DE2240559A1

DE2240559A1 - POWER TRANSMISSION

Info

Publication number: DE2240559A1
Application number: DE2240559A
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Andritz Hydro GmbH Austria
Current assignee: Andritz Hydro GmbH Austria
Priority date: 1971-08-24
Filing date: 1972-08-17
Publication date: 1973-03-08
Also published as: CH556110A; AT325163B

Description

Kraftübertragungsanlage Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsanlage mit einer Primärmaschine, die angenäherte Seriencharakteristik aufeist, z. B. einen Dieselmotor, einen mit diesem gekuppelten Synchrongenerator und von letzterem gespeisten Asynchronmotor. Die gegenständliche Kraftübertragungsanlage hat den Zweck, den Asynchronmotor durch Erhöhung seines Anlaufdrehmomentes zum Antrieb von schweren Arbeitsmaschinen, Fahrzeugen, Seilbahnen oder dgl. mit eigener Energieanlage von begrenzter Leistung heranziehen zu können, so daß dessen Vorzüge, wie die der Anspruchslosigkeit in der Wartung, Betriebssicherheit und guter Wirkungsgrad voll ausgenützt werden können. Power transmission system The invention relates to a power transmission system with a primary machine that approximates series characteristics, e.g. B. a Diesel engine, a synchronous generator coupled with this and fed by the latter Asynchronous motor. The objective power transmission system has the purpose of the asynchronous motor by increasing its starting torque to drive heavy machinery, Vehicles, cable cars or the like. With their own energy system of limited power to be able to use, so that its advantages, such as the undemanding in the maintenance, operational safety and good efficiency can be fully exploited.

Zu diesem Zweck sind schon vielfach Versuche unternommen und diesbezüqlich elektrische Antriebe vorcreschlaaen worden. die - entweder -. A s Jeaocnszu aufwendig im ?latzDeaart oaer zu aurwendig im erforderlichen Maschinensatz bzw. in dessen erforderlicher Wartung sind. So wurde z. B. vorgeschlagen, zwischen dem Asynchronmotor und der damit anzutreibenden Welle (Triebachse) einen hydraulischen Drehmomentwandler anzuordnen, oder ihn auE ein Differentialgetriebe wirken zu lassen, welches seinen Leerlauf mit erst darauffolgender Belastung ermöglicht. Alle beschriebenen und vorgeschlagenen Einrichtungen wären wohl für den laufenden Betrieb verwendbar, haben jedoch den Nachteil eines schlechten Wirkungsgrades auch im Dauerbetrieb, sind kompliziert und teuer und haben zu lange Anlaufzeiten. Außerdem wurden Für die Stromspeisung von Asynchronmotoren Frequenz veränderliche Generatoren vorgeschlagen, die jedoch kompliziert und für einen rauhen Betrieb zu empfindlich sind. (Rotierender BUrstensatz).Many attempts have already been made for this purpose and in this regard electric drives have been pre-creschlaaen. the - either -. A s too expensive im? latzDeaart oaer too expensive in the required machine set or in its required maintenance. So was z. B. proposed between the asynchronous motor and the shaft to be driven (drive axle) a hydraulic torque converter to arrange, or to let him act on a differential gear, which his Idle with only subsequent load enabled. All described and suggested Facilities could be used for ongoing operations, but have the The disadvantage of poor efficiency, even in continuous operation, are complicated and expensive and have too long lead times. In addition, were for the power supply of asynchronous motors frequency variable generators proposed which, however, are complicated and too sensitive for rough operation. (Rotating Prime rate).

Es wurde ferner vorgeschlagen, bei Kraftübertragungsanlagen mit einer Dampfturbine zwischen dieser und einem Synchrongenerator ein Flüssigkeitsgetriebç einzuschalten, um die Drehuna on,7.nl g zahl des Hauptgenerators weitgehend/von jener der Dampfturbine einzustellen und die Turbine auch während der ersten Anfahrperiode mit hohen Drehzahlen zu betreiben. Doch kann der angestrebte Zweck mit dieser bekannten Einrichtung deshalb nicht erreicht werden, weil die Dampfturbine keine Seriencharakteristik besitzt und auch das Flüssigkeitsgetriebe wegen seiner besonderen Charakteristik zur Lösung der Auf gabe ungeeignet ist. Die Aufgabe wäre nur dann lösbar, wenn es möglich wäre, mit dem beschriebenen Maschinensatz das bei ca. 30 % der Nennfrequenz auftretende maximale Anfahrmoment zu ermöglichen und auszunützen. Die für die Lösung der Aufgabe erforderliche Betreibung der Dampfturbine mit etwa 50 X der Nenndrehzahl hat zur Folge, daß sie herbei, bedingt durch die Turbinencharakteristik, fast keine Leistung mehr abgeben kann. Auch das Flüssigkeitsgetriebe kann sein maximales Ausgangs-Drehmoment nur bei voller Eingangsdrehzahl abgeben, weshalb mit dieser bekannten Einrichtung die Lösung der eingangs gestellten AuPgabe unmöglich ist.It was also proposed in power transmission systems with a Steam turbine between this and a synchronous generator a liquid gearbox to switch on the speed of the main generator to a large extent / from that of the steam turbine and the turbine also during the first start-up period operate at high speeds. However, the intended purpose can be known with this Facility cannot be achieved because the steam turbine does not have a series characteristic owns and also the fluid transmission because of its special characteristics is unsuitable for solving the task. The task would only be solvable if it were With the machine set described, this would be possible at approx. 30% of the nominal frequency to enable and utilize the maximum starting torque that occurs. The one for the solution Operation of the steam turbine required for the task at about 50 X the nominal speed As a result, due to the turbine characteristics, almost none of them come here Can deliver more power. The fluid transmission can also achieve its maximum output torque only deliver at full input speed, which is why with this known device the solution of the task posed at the beginning is impossible.

Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch beseitigt, daß zwischen dem Primärmotor mit Seriencharakteristik und dem Synchrongenerator ein mechanisches, in seinem Ubersetzungsverhältnis veränderbares Getriebe angeordnet ist, welches so einstellbar ist und beim Anfahrvorgang der Asynchronmotoren so eingestellt wird, daß bis zur vollen Drehzahl des Primärmotors, der Synchrongenerator mit etwa 1/3 seiner Nenndrehzahl umläuft. Durch die Verwendung des beschriebenen Maschinensatzes, welcher nur marktgAngigeç im rauhen Betrieb erprobte Maschinen bzw. Schalteinrichtungen verwendet, wird das erforderliche hohe Anlaufmoment der Asynchronmotoren dadurch erzwungen, daß deren bekannte Eigenschaft, bei niedriger Frequenz ein Maximum an Anlaufdrehmoment trozt beschränkter Primärmotorleistung abgeben zu können, ausgenützt wird. Eine weitere Erhöhung des Anlaufdrehmomentes wird erfindungsgemäß durch Spannungserhöhung in den unteren Frequenzbereichen des anlaufenden Asynchronmotors herbeigeführt. Werden mehrere voneinander unabhängige Arbeitsmaschinen (Triebachsen eines Fahrzeuges) angetrieben, entsteht der bedeutende Vorteil gegenüber dem Antrieb derselben durch Gleichstrom-Iiauptstrommotoren, daß keine der Wellen bei Entlastung oder Teillast durgeht, da die Asynchronmotoren an der gleichen Frequenz hängen und daher drehzahl gebunden. sind.According to the invention these disadvantages are eliminated in that between the primary engine with series characteristics and the synchronous generator a mechanical, is arranged in its transmission ratio changeable gear, which can be set in this way and during the start-up process of the asynchronous motors is set in such a way that that up to the full speed of the primary motor, the synchronous generator with about 1/3 its rated speed rotates. By using the machine set described, which only machines and switching devices that have been tried and tested in rough operation is used, the required high starting torque of the asynchronous motors is thereby achieved forced that their known property, a maximum at low frequency Starting torque in spite of limited primary motor power being used will. According to the invention, the starting torque is increased further by increasing the voltage brought about in the lower frequency ranges of the starting asynchronous motor. Are several independent working machines (drive axles of a vehicle) driven, the significant advantage arises over driving the same through DC main current motors that none of the shafts when unloaded or part load goes because the asynchronous motors depend on the same frequency and therefore speed bound. are.

Mit der Verminderung der Drehzahl des Synchrongenerators beim Anfahrvorgang, ist selbstverständlich eine Erhöhung des Eingangsdrehmomentes am Generator gegenüber dem Drehmoment des Primärmotors verbunden, wodurch die Leistungsfähigkeit des Primärmotors beim Anfahrvorgang voll ausgenützt und die größtmögliche Beschleunigung erzielt wird.With the reduction in the speed of the synchronous generator during the start-up process, is of course an increase in the input torque on the generator connected to the torque of the primary engine, thereby increasing the efficiency of the primary engine fully utilized during start-up and the greatest possible acceleration achieved will.

Eine weitere Erhöhung des Anlaufdrehmomentes des (der) Asynchronmotors (en) wird erfindungsgemäß durch geeignete, an sich bekannte Dreieck- und Sternschaltungen durch einen eigenen, stufenweise zu betätigenden Schalter in der Weise ausgeführt, daß beim Anfahren und bei schweren Drehmomentanforderungen während des Betriebes für den (die) Asynchronmotor(en) der relativ dreifache bzw. fache Wert der Normalspannung zur Verfügung steht, während bei geringeren Anforderungen an das Anfahrmoment und vorherrschenden Teillasten mit dem relativ fachen Wert der Normalspannung angefahren und dem fachen Wert derselben bei Teillast gefahren wird. Entspricht im ersten Falle die Dreieckschaltung des Stromerzeugers und die Sternschaltung der Motoren der Normalspannung, so wird zum Anfahren in erster Stufe der Stromerzeuger in Dreieck, die Motoren in Stern geschaltet, in zweiter Stufe beide in Stern oder Dreieck, in dritter Stufe der Stromerzeuger in Dreieck, die Motoren in Stern geschaltet. Im zweiten Falle werden die.Maschinen so ausgelegt, daß Sternschaltung des Stromerzeugers und Sternschaltung der Motoren der Normalspannung entsprechen, dann wird beim Anfahren der Stromerzeuger in Stern, die Motoren in Dreieck, in zweiter Stufe (Normalbetrieb) beide Maschinenarten in Stern oder Dreieck, in dritter Stufe (Teillast) Stromerzeuger in Dreieck, Motoren in Stern geschaltet.A further increase in the starting torque of the asynchronous motor (s) is carried out according to the invention by suitable, known delta and star connections through a separate, step-by-step switch in such a way that when starting and with heavy torque requirements during operation for the Asynchronous motor (s) the relatively triple resp. times the value of the normal stress is available, while with lower demands on the starting torque and prevailing partial loads with the relative times the value of the normal voltage approached and the times the value of the same is driven at part load. If, in the first case, the delta connection of the generator and the star connection of the motors correspond to the normal voltage, the generator is switched on in the first stage, the motors in star, in the second stage both in star or delta, in the third stage the generator in delta who have favourited the motors in star. In the second case, the machines are designed so that the star connection of the power generator and the star connection of the motors correspond to the normal voltage Third stage (partial load) generator in delta, motors connected in star.

Eine zweckmäßige Regeleinrichtung muß hiebei so beschaffen sein, daß sie durch einen Griff betätigt wird, ohne daß etwa der Führer einer Lokomotive mit der beschriebenen Xraftübertragung durch Beobachtung der Instrumente von seiner Aufmerksamkeit auf Signale und Strecke abgelenkt wird. Erfindungsgemäß wird daher der Steuerschalter für die Umlaufrichtung mit der Dreieck-Sternschaltung des Generators und Asynchronmoton kombiniert, wobei die erforderlichen Schaltkombinationen in fortlaufenden Stufen schaltbar sind. Naturgemäß können darüber hinaus mit diesem Schalter stufenweise noch andere, betrieblich zusammenhängende Schaltungen ausgeführt werden.An appropriate control device must be designed so that it is operated by a handle without the driver of a locomotive with the described power transmission by observing the instruments of his Attention is diverted to signals and route. According to the invention is therefore the control switch for the direction of rotation with the delta-star connection of the generator and asynchronous motor combined, with the required switching combinations in consecutive Levels are switchable. Naturally, you can also use this switch in stages still other operationally related circuits are carried out.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der traEtUbertragungsanlage in Fig. 1 im Schema dargestellt, während Fig. 2 das Diagramm des Anlaufdrehmomentes in Abhängigkeit vom Prequenzverhältnis und der Spannungserhöhung im Prinzip darstellt.The drawing shows an embodiment of the transmission system shown in Fig. 1 in the scheme, while Fig. 2 is the diagram of the starting torque in principle, depending on the frequency ratio and the increase in voltage.

Gemäß Fig. 1 besteht die Einrichtung aus einem Dieselmotor 1, der den z. B. dreiphasigen Synchrongenerator 2 ueber die (nicht durchlaufende) Welle 3 antreibt. Zur Erzielung einer relativ variablen Drehzahl und eines relativ variablen Drehmomentes der beiden Maschinen 1 und 2 wird ein mechanisches Getriebe 4 dem Dieselmotor 1 und dem Synchrongenerator 2 zwischengeschaltet, das z. B. als automatisches oder handgesteuertes Schaltgetriebe ausgebildet ist. Vom Generator 2 erfolgt die Stromzufuhr zu dem (den) Asynchronmotor(en) 5 über einen Schalter 6, welcher einerseits das Vertauschen der Phasen zwecks Änderung der Drehrichtung und andererseits die Kombination der Dreieck-Stern, Dreieck-Dreieck bzw. Stern-Stern und Stern-Dreieck-Schaltüng zwischen Motoren und Stromerzeuger sowie gegebenenfalls andere mit dem Betrieb zusammenhängende Schaltungen gestattet.According to Fig. 1, the device consists of a diesel engine 1, the the z. B. three-phase synchronous generator 2 over the (non-continuous) shaft 3 drives. To achieve a relatively variable speed and a relatively variable Torque of the both machines 1 and 2 will be a mechanical one Transmission 4 connected to the diesel engine 1 and the synchronous generator 2, the z. B. is designed as an automatic or manually controlled gearbox. From the Generator 2 provides the power to the asynchronous motor (s) 5 via a Switch 6, which on the one hand enables the interchanging of the phases in order to change the direction of rotation and on the other hand the combination of triangle-star, triangle-triangle or star-star and star-delta connection between motors and generator and, if applicable other operation-related circuits are permitted.

Durch diese Einrichtung kann die Eigenschaft des Asynchronmotors, bei 1/3 bis 1/4 seiner Nennfrequenz ein Maximum an Anlaufdrehmoment abzugeben, dazu ausgenützt werden, um ein Mehrfaches des Normaldrehmomentes bei Nennfrequenz als Anlaufdrehmoment zu erhalten.With this facility, the property of the asynchronous motor, to deliver a maximum of starting torque at 1/3 to 1/4 of its nominal frequency, in addition can be used by a multiple of the normal torque at nominal frequency than To get starting torque.

Da aber diese niedrige Frequenz des Asynchronmotors 5 nur bei niedriger Drehzahl des Generators 2 zu erreichen ist, der Diesemotor hiebei aber nur einen Bruchteil seiner Leistung abgeben könnte, wird erfindungsgemäß zwischen Dieselmotor 1 und Generator 2 das mechanische, in seinem Ubersetzungsverhältnis veränderbare Getriebe 4 eingebaut, welches es nun gestatte; daß der Dieselmotor 1 beim Anfahrvorgang bis zur vollen Leistung und Drehzahl ausgenützt wird, während der Generator 2 nur mit 1/3 bis 1/4 seiner Normaldrehzahl beim Anfahrvorgang umläuft, und erst beim Übergang zum Normalbetrieb mit voller oder Uberdrehzahl läuft, Wobei der KraftPluß durch den Wellenstrang 3 terläuft.But since this low frequency of the asynchronous motor 5 is only low The speed of the generator 2 can be reached, but the diesemotor only one Could give a fraction of its power, according to the invention between diesel engine 1 and generator 2 the mechanical, changeable in its transmission ratio Gearbox 4 installed, which it now allows; that the diesel engine 1 during the start-up process is used up to full power and speed, while the generator 2 only rotates at 1/3 to 1/4 of its normal speed during the start-up process, and only when Transition to normal operation with full or overspeed is running, whereby the KraftPluß runs through the shaft train 3.

In Fig. 2 ist das Diagramm der Drehmomentenkurve in Abhängigkeit vom Verhältnis der zugeführten Frequenz zur Normal frequenz dargestellt, wobei auf der Abszissenachse dieses Verhältnis der Frequenz aufgetragen ist, während auf der linken Ordinate die jeweiligen Anlaii£drehmomente Na und auE der rechten Ordinate das Verhältnis der zugeführten Spannung U' zur Normalspannung Un aufgetragen ist. Die Kurve a zeigt hiebei den Verlauf der Höhe des Anlaufdrehmomentes ohne zusätzlich zugefUhrte Spannung, während die Kurve b den Drehmomentenverlauf bei zusätzlich zugeführter Spannung U1, U2 und U3 in den Frequenzverhältnissen 1/3 und 2/3 bzw. 1 zeigt, Wie sich aus der Anlaufdrehmomentenkurve a ergibt, hat der Asynchronmotor sein maximales Anlaufdrehmoment bei etwa 1/3 der Normalfrequenz, welches sich durch zusätzliche Spannungszuführung (Kurve b) bei derselben Frequenz noch wesentlich erhöhen läßt.In Fig. 2 is the diagram of the torque curve as a function of The ratio of the frequency fed to the normal frequency is shown, with the The abscissa axis of this ratio of frequency is plotted, while on the left Ordinate the respective starting torques Na and auE of the right ordinate the The ratio of the supplied voltage U 'to the normal voltage Un is plotted. the Curve a shows the course of the level of the starting torque without additional supplied voltage, while curve b shows the torque curve at supplied voltage U1, U2 and U3 in the frequency ratios 1/3 and 2/3 or 1 shows how the starting torque curve a shows that the asynchronous motor has its maximum starting torque at about 1/3 of the normal frequency, which is through additional voltage supply (curve b) at the same frequency is still essential can increase.

Durch die beschriebene Kraftübertragungsanlage können nunmehr schwerste Abfahrten mit normalen Drehstrommaschinen und mit gutem Wirkungsgrad bewältigt werden.The power transmission system described can now be the heaviest Downhill runs can be mastered with normal three-phase machines and with good efficiency.

Claims

=============== Power transmission system with a primary engine, which has approximately series characteristics, e.g. B. a diesel engine, one with this coupled synchronous generator and asynchronous motors fed by the latter, characterized in that between the primary engine and the synchronous generator a mechanical, changeable in its transmission ratio gear arranged is, which is adjustable and set during the starting process of the asynchronous motors is that up to the full speed of the primary motor of the synchronous generator with about revolves around a third of its rated speed.

2. Power transmission system according to claim 1, characterized in that by means of a multi-stage switch (6) for the purpose of increasing the voltage during the start-up process, as well as heavy torque requirements during operation on the asynchronous motor (s) (5) or the generator, the triangle Star connection is made so that first the synchronous generator (2), whose normal voltage corresponds to its delta connection, is connected in star, and the asynchronous motor (s) (5), whose star connection corresponds to the normal voltage (correspond), is (are) switched in delta, whereupon in the second stage the synchronous generator (2) in delta and finally through the third switch stage the asynchronous motor (s) is (are) switched in star, so that the series according to the relative stress values of appear.

3. Power transmission system according to claim 1, characterized in that when starting up first the generator (2), whose normal voltage as well as that of the asynchronous motor (s) (5), corresponds to the star connection, in star the asynchronous motor (s) ) (5) are switched in delta, whereupon in the second stage the synchronous generator (2) and asynchronous motor (s) are switched to star, i.e. both are switched to operating voltage, while finally the synchronous generator (2) is switched to delta during longer partial load operation, see above that in turn a relative tension ratio of is run through during the start-up period up to partial load operation.

4. Power transmission system according to claim 1 and 2, characterized in that that the control switch (6) for the direction of rotation with the delta-star connection of the generator (2) and asynchronous motor (5) is combined and the required Switching combinations can be switched in continuous steps.