DD273821B5

DD273821B5 - PROCESS FOR ACCESSING AND CONTROLLING SYNCHRONOUS MOTORS ON BELT DRIVES

Info

Publication number: DD273821B5
Application number: DD31761188A
Authority: DD
Inventors: Herbert Obering Baier; Karl-Heinz August; Christian Schrader; Joachim Mueller; Falk Hoeppner; Steffen Dommert; Falko Reiche; Volker Rulff
Original assignee: Mibrag Vereinigte Mitteldeutsc
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1988-07-06
Publication date: 1993-10-14
Also published as: DD273821A1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anfahren und Regeln von Synchronmotoren an Bandantrieben zum Massehtransport, vor allem in Tagebauen.The invention relates to a method for starting and controlling synchronous motors on belt drives for Massehtransport, especially in opencast mines.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

In den Tagebauen, insbesondere der Braunkohlenindustrie sind erhebliche Mengen an Abraummassen möglichst effektiv zu transportieren. Neben der Förderung im Zugbetrieb und durch Förderbrücken setzen sich Gurtbandförderer immer mehr durch. Nachteilig sind dabei die hohen Elektroenergieverbräuche, welche es einzusenken gilt.In the opencast mines, in particular the lignite industry, it is necessary to transport considerable amounts of roughage masses as effectively as possible. In addition to conveying in train operation and through conveyor bridges, belt conveyors are becoming increasingly popular. Disadvantages are the high electrical energy consumption, which is to be lowered.

Belastung und Gurtgeschwindigkeit sind dabei in ein optimales Verhältnis zu bringen. Gurbandanlagen haben zum Massentransport, insbesondere in Tagebauen, große Dimensionen in der Bandbreite und -länge. Bei Beladung dieser Gurtbandanlagen z. B. mit Abraum treten bei der Stillsetzung erhebliche Probleme auf. Sie sind begründet durch das Betreiben dieser Bandanlagen mit hohen Gurtgeschwindigkeiten bis 10m/s und die kinetische Energie im Gesamtsystem. Bei technologischem Stillstand wird diese kinetische Energie zwar durch die rollende Reibung, den Walkwiderständen usw. verbraucht, was aber zu erheblichen Auslauf- bzw. Stillstandzeiten führt. Es werden daher bei elektrischer Abschaltung der Antriebsmotoren gleichzeitig mechanische Bremsen zum Abbremsen dieser vorhandenen kinetischen Energie verwendet. Diese haben den Nachteil, eines hohen Verschleißes und zum anderen ist ihre Bremswirkung abhängig vom Verschleißzustand der mechanischen Bauelemente im gesamten Bremssystem. Zu harte Einstellung dieser mechanischen Bremsen, führt zu erheblicher Stoßbelastung an den mechanischen Übertragungselementen. Es sind daher Schaltungen bekannt, bei welchen die Asynchronschleifringmotoren durch Gleichstrombeaufschlagung des Läuferkreises elektrisch gebremst werden. Das erfordert jedoch einen hohen technischen Aufwand, insbesondere in der Leistungs- und Steuerelektronik. Der Antrieb solcher Bandanlagen erfolgt überwiegend über Getriebe und Drehstromschleifringläufermotoren. Bei kleinen Bandanlagen werden Kurzschlußmotoren eingesetzt und mittels Hydraulikkupplung und Getriebe die Bandanlagen in Betrieb genommen. Hydraulikkupplungen sind jedoch unter extremen Winterbedingungen, wie sie im Tagebau vorkommen, ungeeignet. Drehstromschleifringmotoren haben als Antriebsmotoren für Bandanlagen große Vorteile für das Anlaßverhalten, erfordern jedoch einen relativ hohen Aufwand an Schaltanlagen. Der wesentliche Nachteil besteht darin, daß eine Bandgeschwindigkeitsregelung praktisch wegen der hohen Verluste nicht möglich ist. Der Blindleistungsbedarf muß zusätzlich durch statische Kondensatoren kompensiert werden. Darüber hinaus ist die Drehzahl einer Asynchronmaschine lastabhängig und daher entwickeln diese Antriebe ein hohes Kippmoment, was bei Blockierung des Antriebs von Nachteil sein kann. Einen elektrischen Idealantrieb für Bandanlagen stellt der Synchronmotor dar. Die Synchronmaschine kann als Erzeuger und als Verbraucher von Wirkleistung und als Erzeuger und Verbraucher von Blindleistung arbeiten. Sie setzt nur Wirkleistung um, wenn sie bei cos φ = 1,0 läuft und nur Blindleistung, wenn dercostp = 0,0 ist. Im allgemeinen arbeiten Synchronmotoren mitcoscp = 1,0. Bei Lauf der Maschine an einem hinreichend großen Netz können diese vier Betriebszustände und die Zwischenzustände beliebig eingestellt werden. Der wesentlichste Nachteil von Synchronmaschinen als Bandantrieb besteht im Anfahrverhalten bei Überwindung eines Losbrech- und Beschleunigungsmomentes. Es sind verschiedene elektrische Schaltungsanordnungen bekannt, mittels welcher, die Synchronmotoren angelassen bzw. gesteuert werden. Insbesondere spannungsgesteuerte Oszillatoren mit einem Monoflopgenerator oder Schaltungen mit Frequenzänderungen werden verwendet. Für schwere Bandantriebe sind diese Schaltungen ungeeignet bzw. mit einem hohen Anlagenaufwand verbunden.Load and belt speed are to bring in an optimal ratio. Gurbandanlagen have mass transport, especially in opencast mines, large dimensions in the bandwidth and length. When loading this webbing systems z. B. with overburden occur in the stoppage significant problems. They are due to the operation of these belt systems with high belt speeds up to 10m / s and the kinetic energy in the overall system. In technological standstill, this kinetic energy is indeed consumed by the rolling friction, the full resistances, etc., but this leads to significant downtime or downtime. Therefore, when the drive motors are switched off electrically, mechanical brakes are used to decelerate this kinetic energy at the same time. These have the disadvantage of high wear and on the other hand their braking effect depends on the state of wear of the mechanical components throughout the brake system. Too hard adjustment of these mechanical brakes, leads to significant impact load on the mechanical transmission elements. Circuits are therefore known in which the asynchronous slip ring motors are electrically decelerated by direct current application of the rotor circuit. However, this requires a high technical effort, especially in the power and control electronics. The drive of such belt systems is predominantly via gears and three-phase slip ring motors. For small belt systems, short-circuit motors are used and the belt systems are put into operation by means of hydraulic coupling and gearbox. However, hydraulic clutches are unsuitable under extreme winter conditions such as those found in open pit mining. Three-phase slip ring motors have great advantages as starting motors for drive systems for belt systems, but require a relatively high expenditure on switchgear. The main disadvantage is that a belt speed control is practically impossible because of the high losses. The reactive power requirement must be additionally compensated by static capacitors. In addition, the speed of an asynchronous machine is load-dependent and therefore these drives develop a high tilting moment, which can be a disadvantage when blocking the drive. The synchronous motor represents an ideal electric drive for conveyor systems. The synchronous machine can work as a producer and as a consumer of active power and as a producer and consumer of reactive power. It only converts active power when running at cos φ = 1.0 and only reactive power when dercostp = 0.0. In general, synchronous motors work with coscp = 1.0. When the machine is running on a sufficiently large network, these four operating states and the intermediate states can be set as desired. The most significant disadvantage of synchronous machines as a belt drive is the starting behavior in overcoming a breakaway and acceleration torque. Various electrical circuit arrangements are known by means of which the synchronous motors are started or controlled. In particular, voltage controlled oscillators with a monoflop generator or circuits with frequency changes are used. For heavy belt drives, these circuits are unsuitable or associated with a high investment in equipment.

Darlegung des Wusens der ErfindungExplanation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Synchronantriebsmotor ohne Belastung durch die Bandanlage in Betrieb zu nehmen und nach dem Einschalten der Erregung mit den angekuppelten Schwungmassen die synchrone Drehzahl zu erzielen.The invention has for its object to take the synchronous drive motor without load by the belt system in operation and to achieve after switching on the excitation with the coupled mass flywheel synchronous speed.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem Synchronmotor und dem Bandgetriebe eine an sich bekannte Regelkupplung als Drehzahldrehmomentenwandler dazwischen geschaltet wird. Durch die erfindungsgemäße Anlaufsteuerung ist insbesondere ein lastfreies Hochlaufen des Synchronmotors gegeben und wird nach Zuschaltung der Erregung in die synchrone Drehzahl gebracht. Die Regelkupplung ist kraftschlüssig zwischen Synchronmotor und Bandgetriebe geschaltet und wird über einen einstellbaren Drehmomententeiler so als Zeitfunktion gesteuert, daß jeder gewünschte Anlaufvorgang des Gurtbandes realisiert werden kann. Die Steuerung gestattet, daß je nach Beladung des Gurtbandes ein optimales Drehmoment für den Anlaufvorgang aufgeprägt werden kann. Unter bestimmten Betriebsbedingungen, z. B. vollbeladenes Band, muß unter Umständen ein erhöhtes Losbrechmoment aufgebracht werden. Dies erfordert beispielsweise eine kurzzeitige Übererregung des Synchronmotors, um das Kippmoment nicht zu überschreiten. Nach Überwindung des Losbrechmomentes des Gurtbandes wird der Synchronmotor nach energetischen, optimalen Kenngrößen gefahren. Von Vorteil ist auch, daß der Drehmomententeiler dazu genutzt wird, daß bei belasteten Gurtbundförderern der Synchronmotor mit einem Steuer- Bremsmotor im Verhältnis der Getriebeübersetzung auf eine Teildrehzahl gebracht wird. Danach erfolgt die Zuschaltung des Synchronmotors aus dem Energienetz mit anschließender Energiezuschaltung. Durch die Drehzahlerhöhung infolge des Anlaufens des Synchronmotors wird der Steuermotor durch die Regelkupplung im Verhältnis der Getriebeübersetzung in eine übersynchrone Drehzahl gebracht und wird dadurch zum Bremsmotor. Durch geeignete Spannungsbeaufschlagung des Bremsmotors kann damit jedes beliebige Abtriebsmoment auf den Gurtbandförderer beaufschlagt werden. Bei Erreichen der synchronen Drehzahl des Steuer-Bremsmotors wird gleichzeitig eine Bandgeschwindigkeitsregelung realisiert. Durch weiteres Abbremsen des Steuermotors, beispielsweise durch Gegenstrombremsung, ist eine weitere Geschwindigkeitserhöhung des Gurtbandförderers möglich. Bei mechanischer Festlegung mittels einer geeigneten Bremse, erfolgt eine direkte durchgängige mechanische, kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Synchronmotor und dem Gurtbandförderer. Von Vorteil ist ferner, daß der Steuer-Bremsmotor als drehstrompolumschaltbarer Motor ausgelegt ist und als Antriebs-, Bremsmotor und zur Energierückführung genutzt werden kann. Mit der Einführung einer variablen Drehstromregelspannung für den Steuer-Bremsmotor, gekoppelt mit Gurtspannungsüberwachung, lastabhängige Massenstromsteuerung für die Beladung des Gurtbandförderers, Integrierung unterschiedlicher Masseaufgabestellen, kann jede beliebige Gurtbandgeschwindigkeit bei Minimierung des Energieverbrauches, Gurt- und Rollenverschleißes usw. erreicht werden.According to the invention the object is achieved in that between the synchronous motor and the belt transmission a known control clutch is connected as a speed torque converter in between. By the inventive start-up control in particular a load-free start-up of the synchronous motor is given and is brought into the synchronous speed after switching the excitation. The control clutch is non-positively connected between the synchronous motor and the belt transmission and is controlled via an adjustable torque divider as a function of time that any desired start-up of the belt can be realized. The control allows, depending on the loading of the webbing, an optimal torque for the starting process can be impressed. Under certain operating conditions, eg. B. fully loaded band, under certain circumstances, an increased breakaway torque must be applied. This requires, for example, a brief over-excitation of the synchronous motor so as not to exceed the overturning moment. After overcoming the breakaway torque of the webbing of the synchronous motor is driven to energetic, optimal characteristics. Another advantage is that the torque divider is used to ensure that when loaded Gurtbundförderern the synchronous motor with a control brake motor in the ratio of the gear ratio is brought to a partial speed. Thereafter, the connection of the synchronous motor from the power grid with subsequent power connection takes place. Due to the speed increase as a result of the startup of the synchronous motor of the control motor is brought by the control clutch in proportion to the gear ratio in a super-synchronous speed and thereby becomes a brake motor. By appropriate voltage loading of the brake motor so that any output torque can be applied to the belt conveyor. Upon reaching the synchronous speed of the control brake motor, a belt speed control is realized simultaneously. By further braking of the control motor, for example by countercurrent braking, a further increase in speed of the belt conveyor is possible. When mechanically fixed by means of a suitable brake, there is a direct continuous mechanical, frictional connection between the synchronous motor and the belt conveyor. Another advantage is that the control brake motor is designed as drehstrompolumschaltbarer engine and can be used as a drive, brake motor and energy return. With the introduction of a variable three-phase control voltage for the control brake motor, coupled with belt tension monitoring, load-dependent mass flow control for loading the belt conveyor, integration of different mass application points, any belt speed can be achieved while minimizing energy consumption, belt and roller wear, and so on.

Ausführungsbeispielembodiment

Zwischen dem Synchronmotor 1 und dem Bandgetriebe 2 befindet sich die Regelkupplung 3 als Drehzahl-Drehmomentenwandler. Zur Sicherung eines lastfreien Anlaufs des Synchronmotors 1 muß die mechanische Bremse 4 am Steuer-Bremsmotor 5 gelöst und durch die Schalteinheit 6 eine Netztrennung gesichert sein. Vor der Freigabe zur Einschaltung des Synchronmotors 1 mit Hilfe der Hauptschaltzelle 7 muß in der Integriereinheit 8 die Freigabe der Synchron-Bremse 9 und Erregerautomatik 10 in Nullstellung gebracht sein. Bei Erfüllung dieser elektrischen und mechanischen Verriegelungsbedingung erfolgt die Einschaltung des Synchronmotors 1 durch die Hauptschaltzelle 7. Da das Gurtband 11 ein höheres Gegenmoment gegenüber dem Steuer-Bremsmotor 5 aufweist, erfolgt zunächst über die Regelkupplung 3 ein Drehzahllastausgleich. Der Synchronmotor läuft praktisch ohne Gegenmoment an. Mit der Freigabe durch die Drehzahlüberwachung 12 erfolgt über die Erregerautomatik 10 die Erregung des Synchronmotors 1. Durch Verknüpfung der Erregerstromüberwachung 13, der Drehzahlüberwachung 12 mit der Drehzahlschlupfüberwachung 14 am Gurtband 11 erfolgt über den Komplexregler 15 die Spannungsvorgabe zur Schalteinheit 6 und deren Zuschaltung.Between the synchronous motor 1 and the band transmission 2 is the control clutch 3 as a speed-torque converter. To secure a load-free start-up of the synchronous motor 1, the mechanical brake 4 must be released on the control brake motor 5 and secured by the switching unit 6, a network separation. Before the release for switching on the synchronous motor 1 by means of the main switching cell 7, the release of the synchronous brake 9 and excitation automatic 10 must be brought into the zero position in the integrating unit 8. Upon fulfillment of this electrical and mechanical locking condition, the switching on of the synchronous motor 1 by the main switching cell 7. Since the webbing 11 has a higher counter-torque compared to the control brake motor 5, initially takes place via the control clutch 3, a speed load compensation. The synchronous motor starts practically without counter torque. With the release of the speed monitoring 12 via the exciter automatic 10, the excitation of the synchronous motor 1. By linking the excitation current monitoring 13, the speed monitor 12 with the Drehzahlschlupfüberwachung 14 on the webbing 11 via the complex controller 15, the voltage setting for the switching unit 6 and their connection.

Durch den Soll-Ist-Vergleicher 16 am Steuer-Bremsmotor 5 mit der Drehzahlüberwachung 12, der Drehzahl-Schlupfüberwachung 14 wird über den Komplexregler 15 die optimale Gurtbandgeschwindigkeit erreicht. Bei Erreichen der Nenngeschwindigkeit des Gurtbandes 11 wird der Steuer-Bremsmotor 5 mechanisch durch Bremse 4 festgelegt.By the target-actual comparator 16 on the control brake motor 5 with the speed monitoring 12, the speed-slip monitoring 14 is achieved via the complex controller 15, the optimum belt speed. Upon reaching the rated speed of the webbing 11 of the control brake motor 5 is mechanically determined by brake 4.

Claims

Claim:

1. Method for starting and controlling synchronous motors on belt drives, characterized by the following method steps:

a. Switching on a control brake motor (5) on a known control clutch (3),

b. Accelerating the synchronous motor (1) by the control brake motor (5) with the webbing (11) stopped, at least up to a partial speed,

c. Connecting the synchronous motor (1) to the network by means of the main switching cell (7) and switching on the exciter current by exciter (10),

d. Braking the Steuor brake motor (5) by over-synchronous speed and countercurrent circuit until the desired speed of the webbing (11) is reached,

e. Stopping the control brake motor (5) after the rated speed of the belt (11) has been reached.

2. The method according to claim 1, characterized in that the synchronous motor (1) briefly receives a super-synchronous speed through the control brake motor (5) to not exceed the tilting moment when loaded webbing (11).