DD248968A1 - Leistungselektronischer antrieb fuer zentrifugalseparatoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen leistungselektronischen Antrieb fuer Zentrifugalseparatoren fuer vorzugsweise groessere Leistungen, bei denen der Motor direkt an die Spindel des Zentrifugalseparators angeflanscht ist. Das Ziel der Erfindung besteht darin, durch den Direktantrieb der Separatorenspindel eine waehrend der Anfahr-, der Betriebs- und der Abbremsphase variabel einstellbare optimale Drehzahl zu gewaehrleisten und durch Einsatz von Serienmotoren die Betriebs- und die Herstellungskosten bei einem optimalen Masse-Leistungsverhalten gering zu halten. Erfindungsgemaess erfolgt das dadurch, dass mittels eines bekannten Frequenzumrichters, bestehend aus einer ungesteuerten Drehstrombruecke und eines mit Thyristoren aufgebauten mehrpulsigen, rechnergestuetzt arbeitenden Drehstromwechselrichters, der Antrieb, die Steuerung und die Regelung eines standardgemaess ausgefuehrten Induktionsmotors, vorzugsweise eines Drehstromkurzschlusslaeufermotors, erfolgt und mittels des Frequenzumrichters in Abhaengigkeit der Prozessparameter die entsprechende Separatorendrehzahl eingestellt wird.

Description

LeistungselektroDisch.er Antrieb für Zentrifugalseparatoren Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen leistungselektronischen Antrieb für Zentrifugalseparatoren für vorzugsweise größerer Leistungen, bei denen der Liotor direkt mit der Spindel des Zentrifugalseparators verbunden ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind die unterschiedlichsten Ausführungen von Direktantrieben für Zentrifugalseparatoren, bei denen die allgemein gebräuchlichen Getriebe und Kupplungen entfallen und die Drehniomentenübertragung vorn Liotor direkt auf die Antriebsspindel des Zentrifugalseparators bzw. direkt auf die Zentrifugentromrp.el erfolgt.

Insbesondere wurde ein Antrieb für Zentrifugalseparatoren bekannt, bei dem ein Spezialmotor unterhalb der Separatorentromrael eingebaut ist. Auf der Rotorwelle befinden sich, zwei Rotoren, ein ferromagnetische!"· für den Anlauf und ein normaler Kurzschlußläufer für den Dauerbetrieb. Die Statorwicklung wird durch, einen speziellen IJecbanisaus über den jeweiligen Rotor geschoben.

Der ITacLiteil dieses Antriebs resultiert daraus, daß für Induktionsmotoren geringe Toleranzen erforderlich, sind und diese notwendigen Genauigkeiten bedeuten bei der Übertragung der er-•forderlichen Kräfte eine aufwendige Spezialausführung. Sowohl eine höhere Drehzahl, wie sie gewöhnlich für Zentrifugalseparatoren üblich ist, als auch, eine Veränderung der Betriebsclrehzahl entsprechend des technologischen Prozeßablaufes des Zentrifugalseparators ist bei normalem ITetzbetrieb nicht zu erreichen.

Bei weiteren bekannten Direktantrieben von Zentrifugalseparatoren erfolgt dsr Antrieb über die 'Droaaclspindel mittels Spezialantriebsmaschinen, die nur für den stationären Betrieb bei ITenndrehzahl -eeignet sind und einen S"oe,zialrnotor erfordern.

Dieser Spezialmotor ist im wesentlichen gekennzeichnet durch, eine Hohlwelle, in der die Trommelspindel geführt und gelagert wird. Hohlwelle und Trommelspindel sind formschlüssig so verbunden, daß die Kraftübertragung einschließlich der dynamischen Bewegungen der Trommel gewährleistet sind. Die dazu erforderliche spezielle Verzahnung ist erhöht beansprucht und Verschleiß behaftet. Stator und Rotorwicklung sind eine Spezialausführung, da sie der Konfiguration der Hohlwelle und Gehäuseform sowie den magnetischen und thermischen Besonderheiten entsprechen müssen. Bei dieser Antriebsart wird eine erhöhte Drehzahl über eine höhere Frequenz erreicht. In diesem Pail treten jedoch beim Anlauf schwer zu. beherrschende Erwärmungen auf. Weiterhin wirkt sich nachteilig aus, daß eine Veränderung der Arbeitsdrehzahl des Zentrifugalseparators entsprechend des technologischen Prozeßablaufes nicht möglich ist. Die neuesten technologischen Erkenntnisse fordern jedoch eine ganaue Regelbarkeit der Drehzahl der Zentrifugentrommel zum Zwecke der Stoff und Stoffmengen bezogenen Optimierung des Trennprozesses. Diese starren Arbeitsdrehzahlen beinhalten die gleichen technologischen lachteile wie sie die bisher allgemein gebräuchlichen Antriebe mit Getriebe und Kupplung aufweisen. Ebenfalls nachteilig wirkt sich die Abschaltung des Zentrifugalseparators aus, die bei dieser Antriebsvariante zu zusätzlichen kritischen Schwingungsresonanzen führt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen leistungselektronischen Antrieb für Zentrifugalseparatoren zu entwickeln, mit des ein Direktantrieb der Trommelspindel derart ermöglicht wird, daß bei Gewährleistung einer während der Anfahr-, der Betriebsund der Abbremsphase variabel einstellbaren optimalen Drehzahl, durch Einsatz von Serienmotoren die Betriebs- und die Herstellungskosten bei einem optimalen IJasse-Leistungsverhalten gering gehalten werden, wobei gleichzeitig ein wartungsfreier Dauerbetrieb mit geringsten Verlustenergien gewährleistet wird.

Charakter!stilc der bekannten technischen Lösungen

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen leistungselektronischen Antrieb für Zentrifugalseparatoren zu schaffen, bei dem ein serienmäßig gefertigter Antriebsmotor so gesteuert und geregelt wird, daß jede technologisch bedingte Arbeitsdrehzahl außerhalb kritischer Drehzahlbereiche in dem Bereich von 1000 bis 60C0 min realisiert wird und gleichzeitig der Anlauf und der Bremsvorgang ohne zusatalich.es Umschalten an Uotor in einer vertretbaren Anlaufs- bzw. Bremszeit ohne Überschreitung der thermischen und dynamischen Llotorparameter erfolgt.

Brfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß mittels eines bekannten Prequenzumrichters, bestehend aus einer umgesteuerten Drehst.rombrücke und eines mit Thyristoren aufgebauten mehrpulsigen rechnergestützt arbeitenden Drehstromwechselrichters, der Antrieb, die Steuerung und die Regelung eines standardmäßig ausgeführten Induktionsmotors, vorzugsweise eines Drehstromkurzschlußläufermotors erfolgt, und mittels des Prequenzumrichters in Abhängigkeit der Prozeßpar.ameter die entsprechende Separatorendrehzahl eingestellt wird.

Die Verwendung eines bekannten lcistungselektronischen Drehstrom-Prequenzuarichters ermöglicht den Einsatz eines standardmäßig ausgeführten Induktionsmotors, vorzugsweise eines zweipoligen Kurzschlußläufermotors für den Direktantrieb. Äquivalent dazu kann auch erfindungsgemäß der Einbau von Teilen des gleichen standardmäßig ausgeführten Drehstromkurzschlußläufermotors in einem Zentrifugalseparator erfolgen, wobei in diesem Pail der wicklungslose Rotor und die Statordrehstromwicklung zwischen dem Hals- und dem Pußlager der Separatorenspindel angeordnet sind. Bei der Anfahr-, Betriebs- und Abbremsphase wird entsprechend dem in den rechnergestützt arbeitenden Drehstromfrequenzumrichter eingegebenem Programm dem Induktionsmotor, vorzugsweise dem Drehstromkurzschlußläufermotor, die jeweils erforderliche Drehzahl zugeordnet, so daß während des gesamten Betriebes des Zentrifugalseparators keine Veränderung an der Separiereinrichtung bzw. keine Umschaltung am Liotor, unabhängig

von dem zu separierenden Gut bzw. von den Separierruengen erfolgt, da immer die jeweilige erforderliche Drehzahl gefahren wird. Bei der Separierung von Stoffen, bei denen die separierten Phasen genau vorher bestimmte immer gleichbleibende Parameter aufweisen müssen, werden erfindungsgemäß Sensoren in der Ableitung der Zentrifugalseparatoren angeordnet, die die Parameter des bearbeiteten Gutes erfassen und diese au einer zugeordneten als liegler arbeitenden Bewertungseinheit melden und nach Bewertung ein Steuersignal mittels einer Ansteuereinrichtung an den Frequenzumrichter melden. Dieser Regelkreis ermöglicht durch ständiges Erfassen der Parameter des separierten Gutes mittels Sensoren und den ständigen Vergleich, mit dem Sollwert eine sofortige Y/iedereinstellung auf den Sollwert bei Abweichung durch Änderung der Drehzahl der Separatorentrommel durch den Frequenzumrichter, so daß eine Peineinstellung der Separatorendrehzahl und somit eine Regelung des Separierprozesses in Abhängigkeit von der Qualität des Separiergutes erfolgt. Bei Separatoren größerer Bauart kann in der Bremsphase die hohe kinetische Energie der schnelldrehenden Separatorentrommel in Form von Wärmeenergie dadurch zurückgewonnen werden, daß erfindungsgemäß diese kinetische Energie der Separatorentrommel durch den Induktionsmotor, der generatorisch als Asynchrongenerator arbeitet, in elektrische Energie umgewandelt wird und diese über den Frequenzumrichter einem zugeordneten elektrischen ilutzwiderstand zur weiteren Verwendung zugeführt wird.

Au sfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert w erden.

Die Zeichnung stellt schematisch einen Zentrifugalseparator 1 mit der Separatorentrommel 2, die auf der Separatorenspindel 3 aufsitzt und von dieser geführt wird, dar. Die Separatoren-Spindel 3 wird im Halslager 4 und im Fußlager 5 gelagert. An die Separatorenspindel 3 ist ein standardmäßig ausgeführter

Induktionsmotor 6, vorzugsweise ein zweipoliger Drehstromkurzschlußläufermotor für 50 Hz, direkt angeschlossen. Srfindungsgemäß können auch, die Teile des standardgemäß hergestellten Induktionsmotors 6, d. h. der wicklungslose Rotor und die Statordrehstromwicklung zwischen dem Halslager 4 und dem Fußlager der vertikalen Separatorenspindel 3 angeordnet werden. Diese Ausführung ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Der Drehstromkurzschlußläufermotor 6 wird mittels eines an sich bekannten leistungselektronischen Frequenzumrichters 7 gesteuert. Der Frequenzurarichter 7 ist mit einer Ansteuereinheit 10 so verbunden, daß eine der Ansteuereinheit 10 vorgeschaltete Bewertungseinrichtung 9, an welche Sensoren 8 zur Prozeßgrößenermittlung im Ablauf des Zentrifugalseparators 1 angeschlossen sind, auf den Frequenzumrichter 7 einwirkt. Beim Anfahren des Zentrifugalseparators 1 wird entsprechend dem eingegebenem Programm von Frequenzumrichter 7 eine Frequenz erzeugt, durch die der erforderliche Schlupf in der Höhe entsteht, so daß stets das gleiche Llotormoment bei optimalen Verhältnis zwischen Frequenz, Drehzahl, Strom, Spannung und Verlustleistung gebildet wird. ITach Erreichen der vorprogrammierten ITennfrequenz und damit der entsprechenden asynchronen Drehzahl ist der Anlauf des Zentrifugalseparators 1 abgeschlossen. Analog verläuft auch die Betriebs- und die Bremsphase des Zentrifugalseparators Dabei ermöglicht die Regelbarkeit des Frequenzunirichters eine Regelbarkeit der Drehzahl und damit des Durchsatzes und der Trennschärfe. Für technologisch bedingte Betriebsarten, wie der Betrieb mit Reinigungsmittel oder Verfahrensänderungen, kann jede beliebige Drehzahl zwischen ITuIl und maximaler Drehzahl gefahren werden ο Bei der Separierung von Stoffen, bei denen die separierten 'Phasen genau vorher bestimmte immer gleichbleibende Parameter aufweisen, z. 3. beim Separieren von Rohmilch in Rahm und entrahmter UiIch mit konstantem vorher bestimmten Fettgehalt, wird der erforderliche Fettgehalt der LIiIch in die Bewertungseinheit 9 als Sollwert eingegeben. Die Sensoren 8, die in der Ableitung des Zentrifugalseparators 1 angeordnet sind, erfassen den Istwert und melden diesen der Bewertungseinrichtung 9, die im Vergleich zwischen Ist- und Sollwert die Abweichung feststellt. Die Aus^angssisnale der

Bewegungseinrichtung 9 sind so bemessen, daß entsprechend der Betriebsphase diese mittels der Ansteuereinheit· 10 so in den Frequenzumrichter 7 eingegeben werden, daß die Frequenz des Frequenzumrichters 7 und somit die Drehzahl vom BIotor 6 und der Separatorentrommel 2 so verändert wird, daß infolge der Drehzahländerung der Trenneffekt derart beeinflußt wird, daß die Parameter des Sollwertes mit dem separierten Gut erreicht werden. Bei Bedarf kann während der Bremsphase die hohe kinetische Energie der schnelldrehenden Separatorentroramel 2 wieder genutzt werden, indem analog des Hochlaufs, aber mit negativem Schlupf, der Hotor 6 mit einer Spannung und einer damit verbundenen Frequenz so beaufschlagt wird, daß sich ein asynchrones generatorisches Betriebsverhalten einstellt und somit die Drehzahl der Separatorentrornmel durch ein konstantes Bremsmoment ständig verringert wird bis zum Stillstand. Die infolge der generatorischen Bremsphase aus kinetischer Energie umgewandelte Elektroenergie wird über den Frequenzumrichter 7 in einen Lastwiderstand 11 eingespeist. Die hier entstehende Wärmeenergie kann dann der weiteren Hutsung zugeführt werden.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch den Einsatz eines Frequenzumrichters 7 es ermöglicht wird, beim Antrieb von Zentrifugalseparatoren einen serienmäßigen Induktionsmotor, vorzugsweise einen zweipoligen Drehstromkurzschlußläufermotor zu verwenden bei gleichzeitigem T/egfall von Kupplung und Getriebe. Die Vorteile eines wartungsarmen Drehstromkurzschlußläufermotors mit Oberflächenbelüftung mit seinem hohen Wirkungsgrad, drehzahlstabilem ITebenschlußverhalten und für Elektromotoren besten ilasse-Lei.stungsverhältnis, welches über der ITenndrehzahl noch wesentlich verbessert wird, kann somit genutzt werden.

Ein wesentlicher Vorteil ergibt sich daraus, daß mit der erfindungsgemäßen Lösung der bisher problematische AnlaufVorgang frequenzgeführt und ohne mechanische oder elektrische Uberbelastung beim ITennschlupf durchgeführt wird. Für den Dauerbetrieb, also für das Fahren mit Produkt, ist infolge der Hegelbarkeit des Frequenaurarichters eine Optimierung der Drehzahl in bezug auf Durchsatz und Trennschärfe möglich.

Pur technologisch, bedingte Betriebsarten, me Betrieb mit Reinigungsmitteln oder Verfahrensänderung, kann jede beliebige Drehzahl zwischen Hull und der maximalen möglichen Drehzahl gefahren werden, ohne wesentliche Verringerung der Nennleistung. Dabei werden kritische Drehzahlen planmäßig vermieden. Ebenso kann der Bremsvorgang generatorisch bei negativem Schlupf frequenzgeführt mit etwa gleichbleibenden Bremsmoment durchgeführt werden. Hierzu ist keine Umschaltung am Motor erforderlich. Damit kann während der Abbremsphase eine Rückgewinnung der in der Trommel gespeicherten kinetischen Energie erfolgen und als V/ärmeenergie der weiteren nutzung zugeführt werden.

Claims (4)

1. ΞrfindungsanSprüche

   1. Leistu.ngselelctronisch.er Antrieb für Zentrifugalseparatoren für "vorzugsweise größerer Leistungen, bei denen der LIotor direkt mit der Spindel des Zentrifugalseparators verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines bekannten FrequenzUmrichters (T)₅ bestehend aus einer ungesteuerten Drehstrornbrücke und eines mit Thyristoren aufgebauten mehrpulsigen, rechnergestützt arbeitenden Drehstromwechselrichters, der Antrieb, die Steuerung und die Regelung eines standardmäßig ausgeführten Induktionsmotors, vorzugsweise eines Drehstromkurzschlußläufermotors (6) erfolgt und mittels des Frequenzumrichters (7) in Abhängigkeit der Prozeßparameter die entsprechende Separatorendrehzahl eingestellt wi rd. .
2. 2. Leistungselektronischer Antrieb für Zentrifugalseparataren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des standardmäßig hergestellten Induktionsmotors (6) als Einbaumotor in den Zentrifugalseparator so eingebaut sind, daß der wicklungslose Rotor und die Statordrehstromwicklung zwischen den Lagern (4) und.(5) der Separatorenspindel (3) angeordnet sind.
3. 3. Leistungselektronischer Antrieb für Zentrifugalseparatoren nach den Punkten 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren (8) in der Ableitung der Zentrifugalseparatoren angeordnet sind, die die Parameter des bearbeiteten Gutes erfassen und diese au einer zugeordneten als Rechner arbeitenden 3ewertungseinheit (9) melden, und nach Bewertung ein Steuersignal mittels einer Ansteuereinrichtung (10) an den Frequenzumrichter (7) gemeldet wird.
4. 4. Leistungselektronischer Antrieb für Zentrifugalseparatoren nach, den Punkten 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Bremsphaoe auftretende kinetische Energie der Separatorentrommel (2) durch, den Induktionsmotor (6), der generatorisch, als Asynchrongenerator arbeitet, erzeugte elektrische Energie über den Frequenzumrichter (7) einem zugeordneten elektrischen Ilutzwiderstand (11) zur weiteren Verwendung zugeführt wird.