichstrombremsung vorgesehenen Gleichrichter zugeführt werden kann,

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1A© ORIG5NAL

wobei die Stromzufuhr zur ersten Statorwicklung blockiert ist, wenn der zweiten Statorwicklung Wechselstrom zugeführt wird.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben, in der Zeichnung zeigen :

Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung und Fig. 2 Kurven zum Vergleich der Rotorverluste der

bekannten Antriebsanordnung und einer erfin-

dungsgemäßen Anordnung.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen käfiggewickelten Rotor einer Asynchronmaschine, die mit zwei Statorwicklungen 2 und 3 versehen ist, die mit der Polzahl acht bzw. vier ausgeführt sind.

Die Statorwicklung 2, die für den Betrieb bis zu 50$ der Maximal geschwindigkeit vorgesehen ist, ist am dreiphasigen Wechselstrom netz 4 über zwei Schalter 7 und 8, einen Stromrichter 9» der aus drei Thyristoren 5 besteht, und drei Dioden 6 anschließbar.

Die Drehrichtung kann dadurch gewählt werden, daß man den einen oder den anderen der beiden Schalter 7 und 8 schließt. Der Stromrichter 9 wird derart gesteuert, daß der Mittelwert der zur Statorwicklung 2 gelieferten Wechselspannung variierbar ist.

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Die Statorwicklung 3 wird als Bremswicklung "bei Drehzahlregelung in der unteren Hälfte des Geschwindigkeitsbereichs verwendet und ist dann an einem gesteuerten Gleichrichter 10 angeschlossen, "flenn die höchste Drehzahl gewünscht wird, wird die Wicklung 3 anstelle der Wicklung 2 an das Wechselstromnetz mit Hilfe des Umschaltgeräts 11 angeschlossen. Die Stromzufuhr zur Wicklung 2 wird gleichzeitig dadurch unterbrochen, daß der Kontakt 12 geöffnet wird, so daß die Thyristoren 5 blockiert werden. Ein Tachometergerät 15 von bekanntem Typ drückt die Drehzahl des Eotors in Form der Frequenz einer vom Tachometergerät erzeugten Spannung aus, welohe Frequenz einem Gerät 14 zwecks Umwandlung in eine der Drehzahl proportionale Spannung zugeführt wird. Diese Spannung wird im Vergleichsgerät 15 mit einem Bezugswert verglichen, der der gewünschten Drehzahl des Motors entspricht. Vom Gerät 15 wird die Differenz zwischen den verglichenen Größen jedem der Verstärker 16 und 17 zugeführt, die nur für Eingangsgrößen einer gewissen Polarität empfänglich und am Gerät 15 derart angeschlossen sind, daß der eine nur positive und der andere nur negative Werte der genannten Differenz verstärkt. Der Verstärker 16 gehört zum Steuerkreis des antrMbenden Systems und der Verstärker 17 zum Steuerkreis des Bremssystems. Der Verstärker 16 ist mit seiner Ausgangsseite mit der Eingangsseite eines Winkelsteuergerätes 18 verbunden, das ein von der Drehzahl abhängiges Steuersignal an die Thyristoren 5 derart liefert, daß das Durchlässigkeitsintervall der Thyristoren 5 zunimmt, wenn die Motordrehzahl eine Tendenz zeigt, unter

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die mittels des Geräts eingestellte Motordreh^ahl zu sinken. Der Verstärker 17 ist in ähnlicher Weise mit dem Wink^lsteuergerät 19 verbunden, das, wenn die Motorleistung einen gewissen Minimalwert unterschreitet, den Thyristoren im Gleichrichter 10 eine gewisse Durchlässigkeit verleiht. Solange die dun..h das Gerät 15 eingestellte Geschwindigkeit nicht 50$ der maximalen Geschwindigkeit der Antriebsanordnung übersteigt, ist die Wicklung 3 an der Gleichstromseite des Gleichrichters 10 mit zwei Phasen angeschlossen, die von einem Bremsstrom durchflossen v/erden, der ungefähr proportional dem vom Gerät 15 gelieferten Di:ferenzwert ist. ^

Wenn man das genannte bekannte, mit stufenloser Regelung im ganzen Drehzahlbereich ausgeführte Antriebssystem mit den oben beschriebenen vergleicht, sieht man, daß die Rotorverluste im ersteren Fall bei vollem Moment und 10$ der synchronen Drehzahl 0,9·P sind, dagegen die entsprechenden Rotorverluste einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung, die mit demselben Drehzahlbereich und Moment ausgeführt ist, 0,S.P/2 betragen, wobei P das Produkt des Moments und der synchronen Drehzahl bei höchster Geschwindig- J keit ist. Die Rotorverluste bei dieser Drehzahl werden also auf weniger als die Hälfte reduziert. Bei ungefähr halber Drehzahl ergibt die alte Schaltung P/2 und die neue nur 10$ von P/2, wenn der Schlupf ca 10$ ist. Entsprechende Verhältnisse gelten bei der Gleichstrombremsung.

Bei einer Antriebsanordnung n,ach der Erfindung kann man in der oberen Hälfte des Geschwindigkeitsbereichs ein regeneratives

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Bremsen erreichen. Die Bremsleistung wird dann zum Netz rückgespeist und also nicht als Wärme im Rotor entwickelt, was sehr vorteilhaft ist. Wenn man¹das genannte regenerative Bremsen wünscht, schaltet man die Wicklung 3 aus und stellt eine vollständige elektrische Verbindung zwischen der Wicklung 2 und dem Netz her. Dies kann dadurch ausgeführt werden, daß man im Gerät 15 einen Bezugswert einstellt, der größer ist als der Wert, der der wirklichen Drehzahl entspricht.

Die neue Schaltung hat ferner den Vorteil, daß die Nennleistung der Thyristoren auf die Hälfte und auch ihre Einschaltdauer reduziert werden.

In Pig. 2 ist die bekannte Antriebsanordnung mit dem stufenlosen Teil der in Fig. 1 gezeigten Antriebsanordnung bezüglich der Rotorverluste verglichen, wobei derselbe Drehzahlbereich und dasselbe maximale Antriebsmoment bei den beiden Antriebsanordnungen vorausgesetzt sind.

Die Rotorverluste P sind in Prozenten der maximalen Verluste des bekannten Motors ausgedrückt und längs der Ordinatenachse aufgetragen, während die Geschwindigkeiten der Rotoren mit ' <-" bezeichnet und längs der Abszissenachse aufgetragen sind, wobei CO die synchrone Geschwindigkeit des zur bekannten Anordnung gehörenden, mit nur einer Polzahl ausgeführten Motors ist. Die Kurve A gilt für den Motor in der bekannten Anordnung und die Kurve B für den Motor der erfindungsgemäßen Anordnung. Die höchste

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Geschwindigkeit der letztgenannten Anordnung entspricht ungefähr dem Punkt G der Kurve A. Es ist ersichtlich, daß die Rotorverluste bei Antrieb im unteren Teil des totalen Geschwindigkeitsbereichs bei der neuen Antriebsanordnung bedeutend geringer als bei der bekannten sind.

Bei Vergleich der Motoren der bekannten und der neuen Anordnung sieht man, daß die letzte einen größeren Kupferraum im Stator bedingt, weil man zusätzlich zur zweipoligen Wicklung, die in derselben Weise wie die Statorwicklung der bekannten Antriebsanordnung bemessen sein kann, eine vierpolige Wicklung haben muß. Das bedingt, daß de,· Su at or in der neuen Antriebsanordnung mit einem größeren Aussendurcnmesser als der Stator der alten Anordnung bemessen werden muß. Bei dem infrage stehenden Typ von Antriebsanordnungen ist es jedoch nicht der Betrieb bei voller Leistung, sondern der 3etrieo bei reduzierter Drehzahl und Bremsung, der die größte thermische Beanspruchung ergibt. Ee kommt deshalb vor allem darauf an, die Rotorverluste zu begrenzen. Aus dem obigen Vergleich geht hervor, daß dies durch die Erfindung in einer wirksamen Weise erreicht wird. Die Konsequenz ist, daß nan : eine · erfindungsgciräßen Antriebsanordnung einen Motor verwenden ⁿ:anr, der erheblich billiger in der Herstellung als der entsprechende Motor der bekannten Anordnung ist. Außerdem kann man wie erwähnt mit einer billigeren Thyristorausrüstung auskommen.

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1A9 OPHGINAL

Claims

Patentanspruch :

Antriebsanordnung für Kräne und dergleichen mit einem Asynchronmotor mit kurzgeschlossener Rotorwicklung, einem an einem Wechselstromnetz angeschlossenen, gesteuerten statischen Stromrichter zum Antrieb des Asynchronmotors mit variabler Mittelspannung von konstanter Frequenz, mit einem gesteuerten Gleichrichter für eine Gleichstrombremsung des genannten Asynchronmotors, mit einer Tachometeranordnung und mit einem Vergleichsgerät, das die Differenz zwischen der gewünschten und der wirklichen Drehzahl als Steuergröße einem für das Antriebssystem oder einem für das Bremssystem vorgesehenen Steuergerät, je nach dem, ob die genannte Differenz positiv oder negativ ist, in einer solchen an sich bekannten Weise liefert, daß die Gleichstrombremsung nur wirkt, wenn die Leistung des Antriebssystems unter einen gewissen Minimalwert gesunken ist, dadurch gekennzeichnet,=daß der Asynchronmotor eine erste, am Stromrichter (9) angeschlossene Statorwicklung (2) hat, die mit einer gewissen Polzahl ausgeführt ist, und eine zweite mit einer niedrigeren Polzahl ausgeführte Statorwicklung (3)> der mittels eines Schaltgeräts beliebig Wechselstrom vom Wechselstromnetz oder Gleichstrom von dem für die Gleichstrombremsung vorgesehenen Gleichrichter zugeführt werden kann, wobei die Stromzufuhr zur ersten Statorwicklung (2) blockiert ist, wenn der zweiten Statorwicklung (3) Wechselstrom zugeführt wird.

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