DE3310010C2 - Blindleistungskompensierte, mehrphasige Drehfeldmaschine für den Einsatz im Berg- und Tunnelbau - Google Patents

Abstract

Bei im untertägigen Berg- und Tunnelbau eingesetzten Drehfeldmaschinen bleibt beim Ausschalten des blindleistungskompensierten Motors über das Hauptschütz oder beim Ansprechen des Motorschutzes an den Anschlußpunkten auf der Sekundärseite der Hauptschützkontakte eine relativ lange Zeit Spannung anstehen, wenn es sich um eine angetriebene Motorwelle handelt. Dies wird vermieden und damit ein schnelles Spannungsfreischalten blindleistungskompensierter Drehfeldmaschinen erreicht, indem den Kompensationskondensatoren der Drehfeldmaschinen Kurzschließeinheiten zugeordnet sind, die über eine Ansteuer- und Meßwertverarbeitungseinheit ansteuerbar sind. Dabei ist die Meßwertverarbeitungseinheit spannungsmäßig mit den Motorsträngen und meßwertmäßig mit einer der Phasen verbunden, so daß spannungsmäßig eine Eigenversorgung gegeben ist. Außerdem ist die Ansteuereinheit, die der Meßwertverarbeitungseinheit nachgeschaltet ist, einmal mit den Kurzschließeinheiten und zum anderen mit einem der Temperaturüberwachungseinheit zugeordneten Schalter verbunden. Durch Ansprechen dieses Schalters wird die Steuerleitung der Temperaturüberwachungseinheit unterbrochen und damit eine Einschaltverriegelung der Drehfeldmaschine während des Spannungsfreischaltens erreicht.

Description

auf, so daß die Spannung nach Abschaltung nur sehr langsam abklingt Grundsätzlich bekannt ist es dabei, die im untertägigen Bergbau eingesetzten Betriebsmittel, insbesondere elektrische Betriebsmittel schlagwettergeschützt auszubilden (DE-OS 30 01 (42). Sie sind hierzu druckfest gekapselt, wobei es sich bei den bekannten Maschinen um Phasenschieberkondensatoren zur Blindleistungskompensation handelt Dabei geht es allerdings darum, durch entsprechende Kompensationsmittel den Blindleistungsbedarf bzw. Blindstrom niög- liehst klein r.u halten. Die Anordnung in einem Gehäuse, das geringfügig mit unter Überdruck stehendem Schutzgas gefüllt ist, stellt aber einen erheblichen Aufwand dar, ganz davon abgesehen, daß ein langsames Abklingen der Spannung in Kauf genommen wird. Schlagwettergeschützte Asynchronmotoren sind im übrigen aus dem Siemens-Prospekt, Best-Nr. E 27/2007, 127 036 PA 7742 (1974) bekannt Schließlich ist eine solche Anordnung von Motor und Kondensator in einem schlagwettergeschützten Gehäuse auch aus DE-GM 19 21 607 bekannt, wobei hier Anregungen bezüglich einer Kompensation von Blindströmen nicht gegeben sind. Bezüglich einer Temperaturüberwachung findet sich in dem Siemens-Prospekt der Hinweis, daß derartige Maschinen mit einer Temperaturüberwachung auszurüsten sind, um eine Überlastung zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nach dem Ausschalten schnell entregte und bezüglich der Kompensationskondensatoren schnell entladene, für den untertägigen Einsatz geeignete Drehfeldmaschine zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Entladungseinrichtungen aus ersten Schaltern bestehen, daß eine Spannungsversorgungseinheit, eine Ansteuereinheit und eine Meßwertverarbeitungseinheit vorgesehen sind, daß die Spannungsversorgungseinheit mit den Motorsträngen verbunden ist, stark kapazitiv abgeblockt ist und der Meßwertverarbeitungseinheit Spannung zuführt, daß in einer Steuerleitung der Temperaturüberwachungseinheit ein von der Ansteuereinheit betätigbarer zweiter Schalter vorgesehen ist, daß die Meßwertverarbeitungseinheit eine Betriebsgröße einer der Phasen erfaßt, daß die Meßwertverarbeitungseinheit die Ansteuereinheit einschaltet, wenn die Betriebsgröße unter einen vorgebbaren Wert sinkt, wobei durch die Ansteuereinheit die Schaltstrecken des ersten Schalters geschlossen und die Schaltstrecke des zweiten Schalters geöffnet werden, daß die Meßwertverarbeitungseinheit ein Zeitglied aufweist, daß die Ansteuereinheit nach ihrem Einschalten nach einer einstellbaren Zeit ausschaltet, daß der Verbraucher, die Kompensationskondensatoren, die Schalter, die Spannungsversorgungseinheit, die Ansteuereinheit und die Meßwertverarbeitungseinheit in einem schlagwettergeschützten Gehäuse angeordnet sind.

Eine derartige blindleistungskompensierte Drehfeldmaschine wird sehr schnell spannungsfrei geschaltet, weil über die Kurzschließeinheiten im Bedarfsfall durch deren Zuschaltung die gespeicherten Energien kurzfristig in Wärme umgewandelt werden. Vorteilhaft ist dabei, daß bei einer derartigen Anordnung im Betrieb nur geringe Verluste auftreten und der Schaitungsaufwand minimal ist. Die Spannungsversorgungseinheit ist spannungsmäßig mit den Motorsträngen verbunden, während die Meßwertverarbeitungseinheit meßwertmäßig mit einer der Phasen verbunden ist. So ist es möglich, den Strom einer Phase zu erfassen und daraus einen Ist-Wert zu bilden, der als Richtwert für das Einschalten der Meßwertverarbeitungseinheh und dann der Ansteuereinheit dient Für die Meßwertverarbeitungseinheit ist nach der Netzabschaltung für eine gewisse Zeit eine elektrische Versorgung geordert Hierzu ist die Spannungsversorgungseinheit stark kapazitiv abgeblockt Gleichzeitig ist vorgesehen, daß alle zusätzlichen Komponenten der Drehfeldmaschine innerhalb des schlagwettergeschützt ausgebildeten Motorgehäuses angeordnet sind. Über die Meßwertvcrarbeitungseinheit wird die Ansteuereinheit für eine vorgebbare Zeit geschaltet

Hierzu ist das aktivierbare Zeitglied vorgesehen. Das Zeitglied wird für die jeweils notwendige Zeit beim Einschalten des Motors aktiviert und setzt erst dann die Ansteuereinheit in Betrieb. Die Drehfeldmaschine ist solange verriegelt, bis der Ausschaltvorgang der Drehfeldmaschine beendet ist, wozu die Ansteuereinheit die Steuerleitung der Überwachungseinheit für eine vorgebbare Zeit unterbricht

Gleichzeitig ist die Ansteuereinheit zur Ansteuerung der zwischen den Motorsträngen angeordneten Kurzschließeinheiten ausgebildet, wobei in den Kurzschließeinheiten erfindungsgemäß Widerstände und Spulen angeordnet sind, die den in den Kompensationskondensatoren und Induktivitäten der Drehfeldmaschine gespeicherten Energien entsprechend bemessen sind. Über eine derartige Einrichtung ist es möglich, die in den Induktivitäten und Kapazitäten gespeicherten Energien in kürzester Zeit oder aber auch mit Rücksicht auf z. B. Stoßmomente bei Motoren im vorgebbaren Zeitintervall »zu vernichten«.

Der technische Fortschritt der erfindungsgemäßen Drehfeldmaschine ist insbesondere in der den untertägigen Gegebenheiten voll angepaßten Ausbildung und Anordung der notwendigen Schaltungsteile zu sehen. Ohne Änderung der Motorgehäuse und sonstigen äußeren Teile ist eine blindleistungskompensierte Maschine geschaffen, die durch eine schnelle Entregung und Entladung der Kompensationskondensatoren gekennzeichnet ist. Die elektronische Einrichtung kann auch bei Überkompensation von Drehfeldmaschinen bei Anlagen mit relativ gleichmäßiger Belastung Spannungsspitzen beim Ausschalten sicher verhindern. Es ist in vorteilhafter Weise durch einfache Maßnahmen sichergestellt, daß ein Einschalten der Maschine erst wieder möglich ist, wenn der Ausschaltvorgang gänzlich abgelaufen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipbild einer schnell entregbaren, blindleistungskompensierten Drehfeldmaschine,

F i g. 2 eine Kurzschließeinheit für niedrige Spannungen,

F i g. 3 eine kompakte Ausbildung der Kurzschließeinheit und

F i g. 4 eine dritte für höchste Ströme und Spannungen geeignete Kurzschließeinheit.

Anhand der F i g. 1 soll das neuartige Kompensationskonzept anhand eines Schaltbildes einer allgemein mit 1 bezeichneten Drehfeldmaschine erläutert werden. Mit 2 ist das Motorgehäuse bezeichnet, das hier nur angedeutet ist.

Die Drehfeldmaschine 1 wird über die Einspeisung 3 mit Spannung versorgt, wobei ein üblicher Motorschutz 4 vorgeschaltet ist. Die Einschaltung erfolgt über die Hauptschützkontakte 5,6,7, die mit der Motorwicklung 8 in Verbindung stehen. Der Motorwicklung 8 sind Kompensationskondensatoren 9,10,11 üblicher ausbildung zugeordnet.

Über die Temperaturüberwachungseinheit 12 mit der Steuerleitung 13 wird die Motorwicklung 8 temperaturmäßig überwacht. In der Steuerleitung 13 ist neben dem Kaltleiter 15 ein Schalter 14 angeordnet, der über die Ansteuereinheit 17 gesteuert und betätigt wird.

Der Motorwicklung 8 mit den mit den Phasen 23,24, 25 verbundenen Motorstränge 26,27,28 und den Kompensationskondensatoren 9, 10,11 sind Kurzschließeinheiten 18,19, 20 über die Ansteuereinheit 18 und diese mit der Meßwertverarbeitungseinheit 21 verbunden.

Die Meßwertverarbeitungseinheit 21 ist über die Meßwerlerfassung 22 an eine der Phasen 23 bzw. 24 bzw. 25 gekoppelt Über die Meßwerterfassung 22 wird der Strom dieser Phase 23 erfaßt und daraus z. B. der Betragsmittelwert gebildet. Beim Absinken des Stromes unter einen vorgegebenen kleinsten Wert schaltet dann die Meßwertverarbeitungseinheit 21 über ein hier nicht dargestelltes aktiviertes Zeitglied bzw. setzt die Ansteuereinheit 17 in Betrieb.

Die Ansteuereinheit 17 ist wie erläutert einmal mit dem Schalter 14 in der Steuerleitung 13 verbunden und zum anderen mit den Kurzschließeinheiten 18, 19, 20. Über die Ansteuereinheit 17 wird die Steuerleitung 13 der Temperaturüberwachungseinheit 12 unterbrochen und damit die gesamte Drehfeldmaschine 1 für eine bestimmte Zeit verriegelt und zwar solange, bis die Anlage für nachfolgende Einschaltvorgänge wieder vorbereitet ist

Die Meßwertverarbeitungseinheit ist spannungsmäßig über die Spannungsversorgung 29 versorgt, die stark kapazitiv abgeblockt ist so daß für eine gewisse Zeit nach dem Abschalten der Drehfeldmaschine 1 eine elektrische Versorgung der nachgeschalteten Teile gewährleistet ist

Die Fig. Z 3 und 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Kurzschließkreisen 18,18', 18". In den einzelnen Kurzschließkreisen sind die Widerstände mit 32, die Spule mit 33 und das Schaltelement mit 34 bezeichnet wobei das Schaltelement 34 jeweils über die Ansteuereinheit 17 steuerbar ist Der in Fig.3 dargestellte Kurzschließkreis 18' ist insbesondere für einen mittleren Spannungsbereich mit relativ niedrigen Ausschaltströmen vorgesehen, während der in F i g. 4 dargestellte Kurzschließkreis 18" für höchste Spannungsbereiche mit großen Ausschaltströmen vorgesehen ist

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Bezugszeichenliste	Drehfeldmaschine
1	Motorgehäuse
2	Einspeisung
3	Motorschutz
4	Hauptschützkontakt
5	Hauptschützkontakt
6	Hauptschützkontakt
7	Motorwicklung
8	Kompensationskondensator
9	Kompensationskondensator
10	Kompensationskondensator
11	Temperaturüberwachungseinheit
12	Steuerleitung
13	Schalter
14	Kaltleiter
15	Ansteuereinheit
17	Kurzschließeinheit
18	Kurzschließeinheit
19	Kurzschließeinheit
20	Meßwertverarbeitungseinheit
21

22 Meßwerterfassung

23 Phase

24 Phase

25 Phase

26 Motorstrang

27 Motorstrang

28 Motorstrang

29 Spannungsversorgung

32 Widerstand

33 Spule

34 Schaltelement

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 werden kann. In diesen Fällen wird auf eine Entladevor- Patentansprüche: richtung verzichtet, weil eine Entladung der Kondensa toren über die Motorwicklungen als Entladewiderstän-

1. Blindleistungskompensierte, mehrphasige de erfolgt Nach VDE-0560 müssen sich Kondensatoren Drehfeldmaschine für den Einsatz im Berg-und Tun- 5 nach dem Abtrennen vom Netz innerhalb einer benelbau, insbesondere Asynchronmaschine oder stimmten Zeit vom Scheitelwert der Nennspannung auf Transformator, mit einer Wicklungstemperatur- eine Restspannung unterhalb 50 V entladen.
Überwachungseinheit, wobei die Drehfeldmaschine Bekannt sind Maschinen mit ihnen und den Netzabzusammen mit parallel geschalteten und Endla- Schlußleitungen zugeordneten Kompensationskondendungseinrichtungen aufweisenden Kompensations- 10 satoren und in den Netzleitungen angeordneten Hauptkondensatoren über einen Schutzschalter an ein Schützkontakten (DE-AS 11 09 255). Diese Maschinen Drehspannungsnetz anschließbar ist und wobei die verfügen über eine Ansteuer- und eine Meßwertverar-Drehfeldmaschine und die Kompensationskonden- beitungseinheit Bei geöffnetem Kontakt bleibt die satoren schlagwettergeschützt sind, dadurch Spannung an den Kondensatoren aber erhalten. Es fingekennzeichnet, daß die Entladungseinrich- 15 det kein Ladungsausgleich statt Die Spannungswerte tungen (32, 33) aus ersten Schaltern (34) bestehen, bei 500 V Netzspannung können zwischen den Kondendaß eine Spannungsversorgungseinheit (29), eine satorklemmen ca. 800 V betragen. Bei Anordnung in Ansteuereinheit (17) und eine Meßwertverarbei- entsprechend schlagwettergeschützten Gehäuse betungseinheit (21,22) vorgesehen sind, daß die Span- steht die Möglichkeit, das spannungsführende Teile zunungsversorgungseinheit (29) mit den Motorsträn- 20 gänglich sind, so daß beim Öffnen des Gehäuses erhebligen (26,27,28) verbunden ist, stark kapazitiv abge- ehe Gefahr für die Beteiligten besteht Nachteilig ist blockt ist und der Meßwertverarbeitungseinheit (21, weiterhin, daß mit der WirkJeistungsmessung und dem 22) Spannung zuführt, daß in einer Steuerleitung (13) Schütz eine Belastung des Nulleiters verbunden ist, so der Temperaturüberwachungseinheit (15) ein von daß eine Überwachung der Isolation und des Erdschlusder Ansteuereinheit betätigbarer zweiter Schalter 25 ses nicht mehr einwandfrei gegeben ist Nachteilig ist vorgesehen ist daß die Meßwertverarbeitungsein- darüber hinaus die Verwendung von mechanischen heit (21) eine Betriebsgröße einer der Phasen (23,24, Schaltern, die zum Kleben neigen, so daß dann ein stän-25) erfaßt, daß die Meßwertverarbeitungseinheit diger Kontakt gegeben ist, was insbesondere bei hohen (21) die Ansteuereinheit (17) einschaltet, wenn die Schalthäufigkeiten, wie bei Bergbaumaschinen, häufig Betriebsgröße unter einem vorgebbaren Wert sinkt, 30 auftritt In diesem Fall bleibt die Maschine dauernd wobei durch die Ansteuereinheit (17) die Schalt- kompensiert.

strecken des ersten Schalters geschlossen und die Zur Beseitigung der beim Abschalten von Netzteilen, Schaltstrecke des zweiten Schalters geöffnet wer- die mit Blindstromkompensatoren versehen sind, verden, daß die Meßwertverarbeitungseinheit (17) ein bleibenden Spannungen ist nach der DE-PS 4 35 427 Zeitglied aufweist, daß die Ansteuereinheit nach ih- 35 vorgesehen, dem Kompensationskondensator Kurzrem Einschalten nach einer einstellbaren Zeit aus- Schlußeinheiten zuzuordnen. Hierdurch soll die Selbstschaltet, daß der Verbraucher (8), die Kompensa- erregung bei derartigen Maschinen sehr schnell vertionskondensatoren (9, 10, 11), die Schalter (34), die schwinden, so daß das abgeschaltete Netzteil span-Spannungsversorgungseinheit (29), die Ansteuerein- nungslos wird. Die Spule wurde hier gewählt, um den heit (17) und die Meßwertverarbeitungseinheit (21, 40 Selbsterregungseffekt dadurch zu vermeiden, daß die 22) in einem schlagwettergeschützten Gehäuse an- Gesamtanlage verstimmt wird. Weil die Selbsterregung geordnet sind. durch die Hauptinduktivität des Motors in Verbindung

2. Blindleistungskompensierte Drehfeldmaschine mit den Kondensatoren hervorgerufen wird, muß die nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in parallel geschaltete Induktivität zur Verstimmung des Reihe mit den Schaltern (34) Widerstände (32) und 45 »Schwingkreises« eine entsprechende Größe aufweisen, Spulen (33) liegen. wenn eine schnelle Entregung verlangt wird. Die erforderliche Baugröße ist dann aber nicht mehr in einem

Motorgehäuse unterzubringen, so daß eine Verwirklichung insbesondere im untertägigen Bergbau nicht so möglich ist.

Die Erfindung betrifft eine blindleistungskompensier- Im Untertagebetrieb des Steinkohlenbergbaus sind te, mehrphasige Drehfeldmaschine für den Einsatz im derartige blindleistungskompensierte Maschinen bisher Berg- und Tunnelbau, insbesondere Asynchronmaschi- nicht eingesetzt worden. Aufgrund der immer stärkeren ne oder Transformator, mit einer Wicklungstemperatur- Belastung der elektrischen Netze untertage und wegen Überwachungseinheit, wobei die Drehfeldmaschine zu- 55 der Leistungsverluste durch Blindströme sind erste sammen mit parallel geschalteten und Entladungsein- blindleistungskompensierte Asynchronmaschinen in der richtungen aufweisenden Kompensationskondensato- Entwicklung. Als besonderer Vorteil ist dabei anzuseren über einen Schutzschalter an ein Drehspannungs- hen, daß derartige blindleistungskompensierte Asynnetz anschließbar ist und wobei die Drehfeldmaschine chronmaschinen eine bessere Ausnutzung der instalh'er- und die Kompensationskondensatoren schlagwetterge- 60 ten Leistung ermöglichen. Wegen der besonderen Beschützt sind (DE-OS 30 01 042). dingungen im untertägigen Bergbau wird an derartige

Derartige blindleistungskompensierte Maschinen Drehfeldmaschinen die Forderung gestellt, daß diese werden eingesetzt, wenn die Verluste in dem elektri- sehr schnell spannungslos werden müssen. Diese Fordeschen Versorgungsnetz möglichst niedrig gehalten wer- rung gilt auch dann für Asynchronmotoren, wenn sie den sollen. Bei einer Einzelkompensation einer solchen 65 nach der Trennung vom Netz über die Welle noch ange-Maschine werden z. B. der Motor und die Kondensato- trieben werden. Die bekannten blindleistungskompenren mit dem gleichen Leistungsschalter geschaltet, so sierten Asynchronmaschinen weisen insbesondere bei daß eine gemeinsame Schutzeinrichtung eingesetzt angetriebener Motorwelle den Selbsterregungseffekt