DE2216226A1

DE2216226A1 - Antrieb mit mindestens zwei Synchron motoren

Info

Publication number: DE2216226A1
Application number: DE19722216226
Authority: DE
Inventors: William Albert Wyeth William Albert Young John Alexander Irwin Peterborough Ontario Messervey (Kanada)
Original assignee: Canadian General Electric Co Ltd
Current assignee: General Electric Canada Co
Priority date: 1971-04-14
Filing date: 1972-04-04
Publication date: 1972-11-02
Also published as: US3774092A; AU3980772A; IT950839B; CA909857A; CH545553A; FR2136389A5; GB1361311A; AU461611B2; SE372674B

Description

Anmelder: Canadian General Electric Company Ltd./ Toronto, Ontario, Canada

Antrieb mit mindestens zwei Synchronmotoren

Die Erfindung betrifft einen Antrieb mit mindestens zwei Synchronmotoren, durch die eine gemeinsame Last angetrieben werden kann, sowie eine Steuerschaltung für die Belastungsverteilung zwischen den Synchronmotoren.

Es sind Antriebe bekannt, bei denen zwei oder mehr Synchronmotoren zum Antrieb einer einzigen Last dienen, bei welchen Antrieben gewöhnlich zwei Motoren· vorgesehen sind. Wenn eine geeignete Belastungsverteilung zwischen den Motoren erfolgen soll, ist eine entsprechende Steuereinrichtung erforderlich. Es ist bereits ein Antrieb mit zwei Synchronmotoren bekannt (ÖLS 20 32 437.2), bei der eine zweckmäßige Steuerschaltung für das Anlassen und die Belastungsverteilung vorhanden ist. Bei diesem bekannten Antrieb hat jeder der beiden Synchronmotoren eine Primärwicklung in Form einer Ankerwicklung, die bei Erregung mit .mehrphasigem Wechselstrom ein synchron rotierendes Magnetfeld erzeugt, sowie eine Feldwicklung, die bei Erregung mit Gleichstrom ein stationäres Magnetfeld erzeugt, so daß durch Wechsel-, wirkung mit dem Drehfeld der Läufer synchron mit dem Drehfeld rotiert. Mindestens einer der Motoren hat eine Hilfswicklung aus derselben Magnetpolstruktur wie die Hauptfeldwicklung. Diese Wick-

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INSfECTBD

lung wird ebenfalls mit Gleichstrom erregt und erzeugt ein zweites äationäres Magnetfeld, dessen Polarachsen winkelig zu den-jenigen des Hauptfelds versetzt sind. Das resultierende Feld ist stärker als jedes der beiden Felder und liegt auf Polarachsen zwischen den Hauptachsen und den Hilfsachsen. Das resultierende Feld bestimmt den Punkt, an dem der Läufer mit dem Drehfeld umläuft. Um diesen Zustand zu ändern, ist es lediglich erforderlich, den Gleichstrom in einer oder in beiden Gleichstromwicklungen zu ändern, vorzugsweise in der Hilfswicklung, so daß die Polarachsendes resultierenden Felds winkelig versetzt werden. Die Belastungsverteilung zwischen den beiden Motoren hängt von der Kenntnis der Motorbelastungen ab, mit welcher Information die Relativwerte des Gleichstroms durch die Hauptwicklung und die Hilfswicklung eingestellt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Antrieb mit mehr als einem Synchronmotor anzugeben, bei dem die Motoren ohne Schwierigkeiten angelassen werden können und die Last während eines synchronen Betriebs teilen können. Ferner soll für den Antrieb ein Störungsschutz vorgesehen werden.

Ein Antrieb gemäß der Erfindung enthält mindestens zwei Synchronmotoren, die zum Antreiben einer gemeinsamen Last dienen, sowie eine Einrichtung zum Anlassen der Motoren und zur Belastungsverteilung. Jeder Motor hat eine Primärwicklung in Form einer Ankerwicklung, die bei Erregung mit mehrphasigem Wechselstrom ein synchron rotierendes Magnetfeld erzeugt, sowie eine Hauptfeldwicklung, die bei Erregung mit Gleichstrom ein stationäres Magnetfeld mit abwechselnden Nord- und Südpolen erzeugt, so daß bei einer Überlagerung mit dem rotierenden Magnetfeld der Rotor synchron mit dem rotierenden Feld rotiert. Mindestens einer der Motoren hat eine zweite Feldwicklung, welche auf derselben Magnetkernstruktur wie die Hauptfeldwicklung angeordnet ist. Diese zweite Feldwicklung wird im folgenden als eine Hilfswicklung bezeichnet. Die Hilfswicklung wird ebenfalls mit Gleichstrom erregt und erzeugt ein zweites stationäres Magnetfeld mit abwechselnden Nord- und Südpolen, deren Polarachsen winkelig von den Biarachsen des Hauptfeldes versetzt sind. Das resultierende Feld ist größer als jedes dieser beiden Felder und hat Polarachsen zwischen denjenigen des

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Hauptfelds und des Hilfsfelds. Das resultierende Feld bestimmt, wann der Läufer synchron mit dem Drehfeld umläuft/ welcher Punkt durch Verschiebung dessen Achsen relativ zu dem Läufer geändert wird/ wodurch die Belastung des Motors geändert wird. Die mit einer Hilfswicklung versehenen Motoren werden durch Verbindung dieser Wicklung mit einem Widerstand und/oder einer Drosselspule wie in dem Falle eines Schleifringläufer-Motors angelassen. Die Hauptwicklungen werden während des Anlassens des Motors ebenfalls mit Widerständen in üblicher Weise verbunden. Wenn die synchrone Drehzahl erreicht ist, werden die Widerstände abgeschaltet und die Wicklung erregt. Die Feldwicklungen der Motoren mit Hilfswicklungen sind mit einer Regeleinrichtung verbunden, welche die Erregungsströme mit der Motorbelastung entsprechenden Signalen regelt. Die Feldströme werden so gesteuert, daß das resultierende Feld in dem einen Motor in einer bestimmten Beziehung der Belastungsverteilung zu dem resultierenden Feld in dem anderen Motor gehalten wird. Der Antrieb enthält ferner einen Störungsschutz, z.B. einen Überspannungsschutz. Die Bezeichnung stationäres Magnetfeld bedeutet ein Feld, welches eine stationäre Hauptkomponente und eine einseitig gerichtete Nebenkomponente hat/ die für die Zwecke der Belastungsverteilung und für andere Steuerzwecke geändert werden kann.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild der Schaltung zweier gleicher Synchronmotoren mit einer gemeinsamen Last und einer Steuereinrichtung für die Motoren;

Fig. 2 eine Hilfswicklung für einen Antrieb der in Fig. 1 dargestellten Art;

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild von zwei Hilfswicklungen und deren Steuereinrichtung;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Motorbelastung; und

Fig. 5 ein gegenüber Fig. 3 abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit zwei Hilfswicklungen und der zugeordneten Steuereinrichtung .

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Die in Fig. 1 dargestellten beiden Synchronmotoren A und B sind direkt mit einer einzigen Last IO verbunden, so daß die beiden Motoren die Last gemeinsam antreiben und zwischen sich entsprechend der betreffenden Leistung der Motoren antreiben. Derartige Antriebe finden beispielsweise für große Erzmühlen Verwendung, die durch zwei Synchronmotoren angetrieben werden, von denen jeder ein Antriebsritzel auf seiner Antriebswelle aufweist, welches mit ehern Zahnrad an der Antriebswelle der Mühle in Eingriff steht. Vorzugsweise haben die beiden Motoren dieselbe Drehzahl und Arbeitscharakteristik, oder weisen zumindest eine möglichst weitgehende Übereinstimmung in diesem Zusammenhang auf. Mit einem geeigneten Getriebe können zwar Motoren mit unterschiedlicher Drehzahl Verwendung finden, was aber im allgemeinen nicht zweckmäßig ist, da die Einrichtung verhältnismäßig kompliziert wird.

Der Motor A ist ein vierpoliger Schenkelpolmotor mit einer dreiphasigen Wechselspannungs-Ankerwicklung 11 auf dem Ständer und zwei Gleichspannungs-Feldwicklungen 12, 13 auf dem Läufer, wovon die Wicklung 12 die Hauptwicklung und die Wicklung 13 eine Hilfswicklung ist, die winkelig relativ zu der Hauptwicklung versetzt ist. Der Zweck und die Funktion der Hilfswicklung 13 soll später erläutert werden. Die Wicklung 11 wird mit einer dreiphasigen Wechselspannungsquelle mit beispielsweise 60 Hz verbunden und erzeugt ein Magnetfeld, das mit der synchronen Drehzahl rotiert, also bei 60 Hz mit 1800 U/Min. Die Leistung, welche der Motor A der Wechselspannungsquelle entzieht, wird durch eine Nachweise inr ich tung 14 gemessen, die in der Verbindungsleitung in der Wicklung 11 angeschlossen ist. Die Nachweiseinrichtung 14 kann ein Kontaktwattmeter, ein Kontaktamperemeter, ein Wattumwandler, ein Ampereumwandler oder dergleichen sein, wodurch die Leistungszufuhr zu dem Motor und damit dessen Ausgangsbelastung oder die anteilige Belastung durch die Last 10 gemessen wird.

Die Wicklung 12 des Motors A weist vier Feldspulen auf vier Polkörpern auf, die entlang dem Läuferkern um 90° versetzt angeordnet sind. Bei Erregung mit Gleichstrom erzeugt diese Wicklung ein stationäres Magnetfeld, dessen Achsen mit alternierenden Nord- und Südpolen um 90° versetzt oder um 180° elektrisch phasenver-

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schoben sind. Der Pfeil 16 zeigt die Richtung und Größe des Magnetfelds des oberen Nordpols 15 und wird als dessen Polarachse . bezeichnet. Die Hilfswicklung 13 ist ebenfalls eine vierpolige Wicklung, wobei die betreffenden Feldspulen mit ihren Spulenach-,sen zwischen den Achsen der Spulen der Wicklung 12 in einer alternierenden Anordnung von Haupt- und Hilfspolen vorgesehen sind« wobei die Hilfspole um 90° versetzt und in einer 90°-Verschiebung mit den Hauptpolen angeordnet sind. Bei Erregung mit Gleichstrom erzeugt die Hilfswicklung ein anderes stationäres Magnetfeld mit abwechselndem Nord- und Südpol, die winkelig relativ zu den Hauptpolen versetzt sind. Der Pfeil 17 zeigt die Richtung und Größe des Magnetfelds des Nordpols 18 unmittelbar rechts von dem Hauptpol 15, was im folgenden als dessen Polarachse bezeichnet werden soll. Eine Überlagerung der magnetischen Felder 16 und 17 ergibt ein resultierendes Feld 19, das zwischen den Polen 15 und 18 liegt und stärker als jedes der Magnetfelder 16 oder 17 ist.

Der Motor B ist wie der Motor A ausgebildet und die Bezugszeichen 21 bis 29 kennzeichnen bei dem Motor B dieselben Elemente wie die Bezugszeichen 11 bis 19 bei dem Motor A. In dem Motor B kennzeichnet der Pfeil 26 die Richtung und Größe des Magnetfelds des Nordpols 25, der Pfeil 27 die Richtung und Größe des Magnetfelds des Nordpols 28, während der Pfeil 29 das resultierende Magnetfeld kennzeichnet.

Zum Zwecke der Erläuterung soll die Polarachse 19 den Punkt kennzeichnen, entsprechend dem der Läufer des Motors A synchron mit dem rotierenden Magnetfeld der Ankerwicklung 11 rotiert. Die Polarachse 29 kennzeichnet die Stelle, an der der Rotor des Motors B synchron mit dem rotierenden Magnetfeld der Ankerwicklung 21 rotiert. Die Achsen 19 und 29 können relativ zu dem Läufer des betreffenden Motors verlagert werden, indem die durch eine oder beide Feldwicklungen fließenden Gleichströme einen geeigneten Wert erhalten. Beispielsweise bewirkt eine Verschwenkung der Achse 19 in Drehrichtung, daß der Belastungsanteil des Motors A hinsichtlich der Last 10 verlagert wird, während ein Verzögerungswinkel der Achse dessen Belastungsanteil erhöht. Die Belastung des Motors A kann durch die Nachweiseinrichtung 14 festgestellt werden. Wenn es sich nicht um den richtigen Belastungsanteil hin-

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sichtlich der Last 10 handelt, kann eine Rückstellung auf den geeigneten Wert durch Änderung der Strome für das Hilfsfeld und/ oder das Hauptfeld erfolgen. Die Belastung des Motors B kann durch die Nachweiseinrichtung 24 bestimmt werden. Wenn es sich nicht um den richtigen Belastungsanteil hinsichtlich der Last 10 handelt, kann eine Rückstellung auf den geeigneten Wert durch Änderung der Stromstärke durch das Hilfsfeld oder das Hauptfeld erfolgen. Entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Belastungsverteilung durch Steuerung des Stroms, der durch die beiden Hilfswicklungen 13 und 23 fließt. Die Hauptfeldwicklungen 12 und 22 werden durch eine Spannungsquelle erregt, die durch eine Steuereinheit 30 geregelt wird. Die Wicklung 12 ist in der Steuereinheit 30 über Schleifringe 31, und die Wicklung 22 über Schleifringe 32 verbunden. Alle vier Schleifringe sind an der Läuferwelle angeordnet, mit der sie sich drehen. Die Hilfswicklungen 13 und 23 sind mit einer Steuereinheit 33 über Schleifringe 34, 35 verbunden, welche Steuereinheit mit einer Spannungsquelle verbunden ist.

Der Läufer jedes Motors A und B ist ein üblicher Schenkelpolläufer mit einer geraden Anzahl von getrennten Polen, die radial in gleichen Abständen entlang einem zentralen Kern vorragen. Jeder Pol hat einen Polkörper, der mit dem Kern verbunden ist, und endet in einer Polfläche. In dem Kopfteil jedes Pols sind eine Anzahl von Nuten vorgesehen, die sich in axialer Richtung des Läufers erstrecken und radial nach innen gegenüber der Polfläche versetzt sind. Bei bekannten Synchronmotoren enthalten diese Nuten die Lamellen der Armierungswicklung.

Die Wicklungen 12 und 22 sind übliche Schenkelpolwicklungen, wobei jede Wicklung aus einer Spule mit mehreren Windungen für jede Poleinheit besteht. Die Spule umgibt den Polkörper zwischen dem Kern und dem Kopf des Pols. Die Spulen einer Wicklung sind elektrisch miteinander verbunden.

Jede der Hilfswicklungen 13 und 23 kann eine Wellenwicklung sein, die über die Polflächen des Schenkelpolläufers verteilt ist und in den Nuten in den Polköpfen zurückgehalten wird, und kann mit einer abgeglichenen dreiphasigen Sternschaltung ver-

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bunden sein. Die Hilfswicklung ist auf dem Kern relativ zu der Hauptwicklung derart angeordnet, daß bei Erregung mit Gleichstrom abwechselnde Nord- und Südpole erzeugt werden, deren Achsen winkelig relativ zu den Achsen der Magnetpole des Hauptfelds versetzt sind. Während des Anlassens des Motors dient diesezur Zufuhr eines sekundären Wechselstroms an einen Widerstand und/oder eine Spule, um dabei ein relativ hohes Drehmoment zu erzeugen. Eine Schalteinrichtung verbindet die Hilfswicklung mit dem Widerstand während des Anlassens des Motors, sobald die synchrone Drehzahl nahezu erreicht ist, wird mit dieser der Widerstand abgeschaltet und die Wicklung wird mit einer Gleichspannungsquelle verbunden. Deshalb wird der Motor wie ein Schleifringläufermotor angelassen und läuft wie ein Synchronmotor. Die Hilfswicklungen dienen dazu, um (1) das durch die Gleichspannung erzeugte Magnetfeld durch Änderung des Stroms in der Hilfswicklung zu verschieben, und um (2) als sekundäre Wechselspannungswxcklung ein Drehmoment während des Anlassens des Motors zu liefern, damit der Motor als Schleifringläufermotor angelassen werden kann.

Ein Synchronmotor mit einer Hilfswicklung der beschriebenen Art ist aus der genannten Vorveroffentlxchung bekannt, welcher Motor ein schenkelpolläufer oder einen zylindrischen Läufer aufweisen kann. Bekanntlich werden die Hauptfeldwicklungen der Motoren mit Widerständen während des Anlassens der Motoren verbunden und kurz vor der Erreichung der synchronen Drehzahl von den Widerständen getrennt und mit einer für die Erregung geeigneten Spannungsquelle verbunden.

Bekannte Wicklungen dieser Art, die in Verbindung mit dem Gegenstand der Erfindung verwendbar sind, sind in Fig. 2 dargestellt. Es sind dort Spulen 39, 40 und 41 für die drei Schenkelpole 36, 37 und 38 der Hauptwicklung und eine Spule 42 für die Hilfswicklung dargestellt. Die Hilfswicklung ist eine Wellenwicklung mit zwei Spulenseiten pro Nut. In der Praxis besteht jede Spule wie die Spulen 43 oder 44 aus einer Anzahl von isolierten Leiterwindungen für eine Spule mit zwei Seiten, die in entsprechenden Nuten angrenzender Pole und Endköpfe angeordnet sind, die axial von den Polköpfen vorragen. Dies ist am besten in'Verbin-

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dung mit der Spule 43 ersichtlich, die eine Seite 45 in der oberen Hälfte der Nut 46 des Pols 36 aufweist und die andere Seite 47 in der unteren Hälfte der Nut 46 des Pols 37. Die nächste Spule 43 übaspannt ebenfalls eine Polteilung, die sich von der oberen Hälfte der Nut 46 des Pols 37 bis zu der unteren Hälfte der Nut 46 des Pols 38 erstreckt, was entsprechend bei den restlichen Polen der Fall äst. Für jeden Pol ist eine derartige Spule 43 vorgesehen, die sich von einer Nut 46 in einem Pol zu einer entsprechenden Nut in dem nächsten Pol erstreckt, was bedeutet, daß die Spannweite jeder Spule gleich einer Polteilung ist. Die Spulen 43 verlaufen nach rechts um die Polstruktur, um einen Ring von Spulen zu bilden, der mit der Seite 45 der ersten Spule in der oberen Hälfte der Nut 46 des Pols 36 beginnt und mit der Seite 47 der letzten Spule in der unteren Hälfte der Nut 46 des Pols 36 endet. Die angrenzenden Spulen 44 sind wie die Spulen 43 ausgebildet und verlaufen um den Läufer in derselben Weise in den nächsten Nut 48 nach rechts, um einen weiteren Ring von Spulen, um die Polstrüktur zu bilden. Die Spulen 43 und 44 sind miteinander in geeigneter Reihenfolge in Reihenschaltung als eine Phase einer dreiphasigen Wicklung verbunden, wie die Wicklung 53 in Fig. 3. Der nächste Satz von Spulen 49, 50 ist wie die Spulen 43, 44 ausgebildet und um die Polstruktur in derselben Weise auf der rechten Seite in dem nächsten Paar von Nuten angeordnet. Diese Spulen sind wie der Wicklungsabschnitt 55 in Fig. 3 angeschlossen. Der dritte Satz von Spulen 51, 52 bildet den Wicklungsabschnitt 54.

Fig. 2 zeigt eine Wellenwicklung über den Polflächen eines Schenkelpolläufers. Diese Wicklung kann als Sekundärwicklung für die Verwendung mit den Widerständen angeschlossen werden, um ein relativ hohes Drehmoment bei dem Anlassen zu erzeugen, oder kann mit einer Spannungsquelle verbunden werden, die durch einen Erregungsregler gesteuert wird, um ein Hilfsfeld zu erzeugen, das relativ zu dem Hauptfeld versetzt ist. Fig. 3 zeigt eine derartige Schaltung. In dieser Figur hat die Hilfswicklung für den Motor A drei Wicklungsabschnitte 53, 54 und 55, die in Sternschaltung verbunden sind. Die Hilfswicklung für den Motor B hat drei ent-

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sprechende Wicklungsabschnitte 56, 57 und 58, die in einer anderen dreiphasigen Sternschaltung verbunden sind. Ein magnetisches Schütz 59 hat drei Umschalter 60, 61 und 62 zur Umschaltung zwischen zwei Kontakten, welche in der einen Umschaltlage die Hilfswicklung des Motors A mit betreffenden der Widerstände 63 zum Anlassen des Motors verbinden, während in der anderen in Fig. 3 dargestellten Schaltlage die Wicklungsabschnitt 54 und 55 mit einem Erregungsregler 64 verbindet und den Wicklungsabschnitt 53 für einen synchronen Lauf des Motors kurzschließt. Ein weiteres magnetisches Schütz 65 hat drei Umschalter 66, 67 und 68 zwischen jeweils zwei Kontakten, und verbindet in der einen Lage die Hilfswicklung des Motors B mit betreffenden der Widerstände 69 zum Anlassen des Motors, während in der anderen Lage die Wicklungsabschnitte 57 und 58 mit dem Erregungsregler 64 verbunden werden und der Wicklungsabschnitt 56 für den synchronen Lauf des Motors kurzgeschlossen wird. Da die beiden Motoren eine gemeinsame Last antreiben, erfolgt das Anlassen und das Umschalten auf die synchrone Arbeitsweise vorzugsweise gleichzeitig. Die Widerstände 63 und 69 können veränderliche Widerstände sein, so daß eine bessere Steuerung des Anlassens möglich ist. Veränderliche Induktivitäten können anstelle der Widerstände 63 und 69 Verwendung finden. Die üfoeirspanhüng^Sc^aftung 70 verbindet die Wicllungsabschnitte 54, 55 und 57, 58 parallel zu dem Erregurisregler 64.

Während des Anlassens des Motors werden die Wicklungsabschnitte 54, 55 und 57, 58 von dem Regler getrennt und von der Schaltung 70 getrennt, der Kurzschluß der Wxcklungsabschnxtte 53 und 56 wird aufgehoben und die Hilfswicklungen werden mit den Widerständen 63 und 69 verbunden, so daß der Motor in der erwähnten Weise mit einem verhältnismäßig hohen Drehmoment anläuft. Die Hauptfeldwicklungen werden während des Anlassens ebenfalls mit Widerständen verbunden, so daß sie etwas zu dem Drehmoment beim Anlassen beitragen. Sobald die Motoren die synchrone Drehzahl nahezu erreichen, werden die Widerstände von den Hauptwicklungen abgeschaltet und diesen wird ein Erregungsstrom zugeführt. Sofort danach werden die Widerstände von den Hilfswicklungen abgeschaltet und die Schaltung gemäß Fig. 3 wird wiederher-

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gestellt. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Hilfswicklung auf den Polköpfen derart verteilt ist, daß einer oder mehrere ihrer Abschnitte erregt werden können, um ein stationäres Magnetfeld mit derselben Anzahl von Polen wie das Hauptfeld zu erzeugen, jedoch mit einer relativen Verschiebung. Ferner soll die Verteilung einen Kurzschluß eines Teils der Wicklung z.B. der Abschnitte 53 und 56 in Fig. 3 ermöglichen, so daß dieser Teil dazu beiträgt, die synchrone Arbeitsweise in der Weise zu stabilisieren, wie es mit anderen bekannten Wicklungen möglich ist. Es ist ferner wünschenswert, daß eine derartige Anordnung gewählt wird, daß die Wicklung mit einem Widerstand zum Anlassen des Motors verbunden werden kann. Obwohl in Fig. 3 eine dreiphasige Schaltung zum Anlassen dargestellt ist, ist dies nicht unbedingt erforderlich, da andere Anordnungen möglich sind. Diese anderen Anordnungen sollten jedoch ermöglichen, ein gutes Hilfsfeld zu erzeugen, das gegenüber dem Hauptfeld versetzt ist, ebenso eine gute Anlaufcharakteristik. Gewisse stabilisierende Einflüsse während der synchronen Arbeitsweise sind ebenfalls wünschenswert.

In Fig. 1 kennzeichnet die Polarachse 19 den Punkt, entsprechend dem der Läufer des Motors A synchron mit dem rotierenden Wechselfeld beispielsweise bei Nullast rotiert. Wenn der Motor dann belastet wird, bleibt diese Achse etwas hinter der Achse des rotierenden Wechselfelds zurück. Diese Nacheilung wird als Belastungswinkel bezeichnet. Da die Achse die Vektorsumme des Hauptfelds und des Hilfsfelds darstellt, kann ihre Lage relativ zu dem Läufer durch Änderung des Stroms durch die Hilfswicklung verändert werden, wodurch entweder der Belastungsanteil des Motors erhöht oder erniedrigt werden kann. Dasselbe gilt für die Achse 29 des Motors B. Deshalb kann durch Beibehaltung geeignet abgeglichener Belastungswirikel der beiden Motoren durch Feldstromsteuerung gewünschte Belastungsverteilung erzielt werden.

Fig. 3 zeigt eine Einrichtung zur Steuerung der Hilfsfeldströme. Dabei handelt, es sich um eine Gegentaktanordnung, bei welcher irgendeine Einstellung der Hilfsfeldströme bei beiden Motoren in einem entgegengesetzten Sinne auftritt, so daß die

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Belastung des einen Motors abnimmt, während die des anderen zunimmt. Zunächst werden die Hauptfeldströme für eine spezielle Arbeitscharakteristik der Motoren eingestellt, wonach sie durch die Steuereinrichtung 30 gesteuert werden, welche diese auf konstanten Werten oder entsprechend der erforderlichen Arbeitsweise des Antriebs einstellen kann. Die Nachweiseinrichtungen 14 und 24 messen dauernd die Belastungen der Motoren A und B und erzeugen Steuersignale entsprechend der Größe dieser Belastungen. Diese ignale werden dann in dem Regler 64 verglichen. Wenn der Vergleich eine Abweichung von der geeigneten Belastungsverteilung anzeigt, wird durch den Regler die ausgeglichene Belastungsver-.;! teilung durch Einstellung der Hilfsfeldströme wiederhergestellt. Die Regelung der Belastungsverteilung erfolgt kontinuierlich und schnell, jedoch nicht so schnell, daß der Antrieb unstabil wird. Neben der Regelung der Hilfsfeldströme für die Belastungsverteilung trägt der Regler auch zur Stabilisierung der synchronen Arbeitsweise bei, indem er einen Weg für indizierte Zirkulationsströme darstellt.

Der Erregungsregler 64 ist eine bekannte Einrichtung, welche ein Netzgerät und eine Einrichtung zu dessen Steuerung enthält, beispielsweise ein durch die Nachweiseinrichtungen gesteuertes Rückkopplungssystem. Es kann ein Spannungsregler sein, der indirekt über die Spannung den Strom regelt, der in den Hilfswicklungen fließt, während auch ein Stromregler vorgesehen werden kann. Ein zu diesem Zwecke geeigneter Regler verwendet phasengesteuerte Umwandler, z.B. Thyristoren, um den Wechselstrom in einen für die Erregung geeigneten Gleichstrom umzuwandeln. Die Zündung wird durch die Signale von den Nachweiseinrichtungen für die Belastung gesteuert, so daß die Teile der durchgelassenen Halbzyklen den erforderlichen Feldstrom liefern. Die Stromquelle kann ein Gleichstromgenerator sein.

Fig. 4 zeigt die Änderung der Belastungswirikel von zwei Synchronmotoren, wenn sie eine große Erzmühle antreiben. Die Mühle ist mit den Motoren über ein großes Ringzahnrad an der Mühle gekuppelt, das mit einem Ritzel mit kleinem Durchmesser an den beiden Motorwellen in Eingriff steht. Änderungen der Größe und der Zusammensetzung des in der Mühle zu zerkleinernden Materials

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die Rundung des Drehkranzes und der Eingriff des Ritzels mit dem Drehkranz beeinflussen die Belastung der beiden Motoren. Eine Änderung der Belastung eines Motors ändert auch dessen Belastungswinkel. In Fig. 4 bezieht sich die obere Kurve in den jeweils zusammengefaßten Kurven a, b und c jeweils auf den Motor A und die untere auf den Motor B. Die Kurven a zeigen den Zustand, wenn die Belastungswinkel in Phase sind. Die Kurven b zeigen den Zustand, wenn diese vollständig außer Phase sind. Die Kurven c betreffen den Zustand, wobei sich der eine ändert, während sich der andere·nicht ändert. Die bei der Motorbelastung auftretenden Änderungen verändern die Belastungswinkel zwischen diesen drei Zuständen.

Die in Fig. 3 dargestellte Gegentakt-Rege!einrichtung ist gut geeignet, die außer Phase befindlichen Belastungswinkel in den Kurven b und c in Fig. 4 zu korrigieren, weil eine gleichzeitige Korrektur der Hilfserregung der beiden Motoren in einem entgegengesetzten Sinne erfolgt. Wenn jedoch die Belastungswinkel den in den Kurven a dargestellten Zustand annähern, bei dem sie sich in Phase befinden, wird diese Gegentaktregelung weniger wirksam. Fig. 5 zeigt ein Regelsystem, welches zur Regelung der Belastungsverteilung bei den in Fig. 4 dargestellten drei Zuständen geeignet ist.

In Fig. 5 sind die.Wicklungsabschnitte 54 und 55 des Motors A mit einem Regler 71, und die Wicklungsabsehnitte 57, 58 des Motors B mit einem anderen Regler 72 für eine synchrone Arbeitsweise verbunden, während die Wbklungsabsehnitte 53 und 56 wie im Falle der Fig. 3 kurzgeschlossen sind. Mit Ausnahme der Verwendung von zwei Reglern anstelle von einem ist die Schaltung in Fig. 5 dieselbe wie diejenige in Fig. 3, ebenfalls die Arbeitsweise beim Anlassen der Motoren. Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 5 wird jeder Motor unabhängig von dem anderen geregelt. Der Motor A wird über die Nachweiseinrichtung 14 und den Regler 71 geregelt, und der Motor B über die Nachweiseinrichtung 14 und den Regler 72. Als Folge davon kann jeder der Motoren unabhängig von dem anderen bei jedem der Belastungswinkel in Fig. 4 eingestellt werden. Wie bei der Schaltung in Fig. 3 ist eine S_chal-

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tung 73 für einen Überspannungsschutz parallel zu den Wicklungsabschnitten 54, 55 und zu dem Regler 71 geschaltet, sowie eine weitere Schaltung WA für einen überspannungsschutz parallel zu den Wicklungsabschnitten 57, 58 und parallel zu dem Regler 72.

Bei den Schaltungen gemäß Fig. 3 und 5 ist ein Überspannungsschutz vorgesehen, um die Regler gegen Überspannungen zu schützen, die durch Störungen in dem Antrieb verursacht werden. Störungszustände können kurzzeitig Energien freisetzen, die zu gefährlichen Überspannungen führen, wenn diese Energie nicht geeignet umgewandelt wird. Eine Störung könnte Spannungsüberhöhungen verursachen, die groß genug sind, um die Thyristoren oder andere Halbleitereinrichtungen in dem Regler zu beschädigen. Ein derartiger Überspannungsschutz ist ein Schalter, der normalerweise bei üblichen Erregungsspannungen offen bleibt, aber bei einer vorherbestimmten überspannung geschlossen wird, wodurch der Regler und die Wicklungsabschnitte, die damit verbunden sind, kurzgeschlossen werden, solange der Überspannungszustand vorhanden ist. Der durch den Schalter hervorgerufene Kurzschluß ermöglicht eine Umwandlung der Störenergie in den Wicklungsabschnitten, während bei einer Verringerung der Spannung auf die normale Spannung der Schalter wieder geöffnet wird, um den Kurzschluß zu beseitigen, so daß der Regler wieder die Steuerung übernehmen kann. Der Regler enthält eine Einrichtung zur Unterdrückung seines Ausgangssignals während des Kurzschlusses. Wenn der Regler Thyristoren zur Steuerung des Feldstroms enthält, wird eine Zündung der Thyristoren verhindert, solange die Überspannung vorhanden ist. Wenn der Kurzschluß auftritt, kann ein Spannungsstrom am Ausgang des Reglers auftreten. Dieser Spannungsstoß ist jedoch so kurzzeitig, daß die Impedanz des Reglers eine Weiterleitung verhindert, bevor der Überspannungsschutz wirksam wird.

Ein für eine derartige Antriebsschaltung verwendbarer Überspannungsschutz-Schalter kann im wesentlichen aus zwei Thyristoren bestehen, die parallel und entgegengesetzt geschaltet sind, wie in Fig. 3 in der Schaltung 70 dargestellt ist, so daß sie in beiden Richtungen leiten. Die Thyristoren werden mit Steuerspannungen versorgt, die direkt von der Spannung über den Wicklungsab-

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/schnitten abhängig sind. Während einer normalen Betriebsweise ist diese Spannung niedrig, um die Thyristoren leitend zu halten. Beim Anstieg dieser Spannung auf einen vorherbestimmten Wert/ der einer unerwünschten überspannung entspricht, werden dadurch jedoch die Thyristoren leitend. Wenn beide Thyristoren leitend sind, schließen sie "die Wicklungsabschnitte kurz und schützen so den Regler durch Kurzschlußverbindungen in beiden Richtungen. Dadurch wird die Überspannung von dem Regler ferngehalten und auf die Wicklungsabschnitte begrenzt, bis die Störenergie vernichtet ist.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeiipielen wird die Ausgangsgröße jedes Motors durch Messung seiner Eingangsgröße erhalten. Es ist ferner möglich, die Ausgangsgröße jBdes Motors direkt durch Torsionskupplungen, Dehnungsmeßstreifen und dergleichen zu messen, und diese Meßwerte für Steuerzwecke zu verwenden. Die beschriebenen Komponenten und Schaltungen sind nur diejenigen, die zur Erläuterung eines Antriebs gemäß der Erfindung erforderlich sind, obwohl in der Praxis zusätzliche Komponenten und Schaltungen zum Zwecke der Steuerung des Schutzes etc. vorgesehen sind.

Fig. 3 zeigt eine Parallelschaltung der Hilfswicklungen für eine synchrone Betriebsweise. Andere Anordnungen sind möglich, z.B. eine Reihenschaltung. Diese anderen Anordnungen müssen jedoch Änderungen der Steuerung zwischen den Wicklungen und für den Überspannungsschutz ermöglichen.

Bei dem Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 5 könnte der eine Motor ein üblicher Synchronmotor sein, also ein Synchronmotor ohne die Hilfswicklung und die dafür vorgesehene Steuereinrichtung. Eine Regelung der Belastungsverteilung zwischen den beiden Motoren könnte dann durch Einstellung des Belastungswinkels des anderen Motors erfolgen. Obwohl dabei nicht der gleiche Steuereffekt erzielt werden kann, wäre eine Steuerung möglich, und für einige Anwendungszwecke auch ausreichend.

Pa te η tan s pr ü ehe

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Claims

-15-Patentansprüche

/l.jAntrieb mit mindestens zwei Synchronmotoren zum Antrieb einer gerte insamen Last mit einer Belastungsverteilung, dadurch gekenn ze ichnet, daß jeder Motor einen Ständerkern mit einer primären mehrphasigen Wechselstromwicklung und einen Läuferkern mit einer mehrpoligen Feldwicklung aufweist, eine Strc quelle für mehrphasigen Wechselstrom zur Erregung der Wechselstromwicklung und Erzeugung eines primären Magnetfelds, eine Stromquelle zur Erregung der Feldwicklung zur Erzeugung eines stationären Magnetfelds mit abwechselnden Nord- und Südpolen, welches mit demprimären Magnetfeld zusammenwirkt, um eine synchrone Rotation des Läufers zu verursachen, daß mindestens einer der Motoren eine zweite Wicklung auf dem Läuferkern aufweist, um eine Sekundärwicklung für die Primärwicklung vorzusehen, oder wenn zumindest einige Abschnitte derzweiten Wicklung erregt werden, ein stationäres Hilfsfeld mit abwechselnden Nord- und Südpolen vorzusehen, deren Zahl gleich der Zahl der Nord- und Südpole des Hauptfelds ist, die aber dazu winkelig versetzt sind, daß eine Stromquelle zur Erregung der zweiten Wicklung vorgesehen ist, um das stationäre Hilfsfeld zu erzeugen, daß eine Einrichtung zum Nachweis der Belastung von mindestens einem Motor Signale liefert, welche die Größe der nachgewiesenen Belastung kennzeichnet, daß ein Regler auf diese Signale zum Regeln der Ströme anspricht, die der Feldwicklung und der zweiten Wicklung zugeführt werden, daß eine Einrichtung die Feldwicklung und die zweite Wicklung mit Widerständen und/oder Induktivitäten beim Anlassen des Motors oder mit dem Regler für einen synchronen Lauf des Motors verbindet, daß der Regler die relativen Beträge der Stromstärken regelt, die der Feldwicklung und der zweiten Wicklung zur Herstellung eines resultierenden Magnetfelds zugeführt werden, welches die Belastung mindestens eines Motors steuert, so daß dieser Motor einen bestimmten Anteil der gemeinsamen Last übernimmt, und daß ein Überspannungsschutz für den Regler vorgesehen ist.

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2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Motor eine zweite Wicklung wie die zweite Wicklung des ersten Motors aufweist, und daß er in derselben Weise angelassen und für einen synchronen Lauf geregelt wird.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler eine Einrichtung zum Regeln der Erregung der Feldwicklung und eine andere Einrichtung zum Regeln der Erregung der zweiten Wicklung aufweist.
4. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler eine Gegentakt-Regeleinrichtung aufweist, die mit den Abschnitten der zweiten Wicklungen zur Steuerung deren Erregung entsprechend den Belastungssignalen des betreffenden Motors verbunden ist.
5. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler eine Regeleinrichtung für mindestens einen Motor aufweist, die mit den Abschnitten der zweiten Wicklung verbunden ist, um deren Erregung entsprechend den Belastungssignalen des Motors zu steuern.
6. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überspannungsschutz ein Überspannungsschutz-Schalter ist, der den Regler gegen an den Wicklungen auftretende Überspannungen schützt.
7. Antrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Überspannungsschutz ein Schalter ist, der parallel zu dem Regler und zu den Wicklungen geschaltet ist, um den Regler gegen an den Wicklungen auftretende Überspannungen zu schützen.
8. Antrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Überspannungsschutz-Schalter zwei parallel geschaltete, entgegengesetzt gepolte Thyristoren enthält, die parallel zu dem Regler geschaltet sind, und daß eine

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Einrichtung vorgesehen ist, um die Thyristoren leitend zu machen, wenn eine Überspannung der Wicklungen auftritt.

9- Antrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler Thyristoren aufweist, um Wechselstrom in Gleichstrom für die Wicklungen umzuwandeln, sowie einen durch die Belastungssignale gesteuerten Phasenschieber zur Zündung der Thyristoren.

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