DE2417982A1

DE2417982A1 - Vorrichtung zum betreiben mehrerer elektromotoren

Info

Publication number: DE2417982A1
Application number: DE19742417982
Authority: DE
Inventors: Koji Imai; Yasuhiro Inoue; Isao Mori; Nagataka Seki; Naohiko Ueyama
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1973-04-12
Filing date: 1974-04-11
Publication date: 1974-10-24
Also published as: DE2417982C3; NL159922B; JPS49128215A; GB1463770A; NL7404935A; DE2417982B2; NL159922C

Description

J*. Γ & 9-9-

PATENTANWÄLTE

HENKEL— KERN — FEILRR — HÄNZEL— MÜLLER

DR. PHIL. DIPL.-ING. DR.rt£R.NAT. DIPL.-ING. DIPL.-ING.

TELEX: OS 29 802 HNKL D EDUARD-SCH MID-STRASSE 2 BAYERISCHEHYPOTHEKEN-UND

TELEFON: (08 11) 66 31 97, 66 30 91-92 onnn liftvi-ucw nn WECHSELBANK MÜNCHEN NR. 31S- 85

TELEGRAMME: ELLIPSOID MÜNCHEN U-OVUU MUJNCIiIlJN i/U POSTSCHECK: MCHN 1621 47 —809

Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. 1 "I. r, >,

Kawasaki-shi, Japan ο / -ι «7 η ο ο

Vorrichtung zum Betreiben mehrerer Elektromotoren

Die Erfindung "betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben oder Steuern mehrerer Elektromotoren oder mehrerer Gruppen von Elektromotoren.

Für den Betrieb mehrerer Elektromotoren oder Motorengruppen wird üblicherweise eine entsprechende Zahl von Stromquellen vorgesehen. Wenn bei einem Betriebssystem dieser Art ein Motor oder eine Motorgruppe ausfällt, bleiben die anderen Motoren oder Gruppen auf vorteilhafte Weise davon unbeeinflußt. Bei zunehmender Zahl von Motoren oder Motorgruppen vergrößert sich jedoch auch der Aufwand bezüglich der zugeordneten Ausrüstungen, woraus sich entsprechend höhere Kosten ergeben. Außerdem ist für jeden Motor oder jede Motorgruppe eine Reservestromquelle erforderlich, damit der betreffende Motor bzw. die betreffende Motorgruppe auch beim Ausfall einer Stromquelle normal in Betrieb gehalten werden kann. Diese Konstruktion ist aber vom wirtschaftlichen Standpunkt aus äußerst nachteilig.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine \^rorrichtung zum Betreiben oder Ansteuern einer Anzahl von

Mu/Bl/Ro - 2

409843/0381

Motoren oder Motorgruppen, an welche entsprechende Lasten mit jeweils größerer Trägheit und sehr kleinem mechanischen Verlust angeschlossen sind, durch Steuerung der Zufuhr elektrischen Stroms auf Zeitteilerbasis zu schaffen.

Herkömmlicherweise wird eine Zeitteiler-Steueranlage verwendet, "beispielsweise bei einer Steueranlage für die Digitalinformation einer zentralen Prozeßsteuereinheit o.dgl., bei der ein Rechner vorgesehen ist. Eine derartige Anlage ist jedoch bisher nicht in einem Analogsystem angewandt worden.

Die genannte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung eingangs umrissener Art erfindungsgemäß gelöst durch eine Stromquelle, mehrere durch Zufuhr von elektrischem Strom von der Stromquelle betätigbare Gruppen von Motoren, eine zwischen die Stromquelle und die Motorgruppen eingeschaltete Schaltereinrichtung mit Kontakten, welche den Motorgruppen entsprechen, und eine Einrichtung zur Belieferung der Schaltereinrichtung mit einem Befehlssignal zur Steuerung der Stromzufuhr zur betreffenden Motorgruppe auf Zeitteilerbasis.

In weiterer Ausgestaltung wird mit der Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben bzw. Steuern mehrerer Elektromotoren durch Speisung derselben mit elektrischem Strom auf Zeitteilerbasis geschaffen, die gekennzeichnet ist durch eine Stromquelle, mehrere durch Zufuhr von elektrischem Strom von der Stromquelle betätigbare Gruppen von Elektromotoren, eine zwischen die Stromquelle und die Motorgruppen eingeschaltete Schaltereinrichtung mit den betreffenden Motorgruppen entsprechenden Kontakten, Drehzahldetektoren, die jeweils an die betreffende Motorgruppe angeschlossen sind und die Drehzahl des Motors festzustellen oder zu messen vermögen, und durch eine Steuerschaltung, die dann, wenn durch Abtastung der Ausgangssignale von den Detektoren ein Motor festgestellt wird, der mit einer von

409843/0381

einem vorgewählten Drehzahl!) er ei cn abweichenden Drehzahl tunläuft, ein Steuersignal zur Ansteuerung des diesem Motor entsprechenden Kontakts zwecks Korrektur der Drehzahl dieses Motors erzeugt, so daß die Drehzahl in dem vorgewählten Drehzahlbereich gehalten wird.

Erfindungsgemäß wird nur eine gemeinsame Stromquelle angewandt, da der elektrische Strom den verschiedenen Elektromotoren oder Motorgruppen auf Zeitteilerbasis zugeführt wird. Hieraus ergeben sich eine erhebliche Herabsetzung der Kosten für eine Stromquellenausrüstung sowie Einsparungen an elektri schem Strom.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

ig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zum Betreiben . einer Anzahl von Motoren oder Motorgruppen,

J¹Xg. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Zeitteiler-Steuerbetriebsart bei der Ausführungsform gemäß Pig. 1,

Pig. 3 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung für die Ausführungsform gemäß Pig. 1

Pig. 4 ein Äquivalentschaltbild für die Vorrichtung gemäß Pig. 1 zur Veranschaulichung des Zustands, in welchem dem Motor oder der Motorgruppe elektrischer Strom zugeführt wird,

Pig. 5 ein Äquivalentschaltbild für die Vorrichtung gemäß Pig. 1 zur Veranschaulichung des Zustands, in welchem dem Motor oder der Motorgruppe kein elektrischer Strom zugeführt wird,

A09843/0381

Fig. 6 eine graohische Darstellung der Eigenschaften der Äquivalentschaltkreise gemäß den Fig. 4 und 5,

Fig. 7 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung einer abgewandelten Zeitteiler-Steuerbetriebsart,

Fig. 8 ein Schaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 eine Detaildarstellung eines Steuerkreises bei der Aus führungs f ο rm gemäß Fi g. 8,

Fig. 10 ein Schaltbild einer weiter abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11 eine Detaildarstellung des Bezugsdrehzahl-Einstellschal tkreises für den oberen Grenzwert oder desjenigen für den unteren Grenzwert bei der Schaltung gemäß Fig. 10,

Fig. 12 eine Detaildarstellung des Schaltersteuerkreises gemäß Fig. 10,

Fig. 13 eine Detaildarstellung der Komparator- und Bezugsdrehzahl-Änderungsschaltung gemäß Fig. 10 und

Fig. 14 und 15 Schaltbilder weiter abgewandelter Ausführungsformen der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Betreiben bzw. Ansteuern von drei Gruppen von Elektromotoren, während Fig. 2 die Betriebsart der Steuerung dieser Motorgrup-nen auf Zeitteilerbasis veranschaulicht. Bei der dargestellten Ausführungsform ist

409843/0381

eine Stromquelle 1 an die "betreffenden Motorgruppen 3, 4 und 5 über zugeordnete Schalter S^, S₁^ und S^_c angeschlossen, die gemeinsam einen Schaltkreis 2 bilden, welcher an einen Steuerkreis 6 zur Steuerung der betreffenden Schalter S^., S^m und Sr™ angeschlossen ist. Hierbei kann jede Motorgruppe aus einer Anzahl von Motoren mit unterschiedlicher Lastleistung bestehen. Vorzugsweise besteht die Motorgruppe jedoch jeweils aus einer Anzahl von Motoren mit jeweils gleicher Lastlejstung. Me Stromzufuhr zu den Motorgruppen erfolgt dabei intermittierend. Es ist daher wünschenswert, daß eine an die betreffenden Motorgruppen angeschlossene Last eine große Trägheit und einen sehr kleinen mechanischen Verlust besitzt.

Die Motorgruppen 3, 4 und 5 teilen sich in die Stromquelle 1, die eine für das Anfahren der betreffenden Motorgruppe ausreichende Leistung besitzt.

Es sei angenommen, daß die Motorgruppen 3, 4 und 5 jeweils gleiche Leistungsaufnahme besitzen, wobei diese Leistungsaufnahme mit B^KVA angegeben ist. Hierbei wird, wie noch näher erläutert werden wird, eine Stromquelle mit einer Leistung von (1 +od)p KVA benötigt, um öie Motorgruppe anfahren zu lassen.

Fig. 3 veranschaulicht eine Steuerschaltung 6 aus einem Vorwahlzähler 7 und einem logischen Schaltkreis 8. Wenn eine Schalter-Einschaltzeit-t als Zählzeit des Vorwählzählers 7 benutzt wird, liefert die Steuerschaltung 6 für jede Schalter-Einschaltzeit ein Ausgangssignal an die Logikschaltung 8, um die Schalter S^·., S,^ und S-^q zu öffnen oder zu schließen.

Im folgenden sei angenommen, daß die Schalter S^, S^-g und abgeschaltet sind und sich die Motorgruppen 3_f 4 und 5 nicht drehen. Wenn unter diesen Bedingungen ein Steuersignal von der Steuerschaltung 6 an den Schalter S„. angelegt wird, dann wird

409843/0381

dieser Schalter eingeschaltet, so daß elektrischer Strom τοπ der Stromquelle 1 zur Motorgruppe 3 geliefert und letztere mithin angetrieben wird. Nach Ablauf der Sehalter-Einschaltzeit ti unterbricht die Steuerschaltung 6 die Anlegung des Steuersignals an den Schalter S-.., um letzteren abzuschalten, und sie liefert gleichzeitig ein Steuersignal an den Schalter S-ßß. Nachdem der Schalter S^_A abgeschaltet worden ist, läuft die Motorgruppe 3 durch die Wirkung der Trägheit weiter. Wenn der Schalter S^-g nach Eingang des Steuersignals geschlossen ist, wird der elektrische Strom von der Stromquelle 1 der Motorgruppe 4 zugeführt. Nach Ablauf der vorbestimmten Schalter-Einschaltzeit t2 wird die Anlegung des Steuersignals an den Schalter unterbrochen, so daß dieser Schalter S^ geöffnet bzw. ausgeschaltet wird. Nach dem Öffnen des Schalters St,to läuft die Motorgruppe 4, ebenso wie die Motorgruppe 3, unter der Trägheitswirkung weiter. Nunmehr wird ein Steuersignal von der Steuerschaltung 6 an den Schalter S₁-, angelegt, um letzteren durchzuschalten und die Motorgruppe 5 in. Betrieb zu setzen. Nach der vorbestimmten Schalter-Einschaltzeit t3 wird die Anlegung des Steuersignals an den Schalter S_wr, unterbrochen, so daß dieser Schalter öffnet. Hierauf läuft die Motorgruppe 5, ebenso wie die Motorgruppen 3 und 4, infolge der Trägheitswirkung weiter. Anschließend wird wiederum ein Steuersignal von der Steuerschaltung 6 an den Schalter S^ angelegt, um diesen zu schließen und elektrischen Strom während der vorbestimmten Schalter-Einschaltzeit ti von der Stromquelle 1 zur Motorgruppe 3 zu liefern, die immer noch aufgrund ihrer Trägheit weiterläuft₀ Infolgedessen wird die Drehzahl der Motorgruppe 3 erhöht. Die vorstehend beschriebene Arbeitsweise wird dann auf die gleiche Weise wiederholt. Auf diese Weise wird die Drehung jeder Motorgruppe in einem Zyklus mit der Periode t1-t3 beschleunigt. Die DrehzahlSchwankung jeder Motorgruppe kann ohne weiteres auf weniger als 0,1% reduziert werden, was von der Stromzuführungsperiode und einer

409843/0381

Dämpfungszeitkonstante der Motordrehzahl abhängt, die durch, die Trägheit und den Leistungsverlust des Motors "bestimmt wird. Diese Anordnung ermöglicht den Betrieb der verschiedenen Motorgruppen durch eine einzige Stromquelle 1, deren Kapazität oder Leistung (1 + Ot)P^KVA entspricht.

Im folgenden sind nunmehr die Größe, auf welche der WertoC festgelegt wird, und die Bedingungen erläutert, unter denen eine Vorrichtung gemäß der Erfindung arbeitet.

In den Pig. 4 und 5 sind die Äquivalentschaltkreise des Systems gemäß 3?ig. 1 dargestellt. Dabei veranschaulicht Fig. 4 den Zustand, in welchem elektrischer Strom von der Stromquelle 1 der Motorgruppe zugeführt wird. Pig. 5 veranschaulicht den Zustand, in welchem kein elektrischer Strom der Motorgruppe zugeführt wird, während diese Motorgruppe infolge ihrer Trägheit weiterläuft. In Pig. 4 bedeuten B die Synchronisierdrehzahl des Motors, R1 und R2 die beim Antreiben des Motors entstehenden Verluste, von denen R1 hauptsächlich einen Kupferverlust und R2 eine Last, einschließlich eines mechanischen Verlusts des Motors selbst darstellen, R3 hauptsächlich die Eisenverluste und C1 ein Trägheitsmoment darstellen.

Pig. 6 zeigt eine Kurve der an dem Trägheitsmoment C1 anliegenden Spannung entsprechend dem Rotationszustand der Motorgruppe, wenn der Schalter zur Zuführung von elektrischem Strom an die Motorgruppe eingeschaltet und zur Unterbrechung der Stromzufuhr zur Mptorgruppe geöffnet wird, in Fig. 6 bezeichnen E1 und E2 die Mindest- bzw. Höchstwerte der Spannung über dem Trägheitsmoment C1, T1 bezeichnet die Zeitspanne, während welcher elektrischer Strom von der Stromquelle an die Motorgruppe angelegt wird, während T2 die Zeitspanne angibt, während welcher kein elektrischer Strom von der Stromquelle aus an die Motorgruppe angelegt wird.

409843/0 3 81

Im folgenden sei angenommen, daß das Trägheitsmoment C1 groß •und der Lastverlust niedrig ist, d.h. daß R2 groß ist. Wenn T1 oder T2 = C1R2, so gilt

T1

. _Λ Τ1 · ^{y Ί} ~ 0ΪΐΓ2

JT2

C1R~2 ^₁ T2 _ ^ ' cTR2

ε~οΤϊι^τ .

01R'"

(D

G1R¹ ^ , Τ2

r ^Ί " C1R¹

■ο Λ ΏΟ

vorausgesetzt, daß R' = i^

Unter dieser Toraussetzung wird die Ausgangsspannung des Äquivalentschaltkreises gemäß den Fig. 4 und 5 durch folgende Gleichungen bestimmt:

E1 = E2(1 -3H₂) = E ^^ψΓ ^ - mW^ h E2 (3)

R2 ⁺ W

JJ.

po ρ R1 _βο.ο c (4)

E2 = E ^p- Tjvj-

R2 R^!

Mit T2 = kT1 und R2 = nR1 läßt sich die Gleichung (4) wie folgt umschreiben:

T1

nRl nRi

409843/Ü381

ο „

Mit k = O entspricht die mit EO "bezeichnete Drehzahl des Motors "bei ständiger Zuführung elektrischen Stroms von der Stromcmelle 1 an die Motorgruppen der Gleichung:

Aus den Gleichungen (5) und (6) folgt

E2 n+1 (7)

EO ~ k+n+1

Ersichtlicherweise wird "bei der erf indungs gemäß en Vorrichtung die Normaldrehzahl der Motorgruppe im Vergleich zum herkömmlich arbeitenden System auf n+1/k+n+1 reduziert.

Der "beim Antreiben der Motorgruppen auftretende elektrische leistungsverlust wird wie folgt ermittelt: Der mit PO bezeichnete elektrische leistungsverlust, der bei kontinuierlicher Zuführung von elektrischem Strom an die Motorgruppen auftritt, läßt sich anhand von Fig. 4 wie folgt bestimmen:

^Po = (n+1)2R1 ⁺

(8)

Ebenso läßt sich der mit P¹ bezeichnete elektrische Leistungsverlust, der bei intermittierender Zuführung elektrischen Stroms an die Motorgruppen auftritt, anhand von Fig. 4 wie folgt bestimmen:

(k+n+1)²Ri

Unter Berücksichtigung der.Tatsache, daß die Drehzahl des Mo tors mit der durch Gleichung (7) angegebenen Geschwindigkeit

409843/0381

abnimmt, läßt sich ein Verlust P, der dann auftritt, wenn die intermittierend gespeiste Motorgruppe mit einer der Hormal-

drehzahl der kontinuierlich gespeisten Motorgruppe entsprechenden Drehzahl umläuft, durch folgende Gleichung bestimmen:

Nunmehr seien die Bedingungen betrachtet, in denen der Be dingung P ^ PO genügt wird. Wenn k j4 0, so gilt

ILL

Im allgemeinen wird die Motorgru^pe mit einem Schlupf von 1 - 2% betrieben. In diesem Fall ist η >y\ und R3 läßt sich angenähert wie folgt ausdrucken:

R3 =

was den gesuchten allgemeinen Ausdruck darstellt.

Im Fall von k = 72/TI = 2 gilt
R3 = R1/2+1 = R1/3

Wenn R3 unter R1/3 liegt, folgt hieraus

P = PO

Wenn ein Motor verwendet wird, dessen EisenverlusteR3 um das Dreifache größer sind als sein Kupferverlust, hat ersichtlicherweise eine intermittierende Stromzufuhr zur Motorgrupue geringere Leistun-"sverluste zur Folge als eine kontinuierliche Zufuhr elektrischen Stroms zur Motorgruppe„ Infolgedessen wird allge-

409843/0381

mein ein Induktionsmotor als Hochdrehzahlmotor verwendet. Wenn ein Induktionsmotor durch Zufuhr von Hochfrenuenzstrom angetrieben wird, sind die Eisenverluste üblicherweise zehnmal größer als der Kupf erver lust. Aus diesem Grund treten "beim intermittierend gespeisten System geringere Leistungsverluste auf als "beim kontinuierlich gespeisten System.

Im folgenden wird nunmehr ein Vergleich bezüglich der scheinbaren Leistung zwischen dem kontinuierlich gespeisten System und dem intermittierend gespeisten System angestellt. Im Normalzustand des Motors beträgt der Leistungsfaktor üblicherweise 0,4 - 0,6. Selbst wenn der Kupferverlust etwa dreimal vergrößert wird, liegt der Leistungsfaktor in der Größenordnung von etwa 0,6 - 0,65, während die scheinbare Leistung KYA höchstens um einige Prozente erhöht wird. Folglich liegt der Faktoroi.der Leistung (1 -+o6)p.,KVA der Stromquelle 1 in der Größenordnung von etwa 0,05. Wenn die Motorgruppen 3, 4 und 5 durch eine einzige Stromquelle gespeist werden, braucht nur eine Stromquelle mit einer Leistungskapazität von (1 + 0,05)-P^KVA verwendet zu werden, d.h. eine nur geringfügig größere Stromquellenleistung, als sie für den Betrieb einer einzigen Motorgruppe erforderlich ist. Aus Gleichung (11) ist ersichtlich, daß bei Erhöhung der Eisenverluste im Vergleich zum Kupferverlust das intermittierend gespeiste System einen niedrigeren Leistungsverlust mit sich bringt als das kontinuierlich gespeiste System. Ebenso ist ersichtlich, daß die Vergrößerung der Stromquellenleistung beim intermittierend gespeisten System nur einige Prozente beträgt. Infolgedessen gewährleistet das erfindungsgemäße, intermittierend gespeiste System eine erhebliche Senkung der Kosten für die Stromquellenausrüstung sowie Stromeinsparungen. Polglich läßt sich ein großer Vorteil in wirtschaftlicher Hinsicht erzielen

Obgleich beim vorstehend beschriebenen System elektrischer

409843/0381

Strom von äer Stromquelle 1 periodisch und ohne Zeitüberschneidung an die drei Motorgruppen angelegt wird, läßt sich die Erfindung gleichermaßen verwirklichen, wenn der elektrische Strom an mehrere "lotorgruppen mit teilweiser Zeituberschneidung angelegt wird, beispielsweise wenn drei von fünf Motorgruppen mit Zeitüberschneidung mit Strom gespeist werden. Wenn die Lastkapazität der einseifen Motorgmir/pen gleich ist, sind die Zeitspannen t1-t3 gemäß 'Fig. 2 oder t1-t5 gemäß Fig. einander gleich. Erfindungsgemäß kann Jedoch eine Stromaufuhrperiode bezüglich der I-Iotorgruppe verlängert werden, die mit einer niedrigeren als einer vorbestimmten Drehzahl umläuft.

Obgleich sich die vorstehenden Ausführungen auf die Motorgruppen zum Beschleunigungsseitpunkt beziehen, läßt sich die Erfindung ersiehrlicherweise auch im Fall dar Abbremsungszeit verwirklichen, wenn 3.3. die Stromquellenspamrung oder -frequenz verringert wird.

Fig. 8 veranschaulicht ein abgewandeltes System gemäß der Erfindung. Dabei sind die den Teilen von Fig. 1 entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, so daß eine weitere Erläuterung dieser -Teile entfallen Icann. Die Ausgangsklemmen der Motorgruppen 3, 4 und 5 sind dabei jeweils an Drehzahldetektoren Ί?'-,, F-n und F„ zur Messung der Drehzahl der betreffenden Motorgruppen angeschlossen. Die jeweiligen Ausgangsklemmen der Drehzahldetektoren F, - F_Q sind an die betreffenden Eingangsklemmen einer Steuerschaltung 9 angeschlossen, deren Ausgangsklemmen mit Schaltern S_Ty., S_T~ und S,,„ verbunden sind. Die Drehzahl des Motors läßt sich beispielsweise durch Messung der induzierten Spannung des Motors oder der Frequenz der induzierten Spannung bestimmen. Fig. 9 veranschaulicht beispielsweise eine Steuerschaltung zur Steuerung der Schaltvorrichtung mittels der Ausgangsspannung vom Drehzahldetektor. Bei dieser Steuerschaltung sind die Ausgangsspannungen

409843/0381

von den Drehzahldetektoren F^- Fp, die hauptsächlich. z.B. aus einem Tachometergenerator bzw. Drehzahlgeber bestehen, von Welligkeit und Stör- oder Rauschsignalen durch entsprechende Filter 10-12 befreit, und die Ausgangssignale von den betreffenden Filtern werden unter der Steuerung durch Abtastkontakte Sp., SpT₅ und Spp abgegriffen, während die Schalter ^SWA» ^S¥B ¹^ ^SWC ^d-'^urc·¹¹ Zweikontakt-Relais Rq_A> Rq-d und R_c„ gesteuert werden, die durch Ansprechen auf die Höhe der abgetasteten Ausgangsspannungen betätigt werden.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Motorgruppen zum BeschleunigungsZeitpunkt erläutert.

Wie in Verbindung mit dem System gemäß Fig, 1 erläutert, werden die Motorgruppen 3 bis 5 in ihrem Normalzustand in einem Bereich zwischen öem maximalen Wert Y max und dem Mindestwert Y min eines vorbestimmten Drehzahlbereichs in Drehung versetzt, und die Schalter S₁,, - S₁₍,_c sind dabei geöffnet. Nunmehr sei z.B. angenommen, daß die Drehzahl der Motorgrunpo 3 auf einen V/ert unter dem Mindestwert V min abfällt. Dabei wird ein entsprechendes Ausgangssignal vom Drehzahldetektor J^ zur Steuerschaltung 9 geliefert, die bei Empfang dieses Ausgangssignals ein Steuersignal erzeugt, um den der Motorgruppe 3 zugeordneten Schalter S,,,. durchzuschalten bzw. zu schließen. Bei geschlossenem Schalter S,_T. wird elektrischer Strom von der Stromquelle 1 zur Motorgruppe" 3 geliefert, um deren Drehzahl zu erhöhen. Wenn die Drehzahl den Höchstwert V max erreicht, tritt kein Ausgangssignal von der Steuerschaltung 9 auf, so daß der Schalter S^ geöffnet wird. Das gleiche geschieht auch bei den anderen Motorgruppen 4 und 5. Selbst wenn bei diesem System die Motorgruppen mit unterschiedlicher Last nicht nach der ΕΠΪ-AUS-Betriebsart gesteuert werden können, wird die auf einen Drehzahlwert unter der vorgewählten Drehzahl abgefallene Motorgruppe festgestellt, und sie kann auf die vorgegebene Drehzahl

40984 3/0381

beschleunigt werden, indem der der festgestellten Motorgruppe zugeordnete Schalter geschlossen und somit elektrischer Strom an aie "betreffende Motorgruppe angelegt wird. Wenn, die Drehzahl des Motors genau festgelegt werden muß, läßt sich die Drehzahl dadurch feststellen, daß unmittelbar mit den Wellen der Ho tor en die Drehzahldetektoren "F^ - ]?_c verbunden werden, die jeweils aus einem Tachometer, Impulsgenerator ο.dgl. bestehen. Wenn keine besonders engen Anforderungen gestellt werden, läßt sich die Drehzahl des Motors anhand der Frequenz der induzierten Spannung des Motors feststellen. Wenn jedoch die Motorgruppen unter Verwendung von Induktionsmotoren aufgebaut sind, muß an den Induktionsmotor ein Erregerstrom angelegt werden, um eine Induktionsspannung zu erzeugen. Dies läßt sich ohne weiteres durch Anordnung eines Kondensators über den Induktionsmotor erreichen. Falls während der Beschleunigung der Motorgruppe 3 die Drehzahl der Motorgruppe 4 unter den Mindestwert Y min abfällt, wird von der Steuerschaltung 9 kein Aus gangs signal mehr an den Schalter S.,„ geliefert, so daß dieser Schalter öffnet. G-leichzeitig wird ein Ausgangssignal von der Steuerschaltung 9 an. den Schalter 3-.~ angelegt, tun diesen zu schließen und dabei die Drehzahl der Motorgruppe 4 zu erhöhen.

Beim vorstehend beschriebenen System werd.en die Schalter S™·., S_Trn und S._rrI im Takt gesteuert, indem der Höchstwert V max und der Mindestwert Y min der vorgewählten Drehzahl der Motoren ermittelt wird. Wenn jedoch die Lastleistungsaufnahme der Motorgruppen 3-5 jeweils gleich ist, kann die vorgenannte Arbeitsweise dadurch erreicht werden, daß die Schalter S_x^.- S^-, beim Mindestwert der Drehzahl geschlossen und nach einer vorbestimmten Zeitspanne geöffnet werden, ohne ihren Schließzustand andauern zu lassen, bis der Höchstwert Y max der Drehzahl erreicht ist„ Auch bei diesem System kann die Erfindung, wie beim System gemäß Fig. 1, während der Abbremsungszeit ver-

409843/0381

wirklicht werden, indem die Stromquellenspannung oder die Stromquellenfrequenz variiert wird.

Pig, 10 zeigt eine weitere Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die weitgehend derjenigen gemäß Pig. 8 ähnelt. Bei. dieser Ausführungsform wird in Verbindung mit einer Steuerschaltung 9 eine höchst genau arbeitende Steuerschaltung 13 verwendet. Weiterhin ist eine Reservestromquelle 14 zum wirkungsvollen Anlassen und Verzögern der Motorgruppen vorgesehen. Wenn die Motorgruppe mit einer Drehzahl in einem Bereich zwischen dem Höchstwert V max und dem Mindestwert V min der vorgegebenen Drehzahl umläuft, wird die Drehzahl der betreffenden Motorgruppen 3-5 auf die in Verbindung mit Pig, erläuterte Weise an Drehzahldetektoren P. - P_n gemessen. Die Ausgangssignale dieser Detektoren werden einer Abgreifschaltung 15 in der Steuerschaltung 13 eingespeist, Wenn durch die Abgreifschaltung 15 eine Motorgruppe festgestellt wird, deren Drehzahl unter die vorgegebene Mindest-Bezugsdrehzahl abgefallen ist, wird ein Schalter-Steuerkreis 16 durch das Ausgangssignal der Abgreifschaltung 15 betätigt, um einen der betreffenden Motorgruppe zugeordneten Schalter zu schließen und dadurch elektrischen Strom an die Motorgruppe anzulegen. Hierdurch wird diese Motorgruppe auf die vorgegebene Hochst-Bezugsdrehzahl beschleunigt. Die Steuerung der Motorgruppen erfolgt also auf diese Weise,

Im folgenden ist ein anderes Merkmal der Arbeitsweise dieses Systems erläutert.

Die Ausgangs signale der Drehzahldetektoren P^ - P~ werden normalerweise an die Abgreif- oder Abtastschaltung 15 angelegt. Die Ausgangssignale der Abtastschaltung 15 und einer Bezugsdrehzahl-Einstellschaltung 17 für den unteren Grenzwert werden einem Komparator 18 eingegeben, in welchem die beiden Ausgangs-

409843/0381

- Ib -

signale miteinanäer verglichen werden und durch den jede Motorgruppe festgestellt wird, deren Drehzahl unter die Mindest- Bezugs drehzahl abgefallen ist. 'vlerm. die betreffende Motor-

gruptse auf diese '/eise ermittelt worden ist, wird das Ausgangssignal des Comparators einem Schalter-Steuerkreis 16 eingegeben, um den der betreffenden Motorgrappe zugeordneten Schalter zu schließen, so daß elektrischer Strom τοη der Stromquelle 1 zur Hotorgruppe geliefert wird, Hierdurch wird die l^ehgesehwindigkeit dieser I-iotorgruppe beschleunigt. Wenn kein I-iotor festgestellt wird, dessen Drehzahl unter die Mindest-Bezugsdrehzahl abgefallen ist, liefert eine Bezugsdrehsahl-Änderungsschaltung 19 su der Bezugsdrehzahl-Einstellschaltung 20 für den oberen Grenzwert lind zu eier entsprechenden Schaltung 19 für den imteren ö-renzwsrt ein Axisgangssignal zur Erhöhung der HSchst-'Bezugsdrehzahl vna aer Mindest-Bezugsdrehzahl vzi einen Schritt, Dabei 7/ird die Obergrenzenbezugsdrehzahl-3instellschaltung 20 an Spannung gelegt, um das Ausgangssignal der Stromquelle 1 um einen Schritt zu erhöhen, während die Untergrenzenbezugsdrehzahl-Sinsteilschaltung 17 dem Komparator 18 ein Ausgangssignal liefert, dessen Pegel um einen Schritt erhöht ist, Dieser Arbeitszyklus wiederholt sich aufeinanderfolgend, -orjQäie betreffenden Motorgruppen 3-5 werden durch die einzige Stromqu-eile bis zur endgültigen Solldrehzahl beschleunigt.

Obgleich sich die vorstehenden Ausführungen auf die Motorgruppen bei der Beschieunigungsdrehzahl beziehen, läßt sich die Erfindung gleichermaßen bei der Abbremsungsdrehzahl in die Praxis umsetzen, indem die Obergrenzen-Drehzahleinstellschaltung 20 durch eine Untergrenzen-Drehzahleinstellschaltung und die üntergrenzen-Drehzahleinstellschaltung 17 durch eine Obergrenzen-Drehzahleinstellschaltung ersetzt wird.

Fig. 11 ist ein detailliertes Schaltbild der Untergrenzen-

409843/0381

bezugsdrehzahl-Einstellschaltung 17. Diese Schaltung 17 "besteht aus einer Stromquelle 21 mit konstanter Spannung, einer Anzahl von Spannungsteiler-Widerständen R1 - Rn, die zwischen die Ausgangsklemme der Stromquelle 21 und Masse geschaltet sind, einer Anzahl von Schaltern S1 - 3n, die parallel zwischen die Spannungsteiler-Widerstände und die Ausgangsklemme der Schaltung geschaltet sind, und einer Steuerschaltung 22 zur Steuerung der EIN-AUS-Arbeitsweise bzw. des Taktbetriebs der Schalter S1 - Sn. Diese Untergrenzenbezugsdrehzahl-Einstellschaltung 17 kann auch als Oberccenzen-Einsteilschaltung "benutzt werden.

Pig. 12 ist ein detailliertes Schaltbild des Schalter-Steuerkreises 16, bei dem ein logisches Signal von der Abtastschaltung 15 und ein Ausgangssignal vom Komparator 18 einer zugeordneten UlID-Schaltung 23 eingespeist v/erden, um einen entsprechenden Schalter-Betätigungskreis zu betätigen. Wenn ein Ausgangssignal von der Ausgangsklemme Sq^ der Abtastschaltung 15 und ein Ausgangssignal vom Komparator 18 gleichzeitig anliegen, öffnet das entsprechende TMD-G-atter 23 und liefert ein Ausgangssignal zur Betätigungsschaltung 24, damit letztere ein Steuersignal zum Durchschalten des Schalters S-.r. erzeugen kann.

Pig. 13 ist ein detailliertes Schaltbild des Komparators 18 und der Bezugsdrehzahl-Änderungsschaltung 19. Bei diesem Komparator 18 wird ein Ausgangssignal Es von der Abtastschaltung 15 durch einen Verstärker 25 verstärkt, und das Ausgangssignal vom Verstärker wird nach Umwandlung in ein Digitalsignal mittels eines Pegelanalysators 26 an die eine Eingangsklemme einer NAND-Schaltung 27 angelegt. Das Ausgangssignal Eref von der Untergrenzenbezugsdrehzahl-Einsteilschaltung 17 sowie das Ausgangssignal Es von der Abtastschaltung 15 werden zur Lieferung eines Differenzausgangssignals miteinander verglichen. Das letztgenannte Signal wird durch einen Verstärker 28 verstärkt. Das

409843/0381

Aus gangs signal des Verstärkers wird nach. Umwandlung in ein Digitalsignal durch einen Pegelanalysator 29 an die andere Singangsklemme der NAiIIi-Schaltung 27 angelegt.

Wenn ein Drehzahlsignal Es von der Abtastschaltung 15 größer ist als das Untergrenzenbezugsdrehzahl-Einstellsignal Eref, gibt die NAND-Schaltung 27 ein Ausgangssignal ab, das an Fortschaltkreise 30 und 31 angelegt wird, welche die Bezugsdrehzahl-Änderungsschaltung 19 darstellen. Die vorgewählten Werte der Schaltungen 20 und 17 werden durch die Ausgangssignale der Fortschaltkreise 30 und 31 um einen Schritt weitergeschaltet. Der Taktbetrieb des Schalters kann unter Verwendung eines Rechners anstelle der Steuerschaltung gemäß den Fig. 8 und 9 durchgeführt werden.

Die Beschleunigung der Motorgruüpe bis auf die endgültige Solldrehzahl beim vorstehend beschriebenen Betriebssystem ist äußerst wirkungsvoll, wenn entweder ein großer Schwungradeffekt oder ein mechanischer Verlust und Luftreibungsverlust im Spiel sind. Außerdem kann ein Abfall der Drehzahl des einmal beschleunigten Motors im Vergleich zum Anfahren der Motorgruppe unter den in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Zeitteilerbedingungen vorteilhaft reduziert werden. Ebenso ist es möglich, mehrere Oruppen von Motoren unter Verwendung einer einzigen Stromquelle _mit einer für das Anfahren einer einzigen Motorgruppe ausreichenden Leistung zu starten oder anzufahren.

Fig. 14 zeigt im Gegensatz aura eine geschlossene Schleife bildenden System gemäß Fig. 10 ein eine offene Schleife bildendes System. ^T,venn die an den einzelnen Motoren der Motorgruppen 3, 4 und 5 erzeugten Drehmomente, die Reibungsdrehmomente - durch welche die betreffenden Lasten betätigt werden - und die infolge der Luftreibungsverluste der Motoren .reduzierten Drehmomente im voraus berechnet und sodann die Zahl der Motorgx'uppen, di^ Beschleunigungszeit usw. auf der Basis dieser Berech-

A 0 9 8 4 3 / Ü 3 8 1

nung "bestimmt werden, ist es oei diesem ,System möglich, den elektrischen Strom während einer vorbestimmten Beschleunigungszeitspanne an die gewünschte Motorgruppe anzulegen, indem durch eine Steuerschaltung 32 die Schalter S-r, - S-r« taktweise und in einer vorbestimmten Beschleunigungsfolge gesteuert werden,

nachdem während einer vorbestimmten Zeitspanne elektrischer Strom an jeden Schalter angelegt worden ist, wird ein Steuersignal von der Steuerschaltung 6 an eine Bezugsdrehzahl-Sinstellschaltung 33 angelegt, und der Ausgang der Stromquelle 1 wird durch das Ausgangssignal dieser Schaltung 33 um einen Schritt weitergeschaltet, Die endgültige Solidrehzahl v/ird durch derartige schrittweise Steuerung oder Schaltung der Drehzahl des Motors erreicht« Wenn eine längere Startzeit eulässig ist, wird -;3nig elektrische Leistung für die Beschleunigung "benötigt» Infolgedessen "braucht die Stromquelle nur eine solche Leistung ^der Kapazität zu "besitzen, wie sie für die Einstellung der normalen Drehung des Motors erforderlich ist, und die Stromquellenleistung lcann sogar noch niedriger sein als hei der Schaltung gemäß ?ig. 1. Bei diesem System kann die Steuerschaltung gegenüber der beim System gemäß ?ig. 10 verwendeten weiter vereinfacht werden.

Pig. 15 zeigt eine weiter abgewandelte Ausführungsform mit mehreren Sätzen von jeweils drei Motoren umfassenden Gruppen, wobei die einzelnen Sätze parallel geschaltet sind. Sine Reservestromquelle 34 ist gemeinsam an die einzelnen Hotorgruppensätze angeschlossen, um die betreffende Motorgruppe wirkungsvoll anzulassen und zu beschleunigen.

Obgleich sich die vorstehenden Erläuterungen in erster Linie auf den Motor während der Beschleunigungszeit beziehen, kann die Erfindung in der Praxis auch auf die Abbremszeit, z.B.

409843/0381

ΐΛΩϊτη ro generativen Abbremsen, angev;andt werden, wobei eine Verzögerung auf Zeittsilerbasin erfolgt.

^sgeTiäß können mehrere Grün ρ en von Elektromotoren unter Yorv/en^un^ einer einzigen Stromquelle beschleunigt und vrsnn-prt wurden. Our oh Se¹O¹^tJVe Ye^bindung der betreffenden T'-ntorgrtippn(n) ist es möglich, den Hotor, iiit dem eine Last- mit größerer Trägheit und nit mechanischem Verlust verbunden iet, in.it -praktisch, konstanter Drehzahl zu betreiben. Hierdurch lassen sich beträchtliche "'insBarungen in den Kosten für riie Stronauellenausrüstimg und Einsparungen in den Betriebskosten erreichen. Folglich bietet die Erfindung große wirtschaftliche Vorteile.

409843/0381

BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Betreiben bzv/. Steuern molr^rer TvOl ektronotoren durch Speisung derselben mit elektrischem Strom auf Zeitteilerbais, gekennzeichnet ''lurch eine Stromquelle, mehrere durch 3ufn.hr von elektrischen Strom vor der Stromauelle betätigbare ü-ruppen von Motoren, eine zwischen die Stromquelle und die Motorgruppen eingeschaltete Schaltereinrichtung mit Kontakten, welche ^.en Motorgruppen entsprechen, und eine \;inriehtung zur Belieferung der Schaltereinrichtung mit einem Befehlssignal zur Steuerung der Stromzufuhr zur botreffenden FotorffruOOe auf ^eitteilerbasis.

2. Vorrichtung zum Betreiben bzw. Steuern mehrerer Elektromotoren durch Speisung derselben mit elektrischem Strom auf Zeitteilerbasis, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Stromquelle, mehrere durch Zufuhr von elektrischem Strom von der Stromquelle betätigbare Grurraen von Elektromotoren, eine zwischen die Stromquelle und d.ie Motorgruppen eingeschaltete Schaltereinrichtung mit den betreffenden Motorgrur?pen entsprechenden Kontakten, Drehzahldetektoren, die jeweils an die betreffnnr& Motorgruppe angeschlossen sind und die Drehzahl des Motors festzustellen oder zu messen vermögen, und durch eine Steuerschaltung, die dann, wenn durch Abtastung der Ausgangssignal e von den Detektoren ein Motor festgestellt wird, der mit einer von einen vorgewählten Drehzahlbereich abweichenden Drehzahl umläuft, ein Steuersignal zur Ansteuer\mg des diesem Mo to τ· entsprechenden Kontakts zwecks Korrektur der Drehzahl dieses Motors erzeugt, so daß die Drehzahl in den vorgewählten Drehzahlbereich gehalten wird.

3. Vorrichtung zum "Betreiben bzw. Steuern mehrerer ijlektro-

409843/0 3 81

BAD ORIGINAL

^motoren durch Speisung d°rselben rr.it elektrischem Strom auf Zeitteilerbasis, insbesondere nach. Anspruch 1, gekenn ζ eignet durch eine Stromquelle, mehrere durch Zufuhr von elektrischem otro^ von der Stromquelle betätigbare Q-rupoen von Elektromotoren, eine zwischen öie Stromquelle und die i^rotnrgru^non °ingeschal tete Sehaltereinrichtung nit öen betreffenden ^T>otorgruppen entsprechenden Kontakten, Dr^hzahl^etektor^n, die jeweils an die betreffende Motorgruppe angeschlossen sind \xnri nie Drehzahl c°s No tors festzustellen oder zu messen vermögen, und durch ein° Steuerschaltung, nie da^n, w^nn dur^h Abtastung der Ausgane-ssigiiale von der· Detektor^n ein Mot^r festgestellt wird, der ¹TiIt e^ner v^n e^'neTr¹ vnrirev/j?hlten ite^¹ zahlbare ich abweichen rien Brehzahl umläuft, ein Steuersignal zur Ansteuerung des diesem T-Jotor entsr>reChancen Fonta.kts zwecks Kar^ktur der f^rehzahl diases Ι·: ο tors erzeugt, so da3 ^±q Drehzahl in den vorgewählton Lrehzahlber^ich "-ehalten v/ird, und wobei ^ie Steuerschaltung dann, wenn 8.¹Ie Rotoren nit einer ■'r.r.erhalb des vorgewählter To?ehzahlbere\cho liegendnn Drehzahl imlaufen, die StromoueJ.le mit ejnem Steuersignal zur Steuerung des Stronq-j.ellenausgangs in der Vfeise beschickt, daß der Pegel des vorgewählten Drehsahlbereicrs des Motors um ^cinen Schritt auf einen cichter an der endgültigen Solldrehza.hl liegenden ¥ert herangebracht wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine Abtastschaltung zum Abtasten des Aus gangs signal s von Dr elizah¹ detektor, eine erste Bezugsdrehzahl-Einstellschaltung zur Erzeugung eines Signals zur Steuerung des Stro^.ouellenauegangs, welches einen Grenzwert des vorgewählten Drehzahlbereiehs bestimmt, eine Bezugsdrehzahl-Änoerungsschaltung zur beschickung der Finstellschaltung mit einem Signal zur Änderung des Werts oder Pegels des vorgewäh¹ ten Iirehzahlbereichs des Motors um einen Schritt

40984 3/03 81

BAO ORIGINAL

näher an die endgültige Solldrehzahl heran, eine Pezugsdrehzahl-E.i/riPte"¹!schaltung, tun ^rhirch ein Ausgangssignal τοη der Bezugsärehzahl-Änderungsschal t^mg nen anderen Grenzwert des vorgewählten Drehzahlbereichs um einen Schritt auf einen näher an e.iner endgültigen Soll drehzahl liegenden Viert zu "bringen, einen Komparator zum Vergleichen eines Drehzahl signals von der Abtastschaltung mit einem Ausgangssignal von der zweiten Bezugsdrehzahl-Einstellschaltung, um dann, \-rexm alle Motoren mit einer Drehzahl innerhalb des vorgewählten Drehzahl-ereIchs umlaufen, ein Ausgangssignal an die Bezugsdrehzahl-Änderungsschaltung zu liefern und letztere daraufhin ejn Signal zur Änderung des ¥erts oder Pegels des vorgegebenen Drehzahlbereichs erzeugen zu lassen, und eine Kontaktsteuersohaltung aufweist, die dann, wenn ein Motor, der mit einer von der vorgewählten Drehzahl abweichenden Drehzahl umläuft, festgestellt wird, ein Ausgangssignal vom Komparator und ein logisches Signal von der Abtastschaltung aufnimmt und ein Steuersignal zur Steuerung des diesem Motor zugeordneten Kontakts erzeugt.

Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsdrehzahl-Einstellschaltung eine Konstantspannung-Stromquelle, mehrere Snannungsteilereinrichtungen, die jeweils zwischen die Ausgangsklemme der Konstantspannung-Stromquelle und Masse eingeschaltet sind, mehrere Kontakte, die jeweils parallel zwischen die betreffende Klemme der Suannungsteilereinrichtung und die Ausgangsklemme der Bezugsdrehzahl-Einstellschaltung eingeschaltet sind, und eine Kontaktsteuerschaltung aufweist, welche ein Ausgangssignal von der Bezugsdrehzahl-Änderungsschaltung aufzunehmen und ein Steuersignal zu den Kontakten zu übermitteln vermag, um d.ie Kontakte taktweise zu betätigen, d.h„ ein- und auszuschalten.

409843/0381

6. Vorrichtung nach. Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsdrehzahl-Änderungsschaltung einen ersten Portschaltkreis zur Änderung des Bezugsdrehzahlwerts der ersten ■Bezugsdrehzahl-Einstellschaltung um einen Schritt und einen zweiten !Portschaltkreis zur Änderung des Bezugsdrehzahlwerts der zweiten Bezugsdrehzahl-Einstellschaltung um einen Schritt aufweist.

409843/0381

L θ e rs e i t e