WO1996025787A1 - Antrieb mit einem drehstrom-asynchronmotor mit schleifringläufer - Google Patents
Antrieb mit einem drehstrom-asynchronmotor mit schleifringläufer Download PDFInfo
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Definitions
- the invention relates to a drive with a three-phase asynchronous motor with slip ring rotor.
- stator voltage or stator current and the stator frequency are controlled by means of the converter in order to set the motor speed.
- the converter With large motor power, the converter must be designed for a correspondingly high power range and is accordingly complex and expensive.
- the invention is also based on the object of specifying a drive with a three-phase asynchronous motor which is optimized in terms of design and cost, particularly for high motor outputs. According to the invention, the object is achieved by the drive indicated in claim 1. Advantageous developments of the drive according to the invention are specified in the subclaims.
- the motor power can be divided between the two converters, so that they can each be designed for a lower power range than the motor power.
- the motor speed results from the difference between the stator frequency and the rotor frequency. It is therefore possible to set low engine speeds up to engine standstill without the stator frequency or the rotor frequency itself having to be reduced to zero.
- transformers of standard size can be arranged between the inverters and the motor in order to transform the output voltages of the inverters to higher values for the stator or rotor voltages. This in turn enables the use of low cost, standard, low voltage inverters.
- the motor 1 shows a three-phase asynchronous motor 1 with a stator 2 and a slip ring rotor 3, which is used in large-scale drives for rotating applications for different applications, in particular in the basic material industry, for example in the B. shaft hoists, is used.
- the motor 1 is designed for the medium voltage supply due to the high motor power required.
- the motor 1 is connected on the stator side via a motor-side transformer 4, a converter 5 and a line-side transformer 6 to a three-phase medium-voltage network 7 with a voltage of, for example, 5 kV closed.
- the grid-side transformer 6 transforms this medium voltage into a low voltage of z. B. 690 volts, with which the converter 5 is operated.
- the motor-side output voltage of the converter 5 is transformed into the medium-voltage range again by means of the transformer 4.
- the motor 1 On the rotor 3 side, the motor 1 is also connected to a three-phase medium-voltage network 11, which can be identical to the three-phase network 7, via a further motor-side transformer 8, a further converter 9 and a further line-side transformer 10.
- the further grid-side transformer 10 transforms the medium voltage into a low voltage, with which the further converter 9 is operated.
- the motor-side output voltage of the further converter 9 is transformed by means of the transformer 8 into the voltage range required for the rotor supply, for example 1 kV.
- the transformer 8 At lower rotor voltages, the transformer 8 can also be omitted and the rotor 3 can be connected directly to the converter 9.
- the engine speed and the engine torque or the engine power are regulated as a function of a third-order target value n * and a torque target value M * or a current target value I * representing them, the target values being supplied to a control device 12 for this purpose.
- the control device 12 controls the converter 5, so that it generates a stator voltage U S for the motor 1 with a stator frequency f S and above it sets a stator current Ig, and the converter 9, see above that this sets a rotor voltage U L with a rotor frequency f L and a rotor current I 2 for motor 1.
- the setting of the currents I S and I L and the frequencies fg and f L by the two inverters 5 and 9 is divided by the control device 12 so that each of the two inverters 5 and 9 delivers a predetermined proportion of the total motor power and that the desired engine speed results from the difference between the stator frequency f S and the rotor frequency f L.
- the stator frequency fg and the rotor frequency f L are set so that they do not fall below a minimum frequency of, for example, 5 Hz.
- the transformers 4 and 8 thus only have to transmit currents and voltages above this minimum frequency and can therefore have a correspondingly small size. Apart from the ohmic voltage drops, the voltages required by the motor 1 and thus also the powers implemented are proportional to the respective frequencies.
- FIG. 2 shows an example of how the stator voltage Ug and frequency f S and the rotor voltage U L and frequency f L are to be conducted as a function of the time t for a startup process.
- the motor speed n is proportional to the difference between the stator and rotor frequencies f S - f L.
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Abstract
Um bei einem drehzahlveränderlichen Antrieb mit einem Drehstrom-Asynchronmotor (1) mit Schleifringläufer (3) hohe Motorleistungen bei geringem gerätetechnischen Aufwand zu erzielen, wird der Motor (1) ständerseitig über einen Umrichter (5) zur Einstellung der Ständerspannung bzw. des Ständerstroms (IS) und der Ständerfrequenz (fS) und läuferseitig über einen weiteren Umrichter (9) zur Einstellung der Läuferspannung bzw. des Läuferstroms (IL) und der Läuferfrequenz (fL) gespeist. Die Umrichter (5, 9) werden von einer Steuereinrichtung (12) in der Weise gesteuert, daß die Motorleistung in einem vorgegebenen Maße auf die beiden Umrichter (5, 9) aufgeteilt ist und daß aus der Ständerfrequenz (fS) und der Läuferfrequenz (fL) eine vorgegebene Motordrehzahl resultiert. Um den Motor (1) mit hohen und die Umrichter (5, 9) mit niedrigen Spannungen betreiben zu können, sind zwischen dem Motor (1) und den Umrichtern (5, 9) Transformatoren (4, 8) angeordnet, deren Baugröße dadurch gering gehalten werden kann, daß die Ständerfrequenz (fS) und die Läuferfrequenz (fL) eine vorgegebene Mindstfrequenz nicht unterschreiten. Dennoch läßt sich die Motordrehzahl auf geringe Werte bis hin zum Motorstillstand regeln.
Description
Beschreibung
Antrieb mit einem Drehstrom-Asynchronmotor mit Schleifringläufer
Die Erfindung betrifft einen Antrieb mit einem DrehstromAsynchronmotor mit Schleifringläufer.
Es ist bekannt, bei drehzahlveränderbaren Antrieben Drehstrom-Asynchronmotoren ständerseitig über Umrichter in Form von Stromzwischenkreis-Umrichtern, SpannungszwischenkreisUmrichtern oder Direktumrichtern zu speisen. Dabei wird zur Einstellung der Motordrehzahl mittels des Umrichters die Ständerspannung bzw. der Ständerstrom sowie die Ständerfrequenz gesteuert.
Bei großer Motorleistung muß der Umrichter für einen entsprechend hohen Leistungsbereich ausgelegt werden und ist dementsprechend aufwendig und teuer.
Ferner ist es für eine kostengünstige Antriebslösung erforderlich, daß das Spannungsniveau des Umrichters und das des Motors aneinander angepaßt sind. Ist das Spannungsniveau von Umrichter und Motor unterschiedlich, so kann dieses über einen Transformator angepaßt werden. Dies setzt jedoch voraus, daß abgesehen von Übergangsvorgängen eine Mindestfrequenz am Ausgang des Umrichters nicht unterschritten wird, so daß darunter liegende Motordrehzahlen bis hin zum Motorstillstand nicht eingestellt werden können.
Der Erfindung liegt daner die Aufgabe zugrunde, einen oezüglich des konstruktiven und kostenmäßigen Aufwandes optimierten Antrieb mit einem Drehstrom-Asynchronmotor, insbesondere für hohe Motorleistungen, anzugeben. Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch den in dem Patentanspruch 1 angegeoenen Antrieb gelost.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Antriebs sind in den Unteransprüchen angegeben.
Dadurch, daß der Motor sowohl ständerseitig als aucn läuferseitig jeweils über einen Umrichter gespeist wird, ist eine Aufteilung der Motorleistung auf beide Umrichter möglich, so daß diese jeweils für einen gegenüber der Motorleistung geringeren Leistungsbereich ausgelegt werden können. Die Motordrehzahl ergibt sich aus der Differenz der Ständerfrequenz und der Läuferfrequenz. Daher lassen sich geringe Motordrehzahlen bis hin zum Motorstillstand einstellen, ohne daß die Ständerfrequenz oder die Läuferfrequenz selbst bis auf Null verringert werden muß. Indem die Ständerfrequenz und/oder die Läuferfrequenz auf Werte obernalb einer Mindestfrequenz begrenzt werden, können zwischen den Umrichtern und dem Motor Transformatoren standardmäßiger Baugröße angeordnet werden, um die Ausgangsspannungen der Umrichter auf höhere Werte für die Ständer- bzw. Läuferspannungen zu transformieren. Dies wiederum ermöglicht die Verwendung von kostengünstigen standardmäßigen Umrichtern für niedrige Spannungen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen, von denen
FIG 1 ein Schaltungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Antrieb und
FIG 2 ein Beispiel für einen Kochlaufvorgang zeigen.
FIG 1 zeigt einen Drehstrom-Asynchronmotor 1 mit einem Ständer 2 und einem Schleifringläufer 3, der bei drehzanlveranderoaren Großantrieben für unterschiedliche Anwendungen, insbesondere der Grundstoffindustrie, z . B. Schachtförderanlagen, zum Einsatz kommt. Der Motor 1 wird aufgrund der geforderten hohen Motorleistung für die Speisung mit Mittelspannung ausgelegt. Dazu ist der Motor 1 ständerseitig über einen motorseitigen Transformator 4, einen Umrichter 5 und einen netzseitigen Transformator 6 an einem Drehstrom-Mittelspannungsnetz 7 mit einer Spannung von beispielsweise 5 kV ange
schlössen. Der netzseitige Transformator 6 transformiert diese Mittelspannung in eine Niederspannung von z. B. 690 Volt, mit der der Umrichter 5 betrieben wird. Die motorseitige Ausgangsspannung des Umrichters 5 wird mittels des Transformators 4 wieder in den Mittelspannungsoereich transformiert.
Auf der Seite des Läufers 3 ist der Motor 1 über einen weiteren motorseitigen Transformator 8, einen weiteren Umrichter 9 und einen weiteren netzseitigen Transformator 10 ebenfalls an einem Drehstrom-Mittelspannungsnetz 11, das mit dem Drehstromnetz 7 identisch sein kann, angeschlossen. Der weitere netzseitige Transformator 10 transformiert die Mittelspannung in eine Niederspannung, mit der der weitere Umrichter 9 betrieben wird. Die motorseitige Ausgangsspannung des weiteren Umrichters 9 wird mittels des Transformators 8 in den für die Läuferspeisung benötigten Spannungsbereich, beispielsweise 1 kV, transformiert. Bei niedrigeren Läuferspannungen kann der Transformator 8 auch entfallen und der Läufer 3 direkt an den Umrichter 9 angeschlossen werden.
Die Motordrehzahl und das Motormoment bzw. die Motorleistung werden in Abhängigkeit von einem Drenzahlsollwert n* und einem Momentensollwert M* bzw. einem diesen repräsentierenden Stromsollwert I* geregelt, wobei die Sollwerte hierzu einer Steuereinrichtung 12 zugeführt werden. Aufgrund der Sollwerte n*, M* bzw. I* steuert die Steuereinrichtung 12 den Umrichter 5, so daß dieser für den Motor 1 eine Ständerspannung US mit einer Ständerfrequenz fS erzeugt und darüber einen Ständerstrom Ig einstellt, und den Umrichter 9, so daß dieser für den Motor 1 eine Läuferspannung UL mit einer Läuferfrequenz fL und darüber einen Läuferstrom I2 einstellt. Die Einstellung der Ströme IS und IL und der Frequenzen fg und fL durch die beiden Umrichter 5 und 9 wird dabei von der Steuereinrichtung 12 so aufgeteilt, daß jeder der beiden Umrichter 5 und 9 einen vorgegebenen Anteil der gesamten Motorleistung liefert und daß sich aus der Differenz der Ständerfrequenz fS und der Läuferfrequenz fL die gewünschte Motordrehzahl ergibt.
Dabei werden die Ständerfrequenz fg und die Läuferfrequenz fL so eingestellt, daß sie eine Mindestfrequenz von beispielsweise 5 Hz nicht unterschreiten. Die Transformatoren 4 und 8 müssen somit nur Ströme und Spannungen oberhalb dieser Mindestfrequenz übertragen und können daher eine entsprechend geringe Baugröße aufweisen. Die von dem Motor 1 benötigten Spannungen und damit auch die umgesetzten Leistungen sind abgesehen von den ohmschen Spannungsabfällen proportional zu den jeweiligen Frequenzen.
Bei einer Motorleistung von beispielsweise 2000 kVA können z. B. bis zu 60% (1200 kVA) über den ständerseitigen Umrichter 5 und bis zu 40% (800 kVA) über den läuferseitigen Umrichter 9 geliefert werden.
FIG 2 zeigt ein Beispiel, wie die Ständerspannung Ug und -frequenz fS sowie die Läuferspannung UL und -frequenz fL in Abhängigkeit von der Zeit t für einen Hochlaufvorgang zu führen sind. Die Motordrehzahl n ergibt sich in proportionaler Weise aus der Differenz von Ständer- und Läuferfrequenz fS - fL.
Die angegebenen Zahlenwerte dienen lediglich der Erläuterung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Antriebs und stellen somit nur Beisoiele dar.
Claims
1. Antrieb mit einem Drehstrom-Asynchronmotor (1) mit
Schleifringläufer (3) für den Einsatz in Förderanlagen, z. B. Schachtförderanlagen, der ständerseitig über einen Umrichter (5) zur Einstellung der Standerspannung bzw. des Ständerstroms (Is) und der Ständerfrequenz (fs) an einem Drehstromnetz (7) angeschlossen ist und läuferseitig über einen weiteren Umrichter (9) zur Einstellung der Läuferspannung bzw. des Läuferstroms (IL) und der Läuferfrequenz (fL) an einem Drehstromnetz (11) angeschlossen ist, und mit einer die beiden Umrichter (5, 9) in der Weise steuernden Steuereinrichtung (12), daß die Motorleistung in einem vorgegebenen Maß auf beide Umrichter (5, 9) aufgeteilt ist und daß aus der Differenz der Ständerfrequenz (fs) und der Läuferfrequenz (fL) die Motordrehzahl resultiert, wobei sowohl die Ständerfrequenz (fs) als auch die Läuferfrequenz (fL) oberhalb einer Mindestfrequenz gehalten werden und wobei der Motorstillstand durch Gleichsetzen der Ständerfrequenz (fs) und der Läuferfrequenz (fL) erreicht wird.
2. Antrieb nach Anspruch 1,
d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t,
daß die Mindestfrequenz, die weder die Ständerfrequenz (fs) noch die Läuferfrequenz (fL) unterschreiten, 5 Hz beträgt.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
daß zwischen dem ständerseitigen Umrichter (5) und dem Motor (1) ein motorseitiger Transformator (4) geschaltet ist.
4. Antrieb nach Anspruch 3 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
daß der ständerseitige Umrichter (5) über einen netzseitigen Transformator (6) an dem Drehstromnetz (7) angeschlossen ist.
5. Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
daß zwischen dem weiteren Umrichter (9) und dem Motor (l) ein weiterer motorseitiger Transformator (8) geschaltet ist
6. Antrieb nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
daß der weitere Umrichter (9) über einen weiteren netzseitigen Transformator (10) an dem Drehstromnetz (11) angeschlossen ist.
7. Antrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
daß der Motor (1) ein Mittelspannungs-Motor ist und die Umrichter (5, 9) Niederspannungs-Umrichter sind.
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