DE508877C - Arrangement for adjusting and maintaining the relative synchronization of any number of asynchronous motors - Google Patents

Description

Anordnung zur Einstellung und Aufrechterhaltung des relativen Gleichlaufs einer beliebigen Anzahl von Asynchronmotoren Bei verschiedenen Arbeitsmaschinenaggregaten, die aus mehreren gesondert angetriebenen, in keinem starren Zusammenhang befindlichen Einheiten bestehen, z. B. Papiermaschinen, Walzwerken usw., ist es erforderlich, das gegenseitige Geschwindigkeitsverhältnis der einzelnen Teilantriebsmotoren verschieden einzustellen. Ferner muß man bei solchen Anlagen die Arbeitsgeschwindigkeit der Gesamtmaschine in weiten Grenzen regeln und sämtliche Antriebsmotoren im relativen Gleichlauf halten. In den meisten Fällen steht als Kraftquelle nur Drehstrom zur Verfügung. Um jedoch die genannten Bedingungen zu erfüllen, werden fast durchweg Gleichstrommotoren als Teilantriebsmotoren verwendet. Solche Motoren sind an sich teuer und erfordern die Umformung der gesamten Antriebsenergie in Gleichstrom. Ferner müssen mehr oder weniger umfangreiche Regeleinrichtungen zur Einstellung und selbsttätigen l.Jberwachung des relativen Gleichlaufs der einzelnen Maschinen vorhanden sein.Arrangement for setting and maintaining the relative synchronization any number of asynchronous motors with different machine aggregates, those made up of several separately driven, not in a rigid relationship Units exist, e.g. B. paper machines, rolling mills, etc., it is necessary the mutual speed ratio of the individual partial drive motors is different to adjust. Furthermore, one must in such systems the operating speed of Control the entire machine within wide limits and all drive motors in relative terms Keep in sync. In most cases, only three-phase current is available as a power source Disposal. However, in order to meet the mentioned conditions, are almost always DC motors used as partial drive motors. Such engines are in themselves expensive and require the conversion of the entire drive energy into direct current. Further need more or less extensive control devices for setting and automatic 1. Monitoring of the relative synchronization of the individual machines must be available.

Um die Umformungsverluste zu ersparen, hat man bereits Drehstromkollektormotoren verwendet. Diese sind jedoch infolge ihrer Empfindlichkeit, ihres ungünstigen Wirkungsgrades und hohen Preises wenig geeignet, zumal auch für sie besondere Einrichtungen zur Gleichlaufüberwachung erforderlich sind.Three-phase collector motors are already available to save the conversion losses used. However, these are due to their sensitivity, their unfavorable efficiency and high price not very suitable, especially since special facilities for them Synchronization monitoring are required.

Demgegenüber hat die Verwendung von Drehstromasynchronmotoren bedeutende Vorteile, bedingt durch ihren einfachen Aufbau, den hohen Wirkungsgrad und die niedrigen Beschaffungskosten. Allerdings ist es ohne besondere Hilfsmittel nicht möglich, ihre Umlaufzahl verlustlos zu regeln und unbeeinffuBt von Belastungschwankungen konstant zu erhalten.In contrast, the use of three-phase asynchronous motors has significant Advantages due to their simple structure, high efficiency and low Procurement costs. However, it is not possible without special aids to regulate their number of revolutions lossless and unaffected by load fluctuations constant.

In vielen Fällen, wie z. B. beim Antrieb von Walzwerken, Textilmaschinen usw., kommt es weniger darauf an, die Arbeitsgeschwindigkeit mehrerer Motoren absolut konstant zu halten, als einmal eingestelltes gegenseitiges Geschwindigkeitsverhältnis oder mit anderen Worten den relativen Gleichlauf aufrechtzuerhalten. Um den relativen Gleichlauf mehrerer Asynchronmotoren zu erzielen, ist es bekannt, die Läuferwicklungen dieser Motoren durch ein Ausgleichsnetz miteinander zu verbinden. Die Umlaufszahl der hierdurch synchronisierten Motoren kann bekanntlich in wirtschaftlicher Weise dadurch geändert werden, daB entweder die Primärwicklungen der Motoren von einem Netz mit regelbarer Frequenz gespeist werden, oder daB den Sekundärwicklungen durch einen an das Ausgleichsnetz angeschlossenen gemeinsamen Hintermaschinensatz, z. B. einen Frequenzwandler, verschiedene Frequenzen zugeführt werden.In many cases, such as B. in the drive of rolling mills, textile machines etc., what matters less is the working speed of several motors in absolute terms to keep constant, as once set mutual speed ratio or in other words to maintain the relative synchronization. To the relative To achieve synchronism of several asynchronous motors, it is known to use the rotor windings to connect these motors with each other by means of a compensation network. The circulation number the motors synchronized in this way can, as is well known, be carried out in an economical manner can be changed by using either the primary windings of the motors from one Mains with adjustable frequency, or that the secondary windings through one on the common rear machine set connected to the compensation network, z. B. a frequency converter, different frequencies are fed.

Diese Mittel kommen jedoch nur dort in Frage, wo das gegenseitige Geschwindigkeitsverhältnis der Motoren nicht betriebsmäßig verschieden einstellbar zu sein braucht, weil sonst zwischen die Motoren und die von ihnen angetriebenen Wellen veränderliche Übersetzungsgetriebe, z. B. Kegelscheibenrieinentriebe, Reibrädergetriebe oder ähnliche Mittel, geschaltet werden müßten, deren mit der Belastung sich ändernder Schlupf und sonstige Nachteile die praktische Verwendbarkeit derartiger Antriebe z. B. für Papiermaschinen ausschließen.However, these means come into question only where they are mutual The speed ratio of the motors cannot be set differently during operation needs to be because otherwise between the motors and those driven by them Variable transmission shafts, e.g. B. conical pulley drives, friction gears or similar means would have to be switched, whose changes with the load Slip and other disadvantages the practical usability of such drives z. B. exclude for paper machines.

Um diese Nachteile zu umgehen, hat man vorgeschlagen, die Läufer der Asynchronmotoren nicht unmittelbar, sondern unter Zwischenschaltung je eines besonderen Frequenzwandlers zu verbinden. Auch hierbei sind veränderlich einstellbare Übersetzungsgetriebe erforderlich, die jedoch in diesem Falle nicht zur Übertragung der vollen Antriebsenergie, sondern nur der bei Belastungsunregelmäßigkeiten auftretenden Ausgleichsenergie bemessen zu sein brauchen. Immerhin bleiben diese Zwischenglieder Fehlerquellen. Ferner ist zu bemerken; daß bei den 'sher bekannt gewordenen Anordnungen Kollektormaschinen als Hintermaschinen dienten, z. B. Einankerumformer, Drehstromkollektormotoren usw. Diese verteuern nicht nur die Antriebe, sondern haben auch betriebstechnische Nachteile, z. B. Kommutierungsschwierigkeiten und verschieden großen Spannungsabfall bei stärkeren Lastschwankungen. Ein praktisch vollkommener Gleichlauf der Asynchronmotoren ist also auch durch diese Anordnungen nicht gewährleistet.In order to avoid these disadvantages, it has been proposed to use the runners Asynchronous motors not directly, but with a special one in between To connect frequency converter. Here, too, there are variably adjustable transmission gears required, but in this case not for the transmission of the full drive energy, but only the balancing energy that occurs in the event of load irregularities need to be measured. After all, these links remain sources of error. It should also be noted; that with the 'sher known arrangements collector machines served as rear machines, e.g. B. Single armature converters, three-phase collector motors, etc. These not only make the drives more expensive, they also have operational disadvantages, z. B. Commutation difficulties and voltage drops of different sizes with stronger ones Load fluctuations. A practically perfect synchronization of the asynchronous motors is therefore also not guaranteed by these arrangements.

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Erzielung genauen relativen Gleichlaufes mehrerer Asynchronmotoren, wobei erfindungsgemäß die den einzelnen @synchronmotoren zugeordneten Frequenzwandler an sich bekannte Asynchronmaschinen mit drehbaren Gehäusen sind, deren Läufer starr miteinander gekuppelt sind.The invention is a device for achieving accurate relative synchronism of several asynchronous motors, wherein according to the invention the Frequency converters associated with individual synchronous motors are known asynchronous machines with rotatable housings, the runners of which are rigidly coupled to one another.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.

Die Ständerwicklungen der in relativem Gleichlauf zu erhaltenden Asynchronmotoren i sind über die Schalter g an das Drehstromnetz RST angeschlossen. Durch die Anlasser io können die Motoren i einzeln angelassen und stillgesetzt werden. Nach dem Anlassen wird der Läufer jedes Motors i zwangläuüg vom Anlaßwiderstand i i auf den Läufer des zugeordneten Frequenzwandlers 2 übergeschaltet. Die Läufer aller Frequenzwandler sind starr miteinander gekuppelt oder auf einer gemeinsamen Welle 3 angeordnet sowie mit einer gemeinsamen Synchronmaschine verbunden. Ferner ist die gemeinsame Läuferwelle mit einem Gleichstromgenerator 5 gekuppelt. Dieser speist die fremderregten Gleichstromnebenschlußmotoren 6, die zum Antrieb der drehbar gelagerten Gehäuse der Frequenzwandler 2 mittels Schneckengetriebe 8 dienen. Die Gehäusewicklungen der Frequenzwandler 2 sind über die Schalter 12 und Schleifringe an das Drehstromnetz RST angeschlossen.The stator windings of the asynchronous motors to be maintained in relative synchronism i are connected to the three-phase network RST via switches g. By the starter io the motors i can be started and stopped individually. After starting the rotor of each motor i inevitably moves from the starting resistor i i to the rotor of the assigned frequency converter 2 switched over. The runners of all frequency converters are rigidly coupled to one another or arranged on a common shaft 3 as well connected to a common synchronous machine. Furthermore, there is the common rotor shaft coupled to a direct current generator 5. This feeds the separately excited DC shunt motors 6, which are used to drive the rotatably mounted housing of the frequency converter 2 by means of Worm gear 8 are used. The housing windings of the frequency converter 2 are over the switches 12 and slip rings are connected to the three-phase network RST.

Um die Wirkungsweise zu erläutern, sei zunächst der Fall angenommen, daß z. B. io Teilantriebsmotoren i in relativem Gleichlauf zu halten seien, von denen 5 um i o °/" übersynchron und 5 um io °/o untersynchron laufen sollen. Dann würden je 5 Frequenzwandlergehäuse zweckmäßig in einander entgegengesetztem Drehsinne durch die Gleichstrommotoren 6 angetrieben werden. In den Läufern der Frequenzwandler, deren Gehäuse im Sinne des Drehfeldes angetrieben werden, entsteht eine voreilende Schlupffrequenz von io °/o, die die zugehörigen Motoren i zu übersynchronem Lauf zwingt. Diese Motoren sind also doppelt gespeist und ihre Frequenzwandler generatorisch belastet. Den Läufern der anderen 5 Motoren i, deren Frequenzwandlergehäuse entgegengesetzt dem Drehfelde angetrieben werden, werden io °% Schlupfenergie entzogen. Diese Frequenzwandler sind motorisch belastet. Der Synchronmotor ¢ hat dabei nur die an sich geringen Läuferreibungsverluste der Frequenzwandler 2 zu decken und den Gleichstromgenerator 5 anzutreiben. Hat einer der Motoren i infolge Belastungsschwankungen das Bestreben, von dem durch die Geschwindigkeit des Frequenzwandlergehäuses eingestellten Geschwindigkeitsverhältnis abzuweichen, so wird seinem Läufer durch den Frequenzwandler Energie entzogen oder zugeführt. Je nachdem, ob die Frequenzwandler bei unsymmetrischer Einstellung der gegenseitigen Geschwindigkeitsverhältnisse der Motoren i in ihrer Mehrzahl als Motor oder Generator belastet sind, ist die Synchronmaschine 4 als Generator oder Motor belastet. Der Gleichlauf der Motoren i wird auf diese Weise ebenso vollkommen aufrechterhalten, als wenn die Läufer der Motoren i unmittelbar elektrisch oder mechanisch miteinander verbunden wären.In order to explain the mode of operation, let us first assume the case that z. B. io partial drive motors i should be kept in relative synchronism from where 5 should run by i o ° / "oversynchronously and 5 by io ° / o undersynchronously. Then each 5 frequency converter housings would expediently rotate in opposite directions driven by the DC motors 6. In the runner of the frequency converter, whose housings are driven in the sense of the rotating field, a leading one is created Slip frequency of io ° / o, which causes the associated motors to run over-synchronously forces. These motors are therefore doubly fed and their frequency converters are regenerative burdened. Opposite the rotors of the other 5 motors i, their frequency converter housing the rotating field are driven, 10% slip energy is withdrawn. These frequency converters are motorized. The synchronous motor ¢ only has the small ones To cover rotor friction losses of the frequency converter 2 and the direct current generator 5 to drive. If, as a result of load fluctuations, one of the motors i tries to of the speed ratio set by the speed of the frequency converter housing deviate, energy is withdrawn from its rotor by the frequency converter or fed. Depending on whether the frequency converter is used with an asymmetrical setting of the mutual speed ratios of the motors i in their majority as a motor or generator are loaded, the synchronous machine 4 is a generator or motor burdened. The synchronism of the motors i is also completely maintained in this way, as if the rotors of the motors i are directly connected electrically or mechanically would be connected.

Es ist selbstverständlich, daß die Gehäuse sämtlicher Frequenzwandler 2 in gleichem Drehsinne und in jedem beliebigen gegenseitigen Geschwindigkeitsverhältnis angetrieben werden können. Ebenso ist es möglich, bei entsprechend großer Bemessung der Frequenzwandler 2 die Umlaufzahl der Motoren i in beliebig weiten Grenzen zu regeln, indem bei konstanter Frequenz des Netzes RST ihren Läufern durch die Frequenzwandler entsprechende Frequenzen zugeführt werden.It goes without saying that the housing of all frequency converters 2 in the same direction of rotation and in any mutual speed ratio can be driven. It is also possible with a correspondingly large dimensioning the frequency converter 2 the number of revolutions of the motors i in any to regulate wide limits by putting their rotors at a constant frequency of the network RST corresponding frequencies are supplied by the frequency converter.

Die grundsätzliche Wirkung der beschriebenen Einrichtung würde dieselbe bleiben, wenn statt der Frequenzwandler 2 irgendwelche anderen Hintermaschinen verwendet werden, z. B. Synchronmaschinen, Einankerumformer oder Drehstromkollektormotoren. Bedingung ist dabei jedoch, daß, wie dargestellt, die Läufer der Hintermaschinen auf einer gemeinsamen Welle sitzen bzw. miteinander gekuppelt sind und auch ihre Gehäuse drehbar gelagert und durch kleine Motoren 6 angetrieben werden.The basic effect of the device described would be the same remain if instead of the frequency converter 2 any other rear machines are used be e.g. B. synchronous machines, single armature converters or three-phase collector motors. The condition is that, as shown, the runners of the rear machines sit on a common shaft or are coupled to one another and also theirs Housing rotatably mounted and driven by small motors 6.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Anordnung zur Einstellung und Aufrechterhaltung des relativen Gleichlaufes einer beliebigen Anzahl von Asynchronmotoren, die zum Antrieb von Papiermaschinen oder Anlagen mit ähnlichen Betriebsbedingungen dienen, wobei jedem der Asynchronmotoren ein Frequenzwandler als Hintermaschine zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzwandler in an sich bekannter Weise als Asynchronmaschinen mit drehbarem Stator ausgeführt und ihre Läufer starr miteinander gekuppelt oder auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind.PATENT CLAIM: Arrangement for setting and maintaining the relative synchronism of any number of asynchronous motors that are used to drive of paper machines or systems with similar operating conditions are used, whereby a frequency converter is assigned to each of the asynchronous motors as a rear machine, characterized in that the frequency converter is used in a manner known per se as asynchronous machines executed with a rotatable stator and their rotors rigidly coupled to each other or are arranged on a common shaft.