DE3330027A1

DE3330027A1 - Vorrichtung zum betrieb einer vielzahl von mehrphasigen wechselstrommotoren mit gemeinsamer last

Info

Publication number: DE3330027A1
Application number: DE19833330027
Authority: DE
Inventors: Kunitoshi Nissonogi Nagawsaki Kato
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-08-24
Filing date: 1983-08-19
Publication date: 1984-03-01
Also published as: AU1833583A; US4525656A; CA1211786A; AU549709B2

Description

Vorrichtung zum Betrieb einer Vielzahl von mehrphasigen Wechselstrommotoren mit gemeinsamer Last

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betrieb einer Vielzahl von Elektromotoren, die über entsprechende Verbindungseinrichtungen, einschließlich von Zahnrädern, an eine gemeinsame Last angeschlossen sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung darauf, die Last glatt und gleichmäßig anzutreiben, indem man die Erregung der Feldwicklung von einem der Elektromotoren steuert, der ein synchronisierter Induktionsmotor ist.

• · »I

Nachstehend ist ein herkömmliches Zwillingsantriebssystem zum Antrieb einer Zementmühle als Beispiel beschrieben. Fig. 1 zeigt zwei synchronisierte Induktionsmotoren, die zum Antrieb der Mühle betrieben werden, und Fig. 2 zeigt das Schaltbild einer Erregerschaltung für den synchronisierten Induktionsmotor. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Mühle oder Walze, die längs ihres ümfanges mit nicht dargestellten Zahnrädern versehen ist. Die Bezugszeichen 2 und 3 bezeichnen Antriebsräder oder Zahnräder, die mit den Zahnrädern der Mühle 1 kämmen, und die Bezugszeichen 4 und 7 bezeichnen synchronisierte Induktionsmotoren zum Antrieb der Mühle 1 über die zugeordneten Zahnräder. Der Außenumfang des Stators von dem einen Motor 4 der Motoren ist mit einem nicht dargestellten Zahnrad versehen, das mit einem Antriebsrad oder Zahnrad 5 kämmt. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Dreheinrichtung, die mit einer nicht dargestellten Bremseinrichtung versehen und zum Antrieb des Antriebsrades oder Zahnrades 5 ausgelegt ist. Die Dreheinrichtung 6, das Antriebsrad 5 und das am Sta-tor des Motors 4 vorgesehene Zahnrad bilden eine Stator-Verschiebungseinrichtung, um den Stator des Motors 4 um einen erforderlichen Winkel zu drehen. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Bus oder eine Versorgungsleitung, die an eine '. dreiphasige Versorgung angeschlossen ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine dreiphasige Dreieckswicklung, die für den Rotor des Motors 4 vorgesehen ist, der voneinander unabhängige Phasenwicklungen 11, 12 und 13 besitzt. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Schleifringeinheit, die aus sechs Schleifringen besteht. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine Dämpfungsschaltung, die an die R-Phasenwicklung 11 angeschlossen ist. Die Bezugszeichen 21 und 23 bezeichnen

Kontaktgeber oder Schütze, und das Bezugszeichen 22 bezeichnet einen Startwiderstand. Das Bezugszeichen 24 bezeichnet einen Widerstand mit geringerem Widerstandswert. Das Bezugszeichen 30 bezeichnet eine Erregerschaltung, die an die S-Phasenwicklung 12 angeschlossen ist und aus den Schaltungselementen 31 bis 34 besteht, während das Bezugszeichen 40 eine Erregerschaltung bezeichnet, die an die T-Phasenwicklung 13 angeschlossen ist und aus den Schaltungselanenten 41 bis 44 besteht. Diese Schaltungselemente 31 bis 34 der Erregerschaltung 30 sowie die Schaltungselemente 41 bis 44 der Erregerschaltung 40 entsprechen den Schaltungselementen 21 bis 24 der oben beschriebenen Dämpf ungsschaltung 20. Die Erregerschaltungen 30 und 40 sind an Gleichspannungsversorgungen 35 bzw. 45 angeschlossen. Die Rotorwicklung 10 besteht aus der R-Phasenwicklung 11, die als Dämpfungswicklung arbeitet, sowie der S-Phasenwicklung und der T-Phasenwicklung 12 bzw. 13, die als Erregerwicklungen arbeiten. Die Rotorwicklung und die Erregerschaltung des Motors 7 sind in gleicher Weise aufgebaut wie der oben beschriebene Motor 4.

Nachstehend wird die Wirkungsweise des Zwillingsantriebssystems anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Die synchronisierten Induktionsmotoren 4 und 7 sind an die gemeinsame Versorgungsleitung 8 angeschlossen. Gemäß Fig. 2 werden bei geöffneten Kontaktgebern die Kontaktgeber oder Schütze 21, 31 und 41 geschlossen, um die Selbsterregung des Motors 4 einzuleiten. Der Motor 4 wird beschleunigt, indem man die Startwiderstände 22, 32 und 42 einstellt. Wenn die Motorgeschwindigkeit sich der synchronisierten Geschwindigkeit nähert, werden die Kontaktgeber 23, 33 und 43 geschlossen, während die Kontaktgeber oder Schütze 21, 31 und 41 geöffnet werden. Infolge-

dessen fließt ein Strom von den Gleichspannungsversorgungen 35 und 45 der Erregerschaltungen 30 und 40 zu den Rotorwicklungen 12 und 13, so daß der Motor 4 in den synchronisierten Betrieb unter Last eintritt. Zu diesem Zeitpunkt wirkt die Schaltung 20 als Dämpfungsschaltung. In gleicher Weise tritt der Motor 7 in synchronisierten Betrieb ein, und die Walze oder Mühle 1 wird mit einer Nenngeschwindigkeit von den Motoren 4 und 7 über die Antriebsräder 2 und 3 angetrieben.

Nimmt man an, daß zwei synchronisierte Induktionsmotoren 4 und 7 der gleichen Ausbildung oder Nennleistung an die gleiche Versorgung und an die Mühle 1 unter gleichen Bedingungen angeschlossen sind, um die Last aufzunehmen, so ist der interne Phasenwinkel oder der Winkel zwischen dem Zentrum des umlaufenden Feldes, das von der Dreiphasenwicklung des Stators (Anker) erzeugt wird, und dem Zentrum des iMagnetfeldes, das durch die Rotorwicklung (Feldwicklung) S erzeugt wird, für beide Motoren der gleiche. Da das Zen- ! trum des umlaufenden Feldes durch die Herstellung für ' beide Motoren das gleiche ist, dreht sich das Zentrum oder der Pol des umlaufenden Magnetfeldes, das von der Feldwicklung von dem einen Motor erzeugt wird, jederzeit mit der gleichen relativen Winkelstellung wie das des anderen Motors. Somit wird unter gleichen Bedingungen die gleiche Last von den Motoren 4 und 7 aufgenommen.

Da jedoch in Wirklichkeit die Zahnräder der Mühle 1 mit den Zahnrädern oder Antriebsrädern 2 und 3 nicht im gleichen Zustand kämmen, aufgrund von Herstellungstoleranzen oder unterschiedlichem Verschleiß, drehen sich die Rotoren der Motoren 4 und 7 nicht mit den gleichen relativen WinkelStellungen zum Startzeitpunkt oder während des Be-

triebes. Somit können die Motoren 4 und 7 mit unterschiedlichen internen Phasenwinkeln betrieben werden, was eine Differenz in der Lastaufteilung mit sich bringt. Somit kann die Last auf den einen Motor zunehmen, während die auf den anderen Motor entsprechend abnimmt. Dies kann nicht nur Schwierigkeiten beim Motor hervorrufen, sondern auch Beschädigungen der Zahnräder mit sich bringen.

Um dies zu vermeiden, ist es wichtig, daß die internen Phasenwinkel der beiden Motoren jeweils aufeinander abgestimmt werden. Zu diesem Zweck wird bei einem herkömmlichen System, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, die Winkelposition des Stators von dem einen Motor 4 durch eine Stator - Verschiebungseinrichtung, z.B. eine Dreheinrichtung 6, verschoben, um das Zentrum des rotierenden Magnetfeldes, das dem Stator des Motors 4 zugeordnet ist, in der Weise zu verschieben, daß die internen Phasenwinkel der Motoren 4 und 7 aneinander angepaßt werden können.

Bei einem herkömmlichen Betriebssystem der oben beschriebenen Art besteht die Tendenz, daß der Aufbau der Stator-Verschiebungseinrichtung kompliziert und kostspielig ist, wobei sie eine komplizierte Wartung erfordert.

Außerdem besteht bei dem Stator des Motors die Tendenz, daß er große Abmessungen hat , was es schwierig macht, einen Motor herzustellen, der in der Lage ist, ein größeres Drehmoment zu erzeugen.

Es darf darauf hingewiesen werden, daß die Verwendung von synchronisierten Motoren beim Antriebssystem gemäß Fig. zum Antrieb der Mühle 1 zu ähnlichen Unzulänglichkeiten führt und daß dann, wenn pneumatische Kupplungen zwischen die Antriebsräder 2 und 3 sowie die Motoren 4 und 7 ein-

gesetzt werden, Schwierigkeiten dabei auftreten, den pneumatischen Kupplungen der Motoren 4 und 7 Druckluft unter gleichen Bedingungen zuzuführen. Somit ist der

Kupplungsbetrieb nicht genau mit den beiden Motoren synchronisiert, was dazu führt, daß sich die beiden Motoren mit unterschiedlichen WinkelStellungen relativ zueinander drehen können.
10

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Unzulänglichkeiten von herkömmlichen Vorrichtungen auszuräumen und eine Vorrichtung zum Betrieb von Elektromotoren anzugeben, wobei zumindest einer aus einer Vielzahl von Wechselstrommotoren ein synchronisierter Induktionsmotor ist und die Richtung und der Betrag des Erregerstromes, der mindestens einer der mehrphasigen Feldwicklungen des synchronisierten Induktionsmotors zugeführt wird, gesteuert werden, um das Zentrum des umlaufenden Magnetfeldes zu verschieben oder zu verstellen, das von der Feldwicklung erzeugt wird, um den internen Phasenwinkel des synchronisierten Induktionsmotors einzustellen, was eine erleichterte Korrektur der internen Phasenwinkelabweichung unter den Motoren ermöglicht, die beispielsweise durch ungleichmäßigen Zahnradeingriff hervorgerufen wird.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht eines herkömmliehen Lastbetriebssystems oder Zwillingsan-

/t ir

triebssystems under Verwendung von zwei synchronisierten Induktionsmotoren als Mühlenantriebs-Wechselstrommotoren;

Fig. 2 eine Erregerschaltung für einen der synchronisierten Induktionsmotoren im Antriebssystem gemäß Fig. 1;
10

Fig. 3 eine schematische Gesamtansicht einer Betriebsvorrichtung unter Verwendung von zwei synchronisierten Induktionsmotoren als Wechselstrommotoren gemäß der Erfindung;
15

Fig. 4 eine Erregerschaltung für einen der synchronisierten Induktionsmotoren der Ausführungsform gemäß Fig. 3;

Fig. 5 und 6 Vektordiagramme zur Erläuterung des

Betriebes der Erregerschaltung gemäß Fig. 4;

Fig. 7 eine schematische Gesamtansicht zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 8 ein Schaltbild eines Leistungsmeßgerätes und

eines magnetischen Positionsmeßfühlers der Ausführungsformen gemäß Fig. 3 und 5;

Fig. 9 eine schematische Gesamtansicht zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Synchronmotor und ein synchronisierter Induktionsmotor als Wechselstrommoteren verwendet werden;

Fig. 10 ein Schaltbild des synchronisierten Induktionsmotors der Ausführungsform gemäß Fig. 9; und in 5

Fig. 11 und 12 Vektordiagramme zur Erläuterung des Betriebes der Erregerschaltung gemäß Fig. 10.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung werden durchgehend gleiche Bezugszeichen für gleiche oder entsprechende Bauteile verwendet. Die Fig. 3 und 4 zeigen eine erste Ausfuhrungsform der Erfindung. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, bezeichnet.das Bezugszeichen 4 einen synchronisierten Induktionsmotor ähnlich dem, der bei einem herkömmlichen System verwendet wird und der von einer ähnlichen Erregerschaltung angetrieben wird, wie es Fig. 2 zeigt. Der Motor 4 ist jedoch nicht mit einer Stator-Dreheinrichtung versehen. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet einen weiteren synchronisierten Induktionsmotor mit einer Erregerschaltung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 10 im allgemeinen eine Dreiphasen-Feldwicklung, die in ähnlicher Weise bei einem herkömmlichen Motor verwendet wird; das Bezugszeichen 14 bezeichnet Versorgungsleitungen, die eine Verbindung zu

2!p einer dreiphasigen Niederspannungs-Wechselspannungsquelle j bilden; die Bezugszeichen 20, 30 und 40 bezeichnen Errej gerschaltungen, die jeweils an eine R-Phasenwicklung 11, ^; eine S-Phasenwicklung 12 und eine T-Phasenwicklung 13 der Feldwicklung 10 angeschlossen sind; die Bezugszeichen 26, 36 und 46 bezeichnen Stromunterbrecher; die Bezugszeichen 27 und 28 bezeichnen Thyristoren, die antiparallel an die Erregerschaltung 20 angeschlossen sind; und die Bezugszeichen 37 und 47 bezeichnen Thyristoren, die an die Erregerschaltungen 30 bzw. 40 angeschlossen sind. Im allgemeinen sind die Erregerschaltungen 30 in gleicher Weise

OOOOO

aufgebaut wie die Err@g@rschaltung 20„ Der Motor 4 wird gestartete wie es bereits unter Bezugnahme auf das herkömmliche Zwillingsantriebssystem erläutert worden ist„ Im Hinblick auf den Start des Motors 15 werden bei der Anordnung gemäß Fig» 4 bei offengehaltenen Stromunterbrechern 26, 36 und 4S die Kontaktgeber oder Schütze 21, 31 und 41 zum Starten des Motors 15 geschlossen» Wenn sich der Motor 15 der synchronisierten Geschwindigkeit nähert, werden die Schaltungsunterbrecher 36 und 46 geschlossen und die Kontaktgeber 31 und 41 geöffnet. Die Steuerelektroden der Thyristoren 37 und 47 x-zerden getriggert oder angesteuert, um den Gleichstrom der S-Phasenwicklung 12 und der T-Phasenwicklung 13 zuzuführen, um diese S- und T-Phasenwicklungen zu erregen.

Der Zustand der R-Phasenwicklung 11 wird nicht geändert, auch wenn der Motor sich der Synchrongeschwindigkeit nähert. Somit ist die Wicklung 11 nicht an die Versor- · gungsleitung 14 angeschlossen, sondern der Strom wird durch den Startwiderstand 22 zugeführt, wobei die Wicklung 11 wie vorher als Dämpfungsschaltung arbeitet. Somit erreicht der Motor 15 die Synchrongeschwindigkeit und arbeitet mit Synchrongeschwindigkeit, wobei beide Motoren 4 und 15 unter Last stehen.

Das Verfahren zur Änderung des internen Phasenwinkels des synchronisierten Induktionsmotors 15 wird nun beschrieben. Während des Normalbetriebes sind nur zwei Phasenwicklungen 12 und 13 der Feldwicklung 10 erregt, während die verbleibende eine Feldwicklung 11 als Dämpfungsschaltung arbeitet, wie es oben angegeben worden ist.

Während des Betriebes wird die von den Motoren 4 und 15

entwickelte Leistung mit einem Leistungsmeßgerät abgetastet oder gemessen, wie es unter Bezugnahme auf Fig» 8 nachstehend näher erläutert ist. Das Steuersignal von diesem Meßfühler oder Meßgerät sorgt für eine Triggerung oder Ansteuerung der Steuerelektrode des Thyristors 27 oder 28, um den Thyristor einzuschalten. Auf diese Weise wird der einseitig gerichtete, durch die Feldwicklung 11 des Motors 15 fließende Strom hinsichtlich seiner Richtung und seines Betrages so gesteuert, daß das Zentrum des Magnetpoles des Motors 15 in Übereinstimmung mit dem des Motors 4 ist. Das Zentrum des Magnetfeldes, das von der Feldwicklung 11 erzeugt wird, kann auf diese Weise geändert i^erden, um den internen Phasenwinkel des Motors 15 zur Koinzidenz mit dem des Motors 4 zu ändern. Falls es zu diesem Zeitpunkt erforderlich ist, die R-Phasenwicklung 11 zu erregen, wird der Stromunterbrecher 26 geschlossen und der Kontaktgeber 21 geöffnet.

Fig. 5 zeigt in einem Vektordiagramm das Betriebsprinzip, daß die Richtung des kombinierten Magnetflusses, der von der Feldwicklung 10 des synchronisierten Induktionsmotors 15 erzeugt wird, um einen bestimmten Winkel geändert werden kann, indem man die Richtung und den Betrag des Erregerstromes ändert.

Wenn dafür gesorgt wird, daß der einseitig gerichtete Strom durch die S-Phasenwicklung 12 in einer Richtung a und durch die T-Phasenwicklung 13 in einer Richtung b fließt, so läßt sich der in der S-Phasenwicklung erzeugte Magnetfluß durch einen Vektor A darstellen/während der in der T-Phasenwicklung erzeugte Magnetfluß durch einen Vektor B dargestellt werden kann, was einen kombinierten Fluß ergibt, der sich mit einem Vektor E darstellen läßt.

β« α

Dieser Vektor bildet einen Winkel, den internen Phasenwinkel 6 mit dem Zentrum des umlaufenden Magnetfeldes des angegebenen Stator, beispielsweise mit dem Vektor A. Diese einseitig gerichteten Ströme können gesteuert werden, um die Magnetflüsse zu ändern, die von den S- und T-Phasenwicklungen erzeugt werden, so daß die Richtung und der Betrag des kombinierten Magnetflusses in einem Viereck OAEB enthalten sein können.

Wenn dafür gesorgt wird, daß ein einseitig gerichteter Strom zu diesem Zeitpunkt in eine Richtung c fließt, hat ein kombinierter Magnetfluß eines von der R-Phasenwicklung erzeugten Magnetflusses C und dem oben erwähnten kombinierten Magnetfluß der S- und T-Phasenwicklungen einen Betrag gleich F und eine Richtung, die mit dem Vektor A zusammenfällt. Die Ströme, die man durch die entsprechenden Phasenwicklungen fließen läßt, können gesteuert werden, um die in den jeweiligen Phasenwicklungen erzeugten Magnetflüsse in der Weise zu steuern, daß die Richtung und der Betrag der resultierenden kombinierten Magnetflüsse, die von diesen drei Wicklungen erzeugt werden, in einem Dreieck OFE enthalten sein können.

;

Wenn dafür gesorgt wird, daß der Strom in eine entgegengesetzte Richtung d durch die R-Phasenwicklung 11 fließt und die Ströme durch die R-, S- und T-Phasenwicklungen in ihrem Wert oder Betrag geeignet geändert werden, kann der von den Dreiphasenwicklungen erzeugte kombinierte Magnetfluß in einem Dreieck OGE liegen.

Auf diese Weise kann der interne Phasenwinkel des synchronisierten Induktionsmotors geändert werden, indem man den Betrag der Erregerströme ändert, die durch die jeweiligen

α οο οο οο οο ooc<s

οοοο ο <ο ο α οο C

0 O O QOOO OO O

ο ΟοοοΟ οο οοα ο C

₀ ο QOOO O O O C

0OO QO OO OO OO OO

Feldwicklungen fließe»,, x-7©b©i die Riehtiaag der Erreger-Ströme durch zwei der Phasenwicklungen konstant gehalten und der Erregerstrom durch die übrige Phasenwicklung dazu gebracht ifird? daß er in der normalen oder umgekehrten Richtung- fließt« Vor allen ist es s©„ daS dana^ wenn die Magnetflüsse der jeweiligen PhasentdLcklungen in «äer Weise gesteuert werden, daß das vordere Ende des Vektors, der den Wert, äes kombinierten Magnetflusses angibt-₀ sich auf dem Kreisbogen eiaes ICreises H mit ©inem Eeatram bei O gemäß Fig» 5 und S befindet, der interne Phasenwinkel innerhalb von 60° im Sinn® eines elektrischen Winkels geändert i-jerden kann , wobei der Leistungsfaktor konstant bleibt (vgl= Fig.. 61 „ Es darf darauf hingewiesen werden, daß der Betrag der kombinierten Magnetflüsse massimal wird, wenn das vordere Enöe des Vektors* der de» kombinierten Fluß angibt,, sieh auf dem Bogen des Kreises H befindet, und daß der B©trag auf eiaen kleineren Wert frei eingestellt werden kann,-der in der gestrichelten Zone liegt. Auf diese Dfeise kann der interne Phasenwinkel des synchronisierten Xnöuktionsmotors 15 zur Koinzidenz mit dem des Motors 4 geändert werden, um die Lastverteilung zxtfischen den beiden Eiotoren auszugleichen.

j Eine abgex-randelte Ausfuhrungsform der Erfindung ist in • Fig. 7 dargestellt, in der das Besugsseichen 16 einen Polstellungs-Eüeßfühler bezeichnet _B ä©r auf der Welle des Motors 4 angebracht ist» Während et©r bei der Äusfölirungsform gemäS Fig- 3 verwendete MeBfühler die vom Motor 4 erzeugte Leistung abtastet oder mißt, arbeitet der Meßfühler 16 in der Weis©;, daß er dea iJellenwinkel des Motors mifit, d.h. die Rotorpolstellmag, um den internen Phasenwinkel in der oben beschriebenes Weise zu ändern. Es darf darauf hingewiesen x-jerden, daS die Leistungswerte

# · r *··· m-m W9-WW

- +3—

/It

oder Leistungspegel der beiden Motoren zusätzlich miteinander verglichen werden können, um den internen Phasenwinkel auszugleichen, um eine noch gleichmäßigere Lastverteilung zwischen den beiden Motoren zu realisieren. Bei den Aüsführungsformen gemäß Fig. 3 bzw. 7 kann der andere synchronisierte Induktionsmotor 4 durch einen Synchronmotor ersetzt werden.

Fig. 8 zeigt ein Schaltbild für den Leistungsmeßfühler, der im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Fig. beschrieben ist, sowie den Polstellungs-Meßfühler, der im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Fig. 7 beschrieben worden ist. In Fig. 8 bezeichnet das Bezugszeichen 8 eine Versorgungsleitung der dreiphasigen Versorgungsquelle, die Bezugszeichen 4 und 15 bezeichnen synchronisierte Induktionsmotoren und die Bezugszeichen 20, 30 und 40 bezeichnen Erregerschaltungen für den Motor

15. Das Bezugszeichen 50 bezeichnet eine Erregerschaltung für den Motor 4, die Bezugszeichen 51 und 52 bezeichnen Motorstartwiderstände, und die Bezugszeichen 53 und bezeichnen Kontaktgeber für die Widerstände. Das Bezugszeichen 55 bezeichnet einen Leistungsmeßfühler, der so ausgelegt ist, daß er die Strom- und Spannungskomponenten von einem Stromwandler 56 und Spannungswandlern 57 und erhält, um Steuerbefehle für die Thyristoren der Motorerregerschaltung abzugeben. Das Bezugszeichen 59 bezeichnet ein Voltmeter, die Bezugszeichen 60 und 61 bezeichnen Wattmeter, die Bezugszeichen 62 und 63 bezeichnen Leistungsfaktormeter, und die Bezugszeichen 64 und 65 bezeichnen Amperemeter. Das Bezugszeichen 66 bezeichnet einen Polstellungsmeßfühler, beispielsweise eine modifizierte Ausführungsform eines herkömmlichen Thyristormotors, wie er beispielsweise in "Mitsubishi A.C. Commutatorless

Oo οο οο οοοβοο

ία οαοο OO O

) O O D °° Ο°_ο °

ΟΟΟ OO OO ° ° ? S- 5

ΟΟΟ OO OO OO Ο«

Motors", Mitsubishi Denki Engineer j, September 1972_? Seiten 16 bis 21 beschrieben ist. Der Msifühler ist so ausgelegt, daß er die Folstsllung des Motors 4 abtastet oder mißt und ein davon abgeleitetes St©ö©rsig»al einer Erreger schaltung für den Motor 15 liefert*,

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sieh, daB die

10- ' Anordnung gemäß der Erfindung für die Kosapensation und den Ausgleich der Lastaufteilung oder di© Verteilung auf eine Vielzahl von Elektromotoren sorgte wobei die Gefahr der möglichen Besehädicpsag der Motoren oder Zahnräder ausgeräumt wird und zugleich komplizierte Stator-Ver~ Stelleinrichtungen in Wegfall komme» und eine hohe Zuverlässigkeit sowie ein rasches Änsprechverhalten gewährleistet werden. Darüber hinaus kann di© Herstellung des Betriebssystems für Elektromotoren mit großem Drehmoment erleichtert x-jerden»

Fig. 9 seigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Mühle 1 von einem synchronisierten Induktionsmotor 15 und einem Synchronmotor 17 über pneumatische Kupplungen 18 und 19 sot-iie Antriebsräder 2 und 3 angetrieben wird. Ein Polstellungsmeßfühler 1β wird für die interne Phasenwinkelanpassung zwischen den beiden Motoren verwendet. Somit werden di© S teuere lek, tr öden der Thyristoren der Erregerschaltung für den Motor 15 g®mäB Fig» 8 durch den Betrieb des Polstell«ngsmeßfühl<srs 16 gesteuert« Die Erregerschaltung für den Motor 15 ist ia Pig„ 10 dargestellt . Nehmen wir aa, äaS bei äer humführungsform gemäß Fig. 9 der -unterschied zwischen dea !©atren der Magnetpole der beiden Motoren ein@a Wert von 180® als mechanischer Winkel ausgedrückt in ©streuen Fällen erreichen kann, so ist die Anordnung so getroffen, öaS die internen Phasen-

winkel der beiden Motoren innerhalb eines Winkels von 360° korrigiert werden können.
5

Der Betrieb der Ausführungsform gemäß Fig. 9 wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 10 näher erläutert. Bei ausgerückten pneumatischen Kupplungen 18 und 19 werden die Motoren 15 und 17 ohne Last gestartet. Der Synchronmotor 17 kann mit einem herkömmlichen Startverfahren gestartet werden. Das Starten des synchronisierten Induktionsmotors 15 wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert. Bei der S-Phasenwicklung werden bei geöffnetem Stromunterbrecher 36 die Kontaktgeber 31 und 33 zum Starten des Motors geschlossen. Wenn sich der Motor 15 der Synchrongeschwindigkeit nähert, wird der Stromunterbrecher 36 geschlossen und der Kontaktgeber 31 geöffnet, gleichzeitig wird der Thyristor 37 gezündet, um dafür zu sorgen, daß der einseitig gerichtete Strom in eine Richtung a fließt, um die S-Phasenwicklung 12 zu erregen. In der Erregerschaltung 40 wird der Thyristor 48 durch ähnlichen Betrieb gezündet, damit der Strom in eine Richtung b fließt und die T-Phasenwicklung 13 erregt. Die R-Phasenwicklung 11 ist nicht an die Versorgungsleitung 14 angeschlossen und arbeitet immer noch als Dämpfungsglied, auch wenn der Motor 15 sich der Nenndrehzahl nähert, wobei der Strom durch den Startwiderstand 22 fließt. Auf diese Weise erreicht der Motor 15 die Nenndrehzahl oder Nenngeschwindigkeit. Wenn beide Motoren 15 und 17 die Nenngeschwindigkeiten oder Nenndrehzahlen erreicht haben, werden die pneumatischen Kupplungen 18 und 19 mit Luft versorgt, so daß die Motoren 15 und 17 an die Mühle 1 angeschlossen werden. Auf diese Weise wird die Last allmählich an die Motoren angelegt, so daß die internen Phasenwinkel der Motoren allmählich zunehmen, bis das

Ί ^:»i-i ιγ-.-ΟΟ

Einrücken oder Einkuppeln <ä@r Kupplungen 18 und 19 abgeschlossen ist.
5

Das Verfahren zum Ausgleichen der internen Phasenwinkel der Motoren 15 und 17 cfaren Änderung des internen Phasenwinkels des synchronisierten Induktionsmotors 15 wird nachstehend erläutert. Die Polstellung des Motors 17 wird vom Polstellungsmeßfühler 1β gemessen* der bm Wellenende des Motors angebracht ist= Die Me i fühler signal® werden den Thyristorsteuerelektroden bei eineia oder zwei oder mehreren der Erregerscßsltungen 20, 30 und 40 zugeführt, um die Thyristoren zu Sünden» Der einseitig gerichtete Strom wird auf diese Weise an zwei oder mehr der Feldwicklungen 11 _s 12 und 13 des Motors 17 angelegt, so daß die Mittellinie durch dia Magnetpole hindurch, die von den Rotorwicklungen des Motors 17 erseugt werden, in jedem Augenblick mit der des Mot ^rs 15 Koinsider«?, neigt.

Die Richtung und der Betrag des einseitig gerichteten Stromes kann durch Ein/Aus-Steuerung der Thyristoren in der Weise gesteuert-werden, daB die Mittellinie der von der Feldwicklung 10 erzeugten Magnetpole so verschoben wird, daß der interne Phasenwinkel des Motors 15 frei geändert werden kann, um die intern© Pfoasenwinkelanpassung zwischen den Motoren 15 und 17 vorzunehmen. Falls erforderlich, kann die R-Phasenwicklung 11 erregt werden, indem man den Schaltungsunterbrecher 26 schließt und den Kontaktgeber 21 öffnet«,

Fig. 11 zeigt in Form ©ines Vektordiagrammes, in welcher Weise die Sichtung des korabiniertem Magnetflusses, der von der Feldwicklung 11 d@s synchronisierten Induktionsmotors 15 erseugt wird, ir einem Winkel von 360° geändert werden kann, indem man die Richtung und den Betrag des

Erregerstromes ändert.

Wenn der einseitig gerichtete Strom durch die S-Phasenwicklung 12 in einer. Richtung a und durch die T-Phasenwicklung 13 in einer Richtung b fließt, so kann der in der S-Phasenwicklung 12 erzeugte Magnetfluß durch einen Vektor A dargestellt werden, während der in der T-Phasenwicklung 13 erzeugte Magnetfluß mit einem Vektor B dargestellt werden kann, wie es Fig. 11 zeigt. Der kombinierte Fluß ist durch einen Vektor E dargestellt. Dieser Vektor E bildet mit der Mittellinie der gegenüberliegenden Magnetpole des rotierenden Magnetfeldes, das vom Stator erzeugt wird und beispielsweise mit dem oben erwähnten Vektor A bezeichnet werden kann, einen Winkel oder einen internen Phasenwinkel, der den Wert 6 hat. Der durch diese S- und T-Phasenwicklungen fließende Strom kann gesteuert werden, um die von diesen Wicklungen erzeugten Magnetflüsse in der Weise zu ändern, daß die Richtung und der Betrag des kombinierten Flusses der beiden Wicklungen sich innerhalb eines Viereckes OAEB befindet.

Wenn der einseitig gerichtete Strom außerdem der R-Phasenwicklung 11 in einer Richtung c zugeführt wird, wird ein durch die R-Phasenwicklung erzeugter Magnetfluß C dem kombinierten Magnetfluß E der S- und T-Phasenwicklungen hinzugefügt. Der resultierende kombinierte Magnetfluß F hat einen Betrag OF und eine Richtung, die mit dem Vektor A zusammenfällt. Auf diese Weise können der Betrag und die Richtung des kombinierten Magnetflusses in einem Dreieck CFE enthalten sein, indem man den Betrag des einseitig gerichteten Stromes durch die R-, S- und T-Phasenwicklungen auf diese Weise ändert und damit die Beträge der Mag-

se ·
ο β β

ft β «

ο « ο

netflüsse Ά, B und C der Dreiphasenwieklungen ändert.

Wenn die Richtung des einseitig gerichteten Stromes, der durch die R-Phasenwicklung fließt, umgekehrt wird, wie es mit der Richtung d in Fig. 10 angedeutet ist, und wenn der Betrag des Stromes, der durch die S=, S- und T-Phasenwicklungen fließt, so geändert wird, daß sich der Betrag der entsprechenden Magnetflüsse entsprechend ändert, können die Richtung und der Betrag des kombinierten Magnetflusses der Dreiphasenwicklungen sich innerhalb eines Dreiecks OEG in Fig» 11 befinden»

■ Auf diese Weise kann der intern© Phasenwinkel des synchronisierten Induktionsmotors geändert werden, indem man die Richtung und den Betrag äes kombinierten Magnetflusses ändert, der von der Dreiphasen-Feldwicklung des Motors erzeugt wird. Vorzugsweise wird d©£ kombinierte Magnetfluß so geändert, daß das vordere Ende des Vektors, der

den kombinierten Magnetfluß angibt, sich längs des Kreisbogens eines Kreises H bewegt, der den Punkt 0 in Pig. 12 als Zentrum hat* Der laterne Phasenwinkel des Motors kann ^; dann- geändert werden, ohne den Leistungsfaktor zu ändern.

Der Betrag des kombinierten Flusses kann auch vom Maximalwert reduziert werden, der dem Kreisbogen des Kreises H entspricht, so daß er in einem Sektor von 60° liegt, wie es mit der Schraffierung in Fig. 12 angedeutet ist.

. in gleicher Weise kann die Richtung d©s Vektors, der den kombinierten MagnetfluB angibt, fr<si in -irgendeine Winkelstellung im Bereich eines Kreises H gemäß Fig. 12 bewegt werden, indem man den Betrag des einseitig gerichteten Stromes ändert, der dujreh die E=-, S- und T-Phasenwicklungen fließt„ Auf diese Weise kann äer interne Phasen-

οο β ο ο Oo

winkel des synchronisierten Induktionsmotors innerhalb eines Winkels von 360° geändert werden, indem man die Richtung und den Betrag des Magnetflusses,, der von der Feldwicklung 10 erzeugt wird, im Bereich des Kreises H verstellt. Vor allem ist es so, daß der interne Phasenwinkel in vorteilhafter Weise geändert werden kann, ohne den Leistungsfaktor zu ändern, indem man nur die Richtung des kombinierten Flasses ändert, t^ährend sein Betrag konstant und gleich dem Radius des Kreises H bleibt." Auf diese Weise kann durch Änderung des Erregerstromes, der an die R-, S- und T=Phasenwicklungen der Feldificklung 10 angelegt wird, der interne Phasenwinkel des synchronisierten Induktionsmotors 15 geändert und zur Koinzidenz mit dem des Synchronmotors 17 gebracht werden, um eine gleiche Lastaufteilung zwischen den beiden Motoren 15 und 17 zu realisieren.

Es darf darauf hingewiesen werden, daß in den Fällen, wo die beiden Motoren unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweisen wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform, wo einer der Motoren ein Synchronmotor und der andere Motor ein synchronisierter Induktionsmotor ist, die beiden Motoren normalerweise mit unterschiedlichen internen Phasenwinkeln unter gleicher Last betrieben werden. Somit müssen die internen Phasenwinkel der beiden Motoren auf vorgegebene wechselseitig verschiedene Werte eingestellt werden, damit die beiden Motoren die gleiche Antriebsleistung entwickeln. Auf diese Weise können auch bei einem Zwillingsantriebssystem die beiden Motoren die gleiche Last in gleichen Verhältnissen aufnehmen oder bewältigen, ohne daß der Leistungsfaktor beeinträchtigt wird.

Es darf darauf hingewiesen werden, daß die Einstellung der

internen Phasenwinkel zu dem Zeitpunkt begonnen werden kann, wo das Einrücken oder Einkuppeln der pneumatischen Kupplungen gestartet wird„ oder zu dem Zeitpunkt, wo -¹Ie Beschleunigung beendet wird= Außerdem können die von den Motoren entwickelten elektrischen Leistungen miteinander verglichen werden, ohne d;9 Polstellung von einem der Motoren und den internen Phasenwinkel des veränderten synchronisierten Induktionsmotor zu messen, so daß die von den beiden Motoren entwickelten elektrischen Leistungen einander gleich sein, köanen«

Aus den vorstehenden Darlegungen ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung für ein in hohem Maße zuverlässiges schnell ansprechendes Betriebssystem sorgt, mit dem die Last in einfacher und genauer Weise zu gleichen Anteilen auf eine Vielzahl von Elektromotoren aufgeteilt werden kann, wobei keinerlei Gefahr von Schwierigkeiten oder Beschädigungen für den Motor oder das Getriebe besteht, unabhängig davon,, wie die Kupplung angeschlossen ist, und es kann eine komplizierte Zusatzeinrichtung, wie z.B. eine Statorverstelleinrichtung in Wegfall gebracht werden.
25

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Vorrichtung zum Betrieb einer Vielzahl von mehrphasigen Wechselstrommotoren mit einer gemeinsamen Last, dadurch gekennzeichnet , daß die Wechselstrommotoren (4, 15, 17) einen ersten Motor in Form eines synchronisierten Induktionsmotors (15) und einen zweiten Motor in Form eines synchronisierten Induktionsmotors (4) oder eines Sychronmotors (17) aufweisen und die Last (1) über entsprechende Verbin-

dungseinrichtungen (2, 3), welche die Motoren (4, 15, 17) mit der Last (1) verbinden, synchron antreiben, wobei jeder der Wechselstrommotoren (4, 15, 17) entsprechende Phasenfeldwicklungen (10, 11, 12, 13) aufweist, die über separate Erregerschaltungen (20, 30, 40) variabel mit Gleichstrom versorgt werden,

daß eine der Erregerschaltungen (20) des ersten Motors (15) mit einer antiparallel geschalteten Thyristoranordnung (27, 28) versehen ist,

und daß eine Einrichtung (16, 55, 66) vorgesehen ist, die die Differenz zwischen den internen Phasenwinkeln der ersten und zweiten Motoren (4, 15, 17) mißt und Steuersignale für die Steuerelektroden der Thyristoranordnung (27, 28, 37, 38, 47, 48) der Erregerschaltungen (20, 30, 40) des ersten Motors (15) liefert. 20
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Abtasteinrichtung (16, 55, 66) einen Leistungsmeßfühler (55) aufweist, der an einen Spannungswandler (57, 58) und einen Stromwandler (56) angeschlossen ist, die an die Versorgungsleitung (8) der Wechselstrommotoren (4, 15) angeschlossen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet , daß die Abtasteinrichtung (16, 55, 66) einen Polstellungsmeßfühler (16, 66) aufweist, der einem Wechselstrommotor (4) zugeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet , daß die Erregerschaltungen (30, 40) mit Ausnahme der einen Erregerschaltung (20) des ersten Motors (15) mit Thyristoranordnungen (37, 38, 47, 48) ausgerüstet sind, die für eine variable Gleichstromerregung der zugeordneten Feldwicklungen (12, 13) ausgelegt sind.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet , daß die jeweiligen Erregerschaltungen (20, 30, 40) der jeweiligen Phasenfeldwicklungen (11, 12, 13) des ersten Motors (15) mit Thyristoranordnungen (27, 28, 37, 38, 47, 48) ausgerüstet sind, die für eine variable Wechselstromerregung der jeweiligen Phasenfeldwicklungen (11, 12, 13) des ersten Motors (15) sorgen.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungseinrichtung zur Verbindung der Wechselstrommotoren (4, 15) mit der gemeinsamen Last (1) eine Getriebeanordnung (2, 3) aufweisen.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungseinrichtung zur Verbindung der Wechselstrommotoren (15, 17) mit der gemeinsamen Last (1) pneumatische Kupplungseinrichtungen (18, 19) aufweisen. 35