DE684363C

DE684363C - Speed-adjustable electric drive for work machines, for example centrifugal machines, an explosives company or other fire-endangered companies

Info

Publication number: DE684363C
Application number: DES127131D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Armin Ballauf
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1937-05-05
Filing date: 1937-05-05
Publication date: 1939-11-27

Description

Drehzahlregelbarer Elektroantrieb für Arbeitsmaschinen, beispielsweise Schleudermaschinen, eines Sprengstoffbetriebes oder anderer feuergefährdeter Betriebe Der Verwendung elektromotorischer Antriebe in Sprengstoffbetrieben und anderen feuergefährdeten Räumen stehen durchweg außerordentlich große, häufig sogar unüberwindlich große Schwierigkeiten entgegen. Eine große Gefahr liegt beispielsweise in der Funkenbildung der elektrischen Motoren und Schaltgeräte, die leicht zur Entzündung des feuergefährlichen Arbeitsgutes oder irgendwelcher vom Arbeitsgut erzeugter Gase und Dämpfe führen können. Eine andere oft unterschätzte Gefahr ist die Wärmebildung des Motors; denn viele Sprengstoffe u. dgl. entzünden sich schon allein durch Erwärmung beim Überschreiten einer bestimmten Höchsttemperatur, beispielsweise schon bei Temperaturen über 5o° C.Speed-adjustable electric drive for work machines, for example Centrifugal machines, an explosives company or other fire-endangered company The use of electric motor drives in explosives plants and other fire-endangered Rooms consist of extraordinarily large, often even insurmountably large Difficulties. There is a great danger, for example, in the formation of sparks of electric motors and switchgear that easily ignite the flammable Work goods or any gases and vapors generated by the work goods can. Another danger that is often underestimated is the build-up of heat from the engine; because many explosives and the like ignite simply by being heated when they are exceeded a certain maximum temperature, for example at temperatures above 5o ° C.

Besonders treten diese Gefahren bei drehzahlregelbaren Elektroantrieben von Arbeitsmaschinen leicht auf, da einerseits die zur Drehzahlregelung verwendeten Schaltgeräte vielfach leicht Funken bilden können und andererseits die beim Beschleunigen und auch beim elektrischen Bremsen des Antriebsmotors erhöhte Stromaufnahme eine besonders hohe Wärmeentwicklung in allen stromdurchflossenen Teilen, insbesondere aber im Motor selbst, verursacht. Da diese Erwärmung von der Größe der zu beschleunigenden bzw. elektrisch abzubremsenden Last abhängt, so zeigen sich die genannten Schwierigkeiten ganz besonders beim Antrieb von Schleudermaschinen und ähnlichen Schwungmassenantrieben, die betriebsmäßig häufig hochgefahren und wieder stillgesetzt werden.These dangers occur in particular with variable-speed electric drives of working machines, since on the one hand those used for speed control Switching devices can often easily form sparks and, on the other hand, those when accelerating and also during electrical braking of the drive motor an increased power consumption particularly high heat development in all parts through which current flows, in particular but in the engine itself. Because this warming of the size of the accelerated or the load to be braked electrically, the difficulties mentioned arise especially when driving centrifugal machines and similar flywheel drives, which are frequently started up and shut down again during operation.

In der Regel versucht man einer unzulässigen Erwärmung der Elektromotoren dadurch zu begegnen, daß man diese reichlicher bemißt, als dem, Leistungsbedarf entspricht, und dafür eine nicht volle Ausnutzung des Motors in Kauf nimmt: Es gibt auch zahl-. reiche Schutzeinrichtungen, die beim Auftreten einer unzulässig hohen Erwärmung auf irgendeine Weise für die Beseitigung der Übererwärmung sorgen, beispielsweise radikal durch Stillsetzen des Motors oder auch durch Verringern der Belastung oder Einschalten von Hilfsmotoren. Alle diese Einrichtungen bieten aber in explosionsgefährdeten Räumen keinen genügenden Schutz, da hier selbst verhältnismäßig geringe Übererwärmungen auf alle Fälle vermieden werden müssen. Schleifringläufermotoren sind durch die auf den Schleifringen gleitenden Bürsten funkengefährlich. Die Verwendung von Schleifringläufermotoren ist daher für explosionsgefährdete Räume durch die einschlägigen Vorschriften verboten. Verwendet man Kurzschlußläufermotoren, so ist zwar die Gefahr der Funkenbildung vermieden, doch haben Kurzschlußläufermotoren als Antriebsmotoren für Schleudern und ähnliche regelbare Schwungmassenantriebe den großen Nachteil, daß sie sich beim Betrieb stark erwärmen. Namentlich beim Anlassen und auch beim Bremsen der Motoren bzw. der von den Motoren angetriebenen Arbeitsmaschinen werden große Energiemassen im Motor in Wärme umgesetzt.As a rule, attempts are made to overheat the electric motors to counteract by measuring this more generously than the power requirement is equivalent to, and therefor a not full utilization of the engine in Buy takes: There are also numbers. rich protective devices, which in the event of a unacceptably high heating in any way to eliminate the overheating worry, for example radically by shutting down the engine or by reducing it the loading or switching on of auxiliary motors. All of these facilities offer but not sufficient protection in explosion-endangered rooms, since here it is proportionate slight overheating must be avoided in any case. Slip ring motors are dangerous for sparks due to the brushes sliding on the slip rings. The usage of slip ring motors is therefore for potentially explosive areas by the relevant regulations prohibited. If you use squirrel cage motors, so is Although avoided the risk of sparks, squirrel cage motors have as drive motors for centrifuges and similar controllable flywheel drives the big disadvantage that they get very hot during operation. Especially when starting and also when braking the motors or the machines driven by the motors large amounts of energy are converted into heat in the engine.

Will man das Auftreten dieser Wärmemengen verhüten, so gibt es bei den bekannten Schleuderantrieben hierfür zwei Möglichkeiten: Die eine Möglichkeit besteht in der Verwendung einer Reibungsschlupfkupplung zwischen der Schleuder und ihrem Antriebsmotor. Für explosionsgefährdete Räume ist diese Lösung aber nicht brauchbar, denn die Wärmemenge, die hierbei im Motor weniger erzeugt wird, wird dafür in der Reibungsschlupfkupplung erzeugt. In Reibungsschlupfkupplungen kommen Erwärmungen bis zu 1000 und darüber vor, was für explosionsgefährdete Räume viel zu hoch ist. Bisweilen kommt in Reibungsschlupfkupplungen sogar Funkenbildung vor. Auch die Verwendung von Reibungsschlupfkupplungen ist daher für explosionsgefährdete Betriebe bereits verboten. .If you want to prevent the occurrence of these amounts of heat, there are two possibilities for this with the known centrifugal drives: One possibility is to use a friction slip clutch between the centrifuge and its drive motor. However, this solution cannot be used for rooms at risk of explosion, because the amount of heat that is less generated in the motor is generated in the friction slip clutch. In friction slip clutches, temperatures of up to 1000 and more occur, which is far too high for areas at risk of explosion. Occasionally there is even sparking in friction clutches. The use of friction clutches is therefore already forbidden for companies at risk of explosion. .

Eine andere Möglichkeit zur Herabsetzung der Wärmebildung in Kurzschlußläufermotoren besteht darin, daß der Motor mit verschiedenen Synchrondrehzahlen betrieben wird, was durch Pol- oder Frequenzumschaltung erreicht werden kann. Der Motor wird hierbei beim Hochfahren durch entsprechende Polzahlumschaltung oder durch stufenweise Umschaltung der dem Motor zugeführten Frequenz zunächst auf eine niedrige Synchrondrehzahl geschaltet und mit dieser hochgefahren; erst wenn der Motor die niedrige Synchrondrehzahl annähernd erreicht hat, wird er für den weiteren Hochlauf auf eine höhere Synchrondrehzahl umgeschaltet. Da hierbei in den einzelnen Hochfahrabschnitten des Motors der Unterschied zwischen der jeweils eingeschalteten Synchrondrehzahl und der jeweiligen Augenblicksdrehzahl des Motors gegenüber einfachen Antrieben verringert ist, so ist auch die Stromaufnahme des Motors und somit seine Erwärmung entsprechend geringer. Je mehr Synchrondrehzahlen durch Pol- oder Frequenzumschaltung einstellbar sind, um so mehr kann die Wärmeerzeugung verringert werden. Doch auch auf diesem Wege läßt sich für explosionsgefährdete Räume kein vollkommen sicherer Betrieb erreichen, da der Belastungswert des Motors je nach der Menge und der Beschaffenheit der Schleuderfüllung von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel erhebliche. Schwankungen aufweisen kann. Selbst wenn man, um einen möglichst hohen Sicherheitsgrad zu erreichen, außerordentlich viele Polzahlen bzw. Frequenzstufen vorsehen würde, so hat man infolge der wechselnden Beschaffenheit des Arbeitsgutes immer noch nicht volle Gewißheit darüber, daß die gewählte Stufenzahl auch wirklich für alle betriebsmäßigen Fälle ausreichend ist.Another way to reduce heat build-up in squirrel cage motors consists in that the motor is operated at different synchronous speeds, what can be achieved by pole or frequency switching. The engine is doing this when starting up by changing the number of poles accordingly or by changing over in stages the frequency fed to the motor is initially switched to a low synchronous speed and started up with this; only when the motor approaches the low synchronous speed has reached, it is used for the further run-up to a higher synchronous speed switched. Because here the difference is in the individual start-up sections of the engine between the activated synchronous speed and the respective instantaneous speed of the motor is reduced compared to simple drives, so is the power consumption of the motor and thus its heating is correspondingly lower. The more synchronous speeds are adjustable by pole or frequency switching, the more the heat can be generated be reduced. But even in this way it can be used for those at risk of explosion Rooms cannot achieve completely safe operation because of the load value of the motor depending on the amount and nature of the centrifugal filling of work cycle Work cycle considerable. May show fluctuations. Even if one is to one to achieve the highest possible level of security, an extraordinary number of poles or If frequency steps were to be provided, one has due to the changing nature of the work item still not fully certain that the selected number of stages is really sufficient for all operational cases.

Gegenstand der Erfindung ist ein.drehzahlregelbarer Elektroantrieb, bei dem die vorgenannten Nachteile zuverlässig und mit verhältnismäßig einfachen Mitteln vermieden werden. Erfindungsgemäß werden für den Antrieb Drehstromkurzschlußläufermotoren verwendet, deren Drehzahl durch stetige Frequenzänderung geregelt wird, wobei die Änderungsgeschwindigkeit der Frequenz abhängig von der Motorerwärmung selbsttätig eingeregelt wird. Durch die Verwendung der stetigen Frequenzänderung zur Drehzahlregelung wird gemäß der Erfindung erreicht, daß der an- sich funkenlose Kurzschlußläufermotor bei Drehzahländerungen möglichst geringe Erwärmung erfährt, was insbesondere beim Hochfahren und noch mehr beim Bremsen des Motors von Vorteil ist. Daß jedoch selbst diese geringe Erwärmung nicht gelegentlich zur Übererwärmung führen kann, wird erfindungsgemäß .durchdieÜberwachung der Änderungsgeschwindigkeit der Frequenz erreicht. Die Änderungsgeschwindigkeit der Frequenz wird durch geeignete Steuermittel derart beeinflußt, @daß die Motorerwärmung einen bestimmten -Höchstwert nicht überschreiten kann, so daß eine vollkommene Betriebssicherheit eines elektrischen Antriebes gewährleistet wird.The subject of the invention is a speed controllable electric drive, in which the aforementioned disadvantages reliably and with relatively simple Funds are avoided. According to the invention, three-phase squirrel cage motors are used for the drive used, the speed of which is controlled by constant frequency change, whereby the Rate of change of the frequency automatically depending on the motor heating is regulated. By using the constant frequency change for speed control is achieved according to the invention that the per se sparkless squirrel cage motor experiences the least possible warming when the speed changes, which is particularly the case with Starting up and even more when braking the engine is beneficial. But that itself this slight heating cannot occasionally lead to overheating, is according to the invention . achieved by monitoring the rate of change of frequency. The rate of change the frequency is influenced by suitable control means in such a way that the motor heats up cannot exceed a certain maximum value, so that complete operational safety an electric drive is guaranteed.

Die weitere Ausbildung .der Erfindung und deren Vorteile werden an Hand einiger in der Zeichnung wesenhaft dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.The further training. The invention and its advantages are on Hand of some in the Drawing of essentially represented exemplary embodiments described.

Zum Antrieb einer Schleuder i dient ein Drehstrommotor 2, der von einem Generator 3 gespeist wird. Dieser Generator bildet zusammen mit einem regelbaren Antriebsmotor einen Umformersatz, der über einen Regler 5 und einen Ausschalter 6 an das Drehstromnetz RSt angeschlossen ist. Mittels des Reglers 5 kann die Geschwindigkeit des Motors 4 und somit die Spannung und Frequenz des Generators 3 geändert werden. Das in der Schleuder zu bearbeitende Schleudergut wird aus einem Sammelrohr 7 über eine- Rinne 8 in die Schleuder eingelassen, wobei die Stärke des einlaufenden Schlrudergutstromes mittels des Absperrhahnes 9 beliebig eingestellt werden kann.To drive a slingshot i is a three-phase motor 2, which is from a generator 3 is fed. This generator forms together with a controllable one Drive motor a converter set, which has a controller 5 and a switch 6 is connected to the three-phase network RSt. By means of the controller 5, the speed of the motor 4 and thus the voltage and frequency of the generator 3 can be changed. The centrifugal material to be processed in the centrifuge is passed over from a collecting pipe 7 a channel 8 embedded in the centrifuge, the strength of the incoming Schlrudergutstromes can be set as desired by means of the shut-off valve 9.

Der Regler 5 ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß die Drehzahländerung des Generators 3 stetig erfolgt. Um ferner zu erreichen, daß die Änderung der Frequenz erfindungsgemäß, wie erwähnt, in ihrer Geschwindigkeit so beeinflußt wird, daß die Motorerwärmung einen bestimmten Höchstwert nicht überschreitet, können verschiedene Mittel vorgesehen werden. Beispielsweise kann ein Temperaturüberwachungsgerät io verwendet werden, das an oder noch besser in dem Antriebsmotor 2 angeordnet und in einer solchen Weise mit dem Regler 5 in Wirkverbindung gebracht wird, daß die Regelgeschwindigkeit des Reglers 5 und somit die Frequenzänderungsgeschwindigkeit um so kleiner ist, je höher die Temperatur des Klotors 2 ist, und zwar derart, daß die infolge der Beschleunigung bzw. elektrischen Abbreinsung des Motors ansteigende Motortemperatur einen bestimmten zulässigen Höchstwert nicht überschreitet. Zusätzlich kann noch Vorsorge getroffen werden, daß im Notfall der Ausschalter 6 selbsttätig den gesamten Antrieb vom Netz abschaltet.The controller 5 is designed according to the invention so that the speed change of the generator 3 takes place continuously. To further achieve that the change in frequency according to the invention, as mentioned, is influenced in their speed so that the Motor heating does not exceed a certain maximum value, can be different Funds are provided. For example, a temperature monitoring device io are used, which is arranged on or even better in the drive motor 2 and is brought into operative connection with the controller 5 in such a way that the Control speed of the controller 5 and thus the rate of change of frequency is the smaller, the higher the temperature of the Klotors 2 is, in such a way that which increases as a result of the acceleration or electrical breakdown of the motor Engine temperature does not exceed a certain permissible maximum value. Additionally can still be taken care that in an emergency, the off switch 6 automatically disconnects the entire drive from the mains.

Statt der unmittelbar temperaturabhängigen Steuerung des Reglers 5 kann in vielen Fällen auch eine Steuerung in Abhängigkeit von dem vom Antriebsmotor 2 aufgenommenen Strom vorteilhaft sein. Zu diesem Zwecke braucht lediglich in die Stromzuführungsleitung des Antriebsmotors ein stromabhängiges Überwachungsgerät i i, beispielsweise mittels. eines Stromwandlers, eingefügt zu werden, welches auf den Regler 5 in der gleichen Weise einwirkt, wie vorstehend für das Temperaturüberwachungsgerät io beschrieben.Instead of the directly temperature-dependent control of the controller 5 can in many cases also be a control depending on the drive motor 2 current consumed will be advantageous. For this purpose, all you need to do is to Power supply line of the drive motor a current-dependent monitoring device i i, for example by means of. a current transformer to be inserted, which on the controller 5 acts in the same way as above for the temperature monitoring device io described.

Ferner kann die Steuerung des Reglers 5 auch zeitabhängig mittels eines Zeitüberwachungsgerätes 12 erfolgen, welches unter Berücksichtigung der Motorerwärmung so eingestellt wird, daß der Regler 5 bestimmte Regelgeschwindigkeiten nicht überschreitet. Hierbei kann das Zeitüberwachungsgerät vorteilhaft noch so eingerichtet sein, daß es je nach der Häufigkeit und Größe der Regelvorgänge verschieden hohe Regelgeschwindigkeiten zuläßt.Furthermore, the control of the controller 5 can also be time-dependent by means of a time monitoring device 12, which takes into account the motor heating is set so that the controller 5 does not exceed certain control speeds. The time monitoring device can advantageously also be set up in such a way that there are different high control speeds depending on the frequency and size of the control processes allows.

Schließlich ist es auch vorteilhaft, statt oder auch außer der im vorstehenden beschriebenen Beeinflussung des Reglers 5 diesen in Abhängigkeit von der in die Schleuder in der Zeiteinheit einlaufenden Schleudergutmenge zu steuern. Erfolgt beispielsweise das Einfüllen des Schleudergutes während des Hochfahrens der Schleuder, so muß die Regelgeschwindigkeit zur Einhaltung bestimmter Höchsttemperaturen des Motors um so geringer sein, je größer die in der Zeiteinheit in die Schleuder einlaufende Schleudergutmenge ist. Eine solche Steuerung des Reglers 5 kann in einfacher Weise z. B. mittels eines Schwimmerreglers 13 erfolgen, dessen Schwimmkörper in der Füllrinne der Schleuder auf der einlaufenden Füllmasse gleitet und über- ein beliebiges Übertragungsgerät, beispielsweise einen hydraulischen Steuerschieber i 3a, den Regler 5 beeinflußt.Finally, it is also advantageous, instead of or in addition to the above-described influencing of the controller 5, to control it as a function of the amount of material to be spun into the spinner in the unit of time. For example, if the centrifugal material is poured in while the centrifuge is running up, the control speed must be lower, the greater the amount of material entering the centrifuge in the unit of time, in order to maintain certain maximum motor temperatures. Such control of the controller 5 can be done in a simple manner, for. B. by means of a float regulator 1 3 , the floating body slides in the filling channel of the sling on the incoming filling compound and any transmission device, such as a hydraulic spool i 3a, the controller 5 influences.

Es sei betont, daß sich die Erfindung nicht auf die Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern daß noch viele andere Ausführungsarten der Erfindung möglich sind. So kann beispielsweise statt des rotierenden Umformersatzes 3, q. auch ein ruhender Umformer, der nus gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäßen besteht, vorgesehen «,-erden. Schließlich sei noch erwähnt, daß der Umformer und die Regel- und Schaltgeräte insbesondere außerhalb des zerknallgefährdeten Raumes angeordnet werden können.It should be emphasized that the invention is not limited to the details of the Embodiments described are limited, but that many other embodiments of the invention are possible. For example, instead of the rotating converter set 3, q. also a static converter, the nus gas or vapor-filled discharge vessels exists, provided «, earth. Finally it should be mentioned that the converter and the control and switching devices, especially outside the room at risk of bangs can be arranged.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Speed-adjustable electric drive for work machines, For example, centrifugal machines, an explosives company or other fire hazard Operations using three-phase squirrel cage motors whose speed is reduced by constant frequency change is regulated, characterized in that the rate of change the frequency is adjusted automatically depending on the motor heating.

2. Adjustable speed Electric drive according to claim i, characterized in that the device which the rate of change of frequency is influenced by the temperature of the motor is controlled, expediently by means of a temperature monitoring device arranged inside the motor (io). 3.

Speed controllable electric drive according to claim i, characterized characterized in that the device which controls the rate of change of frequency influenced, is controlled by the amperage of the motor, expediently by means of a current monitoring device (I I) switched on in the power supply of the motor. q ..

Speed-controllable electric drive according to claim i, characterized in that the device which influences the rate of change of the frequency is time-dependent is controlled, for example by means of a control speed monitoring Time relay (I2).

5. Adjustable speed electric drive according to claim i to 4, characterized characterized in that the device which controls the rate of change of frequency influenced, depending on the entering in the time unit in the centrifuge The amount of material to be thrown is controlled, for example by means of a float regulator (I3), the float of which slides on the mass entering the slingshot.