AT399433B - Einrichtung zur steuerung von mehreren asynchronmotoren, insbesondere motore für kaskadenpumpwerke und kaskadenverdichter - Google Patents

Description

AT 399 433 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung von mehreren Asynchronmotoren, insbesondere Motore für Kaskadenpumpwerke und Kaskadenverdichter, mit Einrichtungen zur Erfassung des Bedarfes und einer Steuereinrichtung, die einen der Motore mittels eines Frequenzumformers in seiner Drehzahl regelt und die Motore zyklisch vertauscht ansteuert. 5 Strömungsmaschinen, wie Pumpen und Verdichter eignen sich hervorragend für den Einsatz im Kaskadenbetrieb. Dadurch kann die Fördermenge oder Förderhöhe einer Strömungsmaschine vervielfacht werden, ohne daß sich bei der Parallelschaltung die Fördermenge bzw. bei der Serienschaltung die Förderhöhe vervielfacht. Ergebnis des Kaskadenbetriebes ist in Serienschaltung eine sehr steile Summenkennlinie zur Anpassung an variable Förderhöhen und in der Parallelschaltung eine sehr flache Kennlinie io zur Anpassung an variable Fördermengen.

Durch Drehzahlverstellung nur einer Pumpe des Kaskadenpumpwerkes kann eine stufenlose Anpassung an die jeweiligen Anlagenerfordernisse erzielt werden und gleichzeitig im Rahmen der jeweiligen Pumpenkennlinien der Betrieb im Bereich des besten Wirkungsgrades, der Pumpen angestrebt werden.

Aus den technischen und wirtschaftlichen Vorteilen der Kaskadenschaltung und der Drehzahlregelung 75 von Kreiselpumpen ergibt sich eine zunehmende Bedeutung von drehzahlgeregelten Kaskadenpumpwerken. Aus Gründen der Anlagenbetriebssicherheit und der gleichmäßigen Abnutzung der Pumpen, sowie zur Reduktion der Schalthäufigkeit besteht bei Kaskadenpumpwerken jedoch die Forderung, alle Pumpen einschließlich der Reservepumpe bei jedem Zu- und Abschalten zyklisch zu vertauschen und somit nach dem First In - First Out - Prinzip eine gleichmäßige Schaltanzahl und eine annähernd gleichmäßige 20 Betriebsstundenanzahl aller Pumpen zu erzielen. Das Zu- und Abschalten der Pumpen muß möglichst sanft und stoßfrei erfolgen, um eine Beschädigung von Leitungen und Armaturen sowie eine Geräuschbelästigung zu verhindern. Der sanfte Hochlauf der Aggregate bietet darüberhinaus den Vorteil eines materialschonenden Betriebes. Diese Forderungen konnten bisher nur bei Einsatz je eines Frequenzumformers- pro Pumpe erfüllt werden. Den erzielbaren Energieeinsparungen und der Steigerung der Lebensdauer stehen 25 jedoch die hohen Kosten der Frequenzumformer gegenüber, weshalb zumeist nur ein Frequenzumformer pro Kaskadenpumpwerk Anwendung findet. Dabei wird dann eine Pumpe drehzahlgeregelt und jede weitere direkt hinzugeschaltet. Die regelbare Pumpe ist nicht in der Lage den Einschaltdruckstoß der zugeschalteten Pumpe auszugleichen. Ebenso ist die regelbare Pumpe nicht in der Lage den Lastsprung nach Ausschalten einer Pumpe abzufangen. 30 Bei Motorleistungen über 3 kW muß zumeist eine Anlaßvorrichtung vorgesehen werden. Ein zyklisches Vertauschen aller Pumpen ist aber nur bei Stillstand der gesamten Anlage möglich, da der Frequenzumformer im Betrieb nicht an eine andere Pumpe weitergegeben werden kann. Bei größeren Versorgungseinheiten mit dauernden Verbrauch ist daher auch ein zyklisches Vertauschen der drehzahlgeregelten Pumpen niemals möglich und muß diese ununterbrochen in Betrieb sein, während die zugeschalteten nicht 35 drehzahlgeregelten Pumpen zyklisch vertauscht werden.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die es ermöglicht jeden Motor der Einrichtung mit lediglich einem Frequenzumformer zu steuern, insbesondere aus dem Stillstand auf dessen Nenndrehzahl zu bringen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß jeder der Motore über Schalteinrichtungen wahlweise 40 mit dem für alle Motore gemeinsamen Frequenzumformer oder mit einem Netzanschluß verbindbar ist, wobei der Frequenzumformer lediglich mit je einem, auswählbaren Motor verbindbar ist.

Durch diese Maßnahmen ist es möglich zuerst einen Motor mit dem Frequenzumformer bei Bedarf bis zu dessen Nenndrehzahl hochzufahren. Danach kann die Versorgung dieses Motors vom Frequenzumfor-mer auf das Netz umgeschaltet werden. Bei weiterem Bedarf an Antriebsleistung kann ein weiterer Motor 45 mit dem Frequenzumformer hochgefahren werden, wobei auch die Möglichkeit besteht die Drehzahl dieses Motors je nach den erforderlichen Antriebsleistungen mittels des Frequenzumformers zu steuern.

Im Falle einer Abnahme des Bedarfes an Antriebsleistung kann ein Motor mit dem Frequenzumformer in seiner Drehzahl entsprechend vermindert werden und bei weiter sinkenden Bedarf überhaupt abgeschaltet werden, wonach ein nächster Motor vom Netz getrennt und mit dem Frequenzumformer verbunden so werden kann, der dann wieder in seiner Drehzahl geregelt werden kann.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Frequenz des Frequenzumformers ( ) zwischen Null und einer geringfügig über der Netzfrequenz liegenden Frequenz verän derbar ist.

Dies ermöglicht es die Motore vor dem Anschalten an das Netz auf eine über deren Nenndrehzahl 55 liegende Drehzahl zu bringen, dann vom Frequenzumformer zu trennen und während der dadurch bedingten Abnahme deren Drehzahl bei Erreichen des notwendigen Synchronzustandes mit dem Netz verbunden werden. 2

Claims (5)

1. AT 399 433 B in diesem Zusammenhang kann weiters vorgesehen sein, daß eine Zeitschaltung und gegebenenfalls eine Strommeßeinrichtung vorgesehen ist, die durch das Öffnen des den Frequenzumformer mit dem jeweiligen Motor verbindenden Schalters aktivierbar ist und das Schließen des diesen Motor mit dem Netz verbindenden Schalters steuert. Damit kann auf einfache Weise die Erreichung eines ausreichenden synchronen Zustandes erfaßt werden, der ein Anschalten des Motors an das Netz ermöglicht, ohne daß es dabei zu einer abrupten Änderung der Antriebsbedingungen kommt. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß zur Schaltung der Netzversorgung zu jedem Motor bzw. zur Versorgung über den Frequenzumformer dreiphasige leistungselektronische Wechselschalter vorgesehen sind, wodurch ein rasches und exaktes Schalten möglich wird. Dabei kann weiters vorgesehen sein, daß zur Ansteuerung der Wechselschalter ein Spannungs- und Phasendifferenzmeßkreis vorgesehen ist. Durch die Erfindung ist es möglich am Ende des Verstellbereiches des einzigen Frequenzumformers die zugeschaltete Asynchronmaschine an das Netz zu übergeben, wie umgekehrt ein vom Netz gespeister Asynchronmotor von diesem getrennt und an den Frequenzumformer versorgt werden kann. Dabei treten keine störenden Drehzahleinbrüche beim Umschalten auf, die in der Folge bei in Kaskade geschalteten Strömungsmaschinen zu Druckstößen führen könnten. Dabei können auch aufwendige Synchronisiereinrichtungen zur Synchronisierung des Netzes mit dem Frequenzumformer entfallen. Außerdem ist durch entsprechende Auswahl des Motors, der zuerst hochgefahren und stillgesetzt wird, eine entsprechende zyklische Vertauschung der jeweils drehzahlgeregelten Asynchronmaschine möglich. Weiters erübrigt sich durch die erfindungsgemäße Lösung auch die Anordnung von Anlaßvorrichtungen. Durch das sanfte "Aus Dem Netz Fahren" der Strömungsmaschine treten keine Lastsprünge auf, wie dies bei Anlagen der Fall ist, bei denen z.B. bei sinkender Fördermenge die drehzahlgeregelte Pumpe ihre Drehzahl soweit vermindern muß, daß sie nicht mehr netzwirksam ist und danach eine weitere Pumpe schlagartig ausschalten muß, um eine weitere Reduktion der Menge herbeizuführen, wonach die drehzahlgeregelte Pumpe wiederum den plötzlichen Mengen- und damit Druckeinbruch durch Hochfahren auffangen sollte, was in der Praxis nicht möglich ist und zu einem Druckeinbruch führt. Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen. Rg. 1 und 2 verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Einrichtung. Bei der Aüsführungsform nach der Fig. 1 sind die Asynchronmotore 1 über Umschalter 2 wahlweise mit dem Netz 3 oder mit einer vom Frequenzumformer 4 gespeisten Schiene, die in der Frequenzumformerweiterschalteinrichtung 5 angeordnet ist. Diese Einrichtung 5 wählt auch über die Umschalter 2 jenen Motor 1 aus, der zuerst im Sinne einer gleichmäßigen Belastung aller Motore zuerst hochgefahren oder stillgesetzt wird. Gesteuert wird diese Einrichtung 5 von einem Regler 6, der eingangsseitig mit einer die Signale der Fühler, die verschiedene Betriebswerte der Einrichtung erfassenden und diese mit den allenfalls vorgegebenen Sollwerten vergleichenden Sensorschaltung 7 verbunden ist. Bei der Ausführungsform nach der Rg. 2 ist zwischen den mit dem Netz 3, bzw. dem .Frequenzumformer 4 verbundenen Schienen ein Wahlschalter 8 Zwischengeschäft, der es ermöglicht, wahlweise beide Schienen 1', 2' mit dem Netz 3 zu verbinden, wenn ein ausreichend synchroner Zustand erreicht ist. Weiters ist ein Phasenmeßkreis 9 und ein Strommeßkreis 10 vorgesehen, die auf eine Umschaltlogik und Steuereinrichtung 12 einwirken, die ihrerseits die Umschalter 2 steuert. Weiters steuert die Steuereinrichtung 12 den Umschalter 8 Weiters ist mit der Steuereinrichtung 12 noch ein Frequenzregler 11 verbunden, der den Frequenzumformer 4 steuert. Dies ermöglicht eine entsprechende Drehzahlregelung jeweils eines der Motore 1. Patentansprüche 1. Einrichtung zur Steuerung von mehreren Asynchronmotoren, insbesondere Motore für Kaskadenpumpwerke und Kaskadenverdichter, mit Einrichtungen zur Erfassung des Bedarfes und einer Steuereinrichtung, die einen der Motore mittels eines Frequenzumformers in seiner Drehzahl regelt und die Motore zyklisch vertauscht ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Motore (1) über Schalteinrichtungen (2) wahlweise mit dem für alle Motore (1) gemeinsamen Frequenzumformer (4) oder mit einem Netzanschluß (3) verbindbar ist, wobei der Frequenzumformer (4) lediglich mit je einem, auswählbaren Motor (1) verbindbar ist. 3 AT 399 433 B
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Frequenzumformers (4) zwischen Null und einer geringfügig über der Netzfrequenz liegende Frequenz veränderbar ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaltung der Netzversorgung zu jedem Motor (1) bzw. zur Versorgung über den Frequenzumformer (4) dreiphasige leistungselektronische Wechselschaiter vorgesehen sind.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung der Wechselschalter (2) ein Spannungs- und Phasendifferenzmeßkreis (9) vorgesehen ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitschaltung und gegebenenfalls eine Strommeßeinrichtung (10) vorgesehen ist, die durch das Öffnen des den Frequenzumformer (4) mit dem jeweiligen Motor (1) verbindenden Schalters (2) .aktivierbar ist und das Schließen des diesen Motor (1) mit dem Netz (3) verbindenden Schalters (2 ) steuert. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 4