DE19908045A1 - Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor - Google Patents

Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor

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Abstract

Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor über einen Verteiler an ein Drehstromnetz und einen Feldbus mit Versorgungsspannungsleitungen, wobei der Verteiler einen T-Knoten für Starkstromkabel aufweist, der Feldbus durch den Verteiler durchgeschleift ist, der Verteiler eine elektronische Schaltung aufweist, die an den Feldbus angeschlossen ist und Ausgänge für einen Systembus aufweist, und wobei vom Verteiler zum Umrichter Systembusleitungen und Starkstromleitungen führen, und vom Umrichter zum Elektromotor Hochspannungsleitungen und Niederspannungsleitungen führen, wobei vom Verteiler zum Umrichter ein Hybridkabel führt, das Systembusleitungen und Starkstromleitungen umfaßt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor.
Aus dem Handbuch und der Bedienungsanleitung "MOVIDRIVE" der Firma SEW-EURODRIVE GmbH & Co aus dem Jahre 1997 ist eine Umrichterbaureihe bekannt, die einen Systembus aufweist. Dieser Systembus ermöglicht eine intelligente Kommunikation, insbesondere Übertragung von Daten, zwischen Antrieben, bestehend aus Umrichtern und Elektromotoren.
Feldbusse, wie Interbus, Profibus oder dergleichen, dienen zum Übertragen von Daten, Programmen und Befehlen an Busteilnehmer. Um die Datenübertragung zwischen einem Feldbus und einem Systembus zu ermöglichen, sind Busumsetzer entwickelt worden, die eine intelligente elektronische Schaltung aufweisen und die verschiedenen Protokolle ineinander umsetzen.
Die Umrichter müssen mit Starkstrom versorgt werden, insbesondere mit Drehstrom. Bei Drehstrom müssen drei Starkstromleitungen und ein Schutzleiter verkabelt werden. Zusätzlich muß vom Busumsetzer oder einem äquivalenten Gerät ein Systembus zum Umrichter führen. Der Umrichter versorgt den Elektromotor mit Starkstrom, insbesondere einem Dreiphasenstrom, der mittels PWM-Verfahren generiert wurde und daher andere Frequenzen als die Netzfrequenz aufweisen kann. Zusätzlich steuert der Umrichter die Bremse des Elektromotors an, wobei die Bremse mindestens eine Bremsspule mit mindestens zwei Leitungen aufweist. Bei einer geteilten Bremsspule sind zur Versorgung der Bremse mindestens drei Hochspannungs-Leitungen notwendig, wie dies aus der DE 36 13 294 C2 bekannt ist. Es sind auch Motoren mit Sensoren, beispielsweise mit mindestens einem Temperaturfühler, bekannt. Dazu sind mindestens zwei Niederspannungs-Leitungen nötig.
Die Verlegung der Kabel ist aufwendig und kostspielig. Zusätzlich ist bei der Montage hohe Aufmerksamkeit erforderlich, um Fehler bei der Verkabelung, insbesondere dem korrekten Anschließen, zu vermeiden. Oft müssen aus Sicherheitsgründen zusätzliche Testmessungen nach dem Durchführen der Verkabelung erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, weiterzubilden unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile. Insbesondere soll eine einfache kostengünstige Fertigung und eine einfache Verkabelung ermöglicht werden und eine Einsparung an Material oder Kabellänge erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, gelöst nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Das Kabelsystem umfaßt dabei Kabel, die einen Umrichter mit mindestens einem Elektromotor, einen Verteiler mit dem Umrichter, und den Verteiler mit dem Netz und Feldbus verbinden.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß der Einsatz eines speziellen Hybridkabels ermöglicht wird, weil ein Verteiler mit T-Knoten für Starkstromkabel in geeigneter Weise weitergebildet ist. Von Vorteil ist dabei, daß der Umrichter mit dem Hybridkabel an den Verteiler angeschlossen ist und daher im Vergleich zu einer üblichen Verkabelung Kabellänge gespart wird. Gleichzeitig ist dabei ein weiterer Vorteil, daß nur das Hybridkabel vom Umrichter zum Verteiler verlegt werden muß. Dies vereinfacht und beschleunigt die Montage bzw. Reparatur. Ein weiterer Vorteil ist darüber hinaus, daß das Hybridkabel genau die notwendigen Leitungen, umfassend Starkstrom- und Niederspannungs-Leitungen, umfaßt und daher der Materialverbrauch minimiert wird, insbesondere sind die für den Systembus notwendigen Leitungen vorhanden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden im Hybridkabel vom Verteiler zum Umrichter die Leitungen für Versorgungsspannung gegenüber den anderen Leitungen des Hybridkabels abgeschirmt sind. Von Vorteil ist dabei, daß im wesentlichen keine Störungen in die abgeschirmten Adern der Leitungen dringen können.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden im Hybridkabel vom Verteiler zum Umrichter die mindestens zwei Leitungen des Systembusses gegenüber den anderen Leitungen des Hybridkabels abgeschirmt. Von Vorteil ist dabei, daß im wesentlichen keine Störungen in die abgeschirmten Adern der Leitungen dringen können.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden im Hybridkabel vom Verteiler zum Umrichter je zwei der vier Leitungen, also drei Starkstromleitungen und ein Schutzleiter, verdrillt. Von Vorteil ist dabei, daß die Empfindlichkeit gegen magnetische Einkopplungen vermindert wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vom Umrichter zum Elektromotor ein Hybridkabel, das Starkstromleitungen, einen zugeordneten Schutzleiter, Hochspannungsleitungen, insbesondere Leitungen zur Bremsspule, und Niederspannungs-Leitungen umfaßt, verlegt. Von Vorteil ist dabei, daß nur das Hybridkabel vom Umrichter zum Verteiler verlegt werden muß. Dies vereinfacht und beschleunigt die Montage bzw. Reparatur. Ein weiterer Vorteil ist darüber hinaus, daß das Hybridkabel genau die notwendigen Leitungen, umfassend Starkstrom-, Hochspannungs- und Niederspannungs-Leitungen, umfaßt und daher der Materialverbrauch minimiert wird, insbesondere sind die für den Systembus notwendigen Leitungen vorhanden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vom Umrichter zum Elektromotor sind im Hybridkabel vom Umrichter zum Elektromotor mindestens zwei Leitungen für Sensorsignale, insbesondere Temperaturfühler, abgeschirmt sind gegen die anderen Leitungen des Hybridkabels. Von Vorteil ist dabei, daß springende Potentiale, wie PWM-modulierte Spannungen oder dergleichen, im wesentlichen keine Störungen auf die Adern der Sensorleitungen übertragen können.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektronische Schaltung des Verteilers derart gestaltet, daß Abläufe mehrerer Antriebe in gegenseitiger Abhängigkeit steuerbar sind, wie das Fahren von Kurven, elektronische Getriebe oder dergleichen. Von Vorteil ist dabei, daß das Kabelsystem nicht nur Kabellänge einspart, sondern auch dezentrale Intelligenz zum Steuern komplexer Aufgaben vorhanden ist. Die elektronische Schaltung kommuniziert dabei über den Systembus mit mehreren durch Hybridkabel verbundenen Umrichtern. Der Austausch von Daten und Programmen kann daher schnell erfolgen und es werden komplexe Anwendungen möglich. Beim Fahren von Kurven bei zwei oder mehr Antrieben, umfassend Umrichter und Elektro­ motoren, müssen vorgegebene funktionale Zusammenhänge der Positionen bzw. Winkel der einzelnen Antriebe möglichst genau eingehalten werden. Daher wird dafür eine leistungsfähige elektronische Schaltung benötigt.
Die Erfindung wird anhand von Abbildungen näher erläutert.
In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Kabelsystem gezeigt. Der Verteiler weist einen T-Knoten für Starkstrom-Leitungen, insbesondere ein Drehstromnetzleitungen 10, auf. Dazu führen drei Leitungen für Drehstrom-Phasen 10 und eine zugehörige Leitung für Schutzleiter in den Verteiler 1 hinein und wieder heraus. Im Verteiler 1 liegt eine T-förmige Verdrahtung vor. Leitungen für 24-V- Versorgungsspannung 12 sind ebenfalls durchgeschleift und weisen eine T-förmige Verdrahtung auf. Leitungen für 24-V-Versorgungsspannung 11 sind nur durchgeschleift. Die Leitungen 11 und 12 unterscheiden sich in der Sicherheitsstufe. Bei Notabschaltung der gesamten Produktionsanlage dürfen manche Geräte und Verbraucher einer 24-V-Versorgungsspannung abgeschaltet werden, andere jedoch möglichst nie oder als letzte. Zur letzteren Kategorie zählen die Leitungen für 24-V-Versorgungsspannung 12.
Ebenso ist der Feldbus 13 mit zugehörigen Leitungen durch den Verteiler 1 durchgeschleift. Die elektronische Schaltung 2 ist an den Feldbus 13 angeschlossen und an 24-V-Versorgungs­ spannungs-Leitung 12 angeschlossen. Sie setzt Daten des Feldbusses 13, die mit Feldbus- Protokoll codiert sind, um in ein Systembus-Protokoll. Die elektronische Schaltung 2 ist zusätzlich mit den Systembus-Leitungen 14 verbunden.
Vom Verteiler führen Starkstromleitungen, insbesondere Drehstrom-Leitungen mit zugehörigem Schutzleiter, 16 zum Umrichter 3. Ebenso verbinden Leitungen für Systembus 14 und Leitungen für 24-V-Versorgungsspannung 15 den Umrichter 3 mit dem Verteiler 1.
Diese Leitungen sind elektrisch durch den Umrichter 3 durchgeschleift und führen zu weiteren Umrichtern 3, falls solche bei dem jeweiligen Ausführungsbeispiel vorhanden sind.
Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist, daß die Leitungen 14, 15, 16 in einem ersten Hybridkabel 21 zusammengefaßt werden. Dadurch wird die Verlegung der Verkabelung vereinfacht, Kabellänge eingespart und die Übersichtlichkeit in der Anlage erhöht. Weiter von wesentlichem Vorteil ist, daß ein in gleicher Weise aufgebautes erstes Hybridkabel 21 auch zur Verbindung von angeschlossenen Umrichtern oder anderen Teilnehmern des Systembusses 14 verwendbar ist.
Im Umrichter 3 ist die dort vorhandene elektronische Schaltung elektrisch verbunden mit den Leitungen 14, 15, 16. Motorseitig ist die elektronische Schaltung 4 im Umrichter 3 mit drei Starkstromkabeln und zugehörigem Nulleiter zum Elektromotor 5 verbunden. Zusätzlich weist die Verbindung von Umrichter 3 und Elektromotor 5 Leitungen 18 zur Steuerung und Versorgung der Bremsspule der Bremse des Elektromotors auf. Bei Verwendung einer ungeteilten Bremsspule sind dazu zwei Hochspannungs-Leitungen 18 nötig, bei Verwendung einer geteilten Bremsspule drei Hochspannungs-Leitungen 18. Der Motor weist darüber hinaus einen Temperaturfühler auf. Dieser Sensor ist mit Leitungen 17 für Sensoren vom Motor 5 zum Umrichter 3 verbunden. Die Leitungen für den Sensor 17 müssen keine Hochspannungskabel sein. Auch eine Ausführung als Niederspannungs-Leitungen wäre hinreichend. Jedoch können Kostengründe bzw. Maschinenverfügbarkeit bei der Kabelfertigung dafür sprechen, Hochspannungs-Leitungen auch für die Sensoren auszuwählen.
Ein zweites Hybridkabel 22 faßt diese Leitungen 17, 18, 19 zusammen. Daher ist eine einfache, übersichtliche und schnelle Verkabelung möglich.
Ebenso wird der Verteiler 1 mit einem dritten Hybridkabel 20, umfassend die Starkstrom-Leitungen 10 mit zugeordnetem Schutzleiter und Versorgungsspannungen (11, 12), mit dem Netz verbunden. Wiederum wird dadurch die Übersichtlichkeit erhöht und die Verkabelung vereinfacht. Durch den Verteiler 1 ist der Feldbus 13 durchgeschleift und elektrisch mit der elektronischen Schaltung 2 verbunden.
In der Fig. 2 ist das Hybridkabel 20, das das Netz mit dem Verteiler 1 verbindet. Es enthält die Starkstrom-Leitungen 10 mit zugeordneten Schutzleiter. Außerdem enthält es noch zwei 24-V- Versorgungsspannungs-Leitungen 11 und 12. Aus Gründen der Kabelherstellung wird eine Kunststoffschnur zusätzlich verwendet. Alle Leitungen 10, 11, 12 besitzen elektrisch leitfähige Adern und jeweils eine Isolierung der Adern zu deren jeweiliger Umgebung hin. Das gesamte Hybridkabel 20 ist gegen seine Umgebung mit einer Isolierung 26 isoliert.
In der Fig. 3 ist das Hybridkabel 21, das entweder den Verteiler 1 mit dem Umrichter 3 oder einen Umrichter 3 mit einem weiteren Umrichter 3 verbindet, gezeigt. Je zwei der Starkstrom- Leitungen 16 sind verdrillt. Die 24-V-Versorgungsspannungs-Leitungen 15 sind ebenso wie die Leitungen für den Systembus 14 mit einer Abschirmung 31 versehen. Das gesamte Hybridkabel 21 ist gegen seine Umgebung mit einer Isolierung 32 isoliert.
In der Fig. 4 ist das Hybridkabel 22 gezeigt, das einen Umrichter 3 mit dem Elektromotor 5 verbindet. Je zwei der Starkstrom-Leitungen 19 sind verdrillt. Sie 19 liegen an springenden Potentialen und strahlen daher erhebliche elektromagnetische Störungen an ihre Umgebung ab. Die Leitungen 17 für Sensor oder Sensoren, wie Temperaturfühler, sind daher mit einer Abschirmung 43 versehen. Außerdem besitzt das gesamte Hybridkabel 22 eine Abschirmung 41 und eine Isolierung 44. Die Hochspannungsleitungen für Bremse 18 besitzen eine Ummantelung 42.
Die Adern mit Isolierungen der Leitungen 17 können in einem weiteren Ausführungbeispiel als Hochspannungsadern ausgeführt werden.
Bezugszeichenliste
1
Verteiler
2
elektronische Schaltung
3
Umrichter im Verteiler
4
elektronische Schaltung im Umrichter
5
Elektromotor
10
Starkstromleitungen, (Drehstromleitungen)
11
Leitungen für Versorgungsspannung 24 V
12
Leitungen für Versorgungsspannung 24 V
13
Feldbuskabel mit zugehörigen Leitungen
14
Leitungen für Systembus
15
Leitungen für Versorgungsspannung 24 V
16
Starkstromleitungen, (Drehstromleitungen)
17
Leitungen für Sensoren
18
Hochspannungsleitungen für Bremse
19
Starkstromleitungen
20
drittes Hybridkabel
21
erstes Hybridkabel
22
zweites Hybridkabel
25
Kunststoffschnur
26
Isolierung
31
Abschirmung
32
Isolierung
41
Abschirmung
42
Ummantelung
43
Abschirmung
44
Isolierung

Claims (16)

1. Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, insbesondere mit Asynchronmotor oder Synchronmotor mit elektromagnetisch betätigbarer Bremse, über einen Verteiler an ein Starkstromnetz, insbesondere ein Drehstromnetz, und einen Feldbus mit Versorgungsspannungs-Leitungen,
wobei der Verteiler einen T-Knoten für Starkstromkabel, insbesondere ein Drehstromnetzkabel, aufweist,
und wobei der Feldbus durch den Verteiler durchgeschleift ist,
und wobei der Verteiler eine elektronische Schaltung aufweist, die an den Feldbus angeschlossen ist und Ausgänge für einen Systembus aufweist,
und wobei vom Verteiler zu mindestens einem Umrichter mindestens Systembusleitungen und Starkstromleitungen führen,
und wobei von den Umrichtern zu den Elektromotoren Hochspannungsleitungen und/oder Niederspannungs-Leitungen führen,
dadurch gekennzeichnet, daß
vom Verteiler zum Umrichter ein Hybridkabel führt, das mindestens Systembusleitungen und Starkstromleitungen umfaßt.
2. Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hybridkabel vom Verteiler zum Umrichter drei Starkstromleitungen, einen zugeordneten Schutzleiter, mindestens zwei Leitungen für einen Systembus und Leitungen für Versorgungsspannung umfaßt.
3. Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Hybridkabel vom Verteiler zum Umrichter die Leitungen für Versorgungsspannung gegenüber den anderen Leitungen des Hybridkabels abgeschirmt sind.
4. Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Hybridkabel vom Verteiler zum Umrichter die mindestens zwei Leitungen des Systembusses gegenüber den anderen Leitungen des Hybridkabels abgeschirmt sind.
5. Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Hybridkabel vom Verteiler zum Umrichter je zwei der vier drei Starkstromleitungen und Schutzleiter umfassenden Leitungen verdrillt sind.
6. Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vom Umrichter zum Elektromotor ein Hybridkabel, das Starkstromleitungen, einen zugeordneten Schutzleiter, Hochspannungs-Leitungen, insbesondere Leitungen zur Bremsspule, und für Sensoren Niederspannungs-Leitungen und/oder Hochspannungs-Leitungen umfaßt.
7. Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Hybridkabel vom Umrichter zum Elektromotor mindestens je zwei Leitungen der vier drei Starkstromleitungen und Schutzleiter umfassenden Leitungen verdrillt sind.
8. Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Hybridkabel vom Umrichter zum Elektromotor Leitungen, die mit der Bremsspule, insbesondere einer geteilten Bremsspule, des Elektromotors verbunden sind, gegenüber den anderen Leitungen des Hybridkabels abgeschirmt sind
9. Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Hybridkabel vom Umrichter zum Elektromotor mindestens zwei Leitungen für Sensorsignale, insbesondere Temperaturfühler, abgeschirmt sind gegen die anderen Leitungen des Hybridkabels.
10. Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Hybridkabel vom Umrichter zum Elektromotor insgesamt von einer elektrischen Abschirmung gegenüber der Umgebung umgeben ist.
11. Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler an das Starkstrom-Netz, insbesondere ein Drehstromnetz, mit einem Hybridkabel, angeschlossen ist.
12. Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Hybridkabel zum Anschluß des Verteilers an das Starkstrom-Netz drei Starkstromleitungen mit zugehörigem Schutzleiter und mindestens zwei, insbesondere vier, Leitungen für Versorgungsspannung, insbesondere Versorgungsspannungen, umfaßt.
13. Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung des Verteilers derart gestaltet ist, daß sie Feldbus-Protokoll in Systembus-Protokoll und umgekehrt umsetzt.
14. Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung des Verteilers derart gestaltet ist, daß sie eine dezentrale Steuerung darstellt, die Positionier-Programme, Ablaufsteuerungen oder dergleichen enthält.
15. Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung des Verteilers Anschlußmöglichkeiten für Sensoren und/oder Aktoren aufweist.
16. Kabelsystem, umfassend Kabel zur Verkabelung mindestens eines Umrichters mit Elektromotor, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung des Verteilers derart gestaltet ist, daß Abläufe mehrerer Antriebe in gegenseitiger Abhängigkeit steuerbar sind, wie das Fahren von Kurven, elektronische Getriebe oder dergleichen.
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