WO2001043270A2 - Antriebssystem für eine gruppe von maschinen - Google Patents

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WO2001043270A2
WO2001043270A2 PCT/EP2000/012456 EP0012456W WO0143270A2 WO 2001043270 A2 WO2001043270 A2 WO 2001043270A2 EP 0012456 W EP0012456 W EP 0012456W WO 0143270 A2 WO0143270 A2 WO 0143270A2
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control means
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Walter Bilcke
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Picanol N.V.
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/46—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
    • H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
    • H02P3/065—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing a reluctance motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors

Definitions

  • the invention relates to a drive system for a group of machines, each of which has a drive motor which is connected to a supply for direct current by means of control means.
  • the supply of the drive motor (s) of a machine, for example a weaving machine, with direct current is known.
  • An alternating current is converted into direct current by means of a rectifier of the machine in question.
  • This direct current is fed to the drive motor of the weaving machine via controllable switching means.
  • the drive motor preferably consists of a switchable reluctance motor.
  • Such a weaving machine preferably also contains a capacitive energy buffer which is connected to the input of the switching means and the output of the rectifier. This ensures that even with a varying energy supply to the main drive motor of the weaving machine, the energy output after the rectifier can remain almost constant.
  • the energy supply to the main drive motor changes as a function of a periodic course of movement of the weaving machine, since a weaving machine contains components that are moved in one direction or the other at predetermined times.
  • the drive system described meets the requirements for the weaving process. However, it is less suitable for electrically braking the main drive motor of the loom. For example, the main drive motor must be braked to stop the loom or to slow the loom during weaving. In this case, the energy buffer must absorb the energy that is released by the electrical braking of the main motor. An energy buffer with a large capacity and / or high permissible voltages is therefore required.
  • the invention has for its object to improve a drive system of the type mentioned.
  • the drive system according to the invention has the advantage that the amount of energy that is released during braking on one of the machines can be used by another machine in the group. In this case, it is achieved that a possibly existing energy buffer has to absorb less energy and / or the connection of a possibly existing resistor becomes superfluous.
  • each machine contains a rectifier, which is arranged between an AC network and the inputs of the respective control means of the machines. Since the inputs to the control means are electrically connected to one another, the rectifiers can also cooperate in order to supply the energy which is required, for example, to start or accelerate one of the machines.
  • an energy buffer is assigned to the inputs to the control means of each machine. This makes it possible to limit the size of the individual energy buffers.
  • the use of energy buffers with a lower capacity offers the advantage that these energy buffers contain fewer polluting pollutants. Since the energy buffers of the individual machines can exchange energy with one another, these energy buffers work together with the sum of their capacities. Because of this connection, the total capacity of all energy buffers can also be limited. Due to the connection of the energy buffers to one another, it is also possible to use the energy stored in each of the energy buffers to start or accelerate a machine. In this case, the rectifiers do not have to deliver all the energy required to start or accelerate a machine. When using a rectifier for each machine, it can also be achieved that the energy output of the individual rectifiers in the remains essentially constant, even if there is only a smaller energy buffer per machine.
  • each machine is assigned a resistor which is connected to the input of the respective control means and / or the respective energy buffer by means of switching means. If it is necessary to convert energy into heat, this heat can be distributed to the individual resistors by switching on the resistors.
  • the group of machines is assigned a common resistance, which is connected to the inputs of the control means of the machines by means of switching means.
  • This resistor can be attached to a remote location, for example outside of a web room. It is thus possible to prevent the heat given off by this resistance from having to be absorbed again by an air conditioning system in the weaving room.
  • a common rectifier is arranged between an AC network and the inputs of the control means of the machines in a group.
  • the energy supply can take place partially or completely via the common rectifier, which, for example, converts alternating current into direct current with a very high degree of efficiency.
  • an inverter is arranged between the control means of the machines in the group and the AC network.
  • this inverter which converts direct current into alternating current, the energy recovered during braking can be fed back into the alternating current network. Since a single inverter is sufficient for a machine group, a complex and correspondingly expensive inverter can also be selected, which is the Recover energy instead of converting it to heat using simple and inexpensive resistors.
  • a common energy buffer is assigned to the inputs to the control means of the machines of the group.
  • the rectifier (s) is equipped with semiconductors forming a direct current with a defined supply voltage.
  • the machines of the group are looms, in which the main drive shafts are preferably each connected directly to a drive shaft of the associated drive motor.
  • Fig. 1 shows a weaving machine group with a drive system according to the invention
  • Fig. 2 to 5 modifications of drive systems according to the invention for a weaving machine group.
  • the drive system 1 of FIG. 1 is used to electrically drive a group of machines 2, 3 and 4 by means of an alternating current network 5.
  • the alternating current network 5 is, for example, a conventional network with a voltage of 380 volts and a frequency of 50 Hz.
  • a rectifier 6 is assigned to each machine 2, 3 and 4 and converts the alternating current of the alternating current network 5 into direct current.
  • the rectifiers 6 are each connected to the inputs 7 of control means 8, which feed the respective drive motor 9 of the machines 2, 3 and 4 direct current.
  • Each machine 2, 3 and 4 contains at least one Component 10, which carries out a periodic movement, ie is moved in one direction or the other at a certain point in time or is raised or lowered at a certain point in time.
  • the electric drive motor 9 of each of the machines 2, 3 and 4 is driven with a periodic course of movement, by supplying energy with a periodic course to the drive motor 9 in a controlled manner with the aid of the control means 8.
  • the course of the energy supply is controlled so that a constant torque is present.
  • the drive motor 9 consists of a switchable reluctance motor, so that the control means 8 are each a switching unit.
  • Each machine 2, 3, 4 is provided with a control unit 11 which supplies the control means 8 (switching units) by means of control parameters which can be called up from a memory, so that the energy supply to the reluctance motor 9 takes place according to a periodic course.
  • the switchable reluctance motors 9 are thus controlled via the angular positions with a course of motion by using the control means 8 (switching units) to couple predetermined windings of the switchable reluctance motor 9 to the output of the rectifier 6 for a predetermined period of time.
  • the course of movement means the change in the angular position of the switchable reluctance motor 9. This course of movement is particularly adapted to the natural movement of the components of the machine.
  • the machines 2, 3 and 4 each contain an angle measuring device 12 with which the angular position of the main drive shaft of the respective machines 2, 3 and 4 is determined. These angle measuring devices 12 of each machine 2, 3 and 4 are coupled to the respective control units 11. In this way, the control means 8 (switching units) of each of the machines 2, 3 and 4 depending on the signal of the associated angle measuring Device 12 can be controlled, which indicates the angular position of the respective machine 2, 3 and 4. There is also the possibility of determining the angular positions of the machines 2, 3 and 4 by means of the angular positions of the drive motors 9. As shown in FIG. 1, the control units 11 of the individual machines 2, 3 and 4 can also be connected to a central control unit which is set up, for example, at a distance from the machines 2, 3 and 4 and by means of a network connection to the control units 11 of the individual machines is connected.
  • WO 98/31856 discloses a drive motor, the drive shaft of which is directly connected to the main drive shaft of the weaving machine or is even in one piece.
  • WO 99/27426 discloses how such a drive motor is driven with a certain course of movement by controlling the energy supply to this drive motor as a function of the angular position of the machine. This type of drive is preferably also provided in the machines of the group which are driven with the drive system according to the invention. For this reason, the content of WO 99/27426 is declared part of the present application.
  • the inputs 7 of the control means 8 and thus also the outputs of the individual rectifiers 6 of the group of machines 2, 3 and 4 are connected to one another by means of an electrical line 14, so that direct current flows and is exchanged between the machines 2, 3 and 4 of the group can. This means that direct current from one of the rectifiers 6 can also flow to the individual machines 2, 3 and 4 of the group.
  • each rectifier 6 has a number of controllable or non-controllable semiconductors, for example a number of diodes, with which alternating current is converted into direct current with a defined supply voltage. To avoid that ner the rectifier 6 is too heavily used, it is advantageous to use rectifiers 6, which deliver a direct current with substantially the same supply voltage. Identical rectifiers 6 are therefore preferably used for the individual machines 2, 3 and 4.
  • the electrical line 14 should have a sufficient diameter and thus a sufficiently low impedance so that the energy can be transported without significant losses. In the case of weaving machines, such a line 14 should be able to transport an energy of more than 3 kW without substantial, permanent heating. Copper cables with a diameter of several millimeters are suitable for this, for example.
  • each of the machines 2, 3 and 4 contains an electrical energy buffer 15 which is arranged between the respective output of the rectifier 6 and the input 7 of the respective control means 8.
  • Each of these energy buffers 15 consists, for example, of a capacity in which energy can be stored and from which energy can be drawn.
  • the energy present in each of the energy buffers 15 can be supplied to one of the drive motors 9 of one of the machines 2, 3 or 4.
  • the energy generated when braking a drive motor 9 of one of the machines 2, 3 or 4 is also supplied to one of the energy buffers 15, which can still absorb energy.
  • This energy consumption is not limited to the energy buffer installed on a particular machine 2, 3 or 4. It is therefore possible that one of the machines 2, 3, 4, which requires a peak power, can draw energy from the energy buffers 15 and also from the rectifiers 6 from each of the other machines in the group.
  • the energy released when braking or reducing the speed of a particular machine can be used to transfer another machine of the same group to feed, so that the energy buffer (s) 15 do not have to absorb all of the energy then released and / or no additional resistors for converting energy into heat have to be connected.
  • This is particularly useful for weaving machines in which the speed is periodically reduced in accordance with a specific pattern to be woven. This is the case, for example, with multicolor weaving, in which a specific weft thread has to be woven at a lower speed. In such weaving machines, the energy stored in the energy buffers must also be able to be used to subsequently increase the speed of the weaving machine again.
  • a resistor 16 is therefore provided for each machine 2, 3 and 4, as shown in FIG. 2, which can be coupled to the outputs of the rectifiers 6 and to the inputs 7 of the control means 8 by means of switching means 17.
  • Each of these resistors 16 is thus also coupled to the energy buffers 15.
  • the switching means 17 are controlled by means of the central control unit 13. It is possible to switch on all resistors 16 if the voltage buffer 15 has a too high voltage value. This voltage value is measured by means of a voltmeter 18, which is connected to the control unit 13 and the inputs 7 to the control means 8. It is also possible to use 16 assign sensors that are connected to the control unit 13. The control unit 13 can then switch on the resistor 16 with the lowest temperature depending on the temperature of each of the resistors 16 when the voltage value of the energy buffers 15 is too high.
  • the group of machines 2, 3 and 4 is assigned only one resistor 19 which can be coupled to the inputs 7 of the control means 8 of the machines 2, 3, 4 by means of switching means 20.
  • This individual resistor is expediently arranged outside the room in which the machines 2, 3, 4 are installed, in particular in order not to burden an air conditioning system available for this room.
  • an additional common rectifier 22 is also provided, the output 21 of which is connected to the common line 14, which leads to the inputs 7 of the control means 8.
  • the basic design of the embodiment according to FIG. 4 corresponds to the embodiment according to FIG. 1.
  • an inverter 23 is provided, which converts direct current into alternating current when the predetermined voltage values occur at the inputs 7 of the control means 8 and feeds it into the alternating current network 5 .
  • This inverter 23 is arranged between the inputs 7 of the control means 8 and the AC network 5.
  • the resistors 16 and / or 19 can be omitted.
  • the case will only occur relatively rarely that current must be fed back into the network 5.
  • a common energy buffer 24 is also provided instead of the individual energy buffers 15, which is connected to the inputs 7 of the control means 8 and to the outputs of the rectifiers 6.
  • FIG. 5 essentially corresponds to the embodiment according to FIG. 3. However, in this embodiment it has been dispensed with to assign each machine 2, 3 and 4 its own rectifier 6. Instead, a centrally installed rectifier 22 is provided between the AC network 5 and the line 14, the output 21 of which is connected to the line 14, which connects the inputs 7 of the control means 8.
  • the invention is of course not limited to a group of three machines 2, 3, 4. At least two machines are required. However, the advantages of the invention are greater the more machines belong to a group of machines that are supplied by means of the drive system according to the invention.
  • each of the machines 2, 3, 4 contains only one drive motor 9.
  • the energy supply through the feed system to the individual drive motors can be understood as if it were an energy supply to a single fictitious drive motor of the machine in question.
  • the individual exemplary embodiments can also be combined with one another within the scope of the invention.
  • other machines can also be provided that are driven and braked by means of a drive motor, for example compressors with an electric drive motor.
  • the size of the rectifiers and the energy buffers of each machine can be designed for an average energy supply and for an average energy storage. They do not have to be designed to absorb energy peaks when braking a machine or to deliver peak power to start a machine. Due to this size design, there is an improvement in the electrical efficiency of each of the rectifiers in the machine group.
  • the invention also makes it possible to limit the fluctuations in the energy to be supplied by each rectifier, which also has the effect of improving the electrical efficiency.
  • the drive system according to the invention is particularly suitable for use in a group of machines in which the central control unit 13 contains means for driving the electric drive motors 9 of the machines 2, 3 and 4 of the group in accordance with a respective periodic course of movement. It is particularly advantageous if the periodic movements of the individual machines 2, 3, 4 of the group are adapted to one another, so that the total energy supply to the group of machines 2, 3, 4 is limited to a predetermined value. This value then consists, for example, of a maximum value and / or a maximum change in the total energy supply.
  • the control of the course of the energy supply to the drive motors 9 of the individual machines 2, 3, 4 can be carried out as disclosed in WO 99/27426, the movements of the individual machines then additionally being adapted to one another by means of the central control unit 13 so that they are out of phase, for example.
  • This can be done by controlling the angular position of the different machines in relation to each other.
  • the respective course of movement of one machine is adapted to the other machines in such a way that the time at which one machine absorbs a maximum amount of energy does not coincide with the time when another machine in the group also absorbs a maximum amount of energy.
  • This means that the energy supply from each rectifier can be kept almost constant even with a relatively small energy buffer for each machine.
  • the invention also offers the advantage that a single machine with its rectifier 6 and a possibly present energy buffer 15 and / or a possibly available switchable resistor 16 works as such, but works even more efficiently in the group due to the connecting line 14.
  • a single machine with its rectifier 6 and a possibly present energy buffer 15 and / or a possibly available switchable resistor 16 works as such, but works even more efficiently in the group due to the connecting line 14.
  • not only lines of the alternating current network 5 but also electrical lines 14 for direct current are provided between the individual machines.
  • the invention can also be used in a group of machines that are not braked by means of an electric drive motor.
  • the invention is advantageous in order to start a machine, particularly in machines that are driven with a periodic course of movement.
  • the drive system according to the invention is particularly suitable for use in weaving machines. It enables an improvement in the electrical efficiency of a weaving machine group and is therefore of major advantage for weaving mills.

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Abstract

Bei einem Antriebssystem zum Antreiben einer Gruppe von Maschinen (2, 3, 4), die jeweils einen Gleichrichter (6) aufweisen, wird vorgesehen, dass die Eingänge (7) zu den Steuermitteln (8) der Antriebsmotoren der Maschinen untereinander mittels einer elektrischen Leitung (14) verbunden sind, über die ein Stromaustausch erfolgt.

Description

Antriebssystem für eine Gruppe von Maschinen
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für eine Gruppe von Maschinen, die jeweils einen Antriebsmotor aufweisen, der mittels Steuermitteln an eine Zuführung für Gleichstrom angeschlossen ist.
Die Versorgung des oder der Antriebsmotoren einer Maschine, beispielsweise einer Webmaschine, mit Gleichstrom, ist bekannt. Dabei wird ein Wechselstrom mittels eines Gleichrichters der betreffenden Maschine in Gleichstrom umgeformt. Dieser Gleichstrom wird über steuerbare Schaltmittel dem Antriebsmotor der Webmaschine zugeführt. Bevorzugt besteht dabei der Antriebsmotor aus einem schaltbaren Reluktanzmotor. Eine derartige Webmaschine enthält bevorzugt auch einen kapazitiven Energiepuffer, der mit dem Eingang der Schaltmittel und dem Ausgang des Gleichrichters verbunden ist. Damit wird erreicht, dass auch bei einer variierenden Energiezufuhr zu dem Hauptantriebsmotor der Webmaschine die Energieabgabe nach dem Gleichrichter nahezu konstant bleiben kann. Bei einer Webmaschine verändert sich die Energiezufuhr zum Hauptantriebsmotor in Abhängigkeit von einem periodischen Bewegungsverlauf der Webmaschine, da eine Webmaschine Bauteile enthält, die zu vorgegebenen Zeitpunkten in die eine oder die andere Richtung bewegt werden. Das geschilderte Antriebssystem genügt den Anforderungen für den Webvorgang. Es ist jedoch weniger gut geeignet, um den Hauptantriebsmotor der Webmaschine elektrisch zu bremsen. Der Hauptantriebsmotor muß beispielsweise gebremst werden, um die Webmaschine zu stoppen oder um die Geschwindigkeit der Webmaschine während des Webvorgangs zu verringern. In diesem Fall muß der Energiepuffer die Energie aufnehmen, die durch das elektrische Bremsen des Hauptmotors abgegeben wird. Es ist deshalb ein Energiepuffer mit großer Kapazität und/oder hohen zulässigen Spannungen erforderlich.
Bei schnelllaufenden Webmaschinen ist es nahezu unmöglich, die gesamte, beim Bremsen freiwerdende Energie in einem Energiepuffer zu speichern. Das würde entweder einen Energiepuffer mit sehr großer Kapazität erfordern oder dazu führen, dass der Spannungswert des Energiepuffers zu hoch wird. Um zu vermeiden, dass der Spannungswert des Energiepuffers zu hoch wird, ist es bekannt, bei Erreichen eines vorgegebenen Spannungswertes einen Widerstand parallel zu dem Energiepuffer zu schalten, so dass Energie aus dem Energiepuffer entnommen und von dem Widerstand in Wärme umgesetzt wird. Wenn der Hauptantriebsmotor einer Webmaschine häufig gebremst werden muß, so besteht die Gefahr, dass die Temperatur des Widerstandes zu hoch wird. Darüber hinaus muß die von einem derartigen Widerstand erzeugte Wärme von einer Klimaanlage des Websaales aufgenommen werden. Hierfür ist wieder eine relativ große Menge an Energie erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem der eingangs genannten Art zu verbessern.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Eingänge zu den Steuermitteln der Antriebsmotoren der Maschinen der Gruppe zum Stromaustausch mittels elektrischer Leitungen miteinander verbunden sind. Das erfindungsgemäße Antriebssystem bietet den Vorteil, dass die Menge an Energie, die während des Bremsens an einer der Maschinen frei wird, von einer anderen Maschine der Gruppe verwertet werden kann. In diesem Fall wird erreicht, dass ein eventuell vorhandener Energiepuffer weniger Energie aufnehmen muß und/oder das Zuschalten eines eventuell vorhandenen Widerstands überflüssig wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält jede Maschine einen Gleichrichter, der zwischen einem Wechselstromnetz und den Eingängen der jeweiligen Steuermittel der Maschinen angeordnet ist. Da die Eingänge zu den Steuermitteln miteinander elektrisch verbunden sind, können auch die Gleichrichter zusammenwirken, um die Energie zu liefern, die beispielsweise erforderlich ist, um eine der Maschinen zu starten oder zu beschleunigen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgesehen, dass den Eingängen zu den Steuermitteln jeder Maschine jeweils ein Energiepuffer zugeordnet ist. Dadurch ist es möglich, die Größe der einzelnen Energiepuffer zu beschränken. Der Einsatz von Energiepuffern mit geringerer Kapazität bietet den Vorteil, dass diese Energiepuffer weniger umweltbelastende Schadstoffe enthalten. Da die Energiepuffer der einzelnen Maschinen Energie untereinander austauschen können, arbeiten diese Energiepuffer mit der Summe ihrer Kapazitäten zusammen. Aufgrund dieser Verbindung untereinander kann auch die Gesamtkapazität aller Energiepuffer begrenzt werden. Aufgrund der Verbindung der Energiepuffer untereinander ist es auch möglich, die in jedem der Energiepuffer gespeicherte Energie zu verwenden, um eine Maschine zu starten oder zu beschleunigen. In diesem Fall müssen die Gleichrichter nicht die gesamte Energie liefern, die für das Starten oder Beschleunigen einer Maschine erforderlich ist. Bei der Verwendung eines Gleichrichters für jede Maschine kann darüber hinaus erreicht werden, dass die Energieabgabe der einzelnen Gleichrichter im wesentlichen konstant bleibt, auch dann, wenn nur ein kleinerer Energiepuffer pro Maschine vorhanden ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass jeder Maschine ein Widerstand zugeordnet ist, der mittels Schaltmitteln mit dem Eingang des jeweiligen Steuermittels und/oder dem jeweiligen Energiepuffer verbunden ist. Wenn es notwendig ist, Energie in Warme umzusetzen, dann kann diese Warme durch Zuschalten der Widerstände auf die einzelnen Widerstände verteilt werden.
Bei einer anderen Ausfuhrungsform wird vorgesehen, dass der Gruppe der Maschinen ein gemeinsamer Widerstand zugeordnet ist, der mittels Schaltmitteln mit den Eingangen der Steuermittel der Maschinen verbunden ist. Dieser Widerstand kann einer entfernten Stelle angebracht werden, beispielsweise außerhalb eines Websaales. Damit ist es möglich, zu verhindern, dass die von diesem Widerstand abgegebene Warme wieder von einer Klimaanlage des Websaals aufgenommen werden muß.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass zwischen einem Wechselstromnetz und den Eingangen der Steuermittel der Maschinen einer Gruppe ein gemeinsamer Gleichrichter angeordnet ist. In diesem Fall kann die Energiezufuhrung teilweise oder auch vollständig über den gemeinsamen Gleichrichter erfolgen, der beispielsweise Wechselstrom mit einem sehr hohen Wirkungsgrad in Gleichstrom umformt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den Steuermitteln der Maschinen der Gruppe und dem Wechselstromnetz ein Wechselrichter angeordnet. Mittels dieses Wechselrichters, der Gleichstrom in Wechselstrom umformt, kann die bei einem Bremsen ruckgewonnene Energie in das Wechselstromnetz rückgespeist werden. Da für eine Maschinengruppe ein einziger Wechselrichter genügt, kann auch ein aufwendiger und entsprechend teurer Wechselrichter gewählt werden, der die Energie zurückgewinnt, anstatt diese mittels einfacher und preisgünstiger Widerstände in Wärme umzuwandeln.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass den Eingängen zu den Steuermitteln der Maschinen der Gruppe ein gemeinsamer Energiepuffer zugeordnet ist.
Bevorzugt wird vorgesehen, dass der oder die Gleichrichter mit einen Gleichstrom mit definierter Versorgungsspannung bildenden Halbleitern ausgerüstet ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Maschinen der Gruppe Webmaschinen, bei welchen vorzugsweise die Hauptantriebswellen jeweils direkt mit einer Antriebswelle des zugehörigen Antriebsmotors verbunden sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele.
Fig. 1 zeigt eine Webmaschinengruppe mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem und
Fig. 2 bis 5 Abwandlungen von erfindungsgemäßen Antriebssystemen für eine Webmaschinengruppe.
Das Antriebssystem 1 der Fig. 1 dient zum elektrischen Antreiben einer Gruppe von Maschinen 2, 3 und 4 mittels eines Wechselstromnetzes 5. Das Wechselstromnetz 5 ist beispielsweise ein übliches Netz mit 380 Volt Spannung und einer Frequenz von 50Hz. Jeder Maschine 2, 3 und 4 ist ein Gleichrichter 6 zugeordnet, der den Wechselstrom des Wechselstromnetzes 5 in Gleichstrom umformt. Die Gleichrichter 6 sind jeweils an die Eingänge 7 von Steuermitteln 8 angeschlossen, die den jeweiligen Antriebsmotor 9 der Maschinen 2, 3 und 4 Gleichstrom zuführen. Jede Maschine 2, 3 und 4 enthält wenigstens ein Bauteil 10, das eine periodische Bewegung ausführt, d.h. zu einem bestimmten Zeitpunkt in die eine oder andere Richtung bewegt wird oder zu einem bestimmten Zeitpunkt angehoben oder abgesenkt wird. Entsprechend wird der elektrische Antriebsmotor 9 jeder der Maschinen 2, 3 und 4 mit einem periodischen Bewegungsverlauf angetrieben, indem in entsprechender Weise Energie mit einem periodischen Verlauf zu dem Antriebsmotor 9 mit Hilfe der Steuermittel 8 gesteuert zugeführt wird. Insbesondere wird dabei der Verlauf der Energiezufuhr so gesteuert, dass ein konstantes Drehmoment vorhanden ist.
Der Antriebsmotor 9 besteht bei dem Ausführungsbeispiel aus einem schaltbaren Reluktanzmotor, so dass die Steuermittel 8 jeweils eine Schalteinheit sind. Jede Maschine 2, 3, 4 ist mit einer Steuereinheit 11 versehen, die die Steuermittel 8 (Schalteinheiten) mittels aus einem Speicher abrufbaren Steuerparameter versorgt, so dass die Energiezufuhr zu dem Reluktanzmotor 9 entsprechend einem periodischen Verlauf erfolgt. Damit werden die schaltbaren Reluktanzmotoren 9 über die Winkelstellungen mit einem Bewegungsverlauf gesteuert, indem mit Hilfe der Steuermittel 8 (Schalteinheiten) vorgegebene Wicklungen des schaltbaren Reluktanzmotors 9 für einen vorgegebenen Zeitabschnitt mit dem Ausgang des Gleichrichters 6 gekoppelt werden. Mit Bewegungsverlauf ist die Veränderung der Winkelposition des schaltbaren Reluktanzmotors 9 gemeint. Dieser Bewegungsverlauf ist insbesondere an die natürliche Bewegung der Bauteile der Maschine angepasst.
Bei der dargestellten Ausführungsform enthalten die Maschinen 2, 3 und 4 jeweils eine Winkelmessvorrichtung 12, mit der die Winkelstellung der Hauptantriebswelle der jeweiligen Maschinen 2, 3 und 4 bestimmt wird. Diese Winkelmessvorrichtungen 12 jeder Maschine 2, 3 und 4 sind mit den jeweiligen Steuereinheiten 11 gekoppelt. Auf diese Weise können die Steuermittel 8 (Schalteinheiten) jeder der Maschinen 2, 3 und 4 in Abhängigkeit von dem Signal der zugehörigen Winkelmess- Vorrichtung 12 gesteuert werden, das die Winkelposition der jeweiligen Maschine 2, 3 und 4 angibt. Es besteht auch die Möglichkeit, die Winkelstellungen der Maschinen 2, 3 und 4 mittels der Winkelpositionen der Antriebsmotoren 9 zu bestimmen. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, können die Steuereinheiten 11 der einzelnen Maschinen 2, 3 und 4 auch mit einer zentralen Steuereinheit in Verbindung stehen, die beispielsweise in Entfernung von den Maschinen 2, 3 und 4 aufgestellt und mittels einer Netzwerkverbindung mit den Steuereinheiten 11 der einzelnen Maschinen verbunden ist.
In der WO 98/31856 wird ein Antriebsmotor offenbart, dessen Antriebswelle mit der Hauptantriebswelle der Webmaschine direkt verbunden oder sogar einstückig ist. In der WO 99/27426 wird offenbart, wie ein derartiger Antriebsmotor mit einem bestimmten Bewegungsverlauf angetrieben wird, indem die Energiezufuhr zu diesem Antriebsmotor in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Maschine gesteuert wird. Diese Art des Antriebs wird bevorzugt auch bei den Maschinen der Gruppe vorgesehen, die mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem angetrieben werden. Aus diesem Grund wird der Inhalt der WO 99/27426 zum Bestandteil der vorliegenden Anmeldung erklärt.
Die Eingänge 7 der Steuermittel 8 und damit auch die Ausgänge der einzelnen Gleichrichter 6 der Gruppe von Maschinen 2, 3 und 4 sind miteinander mittels einer elektrischen Leitung 14 verbunden, so dass Gleichstrom zwischen den Maschinen 2, 3 und 4 der Gruppe fließen und ausgetauscht werden kann. Damit kann auch Gleichstrom eines der Gleichrichter 6 zu den einzelnen Maschinen 2, 3 und 4 der Gruppe fließen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt jeder Gleichrichter 6 eine Anzahl von steuerbaren oder nicht steuerbaren Halbleitern, beispielsweise einer Anzahl von Dioden, mit denen Wechselstrom in einen Gleichstrom mit einer definierten Versorgungsspannung umgeformt wird. Um zu vermeiden, dass ei- ner der Gleichrichter 6 zu stark beansprucht wird, ist es von Vorteil, Gleichrichter 6 zu verwenden, die einen Gleichstrom mit im wesentlichen der gleichen Versorgungsspannung liefern. Bevorzugt werden für die einzelnen Maschinen 2, 3 und 4 deshalb identische Gleichrichter 6 eingesetzt.
Die elektrische Leitung 14 soll einen ausreichenden Durchmesser und somit eine ausreichend niedrige Impedanz haben, damit die Energie ohne nennenswerte Verluste transportiert werden kann. Bei Webmaschinen sollte eine derartige Leitung 14 ohne wesentliche, dauerhafte Erwärmung eine Energie von mehr als 3kW transportieren können. Hierfür sind beispielsweise Kupferleitungen mit einem Durchmesser von mehreren Millimetern geeignet .
Jede der Maschinen 2, 3 und 4 enthalt bei der Ausfuhrungsform nach Fig. 1 einen elektrischen Energiepuffer 15, der zwischen dem jeweiligen Ausgang des Gleichrichters 6 und dem Eingang 7 des jeweiligen Steuermittels 8 angeordnet ist. Jeder dieser Energiepuffer 15 besteht beispielsweise aus einer Kapazität, in der Energie gespeichert und aus der Energie entnommen werden kann. Die in jedem der Energiepuffer 15 vorhandene Energie kann einen der Antriebsmotoren 9 einer der Maschinen 2, 3 oder 4 zugeführt werden. Auch die beim Bremsen eines Antriebsmotors 9 einer der Maschinen 2, 3 oder 4 entstehende Energie wird einem der Energiepuffer 15 zugeführt, der noch Energie aufnehmen kann. Diese Energieaufnahme ist nicht auf den an einer bestimmten Maschine 2, 3 oder 4 installierten Energiepuffer beschrankt. Es ist somit möglich, dass eine der Maschinen 2, 3, 4, die eine Spitzenleistung fordert, Energie aus den Energiepuffern 15 und auch aus den Gleichrichtern 6 jeder der anderen Maschinen der Gruppe entnehmen kann.
Die bei einem Bremsen oder bei einer Geschwindigkeitsverringerung einer bestimmten Maschine freiwerdende Energie kann verwendet werden, um eine andere Maschine der gleichen Gruppe zu speisen, so dass der oder die Energiepuffer 15 nicht die gesamte dann freiwerdende Energie wieder aufnehmen müssen und/oder keine zusätzlichen Widerstände zum Umwandeln von E- nergie in Wärme zugeschaltet werden -müssen. Dies ist vor allen Dingen bei Webmaschinen zweckmäßig, bei welchen die Geschwindigkeit entsprechend einem bestimmten, zu webenden Muster periodisch verringert wird. Dies ist beispielsweise bei einem Mehrfarbenweben der Fall, bei welchem ein bestimmter Schussfaden mit einer niedrigeren Geschwindigkeit gewebt werden muß. Bei solchen Webmaschinen muß die in den Energiepuffern gespeicherte Energie auch verwendet werden können, um die Geschwindigkeit der Webmaschine anschließend wieder zu erhöhen. Bei einer Webmaschine, bei der die Geschwindigkeit entsprechend einem Muster variiert, beispielsweise zwischen 1.200 und 900 Schüssen pro Minute, werden bei einer Geschwindigkeitsreduzierung etwa 3 Joule frei. Diese freigewordene Energie wird teilweise in den Energiepuffern 15 gespeichert und teilweise von den anderen Maschinen aufgenommen.
Bei einem erfindungsgemäßen Antriebssystem tritt nur selten der Fall ein, dass freiwerdende Energie durch Zuschalten eines Widerstandes in Wärme umgesetzt werden muß. Dies kann allerdings dann der Fall sein, wenn mehrere Maschinen gleichzeitig gestoppt werden. Aus Sicherheitsgründen wird deshalb, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, ein Widerstand 16 für jede Maschine 2, 3 und 4 vorgesehen, der mittels Schaltmitteln 17 mit den Ausgängen der Gleichrichter 6 und mit den Eingängen 7 der Steuermittel 8 gekoppelt werden kann. Damit ist jeder dieser Widerstände 16 auch mit den Energiepuffern 15 gekoppelt. Die Schaltmittel 17 werden mittels der zentralen Steuereinheit 13 gesteuert. Es besteht die Möglichkeit, alle Widerstände 16 bei Auftreten eines zu hohen Spannungswertes der Energiepuffer 15 einzuschalten. Dieser Spannungswert wird mittels eines Spannungsmessers 18 gemessen, der mit der Steuereinheit 13 und den Eingängen 7 zu den Steuermitteln 8 verbunden ist. Es ist auch möglich, den Widerständen 16 Tempera- tursensoren zuzuordnen, die an die Steuereinheit 13 angeschlossen sind. Die Steuereinheit 13 kann dann in Abhängigkeit von der Temperatur jedes der Widerstände 16 bei einem zu hohen Spannungswert der Energiepuffer 15 den Widerstand 16 mit der niedrigsten Temperatur zuschalten.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Gruppe von Maschinen 2, 3 und 4 nur ein Widerstand 19 zugeordnet, der mittels Schaltmitteln 20 mit den Eingängen 7 der Steuermittel 8 der Maschinen 2, 3, 4 gekoppelt werden kann. Dieser einzelne Widerstand wird zweckmäßigerweise außerhalb des Raums angeordnet, in welchem die Maschinen 2, 3, 4 aufgestellt sind, insbesondere um eine für diesen Raum vorhandene Klimaanlage nicht zu belasten. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist ferner ein zusätzlicher gemeinsamer Gleichrichter 22 vorgesehen, dessen Ausgang 21 an die gemeinsame Leitung 14 angeschlossen ist, die zu den Eingängen 7 der Steuermittel 8 führt.
Die Ausführungsform nach Fig. 4 entspricht im Grundaufbau der Ausführungsform nach Fig. 1. Zusätzlich ist jedoch ein Wechselrichter 23 vorgesehen, der bei Auftreten und Überschreiten von vorgegebenen Spannungswerten an den Eingängen 7 der Steuermittel 8 Gleichstrom in Wechselstrom umformt und diesen in das Wechselstromnetz 5 einspeist. Dieser Wechselrichter 23 ist zwischen den Eingängen 7 der Steuermittel 8 und dem Wechselstromnetz 5 angeordnet. In diesem Fall kann auf die Widerstände 16 und/oder 19 verzichtet werden. Bei einem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 wird der Fall nur relativ selten auftreten, dass Strom in das Netz 5 zurückgespeist werden muß. Es genügt deshalb, ein relativ kleiner Wechselrichter 23, d.h. ein Wechselrichter 23 der kleiner sein kann, als wenn jede Maschine 2, 3 oder 4 für sich mit einem Wechselrichter versehen würde, der die an dieser Maschine freiwerdende Energie zurückspeisen müsste. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist ferner anstelle der einzelnen Energiepuffer 15 ein gemeinsamer Energiepuffer 24 vorgesehen, der an die Eingänge 7 der Steuermittel 8 und an die Ausgänge der Gleichrichter 6 angeschlossen ist.
Die Ausführungsform nach Fig. 5 entspricht im wesentlichen der Ausführungsform nach Fig. 3. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch darauf verzichtet worden, jeder Maschine 2, 3 und 4 einen eigenen Gleichrichter 6 zuzuordnen. Stattdessen ist ein zentral installierter Gleichrichter 22 zwischen dem Wechselstromnetz 5 und der Leitung 14 vorgesehen, dessen Ausgang 21 an die Leitung 14 angeschlossen ist, die die Eingänge 7 der Steuermittel 8 verbindet.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf eine Gruppe von drei Maschinen 2, 3, 4 beschränkt. Es werden mindestens zwei Maschinen benötigt. Die Vorteile der Erfindung sind jedoch um so größer, je mehr Maschinen zu einer Gruppe von Maschinen gehören, die mittels des erfindungsgemäßen Antriebssystems versorgt werden.
Bei den dargestellten und erläuterten Ausführungsbeispielen enthält jede der Maschinen 2, 3, 4 nur einen Antriebsmotor 9. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, mehrere Antriebsmotoren für jede Maschine vorzusehen, die jeweils bestimmte Bauteile dieser Maschine antreiben. Dabei kann die Energiezufuhr durch das Speisesystem zu den einzelnen Antriebsmotoren so verstanden werden, als wäre sie eine Energiezufuhr zu einem einzigen fiktiven Antriebsmotor der betreffenden Maschine.
Die einzelnen Ausführungsbeispiele können auch im Rahmen der Erfindung miteinander kombiniert werden. Anstelle von Webmaschinen können auch andere Maschinen vorgesehen werden, die mittels einem Antriebsmotor angetrieben und gebremst werden, beispielsweise Kompressoren mit einem elektrischen Antriebsmotor. Bei den Antriebssystemen nach Fig. 1 bis 4 können die Gleichrichter und die Energiepuffer jeder Maschine bezüglich ihrer Größe für eine durchschnittliche Energiezufuhr und für eine durchschnittliche Energiespeicherung ausgelegt werden. Sie müssen nicht für die Aufnahme von Energiespitzen beim Abbremsen einer Maschine oder für die Lieferung einer Spitzenleistung zum Starten einer Maschine ausgelegt werden. Aufgrund dieser Größenauslegung ergibt sich eine Verbesserung des e- lektrischen Wirkungsgrades jedes der Gleichrichter der Maschinengruppe. Aufgrund der Erfindung ist es auch möglich, die Schwankungen der von jedem Gleichrichter zu liefernden Energie zu begrenzen, was sich ebenfalls als Verbesserung des elektrischen Wirkungsgrades auswirkt.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem ist insbesondere für die Anwendung bei einer Gruppe von Maschinen geeignet, bei welchen die zentrale Steuereinheit 13 Mittel enthält, um die e- lektrischen Antriebsmotoren 9 der Maschinen 2, 3 und 4 der Gruppe entsprechend einem jeweiligen periodischen Bewegungsverlauf anzutreiben. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die periodischen Bewegungsverläufe der einzelnen Maschinen 2, 3, 4 der Gruppe aneinander angepasst sind, so dass die gesamte Energiezufuhr zur Gruppe von Maschinen 2, 3, 4 auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird. Dieser Wert besteht dann beispielsweise aus einem Maximalwert und/oder aus einer maximalen Änderung der gesamten Energiezufuhr. Die Steuerung des Verlaufs der Energiezufuhr zu den Antriebsmotoren 9 der einzelnen Maschinen 2, 3, 4 kann so erfolgen, wie dies in der WO 99/27426 offenbart ist, wobei dann zusätzlich noch die Bewegungsverläufe der einzelnen Maschinen mittels der zentralen Steuereinheit 13 aneinander angepaßt werden, so dass sie beispielsweise phasenversetzt sind. Das kann über die Steuerung der Winkelposition der verschiedenen Maschinen zueinander erfolgen. Das bedeutet, dass der jeweilige Bewegungsverlauf einer Maschine an die anderen Maschinen so angepasst wird, dass der Zeitpunkt, zu welchem eine Maschine eine maximale Energiemenge aufnimmt, nicht mit dem Zeitpunkt zusammenfällt, an dem eine andere Maschine der Gruppe ebenfalls eine maximale Energiemenge aufnimmt. Damit lässt sich erreichen, dass die Energiezufuhr von jedem Gleichrichter sogar mit einem relativ kleinen Energiepuffer für jede Maschine nahezu konstant gehalten werden kann.
Die Erfindung bietet auch den Vorteil, dass eine einzelne Maschine mit ihrem Gleichrichter 6 und einem eventuell vorhandenen Energiepuffer 15 und/oder einem eventuell vorhandenen zuschaltbaren Widerstand 16 an sich arbeitet, jedoch aufgrund der Verbindungsleitung 14 in der Gruppe noch effizienter arbeitet. Hierzu werden bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 4 zwischen den einzelnen Maschinen nicht nur Leitungen des Wechselstromnetzes 5, sondern auch elektrische Leitungen 14 für Gleichstrom vorgesehen.
Die Erfindung kann auch bei einer Gruppe von Maschinen verwendet werden, die nicht mittels eines elektrischen Antriebsmotors gebremst werden. In diesem Fall ist die Erfindung von Vorteil, um eine Maschine zu starten, insbesondere bei Maschinen, die mit einem periodischen Bewegungsverlauf angetrieben werden.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem ist jedoch besonders geeignet für eine Anwendung bei Webmaschinen. Es ermöglicht eine Verbesserung des elektrischen Wirkungsgrades einer Webmaschinengruppe und ist deshalb von wesentlichem Vorteil für Webereien.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung beschränkt sich nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen. Im Rahmen der Erfindung können ohne weiteres Abwandlungen vorgenommen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Antriebssystem (1) für eine Gruppe von Maschinen (2, 3, 4), die jeweils einen Antriebsmotor (9) aufweisen, der mittels Steuermitteln (8) an eine Zuführung für Gleichstrom angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingänge (7) zu den Steuermitteln (8) der Antriebsmotore (9) der Maschinen (2, 3, 4) der Gruppe zum Stromaustausch mittels elektrischer Leitungen (14) miteinander verbunden sind.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Maschine (2, 3, 4) einen Gleichrichter (6) enthält, der zwischen einem Wechselstromnetz (5) und den Eingängen (7) zu den jeweiligen Steuermitteln (8) der Maschinen angeordnet ist .
3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Eingängen (7) zu den Steuermitteln (8) jeder Maschine (2, 3, 4) jeweils ein Energiepuffer (15) zugeordnet ist.
4. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Maschine (2, 3, 4) ein Widerstand (16) zugeordnet ist, der mittels Schaltmitteln (17) mit dem Eingang (7) des jeweiligen Steuermittels (8) und/oder mit dem jeweiligen Energiepuffer (15) verbunden ist.
5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gruppe von Maschinen (2, 3, 4) ein gemeinsamer Widerstand (19) zugeordnet ist, der mittels Schaltmitteln (20) mit den Eingängen (7) der Steuermittel (8) der Maschinen (2, 3, 4) verbunden ist.
6. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Wechselstromnetz (5) und den Eingängen (7) der Steuermittel (8) der Maschinen (2, 3, 4) einer Gruppe ein gemeinsamer Gleichrichter (22) angeordnet ist.
7. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Steuermitteln (8) der Maschinen (2, 3, 4) der Gruppe und dem Wechselstromnetz (5) ein Wechselrichter (23) angeordnet ist.
8. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Eingängen (7) zu den Steuermitteln (8) der Maschinen (2, 3, 4) der Gruppe ein gemeinsamer Energiepuffer (24) zugeordnet ist.
9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Gleichrichter (6, 22) mit einem Gleichstrom mit einer definierten Versorgungsspannung bildenden Halbleitern ausgerüstet sind.
10. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinen (2, 3, 4) der Gruppe Webmaschinen sind, bei welchen vorzugsweise die Hauptantriebswellen jeweils direkt mit den Antriebswellen des zugehörigen Antriebsmotors (9) verbunden sind.
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