EP2605872B1 - Entzunderungsanlage - Google Patents
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- EP2605872B1 EP2605872B1 EP11732419.4A EP11732419A EP2605872B1 EP 2605872 B1 EP2605872 B1 EP 2605872B1 EP 11732419 A EP11732419 A EP 11732419A EP 2605872 B1 EP2605872 B1 EP 2605872B1
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- pump motor
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- pump
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
- B21B45/04—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for de-scaling, e.g. by brushing
- B21B45/08—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for de-scaling, e.g. by brushing hydraulically
Definitions
- the invention relates to a descaling plant for descaling in hot rolling mills, comprising at least one hydraulic pump, which is driven by means of a pump motor, wherein the pump motor is connected to a three-phase supply voltage.
- a generic device is eg off EP-A 2 174 729 known.
- the invention relates to a method for operating the Entzu mattersstrom.
- Hydraulic descalers are almost indispensable components of hot rolling mills. Descaling of a rolling stock surface occurs by blasting high pressure water onto the surface of the material by means of special nozzles. With the development of thin slab casters and rolling mills increasingly high operating pressures were needed. A descaling system works today with an operating pressure between 180 bar and 400 bar. The pressure is generated by a rotary or piston pump. Piston pumps have the disadvantage of uneven delivery, which causes pressure oscillations or pressure pulsations at the pump outlet.
- Centrifugal pumps For centrifugal pumps, the operating behavior is directly related to the speed, the impeller shape and the impeller diameter. Centrifugal pumps are characterized by freedom from pulsation and a relatively low purchase price.
- the pump of a descaling unit is driven by a pump motor with a power range from 2000kW to 3000kW.
- the pump motor is designed as a mains-operated high-voltage motor with fixed speed. Connected to a 50Hz mains supply, for example, results in a speed of 3000 U / min.
- a usual supply voltage is in the range between 6kV and 10kV.
- the pump of a descaling plant operates during a Entzu mecanicspause in an internal circuit (bypass) under partial load at fixed speed. Water pressure and water flow are adjusted by a gate valve depending on the process requirements.
- the invention has for its object to provide for a Entzu matterssstrom of the type mentioned an improvement over the prior art. According to the invention this object is achieved by a Entzu mecanicsstrom according to claim 1 and a method according to claim 12. Advantageous developments can be found in the dependent claims.
- the descaling plant for descaling in hot rolling mills comprises at least one hydraulic pump, which is driven by means of a pump motor.
- This pump motor is designed as a pole-changing motor in such a way that a stator of the pump motor has at least two winding systems, which cause different speeds of a rotor of the pump motor, and the pump motor is connected to a controller which is set up for pole switching between descaling and descaling, to reduce the speed of the pump motor during a Entzu mecanicspause.
- the stator of the pole-changing three-phase motor thus has at least two winding systems, which cause different speeds of the rotor.
- the network behavior improves on a rigid supply network by a pole change during a Ramp-up. A quick start of the pump over full power remains possible.
- bypassing is no longer necessary in a descaling system according to the invention.
- a bypass provided leads to a change in the system characteristic curve.
- the associated change in operating point has only a small effect on the reduced energy consumption during a descaling break.
- a plurality of pumps are connected in parallel to generate pressure, each pump is driven by a pole-changing pump motor.
- a pole-changing pump motor For a hot strip mill or a plate mill, it makes sense if 2 to 3 pumps are used. The individual aggregates are then smaller. In addition to lower investment costs, this means a simple repair option, since in a defect usually only one unit must be replaced. In addition, the importance of achieving energy savings in large-scale systems with multiple pumps is increasing.
- a pump is switched in standby mode parallel to the pumps operating in normal operation. In the event of a defect or a planned pump replacement, the additional pump is used, which avoids interruption of the casting or rolling process.
- each pump motor is controlled by a common control.
- Descaling systems in rolling mills usually have a powerful controller (eg SIMATIC S7). It therefore makes sense to set up this control for the pole change of all pump motors. The controller then monitors all switches or starts so that, for example, when switching from high speed to low speed, undesirable over-synchronous braking does not occur.
- each pump motor has two winding systems, which are alternately switchable by means of pole switching to a supply voltage. It is advantageous if a first winding system of the respective pump motor is designed to have four poles and if a second winding system of the respective pump motor is designed with two poles. By switching from the second winding system to the first winding system thus the speed of the pump motor is halved. Such halving is sufficient to achieve significant energy savings during a descaling break.
- the respective pump motor comprises a medium-voltage switching cell with vacuum contactors for pole changeover.
- the vacuum contactors are controlled by the control and allow far higher switching cycles than ordinary circuit breakers.
- the respective pump motor is coupled to a speed sensor.
- the determined engine speed is compared with the synchronous speed and avoided in this way over-synchronous deceleration.
- the respective pump motor is briefly removed from the grid during a changeover. The engine brakes down automatically. In this phase, the pole change takes place. Only when the engine speed has reached the lower synchronous speed, the controller switches the motor again to the supply network.
- the winding systems of a respective pump motor are designed as two separately arranged winding systems.
- the inventive method provides that two winding systems of a respective pump motor are switched alternately by means of control to a three-phase supply voltage in order to reduce the speed of the pump motor during a Entzu tangiblespause.
- the respective pump motor is advantageously operated during a Entzu matterspause with a first winding system and operated during a descaling with a second winding system.
- Fig. 1 two winding systems of a pump motor M are shown, wherein these are arranged in a so-called star / double star connection.
- a four-pole first winding system is shown as a star connection.
- first stator terminals 1U, 1V, 1W At the ends of the branches are first stator terminals 1U, 1V, 1W.
- second stator terminals 2U, 2V, 2W Between each two windings of a branch there are second stator terminals 2U, 2V, 2W. During operation with the first winding system, only the first stator terminals 1U, 1V, 1W are connected to a supply voltage.
- a two-pole second winding system is formed by disconnecting and connecting the first stator terminals 1U, 1V, 1W from the supply voltage.
- the second stator terminals 2U, 2V, 2W are connected to the supply voltage.
- the double star circuit is obtained. During star connection with the first winding system, the motor runs at a low speed. Switching to the double star connection with the second winding system causes a higher engine speed.
- the power ratio is about 0.3: 1.
- a similar variant is the triangular / double star circuit.
- the first winding system is arranged in a triangular circuit.
- Each branch of the triangular circuit again has two windings arranged in series.
- the first stator terminals 1U, 1V, 1W At the vertices of the triangle are the first stator terminals 1U, 1V, 1W.
- the second stator terminals 2U, 2V, 2W Between each two windings of a branch are the second stator terminals 2U, 2V, 2W.
- the external connection for switching between the first and second winding system remains unchanged.
- the Polumscniesen described with switching between star or delta and double star circuit are also known as Dahlanderscnies.
- Fig. 2 an exemplary external interconnection of a Dahlander circuit is shown.
- the second stator terminals 2U, 2V, 2W can be connected via a first contactor Q1 to the phases L1, L2, L3 of a supply voltage.
- the first stator terminals 1U, 1V, 1W can be connected to the phases L1, L2, L3 of a supply voltage via a second contactor Q2 and connected to one another via a third contactor Q3.
- a motor protection switch QS1, QS2 is arranged in each case. Instead of two circuit breakers QS1, QS2, only one circuit breaker can be arranged in a common connection line.
- Other known protective devices can ensure a suitable protection of the pump motor M.
- the contactors Q1, Q2, Q3, which are preferably designed as vacuum contactors, and the circuit breakers are connected to a control STR.
- This control is also the signal of a speed sensor D supplied.
- the pole change takes place by means of the control STR.
- the STR control monitors the starts and shifts, so that when switching from high speed to the lower speed does not come to super-synchronous braking.
- the pump motor M is powered up by means of a pole change circuit, whereby the starter currents are significantly reduced compared to systems with fixed speed.
- the controller is also set up to perform protection functions. These include, for example, protection against overcurrents (I 2 t monitoring) and the limitation of the switching cycles to a value permissible for the contactors.
- additional pumps P2, P3, PS are connected to the control STR.
- some pumps P1, P2, Pn operate in normal operation and a pump PS in standby mode.
- a control of all pumps P1, P2, Pn, PS by means of a common control STR simplifies a coordinated startup and switching of the individual pumps P1, P2, Pn, PS.
- a pole change of all pumps P1, P2, Pn in use can take place either synchronously or in succession. In the latter case, the arrangement of several pumps P1, P2, Pn contributes to the fact that the pressure does not suddenly drop or rise. The burden on the system is kept low.
- FIGS. 3 and 4 An alternative embodiment of the invention is in the FIGS. 3 and 4 shown.
- Fig. 3 shows two separate winding systems of a stator.
- the four-pole first winding system shown on the left is a star connection with the first stator terminals 1U, 1V, 1W.
- the two-pole winding system shown on the right is a star connection with the second stator terminals 2U, 2V, 2W.
- Fig. 4 shows an exemplary structure of a circuit for switching between two separate winding systems.
- two contactors Q1, Q2 are arranged, by means of which in each case a winding system to the phases L1, L2, L3 of a supply voltage can be switched.
- protective devices F1, F2, F3 are provided for protection against overcurrents.
- These protection devices F1, F2, F3, like the contactors Q1, Q2, are connected to a control STR.
- the control STR has the same already above Fig. 2 described functionalities.
- Fig. 5 the characteristics of a pump P1, P2, Pn, PS and a Entzu matterssstrom are shown.
- a head H is indicated above a flow Q.
- the lower diagram shows the pump or motor power L over the flow rate Q.
- the system curve A does not change.
- changing the pole from a higher speed to a lower speed changes the pump characteristic W1, W2.
- As operating point B1, B2 always results in the intersection between system characteristic A and pump characteristic W1 and W2.
- the delivery head If the delivery rate is reduced from 100% to 50% during a descaling break, the delivery head also drops from 100% to, for example, 25%.
- the switching causes the power L to drop from 100% to, for example, 12.5%. Halving the speed (for example, 3000rpm to 1500rpm at 50Hz line frequency) will result in a significant power reduction (about 1/8).
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Metal Rolling (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft eine Entzunderungsanlage zur Entzunderung in Warmwalzwerken, umfassend wenigstens eine hydraulische Pumpe, welche mittels eines Pumpenmotors angetrieben ist, wobei der Pumpenmotor an eine dreiphasige Versorgungsspannung angeschaltet ist. Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist z.B aus
EP-A 2 174 729 bekannt. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Entzunderungsanlage. - Hydraulische Entzunderungsanlagen (Descaler) sind nahezu unverzichtbare Bestandteile von Warmwalzwerken. Die Entzunderung einer Walzgutoberfläche erfolgt, indem unter hohem Druck stehendes Wasser mittels spezieller Düsen auf die Materialoberfläche gestrahlt wird. Mit der Entwicklung von Dünnbrammengieß- und -walzanlagen wurden zunehmend hohe Betriebsdrücke benötigt. Eine Entzunderungsanlage arbeitet heute mit einem Betriebsdruck zwischen 180 bar und 400 bar. Zur Druckerzeugung dient eine Kreisel- oder Kolbenpumpe. Kolbenpumpen weisen den Nachteil einer ungleichmäßigen Förderung auf, welche Druckschwingungen oder Druckpulsationen am Pumpenaustritt bewirkt.
- Bei Kreiselpumpen steht das Betriebsverhalten im direkten Zusammenhang mit der Drehzahl, der Laufradform und dem Laufraddurchmesser. Kreiselpumpen zeichnen sich durch Pulsationsfreiheit und einen relativ geringen Anschaffungspreis aus.
- Die Pumpe einer Entzunderungsanlage wird mittels eines Pumpenmotors mit einem Leistungsbereich von 2000kW bis 3000kW angetrieben. In der Regel ist der Pumpenmotor als netzbetriebener Hochspannungsmotor mit Festdrehzahl ausgeführt. Angeschlossen an eine 50Hz-Netzversorgung ergibt sich beispielsweise eine Drehzahl von 3000 U/min. Eine übliche Versorgungsspannung liegt im Bereich zwischen 6kV und 10kV.
- Während eines Gieß- bzw. Walzvorganges kommt es regelmäßig zu Unterbrechungen, während derer keine Entzunderung stattfindet. Es sind deshalb Methoden vorgesehen, um den Wasseraustritt durch die Düsen zu steuern bzw. zu unterbrechen. Nach dem Stand der Technik arbeitet die Pumpe einer Entzunderungsanlage während einer Entzunderungspause in einem internen Kreis (Bypass) unter Teillast bei Festdrehzahl. Wasserdruck und Wasserfluss werden je nach Prozessbedarf durch einen Absperrschieber eingestellt.
- Die Änderung des Förderstromes der Pumpe über eine Drosselarmatur und einen Bypass ist eine gängige und einfache Methode, welche geringe Investitionskosten verursacht. Nachteilig ist dabei die noch immer hohe Pumpenmotorleistung bei einer Verringerung des Förderstromes während einer Entzunderungspause. Die Kennlinie einer mit Festdrehzahl betriebenen Kreiselpumpe bleibt bei dieser Methode unverändert. Es ändert sich lediglich die Anlagenkennlinie, die im Schnittpunkt mit der Pumpenkennlinie den Betriebspunkt der Pumpe bestimmt. Der Förderstrom sinkt zwar, gleichzeitig steigt jedoch der Wasserdruck, wodurch die Leistung nur wenig abnimmt. Der Energieverbrauch eines Pumpenmotors bleibt also auch während einer Entzunderungspause hoch.
- Aus der
EP 2 174 729 A1 kennt man eine Entzunderungsanlage mit einem Pumpenmotor, welcher über einen Umrichter an ein dreiphasiges Versorgungsnetz angeschaltet ist. Eine solche Lösung erhöht jedoch die Anschaffungskosten der Anlage erheblich und erfordert eine zusätzliche Isolation des Motors. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Entzunderungsanlage der eingangs genannten Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik anzugeben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Entzunderungsanlage gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12. Vorteilhafte Ausprägungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
- Die Entzunderungsanlage zur Entzunderung in Warmwalzwerken umfasst wenigstens eine hydraulische Pumpe, welche mittels eines Pumpenmotors angetrieben ist. Dieser Pumpenmotor ist in der Weise als polumschaltbarer Motor ausgeführt, dass ein Stator des Pumpenmotors über zumindest zwei Wicklungssysteme verfügt, welche unterschiedliche Drehzahlen eines Läufers des Pumpenmotors bewirken, und der Pumpenmotor ist mit einer Steuerung verbunden, welche zur Polumschaltung zwischen Entzunderungszeiten und Entzunderungspausen eingerichtet ist, um während einer Entzunderungspause die Drehzahl des Pumpenmotors zu reduzieren. Der Stator des polumschaltbaren Drehstrommotors verfügt also über zumindest zwei Wicklungssysteme, die unterschiedliche Drehzahlen des Läufers bewirken.
- Auf diese Weise erreicht man während einer Entzunderungspause eine erhebliche Energieeinsparung, indem die Drehzahl des Pumpenmotors mittels Polumschaltung reduziert wird. Durch einen neuen Betriebspunkt auf einer geänderten Pumpenkennlinie reduziert sich die Last für den Pumpenmotor erheblich. Gegenüber einer Frequenzregelung mittels eines Umrichters hält sich der Investitionsaufwand in Grenzen, da nur eine geringfügige Modifizierung des Pumpenmotors und eine Anpassung der Steuerung erforderlich sind. Außerdem weist die erfindungsgemäße Lösung einen besseren Wirkungsgrad auf. Eine Sonderisolation des Motors wie im Falle eines Umrichterbetriebs ist nicht notwendig.
- Gegenüber der bekannten Lösung mit einer Festdrehzahl verbessert sich das Netzverhalten an einem starren Versorgungsnetzes durch ein Polumschalten während eines Hochlaufs. Ein Schnellanlauf der Pumpe über die volle Leistung bleibt weiterhin möglich.
- Abgesehen von Wartungsvorgängen oder sonstigen planmäßigen oder außerplanmäßigen Stillständen wird eine Warmwalzanlage durchgehend betrieben. Eine Entzunderungsanlage ist somit nahezu das ganze Jahr über in Betrieb. Zieht man die hohe Leistung eines Pumpenmotors in Betracht, erzielt man bereits mit einer Halbierung der Drehzahl in Entzunderungspausen eine beträchtliche Energieeinsparung. Zudem sinken über die Zeit die Beanspruchungen der Anlagenkomponenten, wodurch sich die Standzeit der Enzunderungsanlage erhöht.
- In der Regel ist bei einer erfindungsgemäßen Entzunderungsanlage kein Bypass mehr notwendig. Ein dennoch vorgesehener Bypass führt zu einer Änderung der Anlagenkennlinie. Die damit einhergehende Betriebspunktänderung hat nur eine geringe Auswirkung auf den verminderten Energieverbrauch während einer Entzunderungspause.
- In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Pumpen zur Druckerzeugung parallel geschaltet sind, wobei jede Pumpe mittels eines polumschaltbaren Pumpenmotors angetrieben ist. Insbesondere für eine Warmbreitbandstraße oder eine Grobblechstraße ist es sinnvoll, wenn 2 bis 3 Pumpen zum Einsatz kommen. Die einzelnen Aggregate sind dann kleiner. Neben geringeren Investitionskosten bedeutet dies eine einfache Reparaturmöglichkeit, da bei einem Defekt in der Regel nur ein Aggregat getauscht werden muss. Zudem steigt die Bedeutung der erzielbaren Energieeinsparung bei Großanlagen mit mehreren Pumpen.
- Von Vorteil ist es, eine Redundanz der Pumpen vorzusehen. Eine Pumpe wird im Standby-Betrieb parallel zu den im Normalbetrieb arbeitenden Pumpen geschaltet. Bei einem Defekt oder einem geplanten Pumpentausch kommt die zusätzliche Pumpe zum Einsatz, wodurch eine Unterbrechung des Gieß- bzw. Walzvorgangs vermieden wird.
- Günstig ist es zudem, wenn jeder Pumpenmotor mittels einer gemeinsamen Steuerung angesteuert ist. Entzunderungsanlagen in Walzwerken weisen in der Regel eine leistungsstarke Steuerung (z.B. SIMATIC S7) auf. Es ist deshalb sinnvoll, diese Steuerung für die Polumschaltung aller Pumpenmotoren einzurichten. Die Steuerung überwacht dann alle Umschaltungen oder Anläufe, sodass es beispielsweise beim Umschalten von hoher Drehzahl auf eine niedrige Drehzahl nicht zu einem unerwünschten übersynchronen Bremsen kommt.
- In einer einfachen Ausprägung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder Pumpenmotor zwei Wicklungssysteme aufweist, welche abwechselnd mittels Polumschaltung an eine Versorgungsspannung schaltbar sind. Dabei ist es günstig, wenn ein erstes Wicklungssystem des jeweiligen Pumpenmotors vierpolig ausgeführt ist und wenn ein zweites Wicklungssystem des jeweiligen Pumpenmotors zweipolig ausgeführt ist. Durch Umschaltung von dem zweiten Wicklungssystem auf das erste Wicklungssystem wird somit die Drehzahl des Pumpenmotors halbiert. Eine solche Halbierung reicht aus, um eine beträchtliche Energieeinsparung während einer Entzunderungspause zu erreichen.
- Sinnvollerweise umfasst der jeweilige Pumpenmotor eine Mittelspannungsschaltzelle mit Vakuumschütze zur Polumschaltung. Die Vakuumschütze sind mittels der Steuerung angesteuert und erlauben weit höhere Schaltspiele als gewöhnliche Leistungsschalter.
- Um einen Umschaltvorgang mittels Steuerung zu überwachen ist es von Vorteil, wenn der jeweilige Pumpenmotor mit einem Drehzahlgeber gekoppelt ist. Bei einer Umschaltung von einer höheren auf eine niedrigere Drehzahl wird die ermittelte Motordrehzahl mit der Synchrondrehzahl abgeglichen und auf diese Weise übersynchrones Abbremsen vermieden. Beispielsweise wird der jeweilige Pumpenmotor während einer Umschaltung kurzzeitig vom Netz genommen. Der Motor bremst selbstständig herunter. In dieser Phase erfolgt die Polumschaltung. Erst wenn die Motordrehzahl die niedrigere Synchrondrehzahl erreicht hat, schaltet die Steuerung den Motor erneut an das Versorgungsnetz.
- Für einen einfachen Schaltungsaufbau mit nur zwei Mittelspannungsschütze pro Pumpenmotor ist vorgesehen, dass die Wicklungssysteme eines jeweiligen Pumpenmotors als zwei getrennt angeordnete Wicklungssysteme ausgeführt sind. Alternativ dazu kann es sinnvoll sein, wenn zwei Wicklungssysteme eines jeweiligen Pumpenmotors in einer Stern-/Doppelsternschaltung oder einer Dreieck-/Doppelsternschaltung angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein kompakter Aufbau des jeweiligen Stators erreicht.
- Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass zwei Wicklungssysteme eines jeweiligen Pumpenmotors mittels Steuerung abwechselnd an eine dreiphasige Versorgungsspannung geschaltet werden, um während einer Entzunderungspause die Drehzahl des Pumpenmotors zu reduzieren. Dabei wird der jeweilige Pumpenmotor vorteilhafterweise während einer Entzunderungspause mit einem ersten Wicklungssystem betrieben und während einer Entzunderungszeit mit einem zweiten Wicklungssystem betrieben.
- Sinnvollerweise ist die Steuerung dazu eingerichtet, während einer Umschaltung von einem Wicklungssystem auf das andere Wicklungssystem zu überwachen, ob übersynchrones Bremsen auftritt.
- Von Vorteil ist es zudem, wenn während eines Anlaufvorgangs des jeweiligen Pumpenmotors mittels Steuerung von einem Wicklungssystem auf das andere Wicklungssystem umgeschaltet wird.
- Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
- Fig. 1
- Stern-/Doppelsternschaltung eines Stators
- Fig. 2
- Schaltungsaufbau für eine Polumschaltung mit Stern-/Doppelsternschaltung bzw. Dreieck/Doppelsternschaltung
- Fig. 3
- zwei getrennte Wicklungssysteme eines Stators
- Fig. 4
- Schaltungsaufbau für eine Polumschaltung mit zwei getrennten Wicklungssystemen
- Fig. 5
- Kennlinien
- In der
Fig. 1 sind zwei Wicklungssysteme eines Pumpenmotors M dargestellt, wobei diese in einer sogenannten Stern-/Doppelsternschaltung angeordnet sind. Auf der linken Seite derFig. 1 ist ein vierpoliges erstes Wicklungssystem als Sternschaltung dargestellt. In jedem Zweig der sternförmigen Anordnung sind jeweils zwei Wicklungen in Serie angeordnet. An den Enden der Zweige befinden sich erste Statoranschlüsse 1U, 1V, 1W. Zwischen den jeweils zwei Wicklungen eines Zweigs befinden sich zweite Statoranschlüsse 2U, 2V, 2W. Während eines Betriebs mit dem ersten Wicklungssystem sind nur die ersten Statoranschlüsse 1U, 1V, 1W an eine Versorgungsspannung geschaltet. - Ein zweipoliges zweites Wicklungssystem entsteht, indem die ersten Statoranschlüsse 1U, 1V, 1W von der Versorgungsspannung getrennt und miteinander verbunden werden. Zudem werden die zweiten Statoranschlüsse 2U, 2V, 2W an die Versorgungsspannung geschaltet. Man erhält die Doppelsternschaltung. Während der Sternschaltung mit dem ersten Wicklungssystem läuft der Motor mit einer niedrigen Drehzahl. Eine Umschaltung auf die Doppelsternschaltung mit dem zweiten Wicklungssystem bewirkt eine höhere Motordrehzahl. Das Leistungsverhältnis ist dabei in etwa 0,3:1.
- Eine ähnliche Variante stellt die Dreieck-/Doppelsternschaltung dar. Diese unterscheidet sich von der zuvor erläuterten dadurch, dass das erste Wicklungssystem in einer Dreiecksschaltung angeordnet ist. Jeder Zweig der Dreiecksschaltung weist wiederum jeweils zwei in Serie angeordnete Wicklungen auf. An den Eckpunkten des Dreiecks befinden sich die ersten Statoranschlüsse 1U, 1V, 1W. Zwischen den jeweils zwei Wicklungen eines Zweiges befinden sich die zweiten Statoranschlüsse 2U, 2V, 2W. Die äußere Verschaltung zum Unschalten zwischen erstem und zweitem Wicklungssystem beleibt unverändert. Die beschriebenen Polumschaltungen mit Umschaltungen zwischen Stern- bzw. Dreieckschaltung und Doppelsternschaltung sind auch als Dahlanderschaltung bekannt.
- In
Fig. 2 ist eine beispielhafte äußere Verschaltung einer Dahlanderschaltung dargestellt. Die zweiten Statoranschlüsse 2U, 2V, 2W sind über einen ersten Schütz Q1 an die Phasen L1, L2, L3 einer Versorgungsspannung anschließbar. Die ersten Statoranschlüsse 1U, 1V, 1W sind über einen zweiten Schütz Q2 an die die Phasen L1, L2, L3 einer Versorgungsspannung anschließbar und über einen dritten Schütz Q3 miteinander verbindbar. Vor dem ersten und zweiten Schütz Q1, Q2 ist jeweils ein Motorschutzschalter QS1, QS2 angeordnet. Anstelle zweier Schutzschalter QS1, QS2 kann auch nur ein Schutzschalter in einer gemeinsamen Anschlussleitung angeordnet sein. Auch andere bekannte Schutzeinrichtungen können eine geeignete Absicherung des Pumpenmotors M sicherstellen. - Die bevorzugt als Vakuumschütze ausgebildeten Schütze Q1, Q2, Q3 und die Schutzschalter sind mit einer Steuerung STR verbunden. Dieser Steuerung ist auch das Signal eines Drehzahlgebers D zugeführt. Mittels Steuerung STR erfolgt die Polumschaltung. Zudem überwacht die Steuerung STR die Anläufe und Umschaltvorgänge, sodass es beim Umschalten von hoher Drehzahl auf die niedrigere Drehzahl nicht zu übersynchronem Bremsen kommt. Außerdem wird der Pumpenmotor M mittels einer Polumschaltung hochgefahren, wodurch die Anlaufströme am starren Netz gegenüber Systemen mit Festdrehzahl erheblich reduziert werden. Die Steuerung ist zudem zur Durchführung von Schutzfunktionen eingerichtet. Dazu zählen etwa der Schutz vor Überströmen (I2t-Überwachung) und die Beschränkung der Schaltspiele auf einen für die Schütze zulässigen Wert. Entsprechend den Anforderungen an die Entzunderungsanlage sind zusätzliche Pumpen P2, P3, PS an die Steuerung STR angeschlossen. Dabei arbeiten z.B. einige Pumpen P1, P2, Pn im Normalbetrieb und eine Pumpe PS im Standby-Betrieb. Eine Ansteuerung aller Pumpen P1, P2, Pn, PS mittels einer gemeinsamen Steuerung STR vereinfacht ein abgestimmtes Hochfahren und Umschalten der einzelnen Pumpen P1, P2, Pn, PS. Ein Polumschalten aller im Einsatz befindlichen Pumpen P1, P2, Pn kann entweder synchron oder nacheinander erfolgen. Im letzteren Fall trägt die Anordnung mehrerer Pumpen P1, P2, Pn dazu bei, dass der Druck nicht schlagartig abfällt oder ansteigt. Die Belastung des Systems wird damit niedrig gehalten.
- Eine alternative Ausprägung der Erfindung ist in den
Figuren 3 und 4 dargestellt.Fig. 3 zeigt zwei voneinander getrennte Wicklungssysteme eines Stators. Das links dargestellte vierpolige erste Wicklungssystem ist eine Sternschaltung mit den ersten Statoranschlüssen 1U, 1V, 1W. Das rechts dargestellte zweipolige Wicklungssystem ist eine Sternschaltung mit den zweiten Statoranschlüssen 2U, 2V, 2W. -
Fig. 4 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Schaltung zum Umschalten zwischen zwei getrennten Wicklungssystemen. Dabei sind zwei Schütze Q1, Q2 angeordnet, mittels derer jeweils ein Wicklungssystem an die Phasen L1, L2, L3 einer Versorgungsspannung schaltbar sind. Zudem sind Schutzeinrichtungen F1, F2, F3 zum Schutz vor Überströmen vorgesehen. Diese Schutzeinrichtungen F1, F2, F3 sind ebenso wie die Schütze Q1, Q2 mit einer Steuerung STR verbunden. Die Steuerung STR hat dabei die bereits oben zuFig. 2 beschriebene Funktionalitäten. - Insbesondere mit zwei getrennten Wicklungssystemen sind unterschiedlichste Polzahlen und somit Drehzahlverhältnisse realisierbar. Ebenso erstreckt sich die Erfindung auf Statoren mit mehr als zwei Wicklungssystemen. Wenngleich sich dadurch der Schaltungsaufbau verkompliziert, kann dies zum Beispiel für Entzunderungsanlagen mit besonderen Anforderungen bezüglich Stromentnahme während des Anlaufens sinnvoll sein.
- In
Fig. 5 sind die Kennlinien einer Pumpe P1, P2, Pn, PS und einer Entzunderungsanlage dargestellt. Im oberen Diagramm ist eine Förderhöhe H über einer Fördermenge Q angegeben. Das untere Diagramm zeigt die Pumpen- bzw. Motorleistung L über der Fördermenge Q. Für den Anwendungsfall ohne Bypass ändert sich die Anlagenkennlinie A nicht. Durch die Polumschaltung von einer höheren Drehzahl zu einer niedrigeren Drehzahl ändert sich jedoch die Pumpenkennlinie W1, W2. Als Betriebspunkt B1, B2 ergibt sich dabei immer der Schnittpunkt zwischen Anlagenkennlinie A und Pumpenkennlinie W1 bzw. W2. - Wird während einer Entzunderungspause die Fördermenge von 100% auf 50% reduziert, sinkt auch die Förderhöhe von 100% auf zum Beispiel 25%. Die Umschaltung bewirkt, dass die Leistung L von 100% auf zum Beispiel 12,5% abfällt. Eine Halbierung der Drehzahl (z.B. 3000U/min auf 1500U/min bei 50Hz Netzfrequenz) ergibt also eine erhebliche Leistungsreduzierung (ca. 1/8).
- Die Verminderung der Pumpenmotordrehzahl durch Polumschaltung stellt somit für Entzunderungsanlagen eine einfache und effiziente Möglichkeit zur Energieeinsparung dar. Zudem ist die Erfindung für bestehende Anlagen einsetzbar, wobei der Umrüstungsaufwand überschaubar bleibt. In vielen Fällen ist mit einer Amortisation der Investitionskosten durch die Energiekostensenkung in 2-3 Jahren zu rechnen.
Claims (15)
- Entzunderungsanlage zur Entzunderung in Warmwalzwerken, umfassend wenigstens eine hydraulische Pumpe (P1), welche mittels eines Pumpenmotors (M) angetrieben ist, wobei der Pumpenmotor an eine dreiphasige Versorgungsspannung angeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenmotor (M) in der Weise als polumschaltbarer Motor ausgeführt ist, dass ein Stator des Pumpenmotors (M) über zumindest zwei Wicklungssysteme verfügt, welche unterschiedliche Drehzahlen eines Läufers des Pumpenmotors (M) bewirken und dass der Pumpenmotor (M) mit einer Steuerung (STR) verbunden ist, welche zur Polumschaltung zwischen Entzunderungszeiten und Entzunderungspausen eingerichtet ist, um während einer Entzunderungspause die Drehzahl des Pumpenmotors (M) zu reduzieren.
- Entzunderungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Pumpen (P1, P2, Pn) parallel geschaltet sind, wobei jede Pumpe (P1, P2, Pn) mittels eines polumschaltbaren Pumpenmotors (M) angetrieben ist.
- Entzunderungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Pumpe (PS) im Standby Betrieb vorgesehen ist.
- Entzunderungsanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pumpenmotor (M) mittels einer gemeinsamen Steuerung (STR) angesteuert ist.
- Entzunderungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pumpenmotor (M) zwei Wicklungssysteme aufweist, welche abwechselnd mittels Polumschaltung an eine Versorgungsspannung schaltbar sind.
- Entzunderungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Wicklungssystem des jeweiligen Pumpenmotors (M) vierpolig ausgeführt ist und dass ein zweites Wicklungssystem des jeweiligen Pumpenmotors (M) zweipolig ausgeführt ist.
- Entzunderungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Pumpenmotor (M) eine Mittelspannungsschaltzelle mit Vakuumschütze (Q1, Q2, Q3) zur Polumschaltung umfasst und dass die Vakuumschütze (Q1, Q2, Q3) mittels der Steuerung (STR) angesteuert sind.
- Entzunderungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Pumpenmotor (M) mit einem Drehzahlgeber (D) gekoppelt ist.
- Entzunderungsanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungssysteme eines jeweiligen Pumpenmotors (M) als zwei getrennt angeordnete Wicklungssysteme ausgeführt sind.
- Entzunderungsanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Wicklungssysteme eines jeweiligen Pumpenmotors (M) in einer Stern-/Doppelsternschaltung angeordnet sind.
- Entzunderungsanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Wicklungssysteme eines jeweiligen Pumpenmotors (M) in einer Dreieck-/Doppelsternschaltung angeordnet sind.
- Verfahren zum Ansteuern einer Entzunderungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Wicklungssysteme eines jeweiligen Pumpenmotors (M) mittels Steuerung (STR) abwechselnd an eine dreiphasige Versorgungsspannung geschaltet werden, um während einer Entzunderungspause die Drehzahl des Pumpenmotors (M) zu reduzieren.
- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Entzunderungspause der jeweilige Pumpenmotor (M) mit einem ersten Wicklungssystem betrieben wird und dass während einer Entzunderungszeit der jeweilige Pumpenmotor (M) mit einem zweiten Wicklungssystem betrieben wird.
- Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Umschaltung von einem Wicklungssystem auf das andere Wicklungssystem mittels Steuerung (STR) überwacht wird, ob übersynchrones Bremsen auftritt.
- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Anlaufvorgangs des jeweiligen Pumpenmotors (M) mittels Steuerung (STR) von einem Wicklungssystem auf das andere Wicklungssystem umgeschaltet wird.
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