DE3714627A1

DE3714627A1 - Leistungselektronischer antrieb fuer zentrifugalseparatoren

Info

Publication number: DE3714627A1
Application number: DE19873714627
Authority: DE
Inventors: Reinhard Thuermer
Original assignee: Nagema VEB
Current assignee: MASCHINENFABRIK KYFFHAEUSERHUETTE ARTERN GMBH, O-4
Priority date: 1986-05-14
Filing date: 1987-05-02
Publication date: 1987-11-19
Also published as: DK242387D0; SE8701986D0; PL265672A1; DK242387A; SE8701986L; DD248968A1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen leistungselektronischen Antrieb für Zentrifugalseparatoren für vorzugsweise größere Leistungen, bei denen der Motor direkt mit der Spindel des Zentrifugalsepa rators verbunden ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind die unterschiedlichsten Ausführungen von Direkt antrieben für Zentrifugalseparatoren, bei denen die allgemein gebräuchlichen Getriebe und Kupplungen entfallen und die Dreh momentenübertragung vom Motor direkt auf die Antriebsspindel des Zentrifugalseparators bzw. direkt auf die Zentrifugentrom mel erfolgt.

Insbesondere wurde ein Antrieb für Zentrifugalseparatoren be kannt, bei dem ein Spezialmotor unterhalb der Separatorentrom mel eingebaut ist. Auf der Motorwelle befinden sich zwei Ro toren, ein ferromagnetischer für den Anlauf und ein normaler Kurzschlußläufer für den Dauerbetrieb. Die Statorwicklung wird durch einen speziellen Mechanismus über den jeweiligen Rotor geschoben.

Der Nachteil dieses Antriebs resultiert daraus, daß für Induk tionsmotoren geringe Toleranzen erforderlich sind und diese notwendigen Genauigkeiten bedeuten bei der Übertragung der er forderlichen Kräfte eine aufwendige Spezialausführung. Sowohl eine höhere Drehzahl, wie sie gewöhnlich für Zentrifugalsepa ratoren üblich ist, als auch eine Veränderung der Betriebsdreh zahl entsprechend des technologischen Prozeßablaufes des Zentri fugalseparators ist bei normalem Netzbetrieb nicht zu erreichen.

Bei weiteren bekannten Direktantrieben von Zentrifugalsepara toren erfolgt der Antrieb über die Trommelspindel mittels Spe zialantriebsmaschinen, die nur für den stationären Betrieb bei Nenndrehzahl geeignet sind und einen Spezialmotor erfordern. Dieser Spezialmotor ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine Hohlwelle, in der die Trommelspindel geführt und gelagert wird. Hohlwelle und Trommelspindel sind formschlüssig so ver bunden, daß die Kraftübertragung einschließlich der dynamischen Bewegungen der Trommel gewährleistet sind. Die dazu erforder liche spezielle Verzahnung ist erhöht beansprucht und Verschleiß behaftet. Stator und Rotorwicklung sind eine Spezialausführung, da sie der Konfiguration der Hohlwelle und Gehäuseform sowie den magnetischen und thermischen Besonderheiten entsprechen müssen. Bei dieser Antriebsart wird eine erhöhte Drehzahl über eine höhere Frequenz erreicht. In diesem Fall treten jedoch beim Anlauf schwer zu beherrschende Erwärmungen auf. Weiterhin wirkt sich nachteilig aus, daß eine Veränderung der Arbeitsdreh zahl des Zentrifugalseparators entsprechend des technologischen Prozeßablaufes nicht möglich ist. Die neuesten technologischen Erkenntnisse fordern jedoch eine genaue Regelbarkeit der Dreh zahl der Zentrifugentrommel zum Zwecke der Stoff und Stoffmengen bezogenen Optimierung des Trennprozesses. Diese starren Arbeits drehzahlen beinhalten die gleichen technologischen Nachteile wie sie die bisher allgemein gebräuchlichen Antriebe mit Ge triebe und Kupplung aufweisen. Ebenfalls nachteilig wirkt sich die Abschaltung des Zentrifugalseparators aus, die bei dieser Antriebsvariante zu zusätzlichen kritischen Schwingungsreso nanzen führt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen leistungselektro nischen Antrieb für Zentrifugalseparatoren zu entwickeln, mit dem ein Direktantrieb der Trommelspindel derart ermöglicht wird, daß bei Gewährleistung einer während der Anfahr-, der Betriebs- und der Abbremsphase variabel einstellbaren optimalen Drehzahl, durch Einsatz von Serienmotoren die Betriebs- und die Herstel lungskosten bei einem optimalen Masse-Leistungsverhalten gering gehalten werden, wobei gleichzeitig ein wartungsfreier Dauer betrieb mit geringsten Verlustenergien gewährleistet wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen leistungselek tronischen Antrieb für Zentrifugalseparatoren zu schaffen, bei dem ein serienmäßig gefertigter Antriebsmotor so gesteuert und geregelt wird, daß jede technologisch bedingte Arbeitsdrehzahl außerhalb kritischer Drehzahlbereiche in dem Bereich von 1000 bis 6000 min^-1 realisiert wird und gleichzeitig der Anlauf und der Bremsvorgang ohne zusätzliches Umschalten am Motor in einer vertretbaren Anlaufs- bzw. Bremszeit ohne Überschreitung der thermischen und dynamischen Motorparameter erfolgt.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß mittels eines bekannten Frequenzumrichters, bestehend aus einer ungesteuer ten Drehstrombrücke und eines mit Thyristoren aufgebauten mehr pulsigen rechnergestützt arbeitenden Drehstromwechselrichters, der Antrieb, die Steuerung und die Regelung eines standardmäßig ausgeführten Induktionsmotors, vorzugsweise eines Drehstromkurz schlußläufermotors erfolgt, und mittels des Frequenzumrichters in Abhängigkeit der Prozeßparameter die entsprechende Separa torendrehzahl eingestellt wird.

Die Verwendung eines bekannten leistungselektronischen Dreh strom-Frequenzumrichters ermöglicht den Einsatz eines standard mäßig ausgeführten Induktionsmotors, vorzugsweise eines zwei poligen Kurzschlußläufermotors für den Direktantrieb.

Äquivalent dazu kann auch erfindungsgemäß der Einbau von Teilen des gleichen standardmäßig ausgeführten Drehstromkurzschluß läufermotors in einem Zentrifugalseparator erfolgen, wobei in diesem Fall der wicklungslose Rotor und die Statordrehstrom wicklung zwischen dem Hals- und dem Fußlager der Separatoren spindel angeordnet sind. Bei der Anfahr-, Betriebs- und Abbrems phase wird entsprechend dem in den rechnergestützt arbeitenden Drehstromfrequenzumrichter eingegebenem Programm dem Induktions motor, vorzugsweise dem Drehstromkurzschlußläufermotor, die je weils erforderliche Drehzahl zugeordnet, so daß während des ge samten Betriebes des Zentrifugalseparators keine Veränderung an der Separiereinrichtung bzw. keine Umschaltung am Motor, unab hängig von dem zu separierenden Gut bzw. von den Separiermengen erfolgt, da immer die jeweilige erforderliche Drehzahl ge fahren wird. Bei der Separierung von Stoffen, bei denen die separierten Phasen genau vorher bestimmte immer gleichbleibende Parameter aufweisen müssen, werden erfindungsgemäß Sensoren in der Ableitung der Zentrifugalseparatoren angeordnet, die die Parameter des bearbeiteten Gutes erfassen und diese zu einer zugeordneten als Regler arbeitenden Bewertungseinheit melden und nach Bewertung ein Steuersignal mittels einer Ansteuerein richtung an den Frequenzumrichter melden. Dieser Regelkreis er möglicht durch ständiges Erfassen der Parameter des separierten Gutes mittels Sensoren und den ständigen Vergleich mit dem Sollwert eine sofortige Wiedereinstellung auf den Sollwert bei Abweichung durch Änderung der Drehzahl der Separatorentrommel durch den Frequenzumrichter, so daß eine Feineinstellung der Separatorendrehzahl und somit eine Regelung des Separierpro zesses in Abhängigkeit von der Qualität des Separiergutes er folgt. Bei Separatoren größerer Bauart kann in der Bremsphase die hohe kinetische Energie der schnelldrehenden Separatoren trommel in Form von Wärmeenergie dadurch zurückgewonnen werden, daß erfindungsgemäß diese kinetische Energie der Separatoren trommel durch den Induktionsmotor, der generatorisch als Asyn chrongenerator arbeitet, in elektrische Energie umgewandelt wird und diese über den Frequenzumrichter einem zugeordneten elektrischen Nutzwiderstand zur weiteren Verwendung zugeführt wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden.

Die Zeichnung stellt schematisch einen Zentrifugalseparator 1 mit der Separatortrommel 2, die auf der Separatorenspindel 3 aufsitzt und von dieser geführt wird, dar. Die Separatoren spindel 3 wird im Halslager 4 und im Fußlager 5 gelagert. An die Separatorenspindel 3 ist ein standardmäßig ausgeführter Induktionsmotor 6, vorzugsweise ein zweipoliger Drehstromkurz schlußläufermotor für 50 Hz, direkt angeschlossen. Erfindungs gemäß können auch die Teile des standardgemäß hergestellten Induktionsmotors, d. h. der wicklungslose Rotor und die Sta tordrehstromwicklung zwischen dem Halslager 4 und dem Fußlager 5 der vertikalen Separatorenspindel 3 angeordnet werden. Diese Ausführung ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Der Dreh stromkurzschlußläufermotor 6 wird mittels eines an sich bekann ten leistungselektronischen Frequenzumrichters 7 gesteuert. Der Frequenzumrichter 7 ist mit einer Ansteuereinheit 10 so verbun den, daß eine der Ansteuereinheit 10 vorgeschaltete Bewertungs einrichtung 9, an welche Sensoren 8 zur Prozeßgrößenermittlung im Ablauf des Zentrifugalseparators 1 angeschlossen sind, auf den Frequenzumrichter 7 einwirkt. Beim Anfahren des Zentrifugal separators 1 wird entsprechend dem eingegebenen Programm vom Frequenzumrichter 7 eine Frequenz erzeugt, durch die der er forderliche Schlupf in der Höhe entsteht, so daß stets das gleiche Motormoment bei optimalem Verhältnis zwischen Frequenz, Drehzahl, Strom, Spannung und Verlustleistung gebildet wird. Nach Erreichen der vorprogrammierten Nennfrequenz und damit der entsprechenden asynchronen Drehzahl ist der Anlauf des Zentrifugalseparators 1 abgeschlossen. Analog verläuft auch die Betriebs- und die Bremsphase des Zentrifugalseparators 1. Dabei ermöglicht die Regelbarkeit des Frequenzumrichters eine Regelbarkeit der Drehzahl und damit des Durchsatzes und der Trennschärfe. Für technologisch bedingte Betriebsarten, wie der Betrieb mit Reinigungsmittel oder Verfahrensänderungen, kann jede beliebige Drehzahl zwischen Null und maximaler Dreh zahl gefahren werden. Bei der Separierung von Stoffen, bei denen die separierten Phasen genau vorher bestimmte immer gleichbleibende Parameter aufweisen, z. B. beim Separieren von Rohmilch im Rahm und entrahmter Milch mit konstantem vor her bestimmten Fettgehalt, wird der erforderliche Fettgehalt der Milch in die Bewertungseinheit 9 als Sollwert eingegeben. Die Sensoren 8, die in der Ableitung des Zentrifugalseparators 1 angeordnet sind, erfassen den Istwert und melden diesen der Bewertungseinrichtung 9, die im Vergleich zwischen Ist- und Sollwert die Abweichung feststellt. Die Ausgangssignale der Bewertungseinrichtung 9 sind so bemessen, daß entsprechend der Betriebsphase diese mittels der Ansteuereinheit 10 so in den Frequenzumrichter 7 eingegeben werden, daß die Frequenz des Frequenzumrichters 7 und somit die Drehzahl vom Motor 6 und der Separatorentrommel 2 so verändert wird, daß infolge der Drehzahländerung der Trenneffekt derart beeinflußt wird, daß die Parameter des Sollwertes mit dem separierten Gut er reicht werden. Bei Bedarf kann während der Bremsphase die hohe kinetische Energie der schnelldrehenden Separatorentrommel 2 wieder genutzt werden, indem analog des Hochlaufs, aber mit negativem Schlupf, der Motor 6 mit einer Spannung und einer damit verbundenen Frequenz so beaufschlagt wird, daß sich ein asynchrones generatorisches Betriebsverhalten einstellt und somit die Drehzahl der Separatorentrommel durch ein konstantes Bremsmoment ständig verringert wird bis zum Stillstand. Die in folge der generatorischen Bremsphase aus kinetischer Energie umgewandelte Elektroenergie wird über den Frequenzumrichter 7 in einen Lastwiderstand 11 eingespeist. Die hier entstehende Wärmeenergie kann dann der weiteren Nutzung zugeführt werden.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch den Einsatz eines Frequenzumrichters 7 es ermöglicht wird, beim Antrieb von Zentrifugalseparatoren einen serienmäßigen Induktionsmotor, vor zugsweise einen zweipoligen Drehstromkurzschlußläufermotor zu verwenden bei gleichzeitigem Wegfall von Kupplung und Getriebe. Die Vorteile eines wartungsarmen Drehstromkurzschlußläufermotors mit Oberflächenbelüftung mit seinem hohen Wirkungsgrad, dreh zahlstabilem Nebenschlußverhalten und für Elektromotoren besten Masse-Leistungsverhältnis, welches über der Nenndrehzahl noch wesentlich verbessert wird, kann somit genutzt werden.

Ein wesentlicher Vorteil ergibt sich daraus, daß mit der er findungsgemäßen Lösung der bisher problematische Anlaufvorgang frequenzgeführt und ohne mechanische oder elektrische Überbe lastung beim Nennschlupf durchgeführt wird. Für den Dauerbe trieb, also für das Fahren mit Produkt, ist infolge der Regel barkeit des Frequenzumrichters eine Optimierung der Drehzahl in bezug auf Durchsatz und Trennschärfe möglich.

Für technologisch bedingte Betriebsarten, wie Betrieb mit Reinigungsmitteln oder Verfahrensänderung, kann jede belie bige Drehzahl zwischen Null und der maximalen möglichen Dreh zahl gefahren werden, ohne wesentliche Verringerung der Nenn leistung. Dabei werden kritische Drehzahlen planmäßig vermie den. Ebenso kann der Bremsvorgang generatorisch bei negativem Schlupf frequenzgeführt mit etwa gleichbleibenden Bremsmoment durchgeführt werden. Hierzu ist keine Umschaltung am Motor er forderlich. Damit kann während der Abbremsphase eine Rückge winnung der in der Trommel gespeicherten kinetischen Energie erfolgen und als Wärmeenergie der weiteren Nutzung zugeführt werden.

Aufstellung
der verwendeten Bezugszeichen der Erfindung "Leistungselektro nischer Antrieb für Zentrifugalseparatoren"
1 Zentrifugalseparator
2 Separatorentrommel
3 Separatorenspindel
4 Lager der Separatorenspindel 3 5 Lager der Separatorenspindel 3
6 Induktionsmotor, vorzugsweise Drehstromkurzschlußläufermotor
7 Frequenzumrichter
8 Sensoren
9 Bewertungseinrichtung
10 Ansteuereinheit
11 Lastwiderstand

Claims

1. Leistungselektronischer Antrieb für Zentrifugalseparatoren für vorzugsweise größerer Leistungen, bei denen der Motor direkt mit der Spindel des Zentrifugalseparators verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines bekannten Frequenzumrichters (7), bestehend aus einer ungesteuerten Drehstrombrücke und eines mit Thyristoren aufgebauten mehrpulsigen, rechnergestützt arbei tenden Drehstromwechselrichters, der Antrieb, die Steuerung und die Regelung eines standardmäßig ausgeführten Induktionsmotors, vorzugsweise eines Drehstromkurzschlußläufermotors (6) erfolgt und mittels des Frequenzumrichters (7) in Abhängigkeit der Pro zeßparameter die entsprechende Separatorendrehzahl eingestellt wird.

2. Leistungselektronischer Antrieb für Zentrifugalseparatoren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des standard mäßig hergestellten Induktionsmotors (6) als Einbaumotor in den Zentrifugalseparator so eingebaut sind, daß der wicklungslose Rotor und die Statordrehstromwicklung zwischen den Lagern (4) und (6) der Separatorenspindel (3) angeordnet sind.

3. Leistungselektronischer Antrieb für Zentrifugalseparatoren nach den Punkten 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren (8) in der Ableitung der Zentrifugalseparatoren angeordnet sind, die die Parameter des bearbeiteten Gutes erfassen und diese zu einer zugeordneten als Rechner arbeitenden Bewertungseinheit (9) melden, und nach Bewertung ein Steuersignal mittels einer An steuereinrichtung (10) an den Frequenzumrichter (7) gemeldet wird.

4. Leistungselektronischer Antrieb für Zentrifugalseparatoren nach den Punkten 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Bremsphase auftretende kinetische Energie der Separatorentrom mel (2) durch den Induktionsmotor (6), der generatorisch als Asynchrongenerator arbeitet, erzeugte elektrische Energie über den Frequenzumrichter (7) einem zugeordneten elektrischen Nutz widerstand (11) zur weiteren Verwendung zugeführt wird.