DE2343029B2 - TWO SPEED DRIVE WITH AN ASYNCHRONOUS MOTOR - Google Patents

Description

Umdie Schwierigkeiten der antriebsseitigen Rege hin- zu vermeiden, wird auch zuweilen eine Regelung Anlage ^tne^Masch^vo^on,About the difficulties of the rain on the drive side avoiding this is sometimes also a regulation Plant ^ tne ^ Masch ^ vo ^ on,

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Zweigangar.trieb mit einem Asynchron-Motor mit einer Stern-Dreieck-Umschalteinrichtung mit verschiedenen Schaltstellungen, in deren einer die Wicklungen des Asynchronmotors in Stern geschaltet und in der anderen die Wicklungen des Asynchronmotors in Dreieck geschaltet sind, wobei der Antrieb wechselnder Belastung ausgesetzt ist und eine Getriebeeinheit »wischen dem Motor und dem angetriebenen Stellglied engeordnet ist. Ein solcher Zweigangantrieb ist aus der DL-Patentschrift9 201 bekannt. <sThe present invention relates to a Zweangar.trieb with an asynchronous motor with a Star-delta switching device with different switching positions, in one of which the windings of the Asynchronous motor connected in star and in the other the windings of the asynchronous motor in Are delta connected, whereby the drive is exposed to alternating loads and a gear unit »Between the motor and the driven actuator. Such a two-speed drive is from the DL Patent 9,201 known. <s

Dieser Druckschrift ist an sich das V01 handen^ein der Getriebeeinheit nicht ausdrücklich zu entnehmen; da es Sich jedoch um Asynchronmotore für den Antrieb von Werkzeugmaschinen handelt, muß ein Unterst-·/ungsgetriebe als vorhanden unterstellt werden. Eine solche bo Getriebeeinheit wird aber mit einem festen Übersetzungsverhältnis arbeiten, oder sie könnte z. B. manuell schaltbar sein, was auch nicht sicherstellen würde, daß für den jeweiligen Betriebszustand die günstigste Kombination von Betriebsweise des Asynchronmotors mit Übersetzungsverhältnis des Getriebes vorliegt.This publication does not expressly refer to the V01 handling of the gear unit; However, since these are asynchronous motors for driving machine tools, an auxiliary gear must be assumed to be present. Such a bo gear unit will work with a fixed gear ratio, or it could e.g. B. can be switched manually, which would also not ensure that the most favorable combination of operating mode of the asynchronous motor with the transmission ratio of the transmission is present for the respective operating state.

Allgemein ist bei Asynchronmotor-Antrieben, z. B. für Pumuen, Verdichter. Gebläse usw., der Umstand c und -höhe durch Schieber, Drosseln. verstellbare Strömungsleitvorrichtungen u.dgl. beeinflußt wird. Dies führt jedoch zu einer Verschlechten.:^· des Wirkungsgrades dieser Maschinen und damit /..In general, with asynchronous motor drives, e.g. B. for pumps, compressors. Blower etc, the circumstance c and height by slide valves, throttles. adjustable flow guiding devices and the like will. However, this leads to a deterioration in the efficiency of these machines and thus / ..

Energieverlusten.Energy losses.

Ein Beispiel ist die Entwässerung von unter dorn Meeresspiegel liegenden Poldern, bei welcher sogar manchmal zur Vermeidung von zu häufigen Umschulungen der Pumpenanlage eine Teilmenge des Wasser*. in die Sammelbehälter zurückgeleitet wird, um Abschalten der diese Behälter leerpumpenden Anla_t zu vermeiden, da beim Wiederanlaufen das Risiko ■.·>;■ Störungen groß ist.One example is the drainage of polders lying below sea level, in which sometimes even a portion of the water * is used to avoid too frequent retraining of the pump system. is returned to the collecting tank to avoid shutdown of these containers _t empty pumping Anla since the restart of the risk ■ ·>;. ■ Problem is great.

Dies hängt zusammen mit den zur'Speisung solcner Anlagen üblicherweise sehr langen Eneipi. Versorgungsnetzen mit Umspannstationen begrenzt r Leistung.This is related to the supply of such Plants usually very long Eneipi. Supply networks with transformer stations limit their output.

Insgesamt sind solche Betriebsweisen mit nutzlosem Verbrauch elektrischer Energie verbunden.Overall, such modes of operation are associated with useless consumption of electrical energy.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaf in :■ *_■ eines einfachen, wirtschaftlichen Zweigangantriebs : . einem Asynchronmotor, der mit geringem Aufwand ,, jeweils optimalen Betriebszustand arbeitet und sich durch geringe Umschalthäufigkeit auszeichnet.The object of the present invention is the sheep in: ■ * _ ■ a simple, economical two-speed drive:. an asynchronous motor that works with little effort , always in an optimal operating state and is characterized by its low switching frequency.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Ausbildung, wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Getriebeeinheit eine zwischen zwei Drehzahlen umschaltbare elektromagnetische Getriebeeinheit ist, die derart vor der Stern-Dreieck-Umschalteinrichtung umsteuerbar ist, daß bei Sternschaltung der Motorwiek'.ungen du. Abtriebsdrehzahl herabgesetzt und bei Dreiecks schaltung der Motorwicklungen die Abtriebsdreh/ah gleich bzw. nah der Moiordrehzahl ist.Based on the known design described above, it is proposed according to the invention to solve this problem that the gear unit is an electromagnetic gear unit which can be switched between two speeds and which can be reversed before the star-delta switching device in such a way that, when the motor is connected in a star connection, the motor wiek'.ungen du. The output speed is reduced and with the delta connection of the motor windings the output speed / ah is equal to or close to the motor speed.

Bei einer solchen Ausbildung ergibt sich ein«. Verringerung der zum Anlassen des Motors erforderli chen Leistungsfähigkeit von Speisequellc und -nei, sowie eine minimale Umschalthäufigkeit .ms dem eine. Betriebszustand in den anderen.Such a training results in a «. Reduction of the required to start the engine the efficiency of food sources and ingredients, as well as a minimum switching frequency .ms the one. Operating status in the other.

Entsprechend einer zweckmäßigen Ausgestaltuii] der Erfindung enthält die elektromechanische Getriebe einheit eine Erregerwicklung, die eine elektromagnet! scha Kupplung steuert, ein einstufiges mechanisch«. Ausgleichgetriebe und eine Überholeinrichuim·. die h«. der Zuführung der Speisung an die Erregerwi«. klung fii die elektromagnetische Verbindung des Ankers und de Induktors der Kupplung ein dem Wert 1 gleiches Iw nahes Drehzahlverhältnis der Einheit gewährleistet.According to an expedient Ausgestaltuii] the invention contains the electromechanical gear unit an excitation winding that has an electromagnet! scha clutch controls, a single-stage mechanical «. Differential gears and an overhaul facility ·. the h «. the feeding of the supply to the exciter ". klung fii the electromagnetic connection of the armature and the inductor of the coupling an Iw equal to the value 1 close speed ratio of the unit guaranteed.

Eine derartige Konstruktion der Getriebeeinheit lih es, die Betriebstüchtigkeit und Arbeitsgeib bi li biliSuch a construction of the gear unit lh, the operability and Arbeitsgeib bi li bili

hwindigkeit des Antriebs bei relativ billiger und *. _oroplizierter Konstruktion und geringen Abmessun-•en zu erreichen.speed of the drive at relatively cheaper and *. _oro plied construction and small dimensions.

· -ßei'dem ist in einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine IJmschaiteinrichtung vorgesehen, die aus zwei Schütze Wsteht, von denen eines die Motorwicklur^en in Dreieck schaltet und die Erregerwicklung üer Getriebe-•jnheit ar, Spannung legt und das andere, indem es das eingangs erwähnte Schütz ausschaltet, die Sternschaltung der Motorwicklungen herbeiführt.· -Be'dem is in a further functional Embodiment of the present invention provides an IJmschaiteinrichtung consisting of two contactors One of them is the motor windings in Delta switches and the excitation winding via the gear unit ar, sets voltage and the other, by switching off the contactor mentioned at the beginning, the star connection which brings about motor windings.

Durch diese Einrichtung wird eine schnelle undThis facility will make a quick and easy

teilhafte Umschaltung des Antriebs aus der normafcn Betriebsart in die rauhere Arbeitsbetriebsart und «mgekehrt erreicht.partial switchover of the drive from the normal operating mode to the rougher operating mode and «Reached the other way round.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtIn the following the present invention is illustrated using an exemplary embodiment with reference to the drawings explained in more detail. It shows

pig. 1 einen gesamten Blockschaltplan des »weigangantriebes nach der Erfindung zusammen mit einer angetriebenen und Steuereinrichtung.pig. 1 shows an entire block diagram of the »weigangantriebes according to the invention together with a driven and control device.

pig 2, 3 und 4 Getriebepläne von drei Abarten der elektromagnetischen Getriebeeinheit im Antrieb auf Fig. 1,pig 2, 3 and 4 transmission plans of three varieties of the electromagnetic gear unit in the drive on Fig. 1,

pig 5 einen Abschnitt der Getriebeeinheit aufpig 5 shows a section of the gear unit

pig. 2,pig. 2,

Fig. 6 eine Meßschaitung des Wasserstandes für die Steuerung des Antriebes auf Fig. 1,Fig. 6 a measuring circuit of the water level for the control of the drive in Fig. 1,

pig. 7 ein elektrisches Schaltbild des Zweigangentriebes mit Asynchronmotor auf Fig. 1 nach der Erfindung.pig. 7 shows an electrical circuit diagram of the two-speed drive with asynchronous motor in FIG. 1 according to the Invention.

Der Zweigangantrieb enthält erfindungsgemäß einen Asynchron-Kurzschlußläufermotor 1 (Fig. 1), der für die Stern-Dreieck- bzw. Dreieck-Stcrn-Umschahung der Wicklungen geeignet ist. Mit dem angetriebenen Stellglied 2 ist der Motor 1 über eine dazwischenliegende Getriebeeinheit 3 verbunden, die sowohl mit einem herabsetzenden Drehzahlverhältnis als auch mit einem Drehzahlverhältnis arbeiten kann, das dem Wert 1 gleich bzw. nah ist.The two-speed drive contains according to the invention an asynchronous squirrel cage motor 1 (Fig. 1), which for the star-triangle or triangle-star wrap around the windings is suitable. With the powered Actuator 2 is connected to the engine 1 via an intermediate gear unit 3, which both with a reducing speed ratio as well as with a speed ratio that corresponds to the value 1 is the same or close.

Diese dazwischenliegende Getriebeeinheit 3 kann, um der angegebenen Forderung zu genügen, baulich verschiedenartig ausgebildet werden. Vorzugsweise kann die Einheit 3 als eine elektromagnetische Getriebeeinheit ausgeführt werden, deren Konstruktion nachfolgend beschrieben wird.This intermediate gear unit 3 can, in order to meet the specified requirement, structurally be designed in different ways. Preferably, the unit 3 can be used as an electromagnetic Gear unit are carried out, the construction of which is described below.

Die in der vorliegenden Antriebsausführung angewendete Getriebeeinheit kann in drei Abarten ( F i g. 2, 3, 4) ausgebildet werden, die allerdings identische Bestandteile enthalten, welche nachfolgend gleichzeitig für alle Abarten aufgeführt sind;The gear unit used in the present drive version can be of three types (Fig. 2, 3, 4), which, however, contain identical components, which are subsequently simultaneously are listed for all varieties;

Eingangs- (4, 5, 6) und Ausgangswelle (7, 8, 9), einstufiges Ausgleichgetriebe (10, 11 12) mit einem vorgegebenen Zahnzahlverhältnis, elektromagnetische Kupplung, die einen Anker (13, 14, 15) und einen Induktor (16, 17, 18) enthält. Außerdem ist eine die Verbindung des Ankers und des Induktors der Kupplung steuernde Erregerwicklung (19, 20, 21) und eine Überholeinrichtung (22,23,24) vorhanden.Input (4, 5, 6) and output shaft (7, 8, 9), single-stage differential (10, 11 12) with one predetermined tooth ratio, electromagnetic clutch, an armature (13, 14, 15) and one Contains inductor (16, 17, 18). Also, one is the connection of the armature and the inductor Clutch-controlling excitation winding (19, 20, 21) and an overtaking device (22,23,24) are available.

Die Getriebeeinheit ist für eine stelige b/w. unstetige Änderung der Winkelgeschwindigkeit (ο)) am Ausgamr bei einer konstanten Winkclgcschwindigkci! air Eingang und umgekehrt bestimmt.The gear unit is for a digit b / w. discontinuous Change of the angular speed (ο)) at the Ausgamr with a constant angular speed! air entrance and vice versa.

Die Getriebeeinheit stellt eine kinematisch geschlossene elektromechanische Einrichtung dar, die auf der Basis einer < leit- oder Reibungskupplung, eines mechanischen einstufigen Aufgleichgetriebes und einer Überholeinrichtung aufgebaut ist.The gear unit is a kinematically closed electromechanical device that is based on the Basis of a <guide or friction clutch, a mechanical single-stage compensating gear and a Overtaking facility is set up.

Die elektromagnetische Getriebeeinheit kann je nach dem erforderlichen Änderungsbereich (q) der Winkelgeschwindigkeit, definiert als ein Verhältnis der maximalen Winkelgeschwindigkeit (ain-.ai) am Ausgang zur minimalen Winkelgeschwindigkeit (wmm) am Eingang, in drei Abarten (F i g. 2,3,4) ausgeführt werden.The electromagnetic gear unit can, depending on the required range of change (q) of the angular speed, defined as a ratio of the maximum angular speed (ain-.ai) at the output to the minimum angular speed (wmm) at the input, in three variants (Fig. 2,3 , 4) are executed.

Für die erste Abart (Fig. 2) kann q = 8,0 ... 2,5; für ίο die zweite (Fig.3) q = 2 und für die dritte (Fig.4) q = 1,8... 1,14 vorgegeben werden.For the first variant (Fig. 2) q = 8.0 ... 2.5; for ίο the second (Fig. 3) q = 2 and for the third (Fig. 4) q = 1.8 ... 1.14 can be specified.

Die Abarten unterscheiden sich durch verschiedeneThe varieties differ by different ones

kinematische Verbindung der beweglichen Glieder des mechanischen Ausgleichgetriebes mit den Gliedern derkinematic connection of the moving links of the mechanical differential with the links of the

is elektromagnetischen Kupplung und die Anordnung der ¹J berholeinrichtung.is electromagnetic clutch and the arrangement of the ¹ J overhaul device.

Für die Reihe der auf der Basis der elektromagnetischen Gleitkupplung ausgeführten Getriebeeinheiten ist ein kontaktloses Universalmagnetsystem vorgeschla-Do gen, das folgende Bestandteile enthält.· ringförmige im Gehäuse 25 angeordnete Erregerwicklung (19; Fig. 2 und 5); Polzylinder, der aus gegengepolten Klauenpolen 26, die mit einer diamagnetischen Legierung 27 vergossen sind, be^jht und mit einem der Räder des 2s mechanischen Ausgleichgetriebes 10 verbunden ist. Zwei Deckel des Polzylinders mit Lagerbaugruppen, in deren eir.er 28 das Gehäuse des mechanischen Ausgleichgetriebes 10 befestigt ist; voller oder kurzgeschlossener Anker 13, der mit einem anderen Mittelrad des Ausgicichgetriebes 10 verbunden ist.For the series of gear units based on the electromagnetic sliding clutch a contactless universal magnet system proposed gene, which contains the following components: Ring-shaped excitation winding arranged in housing 25 (19; Fig. 2 and 5); Pole cylinder made of oppositely polarized claw poles 26 made with a diamagnetic alloy 27 are shed, be ^ jht and with one of the wheels of the 2s mechanical differential gear 10 is connected. Two covers of the pole cylinder with bearing assemblies, in whose eir.er 28 the housing of the mechanical Differential gear 10 is attached; full or short-circuited armature 13 connected to another center wheel of the balancing gear 10 is connected.

Die Deckel 28 des Holzylinders sind aus einem diamagnetischen Werkstoff gefertigt, was eine wesentliche Herabsetzung der Streuung des Magnetflusses und somit eine Verminderung der Erregerleistung ermöglicht. Der Lenker 29 des Ausgleichgetriebes 10 ist starr mit der Ausgangswelle 7 verbunden.The cover 28 of the wooden cylinder are made of a diamagnetic material, which is an essential Reduction of the scattering of the magnetic flux and thus a reduction in the excitation power. The link 29 of the differential gear 10 is rigidly connected to the output shaft 7.

Bei der Verbindung der treibenden Eingangswelle 4When connecting the driving input shaft 4

( F i g. 2) mit dem Anker 13 wird die Überholeinrichtung(F i g. 2) with the armature 13 is the overtaking device

22 zwischen dem Polzylinder 26 (seinem Deckel) und dem Gehäuse 25 und bei der Verbindung der Welle 622 between the pole cylinder 26 (its cover) and the housing 25 and when the shaft 6 is connected

( F i g. 4) mit dem Polzylinder des Induktors 18 zwischen dem Anker 15 (seiner Welle) und dem Gehäuse 30(Fig. 4) with the pole cylinder of the inductor 18 between the armature 15 (its shaft) and the housing 30

eingebaut. Für die Schaltung mit einem kegelförmigenbuilt-in. For the circuit with a cone-shaped

Ausgleichgetriebe 11 ( F i g. .3) spielt die Verbindung derDifferential gear 11 (F i g. .3) plays the connection of the

Räder des Ausgleichgetriebes mit den Gliedern der Kupplung keine Rolle.Wheels of the differential gear with the links of the clutch do not matter.

Auf diese Weise dient das getriebene Glied der Kupplung in allen Schemata als mit der Überholeinrichtung verbundenes Endglied, das Gehäuse des Ausgleichso getriebes als eines seiner Räder und die profilierten Speichen 31 ( F i g. 5) des Ankers als Ventilationsflügelrad. In this way the driven link of the clutch serves as with the overrunning device in all schemes connected end link, the housing of the compensating gear as one of its wheels and the profiled Spokes 31 (Fig. 5) of the armature as a ventilation impeller.

Die Überholeinrichtung wird so eingebaut, daß sie die Drehung des getriebenen Gliedes der Kupplung nur 5s gleichsinnig mit der Drehung des treibenden mit der Eingcngswelle verbundenen Gliedes zuläßt. Für alle Schemata gellen gleiche energiekinematische Gesetzmäßigkeiten. The overtaking device is installed so that it only stops the rotation of the driven member of the clutch 5s in the same direction as the rotation of the driving and the Input shaft connected member allows. The same energy kinematic laws apply to all schemes.

Vergleicht man den Rechnungswert des elektrode magnetischen Drehmoments der in die Getriebeeinheit eingeschalteten Kupplung (Md) mit dem Drehmoment am Ausgang der Getriebeeinheit (Mo), so ist ihr Verhalt his um den Wert Mq geringer als der Wert 1.If one compares the calculated value of the electrode magnetic torque of the clutch (Md) switched on in the gear unit with the torque at the output of the gear unit (Mo), then its behavior is lower by the value Mq than the value 1.

Das bedeutet, daß die Verkürzung des Regelbereichs f«, zu einer wesentlichen Verminderung des Rechnungswertes des elektromagnetischen Drehmoments und folglich auch der von ihm bedingten Masse und Raumbedarf der Konstruktion fuhrt.This means that the shortening of the control range f «leads to a substantial reduction in the invoice value of the electromagnetic torque and consequently also the mass caused by it and Space requirement of the construction leads.

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Und umgekehrt steigt die Belastbarkeit üer Getriebet..:heit bei gleichbleibender Konstruktion des Magnetleiters infolge der Änderung von Drehzahliverhältnissen des Ausgleichgetriebes und seines Einschaltschemas bei einer Verminderung des Differentials um den Faktor 1,4 - 8,0.And vice versa, the load capacity increases via the gear set ..: that is with the same construction of the magnetic conductor as a result of the change in speed ratios of the differential gear and its engagement scheme with a reduction of the differential by the factor 1.4 - 8.0.

Die Arbeit der Getriebeeinheit besteht im folgenden: Beim Ausbleiben der Erregung ist an das Endglied der Kupplung über eines der Mittelräder (Kegelrad) des Ausgleichgetriebes ein Drehmoment angelegt, das bestrebt ist, dieses Glied in eine Richtung zu drehen, die der Drehrichtung des treibenden Gliedes entgegengesetzt ist.The work of the gear unit consists of the following: If there is no excitation, the end link is the Coupling applied a torque via one of the center gears (bevel gear) of the differential gear, the strives to rotate this member in a direction that is opposite to the direction of rotation of the driving member is.

Das Endglied liegt über die Überholeinrichtung am Gehäuse an, wodurch die Getriebeeinheit in den Betrieb eines Umlaufgetriebes mit einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis /r(herabsetzend) überführt wird.The end link rests against the housing via the overtaking device, causing the gear unit to start operating an epicyclic gear with a predetermined speed ratio / r (reducing) is transferred.

Beim Anlegen der Nennspeisespannung an die Erregerwicklung der Getriebeeinheit wird das Endglied infolge der elektromagnetischen Wechselwirkung mit dem treibenden Glied in Drehung versetzt, deren Richtung gleichsinnig mit der des treibenden Gliedes und dessen Geschwindigkeit nah zu der des treibenden Gliedes ist, was ein Drehzahlverhältnis der Getriebeeinheit in diesem Betrieb gleich oder nah dem Wert 1 sicherstellt.When the nominal supply voltage is applied to the excitation winding of the gear unit, the end link becomes due to the electromagnetic interaction with the driving member in rotation, whose Direction in the same direction as that of the driving link and its speed close to that of the driving link The term is what a speed ratio of the gear unit in this mode is equal to or close to the value 1 ensures.

Beim Entregen der Wicklung geht der Antrieb in den Betrieb eines Getriebes über, deshalb wird der Änderungsbereich der Winkelgeschwindigkeit immer nah zu dem Drehzahlverhältnis des Ausgleichgetriebes sein, das im Betrieb eines Umlaufgetriebes arbeitet.When the winding is de-energized, the drive goes into operation of a gear unit, which is why the Change range of the angular speed always close to the speed ratio of the differential gear be that works in the operation of an epicyclic gear.

Die kontaktlose Konstruktion der in das Schema der Getriebeeinheit eingebauten Gleitkupplung gewährleistet eine hohe Betriebssicherheit der Konstruktion und die stetige Änderung der Betriebsart sowohl der Getriebeeinheit selbst als auch der mit ihr gekuppelten Arbeitsmaschinen.The contactless construction of the sliding coupling built into the scheme of the gear unit ensures a high operational reliability of the construction and the constant change of the operating mode of both the Transmission unit itself as well as the work machines coupled to it.

Beim Zuführen des vollen Erregerstroms geht die Getriebeeinheit in eine Betriebsart mit einem Drehzahlverhältnis, das dem Wert 1 gleich bzw. nah ist, über, d. h., ein solches Schaltgetriebe weist zwei hochstabile stationäre Betriebszustände auf. Der Regelbereich (q) des Schaltgetriebes beträgt somit:When the full excitation current is supplied, the gear unit changes to an operating mode with a speed ratio that is equal to or close to the value 1, ie such a gearbox has two highly stable, stationary operating states. The control range (q) of the gearbox is thus:

(1)(1)

Af_liust.Af _liust .

(21(21

beträgt, wird der Motor mit einem Drehmoment beaufschlagt, das um den Faktor ir geringer als das Drehmoment der angetriebenen Arbeitsmaschine ist.is, the motor is applied with a torque that is less than the torque of the driven machine by a factor ir.

Ist das Drehmoment der Arbeitsmaschine unabhängig von der Drehgeschwindigkeit, so wird das Verhältnis von Eingangsmomenten bzw. von Momenten, die den Motor an der Seite der Arbeitsmaschine im Getriebebetrieb (Mcmp r) und im erregten Betrieb (Mcinp <·) beaufschlagen, betragen:If the torque of the driven machine is independent of the rotational speed, the ratio of the input torques or of the moments that act on the motor on the side of the driven machine in gear operation (Mcmp r) and in energized operation (Mcinp <·) will be:

ic Drehzahlverhällnis im erregten Zustand und
ir Drehzahlverhältnis bei der Arbeit im Getriebebetrieb bedeutet. ic speed ratio in the excited state and
ir means speed ratio when working in gear operation.

Da das Verhältnis der Drehmomente am Ausgang (Mausg.) und am Eingang (Mcmg.) des im Getriebebetrieb arbeitenden SchaltgetriebesSince the ratio of the torques at the output (Mausg.) And at the input (Mcmg.) Of the in gear operation working manual transmission

Hängt das Drehmoment der Arbeitsmaschine von der Drehgeschwindigkeit ab, so muß man bei einem ίο gleichartigen Vergleich die Gesetzmäßigkeit seiner Änderung berücksichtigen.If the torque of the working machine depends on the speed of rotation, then one has to ίο similar comparison take into account the legality of its change.

Es ist einleuchtend, daß die Lüfterkennlinie der Drehzahlabhängigkeit des Drehmoments der Arbeitsmaschine bei einer Überführung des Antriebes von einem Betrieb in den anderen ein folgendes Drehmomentverhältnis ergibt:It is evident that the fan characteristic is the speed dependency of the torque of the driven machine a following torque ratio when the drive is transferred from one operation to the other results in:

M_c,_ni._r M _c , _ni . _r

Aus Anschaulichkeitsgründen ist in den aufgeführten Beziehungen der Wirkungsgrad des elektromechanischen Schaltgetriebes nicht berücksichtigt, der in beiden angegebenen stationären Betriebsarten 93 bis 96% erreicht.For the sake of clarity, the efficiency of the electromechanical is in the relationships listed Gearbox not taken into account, the 93 to 96% in both specified stationary operating modes achieved.

Es ist bekannt, daß das Verhältnis der verketteten Anlaßströme eines Asynchronmotors bei Stern- (Im-) und Dreieckschaltung (Im 1) It is known that the ratio of the concatenated starting currents of an asynchronous motor with star (Im) and delta connection (Im 1)

beträgt.amounts to.

Da bei geringen Belastungen der Wirkungsgrad des Motors und besonders der Leistungsfaktor des Netzes bei Sternschaltung der Ständerwicklungen höher als bei ihrer Dreieckschaltung liegen, so muß man zur Erleichterung des Anlaufs, Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Antriebs und des Leistungsfaktors des Netzes bei teilweiser Belastung das Drehzahlverhältnis des Schaltgetriebes im Getriebebetrieb im Einklang mit dem Verhältnis der Anlaufströme des Motors wählen. Beispielsweise können die Drehzahlverhältnisse des Schaltgetriebes für die betrachteten Fälle (3) und (4) aus der folgenden Beziehung (6) bzw.(7) ermittelt werden:Because with low loads the efficiency of the motor and especially the power factor of the network with star connection of the stator windings are higher than with their delta connection, one has to go to Facilitating start-up, increasing the cost-effectiveness of the drive and the power factor of the network with partial load the speed ratio of the gearbox in gear operation in accordance with the ratio of the motor's starting currents. For example, the speed ratios of the Gearbox for the cases under consideration (3) and (4) can be determined from the following relationship (6) and (7):

Af_cini!,.Af _cini! ,.

Or Ημπ, c Or Ημπ, c

Die Einhaltung dieser Bedingungen ermöglicht es. die Anlaufströme des Motors dreifach zu vermindern, da der Motor dabei bei Nenndrehzahl des Läufers von Stern auf Dreieck geschaltet wird, und die Zweipunkt-Compliance with these conditions makes it possible. to reduce the starting currents of the motor threefold because the motor is switched from star to delta at nominal speed of the rotor, and the two-point

6n Regelung des Motors zu erzielen, die eine bessere Aufrechterhaltung der Parameter des zu regelnden Prozesses bei geringerer Schalthäufigkeit der Betriebe des Antriebs sicherstellt.6n control of the engine to achieve the better Maintenance of the parameters of the process to be controlled with lower switching frequency of the companies of the drive.

Die beschriebene Lösung ermöglicht aber nicht nurThe solution described does not only make it possible

die Erhaltung der oben angegebenen Vorteile, sondern auch eine mindestens anderthalbfache Erhöhung der Belastbarkeit des Asynchronmotors normaler Ausführung. the preservation of the advantages given above, rather also an at least one and a half times increase in the load capacity of the asynchronous motor of normal design.

(ο(ο

In diesem Fall muß das Drehzahlverhältnis /V für die jetrachteten Fälle nicht aus den Beziehungen (6) und (7), sondern aus den Beziehungen (8) und (9) ermittelt werden:In this case the speed ratio / V does not have to be derived from equations (6) and (7), but can be determined from the relationships (8) and (9):

I
3· 1.5I.
3 1.5

Ir —Ir -

(S)(S)

(91(91

Das ermöglicht es bei einer anderthalbfachen Erhöhung des nützlichen Widerstandsmoments, den Motor bei Sternschaltung mit Nennmoment (Mu,) und bei Dreieckschaltung mit einem Drehmoment Mi == 1,5 Mi anzulassen.With a one-and-a-half-fold increase in the useful drag torque, this makes it possible to start the motor with a star connection with nominal torque (Mu,) and with a delta connection with a torque Mi == 1.5 Mi.

In diesem Fall erhält man die günstigeren energetischen Kennwerte des Antriebs und des Netzes (nach Leistungsverbrauch, Anlaufströmen, Leistungsfaktor des Netzes und anderen Kennwerten), die eine wesentliche Verminderung der installierten Leistung von selbständigen Stromversorgungsquellen und eine Erhöhung von technischen Kennwerten des Antriebs ermöglichen,In this case you get the cheaper energetic ones Characteristic values of the drive and the network (according to power consumption, starting currents, power factor of the network and other characteristic values), which significantly reduce the installed capacity of independent power supply sources and an increase in technical parameters of the drive enable,

Nachfolgend wird ein Antrieb nach der Erfindung in Anlehnung an ein konkretes Anwendungsbeispiel erläutert, der folgende Baugruppen enthält:A drive according to the invention based on a specific application example is described below which contains the following assemblies:

Kurzschlußläufer-Asynchronmotor 1 (F i g. 1).Squirrel cage induction motor 1 (Fig. 1).

elektromagnetische Getriebeeinheit 3,electromagnetic gear unit 3,

Stellglied 2,Actuator 2,

Einrichtung der selbsttätigen Umschaltung des Antriebes 32 und Geber 33 der zulässigen Zustände der Regelgröße.Setting up the automatic switching of the drive 32 and encoder 33 of the permissible states the controlled variable.

Während bei nur einem Betriebszustand des Antriebs bei der Regelung von Prozessen gewöhnlich durch zwei Signale der Geber umgeschaltet wird, die dem oberen und dem unteren zulässigen Pegel der Regelgröße entsprechen, muß der vorgeschlagene Antrieb ein zusätzliches; Signal erhalten, das einem bestimmten Zwischenpegel (Anlaßpegel) der Regelgröße entspricht. Dabei besteht die Arbeit des Antriebs, beispielsweise bei der Regelung des Wasserstandes in einem Polderbehälter, im folgenden.While with only one operating state of the drive when regulating processes, usually by two Signals from the encoder are switched over to the upper and lower permissible level of the controlled variable correspond, the proposed drive must be an additional; Get signal that a particular Intermediate level (starting level) corresponds to the controlled variable. There is the work of the drive, for example when regulating the water level in a polder tank, in the following.

Beim Ansteigen des Wasserstandes im Behälter bis zum Anlaßpegel 34 (F i g. 6) wird der Antrieb für den Betrieb der teilweisen Belastung eingeschaltet. Ist der Wassereinlauf in den Behälter nicht sehr intensiv, so wird der Antrieb in diesem Betrieb so lange arbeiten, bis der Wasserstand auf den unteren Pegel 35 heruntergeht, bei dem für den Motor ein Ausschaltsignal gegeber wird.When the water level in the container rises to the starting level 34 (FIG. 6), the drive for the Partial load operation switched on. If the water inlet into the container is not very intense, then so the drive will work in this mode until the water level goes down to the lower level 35, in which a switch-off signal is given for the motor.

Ist der Wassereinlauf in den Behälter intensiv und reicht die Förderleistung der Pumpe in diesem Betrieb nicht aus, so wird der Antrieb durch ein Signal des Gebers beim Erreichen des oberen Pegels 36 in den Nennbetrieb überführt, in dem er bis zum Absinken des Wasserstandes auf den vorgegebenen unteren Pegel arbeiten wird.Is the water inflow into the tank intensive and the delivery rate of the pump is sufficient in this mode not off, the drive is switched to by a signal from the encoder when the upper level 36 is reached Nominal operation transferred, in which it continues until the water level drops to the specified lower level will work.

Da aber der intensive Wassereinlauf nur während einer Regenperiode und Schneeschmelze der Fall ist, wird der Betrieb der teilweisen Belastung der vorherrschende Betrieb des Antriebs sein.But since the intensive water intake is only the case during a rainy season and snowmelt, the operation of the partial load will be the predominant operation of the drive.

Für die Aufgabe des oberen 36 und des unteren 34 Pegels kann ein bekannter kapazitiver Geber angewendet werden, der aus einem Stab 37 und einem Rohr 38 besteht. Der kapazitive Widerstand zwischen diesem Stab und diesem Rohr ändert sich sprungweise bei der Berührung der Flüssigkeit sowohl mit der Stirnseite des Stabes 37 als auch mit der Stirnseite des Rohres 38, wodurch die Signalgabe für die Umschaltung des Antriebes bei oberem 36 und bei dem Anlaßpegel 34 sichergestellt ist. In diesem Fall wird der Abstand zwischen den Pegeln durch eine Änderung der Länge des Metallstabes 37 eingestellt. Auf F i g. 7 ist das gesamte elektrische Schaltbild des Antriebes der angegebenen Stellglieder dargestellt.A known capacitive transmitter can be used for the task of the upper 36 and lower 34 levels which consists of a rod 37 and a tube 38. The capacitive resistance between these Rod and this tube changes abruptly when the liquid comes into contact with both the face of the Rod 37 as well as with the face of the tube 38, whereby the signaling for the switching of the Drive at the upper 36 and at the starting level 34 is ensured. In this case the distance becomes adjusted between the levels by changing the length of the metal rod 37. On F i g. 7 is that The entire electrical circuit diagram of the actuator of the specified actuators is shown.

Erreicht die Regelgröße einen der Grenzwerte, so gibt die automatische Schaltung des ersten Gebers 39 ein Signal für die Einschaltung der Wicklung des Relais 40, was zum Schließen seines Kontaktes 41 und zur Überführung des Systems in den wartenden Betrieb führt. Erreicht die Regelgröße den Anlaßpegel, so spricht die automatische Schaltung des Gebers <2 an und erregt das Relais 43, dessen Kontakt 44 beim Schließen das Schütz 45 einschaltet. Das Schütz 45 schaltet mit seinen Starkstromkontakten 46 die Wicklungen des Asynchronmotors 1 in Stern und schließt mit seinem Hilfskontakt 47 die automatische Schaltung des Gebers 42 kurz. Dabei wird der Antrieb im hochwirtschaftlichen Betrieb der teilweisen Belastung arbeiten. Erfolgt die Änderung der Regelgröße nicht intensiv, so wird sie bei diesem Betrieb des Antriebs entweder auf einem gleichbleibenden Pegel aufrechterhalten werden oder auf den Anfangswert absinken, wonach die automatische Schaltung des Gebers 39 das Relais 40 und folglich das ganze Speisesystem des Antriebs ausschaltet. Erfolgt die Änderung der Regelgröße intensiv und kann der Antrieb in diesem Betrieb die Stabilisierung der Regelgröße nicht gewährleisten, so wird die automatische Schaltung 48 des dritten Gebers beim Erreichen des der Stellung dieses Gebers entsprechenden Wertes das Relais 49 einschalten, das über den Öffner 50 die Speisung des Asynchronmotors 1 abschaltet, über den Schließer 51 die Speisung der Erregerwicklung 19 der Kupplung der Getriebeeinheit einschaltet und über den Schließer 52 den Speisestromkreis der Wicklung des Schützes 53 vorbereitetIf the controlled variable reaches one of the limit values, the automatic switching of the first transmitter 39 outputs a signal for the switching on of the winding of the relay 40, which leads to the closure of its contact 41 and to Transfer of the system into waiting operation. If the controlled variable reaches the starting level, so responds to the automatic switching of the encoder <2 and energizes the relay 43, whose contact 44 at Closing the contactor 45 switches on. The contactor 45 switches with its heavy current contacts 46 the Windings of the asynchronous motor 1 in star and closes with its auxiliary contact 47 the automatic Circuit of the encoder 42 short. The drive in the highly economical operation is the partial load work. If the change in the controlled variable does not take place intensively, it will be used in this operation of the Drive can either be maintained at a constant level or at the initial value decrease, after which the automatic switching of the transmitter 39, the relay 40 and consequently the whole Switches the drive's feed system off. If the change in the controlled variable takes place intensively and the Drive does not guarantee the stabilization of the controlled variable in this mode, the automatic Circuit 48 of the third transmitter when the value corresponding to the position of this transmitter is reached switch on the relay 49, which switches off the supply of the asynchronous motor 1 via the break contact 50, via the Closer 51 turns on the supply of the excitation winding 19 of the clutch of the gear unit and via the Normally open contact 52 prepares the feed circuit for the winding of the contactor 53

Beim Ausschalten des Schützes 45 schließt sich sein Hilfskontakt 54 und schaltet aas Schütz 53 ein. Das Schütz 53 schaltet mit seinen Starkstromkontakten 54 den Motor 1 in Dreieck und schließt mit seinem Hilfskomakt 55 die automatische Schaltung des Geben 48 kurz. Das gewährleistet die Arbeit des Antriebes irr hochwirtschaftlichen Nennbetrieb so lange, bis die automatische Schaltung des Gebers 42 ein Signal für du Ausschaltung des Systems ausgibtWhen the contactor 45 is switched off, its auxiliary contact 54 closes and switches on aas contactor 53. That Contactor 53 switches the motor 1 in triangle with its heavy current contacts 54 and closes with his Auxiliary compact 55 the automatic circuit of the giving 48 short. This ensures the work of the drive irr highly economical nominal operation until the automatic switching of the sender 42 receives a signal for you Switching off the system

Auf diese Weise wird im vorgeschlagenen Antrieb da; erleichterte Anlassen des Motors, die Erhöhung de: Wirkungsgrades des Antriebs und des Netzes sowie dii Herabsetzung der Schalthäufigkeit infolge der längerei Arbeit des Antriebes im Betrieb der teilweisei Belastung erreichtIn this way, there is in the proposed drive; easier starting of the engine, increasing de: Efficiency of the drive and the network as well as the reduction in the switching frequency as a result of the longevity The work of the drive is achieved during operation of the partial load

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Zweigangantrieb mit einem Asynchronmotor mit einer Stern-Dreieck-umschalieinrichtung mit verschiedenen Schaltstellungen, in deren einer die Wicklungen des Asynchronmotors in Stern geschaltet und in der anderen die Wicklungen des Asynchronmotors in Dreieck geschaltet sind, wobei der Antrieb wechselnder Belastung ausgesetzt ist und eine Getriebeeinheit zwischen dem Motor und dem angetriebenen Stellglied angeordnet ist, d a durch gekennzeichnet, daß die Getriebeeinheit (3) eine zwischen zwei Drehzahlen umschaltoare elektromagnetische Getriebeeinheit ist, die ·.$ derart von der Stern-Dreieck-Umschalteinrichtung umsteuerbar ist, daß bei Sternschaltung der Motorwicklungen die Abtriebsdrehzahl herabgesetzt und bei Dreiecksschaitung der Motorwicklungen die Abtriebsdrehzahl gleich bzw. nah der Motordrehzahl ist.1. Two-speed drive with an asynchronous motor with a star-delta switching device with different switching positions, in one of which the windings of the asynchronous motor are connected in star and in the other the windings of the asynchronous motor are connected in delta, the drive being exposed to alternating loads and a gear unit is disposed between the engine and the driven actuator, as by in that the gear unit (3) is a umschaltoare between two speeds electromagnetic gear unit ·. $ in such a way by the star-delta switching is reversible, that for star connection of the motor windings the Reduced output speed and with triangular connection of the motor windings, the output speed is equal to or close to the motor speed. 2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanische Getriebeeinheit (3) eine Erregerwicklung (19, 20, 21), die eine elektromagnetische Kupplung steuert, ein einstufiges mechanisches Ausgleichgetriebe (10,11,12) und eine Überholeinrichtung (22, 23, 24) enthält, die bei der Zuführung der Speisung an die Erregerwicklung (19 bis 21) für die elektromagnetische Verbindung des Ankers (13 bis 15) und des Induktors (16 bis 18) der Kupplung ein dem Wert 1 gleiches bzw. nahes Drehzahlverhältnis sicherstellt.2. Drive according to claim 1, characterized in that the electromechanical gear unit (3) an excitation winding (19, 20, 21) that controls an electromagnetic clutch, a single-stage mechanical differential gear (10,11,12) and a Overtaking device (22, 23, 24) which, when the supply is fed to the field winding (19 to 21) for the electromagnetic connection of the armature (13 to 15) and the inductor (16 to 18) of the Coupling ensures a speed ratio equal to or close to the value 1. 3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung aus zwei Schützen (45, 53) besteht, von denen eines die Motorwicklungen in Dreieck schaltet und die Erregerwicklung der Getriebeeinheit (3) an Spannung legt und das andere, indem es das erste Schütz ausschaltet, die Sternschaltung der Motorwicklungen herbeiführt.3. Drive according to claim 1 or 2, characterized in that the switching device from two contactors (45, 53), one of which switches the motor windings in delta and the The excitation winding of the gear unit (3) applies voltage and the other by connecting the first contactor switches off, brings about the star connection of the motor windings. daß die Anlaufströme das Vier- bis SSSSe des im Dauerbetrieb fließenden Stroms deichen können und tfe Speiseleitungen und -quellen ra diesen erhöhten Strombedarf ausgelegt werden müssen Dies ist besonders Mchteil* wenn besonders lance Energieversorgungsieiiungen iwnwcuig 0.,...that the starting currents are four to SSSSe of the current flowing in continuous operation can dike and tfe feed lines and sources These increased power requirements have to be designed for this. This is especially important lance Energieversorgungsieiiungen iwnwcuig 0., ... Ils Nachteil ist es auch anzusehen wenn zur Sicherstellung eines zuverlässigen Anlaufs der Motoren das anzu reibende Lastmoment mehrfach n.ednger gewählt wird als das im Nennbetneb vom Motor !„wickelte Drehmoment, weil dann eine an s.ch uSe hohe Motorleistung üistallieri werden muß uid ebenfalls hohe Anlaufströme und Leistungsreserven Ts Speisenetzes sowie eine Verminderung des Leistungsfaktors des Netzes in Kauf genommen werdenIt is also a disadvantage if, in order to ensure reliable start-up of the motors, the load torque to be rubbed is selected several times less than the torque developed by the motor in nominal operation, because then a high motor power must also be installed high starting currents and power reserves Ts supply network as well as a reduction in the power factor of the network must be accepted