DE3743221A1

DE3743221A1 - Method for operating a slipring-rotor machine of a shaft hoist system

Info

Publication number: DE3743221A1
Application number: DE19873743221
Authority: DE
Inventors: Karl-Wilhelm Dipl Ing Heier; Gerd Dipl Ing Thoennes; Stanislaw Dipl Ing Grzymala
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1987-12-19
Filing date: 1987-12-19
Publication date: 1989-07-06

Abstract

A slipring-rotor machine (1) of a shaft hoist system can be operated over a wide rotation speed range by means of a three-phase converter (3), whose voltage and frequency can be controlled, in order to move a conveyed load (13) upwards and downwards between various positions. A method is proposed with whose aid the conveyed load can also be held at rest in a desired position, without using a mechanical brake. To this end, at a stator voltage/stator frequency ratio (U/f) which is constant in comparison with rated operation, the three-phase converter is regulated down to low stator voltage and stator frequency values, in such a manner that the rotation speed (n) of the slipring-rotor machine (1) becomes zero, while still producing the required torque. The rotor winding (5) of the slipring-rotor machine (1) can be connected to rotor resistors (6) as a function of the torque (M) which needs to be applied at rest. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrei ben einer Schleifringläufermaschine einer Schachtförder anlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating ben a slip ring machine of a shaft conveyor System according to the preamble of claim 1.

Ein derartiges Verfahren zum Betreiben einer Schleif ringläufermaschine einer Schachtförderanlage ist aus dem DE-Gbm 87 07 426.5 bekannt. Dabei wird die Schleifring läufermaschine im Fahrbetrieb bei Drehzahlen vom 0,1-fa chen der Nenndrehzahl bis zur Nenndrehzahl bei konstan tem Spannungs/Frequenz-Verhältnis durch Frequenzsteue rung des Drehstrom-Umrichters betrieben. Das Anfahren bis zum 0,1-fachen der Nenndrehzahl erfolgt durch stu fenweises Abschalten der Anlaßwiderstände. Zum Bremsen wird das Drehfeld im Ständer des Motors in Bezug zur Drehrichtung des Motors geändert, so daß eine generato rische Energie-Rückspeisung erfolgt. Das Abbremsen vom 0,1-fachen der Nenndrehzahl bis zum Wert 0 erfolgt mittels einer mechanischen Bremse. Bei Stillstand wird ebenfalls die mechanische Bremse eingelegt.Such a method for operating a grinding ring rotor machine of a shaft conveyor system is from the DE-Gbm 87 07 426.5 known. The slip ring rotor machine in driving mode at speeds of 0.1-fa Chen from the nominal speed to the nominal speed at constant voltage / frequency ratio through frequency control tion of the three-phase converter operated. The start up to 0.1 times the nominal speed is done by stu shutdown of starting resistances. For braking the rotating field in the stator of the motor is related to Direction of rotation of the motor changed so that a generato energy recovery takes place. Braking from 0.1 times the nominal speed up to the value 0 by means of a mechanical brake. At standstill the mechanical brake is also engaged.

Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrun de, ein Verfahren zum Betreiben einer Schleifringläufer maschine einer Schachtförderanlage der eingangs genann ten Art anzugeben, mit dessen Hilfe eine Förderlast auch ohne Einsatz einer mechanischen Bremse in einer ge wünschten Position im Stillstand gehalten werden kann.On this basis, the invention is based on the object de, a method of operating a slip ring rotor machine of a shaft conveyor system of the beginning to specify the type with the help of which a conveying load is without using a mechanical brake in a ge desired position can be held at a standstill.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is done in conjunction with the characteristics of the Preamble according to the invention by the in the mark of the specified features solved.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins besondere darin, daß das Verfahren auch nachträglich bei bereits bestehenden Anlagen mit Schleifringläufer-För dermaschinen und Frequenzumrichtern angewendet werden kann. Der benötigte Geräteumfang und die Investitionsko sten sind relativ niedrig. Es wird ein explosionsge schützter Stillstandsbetrieb erzielt, da im Gegensatz zum Einsatz einer mechanischen Bremse eine Funkenbildung nicht auftritt. Gegebenenfalls kann auf eine mechanische Bremse völlig verzichtet werden.The advantages that can be achieved with the invention are special in that the method also in retrospect existing systems with slip ring conveyor machines and frequency converters are used can. The required scope of equipment and the investment are relatively low. It will be an explosion protected standstill operation achieved because in contrast spark formation when using a mechanical brake does not occur. If necessary, a mechanical Brake to be completely dispensed with.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch gekennzeichnet.An advantageous embodiment of the invention is in Subclaim marked.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.The invention is based on the in the drawing voltage illustrated embodiment explained.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 die prinzipielle Verschaltung der Schleifring läufermaschine einer Schachtförderanlage, Fig. 1 shows the basic connection of the slip ring rotor machine a shaft conveyor,

Fig. 2 die bekannten Moment/Schlupf- bzw. Moment/- Drehzahl-Kennlinien einer Schleifringläufer maschine, Figure 2 shows the known torque / slip or torque / - speed characteristics of a machine slipring.

Fig. 3 die Moment/Drehzahl-Kennlinien beim erfin dungsgemäßen Verfahren, Fig. 3, the torque / speed characteristics during OF INVENTION to the invention method,

Fig. 4 eine vereinfachte Regeleinrichtung für den Drehstrom-Umrichter. Fig. 4 shows a simplified control device for the three-phase converter.

In Fig. 1 ist die prinzipielle Verschaltung der Schleif ringläufermaschine einer Schachtförderanlage darge stellt. Es ist eine Schleifringläufermaschine 1 zu er kennen, deren Statorwicklung 2 über einen Drehstrom-Um richter 3 aus einem Drehstromnetz 4 gespeist wird. Der Umrichter 3 ist in Spannung und Frequenz regelbar. Die Rotorwicklung 5 der Schleifringläufermaschine 1 ist mit gestaffelt zuschaltbaren Läuferwiderständen 6, 7 be schaltbar. Die Läuferwiderstände am "Ende" der Wider stands-Reihenschaltung sind miteinander verbunden. Es ist auch möglich, die Klemmen der Rotorwicklung 9 mit tels eines Kurzschlußschützes 8 direkt und ohne Zwi schenschalten ohmscher Widerstände miteinander zu ver binden. Zur Überbrückung der Läuferwiderstände 6 ist ein Überbrückungsschütz 9 vorgesehen. Es sind weitere, hier nicht gezeigte Läuferwiderstände vorhanden, die jeweils mittels eigener zugeordneter Überbrückungsschütze kurz schließbar sind. Auf diese Weise kann die Rotorwicklung 5 stufenweise mit unterschiedlicher ohmscher Belastung beschaltet werden.In Fig. 1 the basic circuit of the slip ring machine of a hoist is Darge. It is to know a slip ring machine 1 , the stator winding 2 of which is fed via a three-phase converter 3 from a three-phase network 4 . The converter 3 can be regulated in voltage and frequency. The rotor winding 5 of the slip ring machine 1 is switchable with staggered rotor resistors 6 , 7 be switchable. The rotor resistors at the "end" of the resistance series connection are connected to each other. It is also possible to connect the terminals of the rotor winding 9 with means of a short-circuit contactor 8 directly and without intervening ohmic resistors. A bypass contactor 9 is provided to bypass the rotor resistors 6 . There are further rotor resistors, not shown here, which can each be short-circuited by means of their own assigned bypass contactors. In this way, the rotor winding 5 can be connected in stages with different ohmic loads.

Zur Ansteuerung des Umrichters 3, d.h. zur Einstellung der Ständerspannung U und der Ständerfrequenz f für die Schleifringläufermaschine 1 und darüberhinaus zur An steuerung der Überbrückungsschütze 9 und des Kurzschluß schützes 8 ist eine Regel- und Steuereinrichtung inklu sive Zündimpulserzeuger 10 vorgesehen. Diese Einrichtung 10 empfängt unter anderem eingangsseitig externe Befehle B (z.B. "Aufwärtsfahren", "Abwärtsfahren", "Stillstand", Geschwindigkeitsvorgabe usw.) sowie über eine Tachoma schine 11 die Drehzahl n der Schleifringläufermaschine 1. Ausgangsseitig gibt die Einrichtung 10 Zündimpulse Z an den Umrichter 3 sowie entsprechende Ansteuersignale an die Schütze 8, 9 ab.To control the converter 3 , that is, to adjust the stator voltage U and the stator frequency f for the slip ring machine 1 and also to control the bypass contactors 9 and the short-circuit protector 8 , a regulating and control device including an ignition pulse generator 10 is provided. This device 10 receives, inter alia, external commands B on the input side (for example "upward travel", "downward travel", "standstill", speed specification, etc.) and, via a tachometer machine 11, the speed n of the slip ring machine 1. On the output side, the device gives 10 ignition pulses Z to the Converter 3 and the corresponding control signals to the contactors 8 , 9 .

Die Schleifringläufermaschine 1 ist über eine Welle mit einer Treibscheibe 12 gekoppelt. Die Treibscheibe 12 bewegt über ein Seil einen Förderkorb 13 in Aufwärts- oder Abwärtsrichtung zwischen verschiedenen Schachtöff nungen der Schachtförderanlage (Be- und Entladen von Material).The slip ring machine 1 is coupled to a traction sheave 12 via a shaft. The traction sheave 12 moves a conveyor cage 13 in an upward or downward direction between different shaft openings of the shaft conveyor system (loading and unloading of material) via a rope.

Durch geeignete Ansteuerung des Umrichters 3 der Schachtförderanlage gelingt es, den beladenen oder unbe ladenen Förderkorb 13 allein durch das von der Schleif ringläufermaschine 1 aufzubringende Drehmoment in einer bestimmten gewünschten Position (Schachtöffnung) im Stillstand zu halten. Eine mechanische Bremse muß hierzu nicht eingeschaltet werden. Zur Erläuterung des ange wandten Verfahrens sind in Fig. 2 zunächst die bekannten Moment/Schlupf- bzw. Moment/Drehzahl-Kennlinien einer Schleifringläufermaschine dargestellt (M=Moment, n=Drehzahl, s=Schlupf, s=(nsyn-n)/nsyn, nsyn = synchrone Drehzahl). Es sind drei Kennlinien I, II, III zu erkennen, wobei Kennlinie I z.B. für eine kurzgeschlossene Rotorwicklung 5 (Kurzschlußschütz 8 geschlossen, Kennlinie II für eine mit geringer ohmscher Belastung beschaltete Rotorwicklung 5 (Überbrückungs schütz 9 geschlossen, Kurzschlußschütz 8 geöffnet, Läu ferwiderstände 6 im Rotorwicklungskreis) und Kennlinie III für eine mit hoher ohmscher Belastung beschaltete Rotorwicklung (Überbrückungsschütz 9 und Kurzschluß schütz 8 geöffnet, Läuferwiderstände 6 und 7 im Rotor wicklungskreis) gültig sind. By suitable control of the converter 3 of the shaft conveyor system it is possible to keep the loaded or unloaded conveyor cage 13 at a standstill in a certain desired position (shaft opening) solely by the torque to be applied by the slip ring machine 1 . A mechanical brake does not have to be switched on for this. To explain the method used, the known torque / slip or torque / speed characteristics of a slip ring machine are first shown in FIG. 2 ( M = torque, n = speed, s = slip, s = (nsyn-n) / nsyn , nsyn = synchronous speed). Three characteristic curves I, II, III can be seen, with characteristic curve I, for example, for a short-circuited rotor winding 5 (short-circuit contactor 8 closed, characteristic curve II for a rotor winding 5 connected with a low ohmic load (bypass contactor 9 closed, short-circuit contactor 8 open, rotor resistors 6 in the rotor winding circuit) and characteristic curve III for a rotor winding connected with a high ohmic load (bypass contactor 9 and short circuit contactor 8 open, rotor resistances 6 and 7 in the rotor winding circuit) are valid.

Das Kippmoment Mkip der Schleifringläufermaschine weist für die drei Kennlinien I, II, III den gleichen Amplitu denwert auf, tritt jedoch bei unterschiedlicher Drehzahl n bzw. unterschiedlichem Schlupf s auf (mit steigender ohmscher Belastung im Rotorkreis sinkt die Drehzahl n bzw. steigt der Schlupf s, bei der das Kippmoment auf tritt). Die Anzugsmomente Man I, Man II, Man III bei ste hender Maschine 1 (s=1, n=0) sind unterschiedlich hoch, und zwar steigt das Anzugsmoment mit steigender ohmscher Belastung im Rotorkreis. Bei Schnitt der Kenn linien I, II, III mit einem vorgegebenen, durch die Last im Förderkorb bestimmten Lastmoment ML ergeben sich drei Arbeitspunkte A I, A II, A III bei jeweils unterschiedli cher Arbeitsdrehzahl, und zwar sinkt die Arbeitsdrehzahl mit steigender ohmscher Belastung des Rotorkreises.The tilting moment Mkip of the slip ring machine has the same amplitude value for the three characteristic curves I, II, III, but occurs at different speed n or different slip s (with increasing ohmic load in the rotor circuit, the speed n decreases or the slip s increases at which the overturning moment occurs). The tightening torques Man I, Man II, Man III with the machine 1 standing ( s = 1, n = 0) are different, namely that the tightening torque increases with increasing ohmic load in the rotor circuit. When intersecting the characteristic lines I, II, III with a predetermined load moment ML determined by the load in the conveyor cage, there are three working points A I, A II, A III at different working speeds, and the working speed decreases with increasing ohmic load on the Rotor circle.

In Fig. 3 sind die Moment/Drehzahl-Kennlinien beim er findungsgemäßen Verfahren dargestellt. Es sind drei Kennlinien IV, V, VI zu erkennen, wobei Kennnlinie IV z.B. für eine kurzgeschlossene Rotorwicklung 5 (Kurz schlußschütz 8 geschlossen), Kennlinie V für eine mit geringer ohmscher Belastung beschaltete Rotorwicklung 5 (Überbrückungsschütz 9 geschlossen, Kurzschlußschütz 8 geöffnet, Läuferwiderstand 6 im Rotorwicklungskreis) und Kennlinie VI für eine mit hoher ohmscher Belastung be schaltete Rotorwicklung 5 (Überbrückungsschütz 9 und Kurzschlußschütz 8 geöffnet, Läuferwiderstände 6 und 7 im Rotorwicklungskreis) gültig sind.In Fig. 3, the torque / speed characteristics are shown in the inventive method. Three characteristic curves IV, V, VI can be seen, characteristic curve IV for a short-circuited rotor winding 5 (short-circuit contactor 8 closed), characteristic curve V for a rotor winding 5 connected with low ohmic load (bypass contactor 9 closed, short-circuit contactor 8 open, rotor resistance 6 in the rotor winding circuit) and characteristic curve VI for a high ohmic load switched rotor winding 5 (bypass contactor 9 and short-circuit contactor 8 open, rotor resistors 6 and 7 in the rotor winding circuit) are valid.

Eine dieser Kennlinien wird in Abhängigkeit des im Stillstand (n=0) der Schleifringläufermaschine (1) auftretenden Lastmomentes ML ausgewählt, indem die Re gel- und Steuereinrichtung 10 die entsprechenden Schütze 8, 9 zur Beschaltung des Rotorwicklungskreises an steuert. Bei einem geringen Lastmoment ML VI wird z.B. die Kennlinie VI durch Öffnen aller Schütze 8, 9 ange wählt. Es ergibt sich ein Arbeitspunkt A VI exakt bei der Drehzahl n=0. Bei einem mittleren Lastmoment MV wird z.B. die Kennlinie V durch Öffnen des Schützes 8 und Schließen des Schützes 9 angewählt, wodurch sich ein Arbeitspunkt A V bei n=0 ergibt. Bei einem hohen Last moment M IV wird z.B. die Kennlinie IV durch Schließen des Schützes 8 angewählt. Es ergibt sich ein Arbeits punkt A IV bei n=0.One of these characteristic curves is selected as a function of the load torque ML occurring when the slip ring machine ( 1 ) is at a standstill ( n = 0) by the control and control device 10 controlling the corresponding contactors 8 , 9 for connecting the rotor winding circuit. At a low load torque ML VI, for example, the characteristic curve VI is selected by opening all contactors 8 , 9 . A working point A VI results exactly at the speed n = 0. With a medium load torque MV , for example, the characteristic curve V is selected by opening the contactor 8 and closing the contactor 9 , which results in an operating point A V at n = 0. At a high load moment M IV, for example, the characteristic curve IV is selected by closing the contactor 8 . A working point A IV results when n = 0.

Die Kennlinien gemäß Fig. 3 ergeben sich aus den bekann ten Kennlinien gemäß Fig. 2, wenn der Umrichter 3 bei im Vergleich zum Nennbetrieb konstant gehaltenem Span nungs/Frequenz-Verhältnis U/f auf sehr niedrige Ständer spannungs- bzw. Ständerfrequenzwerte herabgeregelt wird. Beträgt die Ständerspannung U z.B. 500 V und die Ständer frequenz f z.B. 50 Hz bei Nennbetrieb, so wird die Stän derspannung U zur Aufbringung des Lastmomentes im Still stand z.B. auf 15 V und die Ständerfrequenz f z.B. auf 1,5Hz herabgesetzt. Das Spannungs/Frequenz-Verhältnis U/F=500 V/50 Hz=15 V/1,5 Hz bleibt dabei konstant. Die erwähnte niedrige Ständerfrequenz f=1,5 Hz entspricht z.B. einem Schlupf von 3% der Nenn-Ständerfrequenz.The characteristic curves according to FIG. 3 result from the known characteristic curves according to FIG. 2 when the converter 3 is regulated down to very low stator voltage or stator frequency values while the voltage / frequency ratio U / f is kept constant in comparison to the nominal operation. If the stator voltage U is, for example, 500 V and the stator frequency f is, for example, 50 Hz during rated operation, the stator voltage U for applying the load torque is at a standstill, for example, to 15 V and the stator frequency f, for example, to 1.5 Hz. The voltage / frequency ratio U / F = 500 V / 50 Hz = 15 V / 1.5 Hz remains constant. The mentioned low stator frequency f = 1.5 Hz corresponds, for example, to a slip of 3% of the nominal stator frequency.

Der vom Umrichter 3 in die Statorwicklung 2 der Schleif ringläufermaschine 1 eingespeiste Strom ist von der Last, d.h. vom aufzubringenden Lastmoment im Stillstand abhängig und ist z.B. im Bereich 5 bis 500 A variabel. Die Kontrolle der Drehzahl n=0 erfolgt durch die Ein richtung 10, d.h. bei Auftreten einer positiven bzw. negativen Drehzahl n≠0 werden Ständerfrequenz f und Ständerspannung U entsprechend herabgesetzt bzw. herauf gesetzt (bei U/f=konstant), bis der Zustand n=0 exakt erreicht ist. Bei einer Änderung der Ständerfre quenz f und Ständerspannung U wird jeweils die zur Ordi nate parallele "n=0-Achse" (gestrichelt in Fig. 3 dargestellt) nach rechts bzw. nach links verschoben. Die Arbeitspunkte A IV....A VI "wandern" dabei jeweils auf den Kennlinien IV...VI.The current fed by the converter 3 into the stator winding 2 of the slip ring machine 1 is dependent on the load, ie on the load torque to be applied at standstill and is variable, for example, in the range 5 to 500 A. The speed n = 0 is checked by a device 10 , ie when a positive or negative speed n ≠ 0 occurs, stator frequency f and stator voltage U are correspondingly reduced or increased (at U / f = constant) until the state n = 0 is reached exactly. When the stator frequency f and stator voltage U change , the "n = 0-axis" parallel to the ordinate (shown in broken lines in FIG. 3) is shifted to the right or to the left. The working points A IV .... A VI "wander" in each case on the characteristic curves IV ... VI.

In Fig. 4 ist eine vereinfachte Regeleinrichtung für den Drehstrom-Umrichter 3 dargestellt. Diese Regeleinrich tung ist Teil der Regel- und Steuereinrichtung 10. Beim dargestellten Drehstrom-Umrichter 3 handelt es sich um einen Umrichter mit eingeprägtem Strom im Zwischenkreis, d.h. der Drehstrom-Umrichter 3 besteht aus einem mit dem Drehstromnetz 4 verbundenen Netz-Gleichrichter, einem Zwischenkreis 16 und einem selbstgeführten Wechselrich ter 15 zur Speisung der Schleifringläufermaschine 1.In FIG. 4 is a simplified control device for the three-phase inverter 3 is shown. This Regeleinrich device is part of the regulation and control device 10 . The three-phase converter 3 shown is a converter with impressed current in the intermediate circuit, that is, the three-phase converter 3 consists of a mains rectifier connected to the three-phase network 4 , an intermediate circuit 16 and a self-commutated inverter 15 for supplying the slip ring machine 1 .

Es ist ein Drehzahlregler 17 vorgesehen, dem eingangs seitig über eine Vergleichsstelle die Differenz zwischen der von der Tachomaschine 11 ermittelten Drehzahl n und einem vorgegebenen Drehzahl-Sollwert n _soll zugeleitet wird. Der Drehzahlregler 17 gibt ausgangsseitig einen Ständerspannungssollwert U _soll an eine Vergleichsstelle 19 und an einen Spannungs/Frequenz-Umsetzer 20 ab. Der Spannungs/Frequenz-Umsetzer 20 gibt ausgangsseitig einen Ständerfrequenz-Sollwert f _soll an eine Ansteuereinrich tung 21 für den Wechselrichter 15 ab.A speed controller 17 is provided, to the input of which the difference between the speed n determined by the tachometer machine 11 and a predetermined speed setpoint n target _is fed via a comparison point. On the output side, the speed controller 17 outputs a stator voltage setpoint U _soll to a comparison point 19 and to a voltage / frequency converter 20 . The voltage / frequency converter 20 outputs the output side a stator frequency command value f _to device 21 for the inverter 15 from a Ansteuereinrich.

Die Vergleichsstelle 19 bildet die Differenz zwischen U _soll und der erfaßten Ständerspannung U und leitet die se einem Spannungsregler 22 zu. Der Spannungsregler 22 gibt ausgangsseitig einen Ständerstrom-Sollwert I _soll an eine Vergleichsstelle 23 ab. Die Vergleichsstelle 23 bildet die Differenz zwischen I _soll und dem erfaßten Ständerstrom I und führt diese einem Stromregler 24 zu. Das Ausgangssignal des Stromreglers 24 liegt einer An steuereinrichtung 25 zur Ansteuerung des Netz-Gleich richters 14 an.The comparison point 19 forms the difference between U _soll and the detected stator voltage U and passes this to a voltage regulator 22 . The voltage regulator 22 provides the output side a stator current set point I _want from a junction 23rd The comparison point 23 forms the difference between I _soll and the detected stator current I and feeds it to a current regulator 24 . The output signal of the current regulator 24 is applied to a control device 25 for controlling the rectifier 14 .

Claims

1. A method of operating a slip ring machine of a shaft conveyor system by means of a three-phase converter which can be regulated in voltage and frequency, characterized in that the three-phase converter has a stator voltage / stator frequency ratio ( U / f ) which is constant compared to the rated operation at such a low ge Stator voltage or stator frequency values is regulated down so that a speed ( n ) of zero of the slip ring machine results when the required torque is applied.

2. The method according to claim 1, characterized in that the rotor winding ( 5 ) of the slip ring machine ( 1 ) depending on the torque to be applied at standstill ( M ) with rotor resistors ( 6 ) be switched.