NL8200882A - Werkwijze voor het voeden van een als aandrijfmotor gebruikte asynchroonmachine. - Google Patents

Description

-1- 1 >

Vferkwijze voor het voeden van een als aandrijfmotor gebruikte asynchroonmachine

De uitvinding betreft een werkwijze voor het voeden van een als aandrijfmotor gebruikte asyndrroonmachine, die met een verregaand constant hoofd- werktoerental moet werken in het 5 gebied van het op de frequentie van het algemene voedingsnet af gestand nominaal toerental.

Overeenkomstig de stand van de techniek worden asynchroonnachines door directe aansluiting op het algemene voedingsnet gevoed. Bij het versnellen en afremmen treden bij 10 deze direct op het voedingsnet aangesloten asynchroonmachines verliezen cp,dJe üj grote massatraagheidsmcmenten zasr.aanzienlijke waarden aannemen. Als gevolg van de verliezen bij het aanlopen en bij het remmen moeten de asynchroonmachines vaak overgedimensioneerd worden en voorzien zijn van een extra rotor. Voorts 15 moeten de schakeltoestellen en de toevoerleidingen aangepast worden aan de hoge aanloop- en remstremen. Ook de mechanische verbindingselementen tussen de as van de motor en de werkmachine moeten voor de stootsgewijze momentbelastingen bij het schakelen en de hogere draaimomenten bij het aanlopen bij het remmen aangepast zijn. -20 De voorgenoemde nadelen kunnen op bekende wijze binnen bepaalde grenzen hierdoor worden verminderd, doordat de polen van de asynchroon-machines cmschakelbaar worden uitgevoerd, echter dit betekent een dienovereenkomstige tostenvermeerdering voor de machines en de schakeltoestellen.

25 Ben andere mogelijkheid om de genoemde nadelen te verminderen ligt in de bekende toepassing van een hydraulische koppeling tussen de as van de asynchroonmachine en die van de werkmachine. In elk geval is hiermee geen vermindering van de verliezen bij het aanlopen en bij het remmen mogelijk, maar wordt 30 alleen de plaats van het onststaan van de verliezen van de rotor van de machine overgebracht naar de koppeling. Bovendien vormt de mechanische koppeling een kostbaar en voor storingen gevoelig bouwelement.

8200882 * * -2-

Vaak worden behalve het in het bereik van het noninaa.1 toerental gelegen werktoerental nog andere hiervan verschillende werktoerentallen vereist. Bij de stand van de techniek wordt deze eis eveneens door het omschakelen van de polen van de asynchroon-5 machine of door het gebruik van een extra aan de asynchrconmachine bevestigde drijfmotor gerealiseerd. Het omschakelen van de polen van de asynchroonmachine is zoals boven reeds is vermeld kostbaar en is ten aanzien van het resultaat van het verminderen van verliezen bij het versnellen, bij het af remmen, en ook bij het 10 veranderen van het werktoerental zeer ontoereikend, terwijl het gebruik van de extra drijfmotor het aanbrengen van een extra koppeling tussen de as van de asynchroonmachine en de aangedreven as van de drijfmotor vereist, zodat ook in het laatste geval de kosten zeer aanzienlijk zijn.

15 De onderhavige uitvinding beoogt de werkwijze zo uit te voeren, dat ten opzichte van de stand van de techniek enerzijds met sterk verminderde verliezen en zodoende met een aanzienlijke besparing van de electrische energie en anderzijds met naar verhouding geringe kosten deze kan worden uitgevoerd.

20 Dit doel wordt overeenkomstig de uitvinding hierdoor gekenmerkt, doordat de asynchroonmachine gedurende het versnellen en remmen telkens gevoed wordt via een hiertoe afzonderlijk toegevoegde statische frequentieanvormer met een frequentieverandering in overeenstemming met de toename van het toerental, respectievelijk 25 de afname van het toerental van de machine en telkens in aansluiting aan een versnelling op het hoofd- werktoerental door de frequentie-cmvormer cmgeschakeld wordt op een directe voeding uit het algemene voedingsnet.

Statische frequentiecmvormers werden tot nu toe 30 bij geregelde aandrijvingen gebruikt. Bij dergelijke geregelde aandrijvingen behoort bij elke afzonderlijke motor een regelbare voedingsbron, waarop de motor voor de lange duur blijft aangesloten. Het rendement van de werkelijke stuurtoestellen is weliswaar erg groot, echter toch merkbaar kleiner dan 1. Hierdoor ontstaan 35 verliezen in het stuurtoestel zelf, die aanzienlijk kunnen zijn.

8200882 # * -3-

Zo ontstaat bijvoorbeeld bij een 200 kW-aandrijving en bij een in de praktijk zeer goed rendement van de omvormer van 96% bij een bedrijfsduur van circa 4000 uur per jaar in het nominale toerental een energieverlies van 32 MWh. Hierbij komen nog de extra 5 verliezen, die door de werking van de omvormer (hier in het bijzonder de: afwijking van de sinusvorm van de voeding) in de motor zelf optreden. Ten opzichte van deze stand van de techniek bij het voeden van aandrijvingen met geregelde toerentallen berust de uitvinding op het inzicht dat een omvormer ook voor 10 het voeden onder de in de kop van de conclusie 1 aangegeven voorwaarden met een aanzienlijk voordeel ten aanzien van het verminderen van de verliezen en ten aanzien van het verkleinen van de constructiekosten en schakel technische kosten kan worden gébruikt, wanneer de omvormer alleen voor het versnellen en rentnen 15 als ook kortstondig werken met van het nonihaal toerental verschillende andere werktoerentallen gebruikt wordt en voor het nominaal bedrijf de directe aansluiting aan het voedingsnet gehandhaafd wordt, omdat aldus de voordelen van de werking van de omvormer gecombineerd warden met de voordelen van de directe 20 werking van het net onder vermijding van de nadelen hiervan ai zodoende de voorwaarde hiervoor geschapen is dat het gebruik van een omvormer ook onder de soortgelijke bepaalde omstandigheden loont.

Met behulp van de omvormer kunnen de verlizen vanwege 25 de mogelijkheid de voedingsfrequentie op het momentele machine- toerental slechts weinig voor-, respectievelijk na te laten ijlen sterker verminderd worden dan mogelijk is door het omschakelen van de polen en de andere bovengenoemde maatregelen. Wanneer de frequentiecmvormer volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de 30 uitvinding overeenkomstig conclusie 2 zo gestuurd wordt, dat de asunchroonmachine telkens alleen in het normale slipbereik werkt, treden ook bij toerentalveranderingen in de machine ten hoogste de normale verliezen op. Als gevolg van de steeds slechts kleine verliezen behoeft de asynchroonmachine niet overgedimensioneerd de 35 te worden ai'bebceven 1 schakel toestellen als ook de toevoerleidingen slechts aangepast te worden aan de in het normale bedrijf op- 8200882 v * -4- tredende aanloop- en remstremen. De mechanische verbindingselementen tussen de as van de asynchroonmachine en van de werk-machine behoeven eveneens alleen aangepast te worden aan de monentbelastingen, die in het normale bedrijf optreden. In 5 het normale bedrijf doen zich behalve de normale verliezen in de asynchroonmachine geen andere extra verliezen voor, omdat dan de machine met een sinusvconige voedingsstrocm direct op het algemene voedingsnet werkt. Zonder kostbare extra inrichtingen kan met de door de omvormer gevoede machine gewerkt worden met 10 andere toerentallen dan die, die liggen in het bereik van het nominale toerental.

De volgconclusie 3 tot 7 betreft eveneens verdere ontwikkelingen van de uitvoering volgens conclusie 1.

Het gebruik van een frequentieanvormer met terug-15 voeding biedt de mogelijkheid de tijdens het in bedrijf zijn mechanisch opgeslagen energie terug te voeren in het net.

Door de maatregelen volgens conclusie 5 worden schakelstoten verregaand verminderd.

De uitvinding heeft ook een werkwijze voor het 20 voeden van een groep van asynchroonmachines tot onderwerp, dat onder toepassing van de tot nu beschreven onderhavige werkwijze een zeer bijzondere rationele en energie besparende werking van de groep van machines met minimale kosten mogelijk maakt. De belangrijke kenmerken van deze werkwijze zijn genoemd 25 in het kenmerk van conclusie 8.

Voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 8 zal voor de gehele groep van asynchroonmachines één enkele frequentieanvormer nodig zijn, omdat deze niet alleen na de afzonderlijke versnellingshandelingen cp het nominale toerental 30 maar ook na elk van de andere met een toerentalverandering samenhangende handelingen afgeschakeld wordt van de hierop aangesloten asynchroonmachine en door de afzonderlijke machines steeds slechts zo kortstondig belast wordt, dat deze de gehele groep van machines zondermeer kan bedienen.

35 Met behulp van een frequentieanvormer met terug- voeding wordt de werkwijze volgens conclusie 8 bij voorkeur 8200882 0 % -5- onder toepassing van de in conclusie 9 aangegeven kenmerken uitgevoerd. Met noodgevallen, die een afremmen met :.:maxiraale snelheid vereisen, kan hierbij volgens conclusie 10 rekening gehouden worden.

5 De in de conclusies 11 en 12 aangegeven kenmerken leiden tot een optimalisering van de werkwijze voor het voeden van de groepen.

Het voeden van de groepen heeft velerlei toepassingsmogelijkheden. Zo werken bijvoorbeeld in de chemische werkwijze-10 techniek vaak parpen, verdichters, ventilatoren, roerwerken, verkleiningsmachines, molens, centrifuges, scheidingsinrichtingen, dekanteerinrichtingen en vele andere groepsgewijs tezamen.

De groep van werkmachines bezit hierbij behalve het kenmerk van het overwegend constant werktoerental nog grote traagheidsmcmenten.

15 Indien nodig kunnen in het raam van de onderhavige werkwijze met een werkmachine ook werkzaamheden met een geregeld toerental worden uitgevoerd, cndat de anvormer deze mogelijkheid eveneens biedt zoals de mogelijkheid van het geven van een van het hoofd-werktoerental verschillend toerental.

20. De conclusies 13 en 14 betreffen schakelopstellingen voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1 tot 7 respectievelijk 8 tot 12.

De uitvinding zal hierna bijvoorbeeld aan de hand van een in een blokschema weergegeven schakeluitvoering, die 25 zorgt voor de onderhavige voeding voor de groepen, nader verduidelijkt worden.

De schakeluitvoering bezit meerdere aandrijvingen A en een leidingsysteem 8.

Op een verzorgingsnet 1 is een verzorgingsrail 2 30 voor de frequsntieanvormer 4 en een andere verzorgingsrail, die het algemene voedingsnet 3 vormt, voor de directe voeding van de asynchroonmachines 61 tot 6n aangesloten. Al naar gelang de schakeltoestand al, bi, c) van de schakelaars 5^ tot 5n zijn de machines verbonden met het algemeen voedingsnetwerk of met 35 de frequentie variabele uitgang 7 van de anvormer of zijn stroanloos in de schakeltoestand b). De schakeltoestand van de 8200882 -6- schakelaars wordt door het leidingsysteem 8 via de anschakelbe-velen - Sn gegeven. Deze schakelbevelen bepalen dat steeds slechts die aandrijving verbonden is met de frequentieamvormer 4, waarbij een toerentalverandering moet worden uitgevoerd. Alle 5 andere aandrijvingen zijn met het voedingsnet 3 verbonden of zijn uitgeschakeld. Voorts wordt door het leidingsysteem 8 er voor gezorgd dat bij het cmschakelen van de netwerking op de cmvormer-werking of omgekeerd een veiligheidstijd in de schakelstand bi wordt aangehouden totdat de machine is bekrachtigd.

10 Na het omschakelen van de schakelstand b). naar de schakelstand cl wordt via het leidingsysteem 8 de omvormer 4 via zijn besturing 9 en een in-uit-bevel ingeschakeld. Tegelijkertijd wordt het nominale toerental n nominaal voor elke werkmachine 10, tot 10 gegeven. Dit nominale toerental richt zich naar de 1 n 15 eisen van de werkmachines en wordt verkregen uit de toestands-meidingen tot Mn>

Na vrijgave van de omvormer 4 begint deze zijn uitgangsfrequentie te synchroniseren met het werkelijk toerental van de werkmachine. Dit geschiedt gebruikelijkerwijs hierdoor 2Q doordat men bij een constante uitgangsstrocm gaat door de gehele frequentieband totdat een tegenspanning van de machine ontstaat, die aangeeft dat de machine is bekrachtigd. Deze zoekhandeling kan versneld worden wanneer men uitgaat van een extra informatie, die rekening houdt met de aanvangstoestand 25 van de aandrijfmachine. Na het synchroniseren van de frequentie van de omvormer en het machinetoerental wordt door frequentieverhoging of frequentieverlaging het door de nominale waarde bepaald werktoerental verkregen. Via een nominale waarde-integra-tor 11 wordt hierbij de veranderingssnelheid van de nominale waarde 30 zo begrensd, dat de nominale strocm van de omvormer niet wordt overschreden. Wanneer de nominale waarde is bereikt, dat wil zeggen wanneer de werkmachine het gewenst toerental bezit, geeft de besturing 9 van de omvormer een melding "nominale waarde bereikt" (SWE) aan het leidingsysteem 8. Al naar 35 gelang het toerental leidt men hiervan werkbevelen A^- An voor de werkmachine of cmschakelbevelen S - S af, zodat de omvormer 1 n 8200882 -7- wederom ter beschikking staat van een andere werkmachine.

Bij v^kmchines met een groot massatraagheidsrranent is· het bijzonder gunstig wanneer de omvormer de mogelijkheid van terugvoeding bezit, dat wil zeggen de opgeslagen mechanische 5 -energie terugvoert in het voedingsnet 3. cmdat men deze teruggeveerde energie met zo gering mogelijke verliezen .cmzet, wordt via het uitgangssignaal van een leiding-meetinrichting 12 de stijging zo beïnvloed, dat geen energie teruggevoerd wordt in het verzorgingsnet 1. De remmende aandrijving A^_n geeft aldus 10 maximaal slechts zoveel energie af als de andere op het algemene voedingsnet 3 aangesloten verbruikers juist kunnen opnemen. In noodgevallen wordt door het leidingsysteem deze beïnvloeding via het signaal NA. af geschakeld, zodat een snelremming met de maximale stroom van de omvormer mogelijk wordt.

15 Zowel voor de werkmachines 10, als ook voor de l-n aandrij fmotoren 6^_n kan een door een microprocessor gestuurd bewakingssysteem gebruikt worden. Bij de werkmachines 10^ kan dit bewakingssysteem toestandsgrootheden bevatten, die saroerihangen met de functie van deze werkmachine, bijvoorbeeld transport- of 20 doorstrocmhoeveelheden, temperatuur, toestand van de legering, toestand van de overbrengorganen (bijvoorbeeld spanning van de V-riemen bij een aandrijving net V-riemen). Bij de aandrijf-motoren geeft het bewakingssysteem een aanwijzing van de temperaturen van de statorwikkeling en van de rotor als ook van de 25 legering. Door het leidingsysteem 8 kan er voor gezorgd worden dat telkens slechts de aandrij fmotoren op het net of op de omvormer zijn, aangesloten, waarvan de toestand op grond van de waarneming van de microprocessor als optimaal is aangegeven.

Bet zelfde geldt evenzo voor de werkmachines. De keuze vindt 30 plaats volgens de criteria van de optimale gebrufkseigenschappen.

Bet beschreven uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding vormt een omvangrijke inrichting. Natuurlijk gelden de beschreven gezichtspunten ook voor eenvoudige aandrijvingen met bijvoorbeeld slechts ëën werkmachine. Hierbij kunnen kostbare leidingssytemen 35 ontbreken en is een eenvoudige cmschakelinrichting voor het am-schakelen tussen het omvormer- en netbedrijf voldoende. Deze 8200882 -8- grijpt dan in wanneer toerentallen nodig worden, die van de net-frequentie afwijken.

8200882

Claims (15)

1. Werkwijze voor het voeden van een als aandrijf- • motor gebruikte asyndhroannnchine, die met een verregaand constant hoofd-werktoerental moet werken in het bereik van het op de frequentie van het algemeen voedingsnet afgestemd nominaal toeren-5 tal, met het kenmerk, dat de asynchroonmachine (S^_n) gedurende de versnellings- en remfasen telkens via een hieraan toegevoegde statische frequentieanvormer (4) met frequentieverandering in overeenstemming met de stijging van het toerental, respectievelijk de afname van het toerental van de machine (51-n) gevoed 10 wordt en telkens in aansluiting op een versnelling op het hoofd-werktoerental door de frequentieanvormer (4) angeschakeld wordt op een directe voeding uit het algemene voedingsnet (3).

2. Wërkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de frequentieanvormer (4) telkens zo gestuurd wordt, dat 15 de hierop aangesloten asynchroonmachine (5^ ) ook tijdens de versnellings- en remfasen alleen werkt in het bereik van den naninale slijp.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2 net het kenmerk, dat een frequentieanvormer (4) met terugvoeding wordt gebruikt.

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies net het kenmerk, dat de asynchroonmachine (5^ ) ook dan via de frequentieanvormer (4) wordt gevoed, wanneer deze kortstondig moet werken met een werktoerental dat verschilt van het hoofd-werktoerental.

5. Vferkwijze volgens ëën der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat bij het omschakelen van de lopende asynchroonmachine (5^1 van de frequentieanvormer (4) op het algemene voedingsnet (3) en omgekeerd tussen afschakelen en inschakelen een veiligheidstijd van een dusdanige duur wordt aangehouden, 30 dat de machine (5j_n). met een epen voedingskring kan worden bekrachtigd.

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de voedingspanning aan de kant van de frequentie-amvoimer is aangepast aan de belastingstoestand van de asynchroon-35 machine (51-nI en dat de frequentieanvormer (4) hiertoe is ingericht 8200882 _y ; -10- net tenminste drie verschillende voedingspanningen voer de belastingstoestanden 1/4, 1/2 en 3/4 belasting.

7. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies bij toepassing van omvormers, die de eigenschap van stroombronnen 5 bezitten met het kenmerk, dat telkens voor het af schakelen van de asynchroonmachine (5,^ ) van de omvormer (4) eerst de omvormer (41 electronisch. wordt uitgeschakeld.

8. Werkwijze voor het voeden van asynchroonmachines onder toepassing van de werkwijze volgens één der voorgaande 10 conclusies met hettkenmerk, dat voor de verschillende asynchroonmachines (5^1 van de groep één enkele frequentieemvormer (4) wordt gebruikt en dat hiermee de versnelling- en afronhandelingen van de afzonderlijke machines (5^} als ook eventueel van hun kortstondige werkhandelingen met van het hoofd-werkfcoerental 15 verschillend werktoerental achterelkaar worden uitgevoerd en na Beëindiging van elke handeling de betreffende asynchroonmachine (5 ί wordt af geschakeld van de frequentieemvormer (4), zodat deze wederom voor een andere asynchroonmachine (5 ) van de groep ter Beschikking staat.

9. Werkwijze volgens conclusie 8 met behulp van een frequentieemvormer met terugvoeding met het kenmerk, dat de afremhandelingen aan de kant van de frequentieemvormer afhankelijk van de richting van het naar de groep van de asynchroonmachines (5j_nl toegevoerd totaalvermogen zo uitgevoerd worden, dat het 25 door de groep uit het algemene voedingsnet (3). af genomen vermogen groter is dan nul.

10. Werkwijze volgens conclusie 9 net het kenmerk, dat voor noodgevallen de mogelijkheid bestaat het afremmen onafhankelijk van de richting van het naar de groep toegevoerd vermogen 3Q met een maximaal rarmement uit te voeren.

11. Werkwijze volgens één der conclusies 8 tot 10 met het kenmerk, dat verschillende gegevens van de aan te drijven machines (lO^^i geregistreerd worden door een door een microprocessor gestuurd bewakingssysteem en de bijbehorende asynchroon- 35 machines (5^1 naar keuze op het net (3), respectievelijk op de 8200882 -11- anvormer (4) worden aangesloten.

12. Werkwijze volgens êën der conclusies 8 tot 11 met het kenmerk, dat de eigenschappen van de asynchroonmachines (5 } geregistreerd worden door een door een microprocessor 5 gestuurd bewakingssyteem en gebruikt worden voor het bij schakelen van te cpttete asyndroomachine (5^).

13. Schakelopstelling voor het uitvoeren van de werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 7 gekenmerkt door een frequentieanvormer (41 met een veranderbare uitgangsfrequentie 10 en een bij een te voeden asynchroonmachine (6^ ) behorende schakelaar (5 ) met tenminste twee schakelstanden (a, c) die de bijbehorende asynchroonaadhine (6^) in te ene schakelstand (c) verbindt met de uitgang van de frequentiecmvormer (4) en in de schakelstand (ai verbindt met het algemene voedingsnet (3), 15 en door een leidingsysteem (81, dat te schakelaar <5^1 zo stuurt, dat deze tijdens de versnellings- en remfasen als ook bij werk-toerentallen, die verschillen van de in het bereik van het nominaal toerental gelegen toerentallen, .de ene schakelstand (c) en bij het lopen van de asynchroonmachine (6^ } met een werktoerental in 20 het bereik van het nominaal toerental de andere schakelstand (ai inneemt.

14. Schakelopstelling voor het uitvoeren van de werkwijze volgens één der conclusies 8 tot 12 gekenmerkt door een bij de meerdere asynchroonmachines behorende frequentiecmvormer 25 (4) met veranderbare uitgangsfrequentie, voor elke asynchroon- machine (6, ).. telkens een schakelaar (5. ). met tenminste twee l-n 1-n schakelstanden (a, cl, die de bijbehorende asynchroonmachine (6, ) in de ene schakelstand (ci aansluit op de uitgang (7) van de frequentieanvormer (4) en in de andere schakelstand (a) 30 aansluit op het algenene voedingsnet (3), en door een leidingsysteem (81, dat van de schakelas (5^} telkens slechts een en wel die brengt tot het cmschakelen in de ene schakelstand (cl, waarvan de bijbehorende asynchroonmachine (6^ ) een versnellings - of remhandeling of een werkhandeling met een van het 35 nominale werktoerental verschillend werktoerental moet uitvoeren. 8200882 -12-

15. Werkwijze in hoofdzaak zoals beschreven in de beschrijving. / 8200882