WO2002082629A1 - Redundanter direktantrieb mit elektro-kinetischer energiepufferung - Google Patents

Redundanter direktantrieb mit elektro-kinetischer energiepufferung Download PDF

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Alexander Stoev
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Alexander Stoev
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    • 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
    • H02P3/08—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 dc motor
    • H02P3/14—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 dc motor by regenerative braking
    • 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
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    • 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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/04—Arrangements for controlling or regulating the speed or torque of more than one motor

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for a redundant direct drive with electro-kinetic energy buffering according to claims 1 and 9, respectively.
  • Electric motors are used as converters of electrical energy into mechanical energy (motors) or as generators of electrical energy into mechanical energy (generators). Electric motors are designed as asynchronous motors or as synchronous motors, the latter being designed with permanently excited excitation (magnets) or as externally excited motors.
  • the rotor of the low-pole motor (auxiliary motor) also stores considerably more energy than the rotor of the multi-pole motor when these motors are electrically coupled and are fed by an actuator, ie with the same stator frequency.
  • a multi-stage gear consists of a slow rotating gear and at least one fast rotating gear.
  • the fast rotating parts have considerable kinetic energy, which contributes to a certain inertia of the system.
  • a slowly turning multi-pole motor does not have the inertia of the equivalent gearbox because the small, fast rotating gearwheel is missing.
  • minimal inertia is required in order to avoid abrupt accelerations.
  • the inertia of the mechanical transmission leads to braking with limited braking acceleration.
  • kinetic energy buffering is described in which the main motor and the motor with the flywheel either directly or via a gear drives are coupled together.
  • Directly coupled storage systems have the disadvantage that the auxiliary motor cannot store enough energy in the flywheel when the main motor is rotating slowly. Since this energy is quadratic with the speed, the speed of the auxiliary motor can be increased by means of a gear, which is expensive and undesirable.
  • the object of the present invention is to provide a device for braking deceleration which does not require any maintenance elements (gears) or complex electronics and which offers the possibility of installing the lack of inertia in mechanically slow rotating multi-pole motors or in linear drive systems.
  • a further task consists in the redundant design of these devices and in the description of a method for their redundant operation.
  • Fig. 1 basic arrangement
  • Fig. 2 Extended basic arrangement with an auxiliary converter
  • Fig. 3 Redundant motor group with split windings and a redundant frequency converter.
  • Fig. 4 Redundant motor group with a faulty actuator
  • Fig. 5 Redundant motor group with a faulty partial winding 1 shows a basic arrangement according to the invention.
  • This comprises a high-pole three-phase main motor 1, for example a synchronous motor, and a low-pole three-phase auxiliary motor 2, for example an asynchronous motor.
  • the main motor 1 is coupled to a load 4 via a first rotor 3, which is part of the main motor.
  • the auxiliary motor 2 is coupled to a flywheel 6 via a second rotor 5, which is part of the auxiliary motor.
  • the two motors are mechanically separated from one another, but are electrically connected in parallel via lines 10.1, 10.2 and 10.3. They are fed by an actuator 8 via a switch 7.
  • the motors must: have the same number (three) phases, and essentially have the same phase voltage at the same frequencies, in the entire spectrum from zero to the maximum stator frequency.
  • the voltages must be balanced so that normal operation of the main motor and the auxiliary motor is possible at the same time.
  • the actuator 8 is fed by a network 9, preferably a three-phase network.
  • the actuator 8 can be switched from the motor group, e.g. in the event of a fault, be switched off and galvanically isolated.
  • a frequency converter can be used as actuator 8. Its electronic switches, which are integrated in the frequency converter, can be blocked and thus interrupt the energy flow from / to the motors.
  • this motor group is connected to a rope-drawn ski lift via the first rotor 3 with the load 4, which is designed as a rope pulley.
  • the high-pole main motor 1 and the low-pole auxiliary motor 2 are raised simultaneously by the actuator 8.
  • the auxiliary motor preferably has only two poles and the main motor has a number of poles Np> 2, the mechanical speed of the rotor 3 of the main motor is Np times lower than the speed of the rotor 5 of the auxiliary motor 2.
  • the main motor does the main work, whereby the auxiliary engine only the Rotation losses covers, the fast rotating flywheel 6 of the auxiliary motor stores the mechanical energy.
  • the actuator 8 is disconnected from the motors 1, 2 via the switch 7.
  • the main motor is braked by the pulley 4 and tries to reduce its speed.
  • the auxiliary motor 2 is connected in parallel to the main motor 1, a negative slip frequency is formed, i.e. the auxiliary motor works as a generator and feeds electrical energy into the main motor. According to the invention, this electrical energy drives the main motor 1 and thus reduces the braking acceleration of the load or the pulley 4.
  • the kinetic energy of the auxiliary motor 2 is converted into electrical energy, which according to the invention is transmitted to the main motor and converted again into mechanical energy of the first rotor 3 becomes.
  • the braking acceleration of the rope pulley 4 coupled to it is limited.
  • the resulting braking time results from the ratio of the stored kinetic energy of the auxiliary motor to the braking power that the load generates.
  • the stored kinetic energy of the auxiliary motor 2 is converted into mechanical energy of the first rotor 3 of the main motor 1 via the electrical coupling of the two motors without any intermediate element.
  • the auxiliary motor 2 shows a basic arrangement expanded with an auxiliary converter.
  • the auxiliary motor 2 can be operated separately from the main motor by an auxiliary converter 8.3 with an auxiliary switch 7.3, the phase voltages of both motors having to have essentially the same voltage at the same frequency in stationary operation.
  • the auxiliary motor In the event of a fault, or if the kinetic energy is required, the auxiliary motor must be connected in parallel with the main motor using a switch 7.4.
  • the voltages of both motors must be in phase, ie both stator voltages must be synchronized. This avoids disruptive compensation processes between the two motors.
  • the electronic switches of the actuator or the auxiliary converter 8.3 are blocked so that no energy can flow from / to this actuator. The same can be done by opening the Switch 7.3 can be reached.
  • the motor group can also be connected directly to the network 9.
  • the actuators 8 and 8.3 are bridged.
  • the frequency converter 8 is only required during the acceleration of the motor group to the mains frequency.
  • the motor group can then work directly on network 9.
  • the motor group is switched off via switches 7 and 7.3.
  • the two motors remain electrically coupled so that the braking process can be delayed by the auxiliary motor.
  • the remaining reference numerals correspond to those in FIG. 1.
  • Fig. 3 shows a redundant group of motors with split windings and two redundant frequency converters.
  • the operational safety of directly driven systems with multi-pole motors can be increased by installing redundancy in the motor.
  • the windings are divided according to the invention into two equivalent partial windings 1.1 and 1.2, so that each partial winding can drive the motor alone.
  • the two partial windings are each driven by a frequency converter 8.1 and 8.2, which are switched off with a switch 7.1 and 7.2.
  • the windings are analogously divided into two partial windings 2.1 and 2.2.
  • Fig. 4 shows a redundant motor group with a faulty actuator.
  • a frequency converter for example the frequency converter 8.2
  • the two partial windings 1.1 and 1.2 of the main motor 1 can be connected in series and the switch 7.2 of the faulty actuator can be opened.
  • the voltages of the partial windings or the mechanical moments which these windings generate must add up.
  • the main motor 1 can then be operated by the frequency converter 8.1 at full torque but only at half the speed.
  • the auxiliary motor 2 must also be equipped with two partial windings 2.1 and 2.2, which can drive the auxiliary motor alone.
  • These partial windings are also connected in series in the event of a fault in a frequency converter, for example the frequency converter 8.2, so that the stator voltages of the main and auxiliary motors remain adjusted and can be operated in parallel.
  • FIG. 5 shows a redundant motor group with a faulty partial winding. If a partial winding of the main motor 1 is faulty, e.g. the partial winding 1.2, then this is separated from the motor group.
  • the main motor is operated with the functional partial winding 1.1, which can be fed by the frequency converter 8.2 or by the two frequency converters 8.1 and 8.2 connected in parallel.
  • the detection of the fault of a partial winding of the main motor and the switching off of this partial winding is preferably carried out automatically.
  • the frequency converters 8.1 and 8.2 can be switched over and disconnected not only using switches 7.1 or 7.2, but also manually.

Abstract

Getriebelose Direktantriebe mit hoher Trägheit für Transportzwecke auf der Basis hochpoliger Drehstrommotoren werden beschrieben. Eine Antriebsgruppe, umfassend einen Drehstrom-Hauptmotor (1) mit hoher Polzahl und eine Drehstrom-Hilfsmotor (2) mit niedriger Polzahl, mit vorzugsweise zwei Polen, welche miteinander elektrisch verbunden aber mechanisch entkoppelt sind, werden von einem gemeinsamen Stellglied (8) gespeist. Die Polzahl und das Dauermoment des Hauptmotors (1) sind grösser als die Polzahl und das Dauermoment des Hilfsmotors (2), wobei der Rotor (5) des Hilfsmotors mit einem Schwungrad (6) ausgestattet ist und mit einer höheren Drehzahl als der Hauptmotor (1) arbeitet. Im Fehlerfall oder bei Bedarf wird das Stellglied (8) mit einem Schalter abgeschaltet, wobei der Hauptmotor (1) und der Hilfsmotor (2) elektrisch gekoppelt bleiben, so dass der Hilfsmotor (2) die Kinetische Energie des Schwungrades (6) in elektrische Energie umwandelt und diese an den Hauptmotor (1) abgibt. Der Hauptmotor wandelt diese elektrische Energie erneut in mechanische Energie um, wodurch die Bremsbeschleunigung des Rotors (3) und der damit gekoppelten Last (4) unter einen zugelassen Maximalwert reduziert wird. Verfahren zum redundanten Betrieb derartiger Antriebsgruppen werden beschrieben. Anwendungen finden sich beim Bau seil- oder bandgebundener Transportsystemen, insbesondere bei Seilbahnen, Skilifts, Roltrepen und Laufbändern mit getriebelosen Direktantrieben und mit vorgegebener maximaler Bremsbeschleunigung.

Description

Redundanter Direktantrieb mit elektro-kinetischer Energiepufferung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für einen redundanten Direktantrieb mit elektro-kinetischer Energiepufferung gemäss den Patentansprüchen 1 , bzw. 9.
Elektrische Motoren werden als Wandler elektrischer Energie in mechanische Energie (Motoren) oder als Erzeuger elektrischer Energie in mechanische Energie (Generatoren) angewendet. Elektrische Motoren werden als Asynchronmotoren oder als Synchronmotoren ausgeführt, wobei die letzteren mit permanenterregter Erregung (Magneten) oder als fremderregte Motoren ausgeführt werden. Die Anzahl der magnetischen Pole im Rotor bzw. im Stator des Motors definiert die Polpaarzahl Np. Bei einer gegebenen Statorfrequenz fs entspricht die Rotordrehzahl fr dem Quotient fs/Np, also fr = fs/Np.
Der Rotor eines zweipoligen Synchronmotors (Np = 1 ) mit einer Statorfrequenz fs = 50 Hz rotiert mit einer Rotordrehzahl fr = 50 Hz bzw. fr = 3000 min"1. Der Rotor eines hochpoligen Motors mit 50 Polpaaren (Np = 50), gespeist mit der gleichen Frequenz fs = 50 Hz rotiert mit einer Rotordrehzahl fr = 1 Hz bzw. fr = 60 min"1. Da die gespeicherte kinetische Energie eines rotierenden Körpers proportional dem Quadrat der Rotordrehzahl ist, kann ein niederpoliger Motor mehr kinetische Energie im Rotor speichern als ein hochpoliger Motor. Der Rotor des niederpoligen Motors (Hilfsmotor) speichert auch dann wesentlich mehr Energie als der Rotor des hochpoligen Motors, wenn diese Motoren elektrisch gekoppelt sind und von einem Stellglied, d.h. mit gleicher Statorfrequenz gespeist werden.
Langsam drehende hochpolige Motoren werden, aufgrund Ihrer Wartungsfreiheit, als Ersatz für Getriebeanwendungen eingesetzt. Ein mehrstufiges Getriebe besteht aus einem langsam drehenden Zahnrad und aus mindestens einem schnell drehenden Zahnrad. Die schnelldrehenden Teile verfügen über beträchtliche kinetische Energie, welche zu einer gewissen Trägheit des Systems beiträgt. Ein langsam drehender hochpoliger Motor besitzt die Trägheit des äquivalenten Getriebes nicht, da das kleine schnell drehende Zahnrad fehlt. In einer Reihe von Anwendungen - z.B. beim Personenverkehr - aber auch bei anderen Anwendungen, wird nach einer minimalen Trägheit verlangt, um abrupte Beschleunigungen zu vermeiden. Beim Netzausfall, z.B. während der Bergfahrt einer beladenen Skiliftanlage, führt die Trägheit des mechanischen Getriebes zu einem Bremsvorgang mit einer begrenzten Bremsbeschleunigung. Falls der Lift zu schnell abbremst, können die Passagiere herausfallen, bzw. stürzen. Bei einem Skilift, direkt von einem langsam drehenden hochpoligen Motor angetrieben oder bei einer leichten Bahn, angetrieben von einem linearen Motor, fehlt das schnell drehende Rad eines Getriebes. Die benötigte Trägheit des Systems ist daher nicht vorhanden, was bezüglich der Anlagesicherheit als nachteilig eingestuft wird.
Eine Möglichkeit, diesen Nachteil zu beheben, besteht darin, an die Rotorwelle des Motors ein Getriebe zu koppeln, welches die Rotordrehzahl hoch übersetzt und die benötigte kinetische Energie speichert. Im Normalfall arbeitet das Getriebe im Leerlauf. Im Fehlerfall (beim Netzausfall) wird die Drehzahl des Motors absinken, das damit mechanisch gekoppelte Getriebe reduziert die Drehzahl ebenfalls und treibt den Motor an, damit die gespeicherte mechanische Energie abgebaut werden kann. Die Bremsbeschleunigung wird reduziert, d.h. die Bremszeit wird verlängert. Ein derartiges Getriebe ist aber nicht wartungsfrei und ist aufwendig.
Nach der DE-3836563 ist eine Lösung für die Energiepufferung eines schnell drehenden Motors einer Kühlmittelpumpe im Kühlkreislauf eines Nuklearreaktors bekannt, bei der die Pufferung durch einen externen ebenfalls schnell drehenden Motor mit Schwungmasse erfolgt. Die beiden Motoren sind elektrisch parallel geschaltet und werden von einer gemeinsamen Energiequelle gespeist. Dadurch wird erreicht, dass der Motor im Nuklearkreis klein gehalten wird und dessen Drehzahl bei geringfügigen, kurzzeitigen Netzausfällen sich wenig ändert. Nachteilig ist, dass diese Lösung keinen langsam drehenden Synchronmotor als Direktantrieb verwendet.
Nach der SU-684673 wird eine kinetische Energiepufferung beschrieben, bei der der Hauptmotor und der Motor mit dem Schwungrad entweder direkt oder über ein Ge- triebe miteinander gekoppelt sind. Direkt gekoppelte Speichersysteme haben den Nachteil, dass bei langsam drehendem Hauptmotor der Hilfsmotor nicht genügend Energie im Schwungrad speichern kann. Da sich diese Energie quadratisch mit der Drehzahl verhält, kann mittels eines Getriebes die Drehzahl des Hilfsmotors wohl erhöht werden, was aber teuer und unerwünscht ist.
Nach der US-3858674 wird ein Speichersystem mit variabler Drehzahl beschrieben, das Frequenzumformer als Energiekopplung zwischen dem Hilfsmotor mit Schwungrad und dem Hauptmotor verwendet. Nachteilig ist die Verwendung von Frequenzumformern beim Koppeln der Energie zwischen dem Hilfsmotor mit Schwungrad und dem Hauptmotor, denn die Frequenzumformer als elektronische Geräte sind zu wenig zuverlässig und daher nicht sicherheitsrelevant.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung für eine Bremsverzögerung zu erstellen, welche ohne Wartungselemente (Getriebe) oder komplexe Elektronik auskommt und die Möglichkeit bietet, die fehlende Trägheit in mechanisch langsam drehende hochpolige Motoren oder in lineare Antriebssysteme einzubauen. Eine weitere Aufgabe besteht in einer redundanten Auslegung dieser Vorrichtungen sowie in der Beschreibung eines Verfahrens zu deren redundantem Betrieb.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung gemäss dem Wortlaut des Patentanspruches 1 und mit einem Verfahren gemäss dem Wortlaut des Patentanspruches 9 gelöst. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Basisanordnung
Fig. 2 Erweiterte Basisanordnung mit einem Hilfsumformer
Fig. 3 Redundante Motorengruppe mit aufgeteilten Wicklungen und einem redundanten Frequenzumformer Fig. 4 Redundante Motorengruppe mit einem fehlerhaften Stellglied
Fig. 5 Redundante Motorengruppe mit einer fehlerhaften Teilwicklung Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Basisanordnung. Diese umfasst einen hochpoligen Drehstrom-Hauptmotor 1, z.B. einen Synchronmotor, und einen niederpoligen Drehstrom-Hilfsmotor 2, z.B. einen Asynchronmotor. Der Hauptmotor 1 ist über einen ersten Rotor 3, der Teil des Hauptmotors ist, an eine Last 4 angekoppelt. Der Hilfsmotor 2 ist über einen zweiten Rotor 5, der Teil des Hilfsmotors ist, an ein Schwungrad 6 angekoppelt. Die beiden Motoren sind voneinander mechanisch getrennt, aber elektrisch über die Leitungen 10.1 , 10.2 und 10.3 parallel geschaltet. Sie werden von einem Stellglied 8 über einen Schalter 7 gespeist. Um die Parallelschaltung zu ermöglichen, müssen die Motoren: die gleiche Anzahl (drei) Phasen haben, und im Wesentlichen die gleiche Phasenspannung bei gleichen Frequenzen vorweisen, und zwar im gesamten Spektrum von Null bis zur maximalen Statorfrequenz. Die Spannungen müssen so angeglichen sein, dass ein Normalbetrieb des Hauptmotors und des Hilfsmotors gleichzeitig möglich ist.
Diese Forderungen können durch die Anpassung der Wicklungen des Hilfsmotors 2 erreicht werden. Das Stellglied 8 wird von einem Netz 9, vorzugsweise von einem Drehstromnetz, gespeist.
Das Stellglied 8 kann über den Schalter 7 von der Motorengruppe, z.B. im Fehlerfall, abgeschaltet und galvanisch getrennt werden. Als Stellglied 8 kann ein Frequenzumformer verwendet werden. Dessen elektronische Schalter, welche im Frequenzumformer integriert sind, können gesperrt werden und damit den Energiefluss von/zu den Motoren unterbrechen.
In Fig. 1 , die gleichzeitig das Anwendungsbeispiel darstellt, wird diese Motorengruppe an einem seilgezogenen Skilift über den ersten Rotor 3 mit der Last 4 angeschlossen, die als Seilscheibe ausgebildet ist. Während des Hochfahrens des Skilifts werden der hochpolige Hauptmotor 1 und der niederpolige Hilfsmotor 2 gleichzeitig vom Stellglied 8 hochgefahren. Da der Hilfsmotor vorzugsweise nur zweipolig ist und der Hauptmotor eine Polzahl Np > 2 vorweist, ist die mechanische Drehzahl des Rotors 3 des Hauptmotors Np-mal niedriger als die Drehzahl des Rotors 5 des Hilfsmotors 2. Im stationären Betrieb erledigt der Hauptmotor die Hauptarbeit, wobei der Hilfsmotor nur die Rotationsverluste abdeckt, wobei das schnelldrehende Schwungrad 6 des Hilfsmotors die mechanische Energie speichert.
Im Fehlerfall, z.B. bei einem Stromausfall oder bei Bedarf (Not-Aus), wird das Stellglied 8 über den Schalter 7 von den Motoren 1 , 2 abgetrennt. Der Hauptmotor wird durch die Seilscheibe 4 abgebremst und versucht seine Drehzahl zu reduzieren. Da der Hilfsmotor 2 parallel zu dem Hauptmotor 1 geschaltet ist, bildet sich eine negative Schlupffrequenz, d.h. der Hilfsmotor arbeitet als Generator und speist elektrische Energie in den Hauptmotor ein. Diese elektrische Energie treibt erfindungsgemäss den Hauptmotor 1 an und reduziert damit die Bremsbeschleunigung der Last, bzw. der Seilscheibe 4. Die kinetische Energie des Hilfsmotors 2 wird in elektrische Energie umgewandelt, welche erfindungsgemäss zum Hauptmotor übertragen und erneut in mechanische Energie des ersten Rotors 3 umgesetzt wird. Dadurch wird die Bremsbeschleunigung der damit gekoppelten Seilscheibe 4 limitiert. Die resultierende Bremszeit ergibt sich aus dem Verhältnis der gespeicherten kinetischen Energie des Hilfsmotors zu der Bremsleistung, welche die Last erzeugt. Erfindungsgemäss wird die gespeicherte kinetische Energie des Hilfsmotors 2 über die elektrische Kopplung beider Motoren ohne jegliches Zwischenglied in mechanische Energie des ersten Rotors 3 des Hauptmotors 1 umgewandelt.
Fig. 2 zeigt eine mit einem Hilfsumformer erweiterte Basisanordnung. Erfindungsgemäss kann der Hilfsmotor 2 von einem Hilfsumformer 8.3 mit einem Hilfsschalter 7.3 separat vom Hauptmotor betrieben werden, wobei im stationären Betrieb die Phasenspannungen beider Motoren im Wesentlichen die gleiche Spannung bei gleicher Frequenz aufweisen müssen. Im Fehlerfall, oder wenn die kinetische Energie benötigt wird, muss der Hilfsmotor mit dem Hauptmotor mittels einem Schalter 7.4 parallel geschaltet werden. Beim Zuschalten des Hilfsmotors muss fürdie Phasengleichheit der Spannungen beider Motoren gesorgt werden, d.h. beide Statorspannungen müssen synchronisiert werden. Dadurch werden störende Ausgleichsvorgänge zwischen beiden Motoren vermieden. Nach dem Zuschalten des Hilfsmotors werden die elektronischen Schalter des Stellgliedes, bzw. der Hilfsumformers 8.3 gesperrt, so dass keine Energie von/zu diesem Stellglied fliessen kann. Das gleiche kann durch das Öffnen des Schalters 7.3 erreicht werden.
Die Motorengruppe kann aber auch direkt an das Netz 9 zugeschaltet sein. Zu diesem Zweck werden die Stellglieder 8 und 8.3 überbrückt. In diesem Fall wird der Frequenzumformer 8 nur während der Beschleunigung der Motorengruppe auf Netzfrequenz benötigt. Danach kann die Motorengruppe am Netz 9 direkt arbeiten. Im Fehlerfall, z.B. bei einem Stromausfall, bzw. bei Bedarf, wird die Motorengruppe über die Schalter 7 und 7.3 abgeschaltet. Die beiden Motoren bleiben elektrisch gekoppelt, so dass der Bremsvorgang durch den Hilfsmotor verzögert werden kann. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denjenigen in Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine redundante Motorengruppe mit aufgeteilten Wicklungen und zwei redundanten Frequenzumformern. Die Betriebsicherheit von direkt angetriebenen Systemen mit hochpoligen Motoren, kann durch den Einbau von Redundanz im Motor erhöht werden. Im Falle eines hochpoligen Hauptmotors mit mehreren Wicklungen werden die Wicklungen erfindungsgemäss in zwei gleichwertige Teilwicklungen 1.1 und 1.2 geteilt, so dass jede Teilwicklung allein den Motor antreiben kann. Die beiden Teilwicklungen werden von je einem Frequenzumformer 8.1 und 8.2 angetrieben, welche mit je einem Schalter 7.1 und 7.2 abgeschaltet werden. Auch im Hilfsmotor 2 liegen die Wicklungen in analoger Weise in zwei Teilwicklungen 2.1 und 2.2 aufgeteilt vor.
Fig. 4 zeigt eine redundante Motorengruppe mit einem fehlerhaften Stellglied. Im Fehlerfall eines Frequenzumformers, z.B. des Frequenzumformers 8.2, können die beiden Teilwicklungen 1.1 und 1.2 des Hauptmotors 1 in Serie geschaltet werden und der Schalter 7.2 des fehlerhaften Stellglieds kann geöffnet werden. Die Spannungen der Teilwicklungen bzw. die mechanischen Momente, welche diese Wicklungen erzeugen müssen sich addieren. Der Hauptmotor 1 kann dann vom Frequenzumformer 8.1 mit vollem Moment aber nur mit halber Drehzahl betrieben werden. Auch der Hilfsmotor 2 muss mit zwei Teilwicklungen 2.1 und 2.2 ausgestattet sein, welche den Hilfsmotor allein antreiben können. Diese Teilwicklungen werden im Fehlerfall eines Frequenzumformers, z.B. des Frequenzumformers 8.2, ebenfalls in Serie geschaltet, so dass die Statorspannungen des Haupt- und des Hilfsmotors angepasst bleiben und parallel betrieben werden können.
Fig. 5 zeigt eine redundante Motorengruppe mit einer fehlerhaften Teilwicklung. Falls eine Teilwicklung des Hauptmotors 1 fehlerhaft ist, z.B. die Teilwicklung 1.2, dann wird diese von der Motorengruppe abgetrennt. Der Hauptmotor wird mit der funktionstüchtigen Teilwicklung 1.1 betrieben, wobei diese vom Frequenzumformer 8.2 oder von den beiden parallel geschalteten Frequenzumformern 8.1 und 8.2 gespeist werden kann. Die Erkennung des Fehlers einer Teilwicklung des Hauptmotors und die Abschaltung dieser Teilwicklung erfolgt vorzugsweise automatisch. Die Umschaltung und Abtrennung der Frequenzumformer 8.1 und 8.2 kann nicht nur über die Schalter 7.1 oder 7.2, sondern auch manuell erfolgen.
Anwendungen eines derartigen Verfahrens finden sich bei direkt angetriebenen, seil- und bandgebundenen Transportsystemen, insbesondere bei Seilbahnen und bei Ski- liften, aber auch bei Transportsystemen wie Rolltreppen, Laufbändern und dergleichen.
Weitere Anwendungen des Verfahrens liegen auf dem Gebiet der kinetischen Energie- speicherung.

Claims

Patentansprüche:
1. Antriebsgruppe mit elektro-kinetischer Energiepufferung, umfassend einen Drehstrom-Hauptmotor (1 ) mit einer ersten Polzahl (Np1) und einen Drehstrom-Hilfsmotor (2) mit einer zweiten Polzahl (Np2), welche miteinander elektrisch verbunden aber mechanisch entkoppelt sind und von einem Stellglied (8) oder direkt von einem Netz (9) gespeist werden, gekennzeichnet dadurch, dass eine erste Polzahl (Np1) und ein erstes Dauermoment des Hauptmotors (1) grösser als eine zweite Polzahl (Np2) und ein zweites Dauermoment des Hilfsmotors (2) ist, wobei ein erster Rotor (3) als Teil des Hauptmotors (1 ) an eine Last (4) angekoppelt ist und ein zweiter Rotor (5) als Teil des Hilfsmotors (2) mit einem Schwungrad (6) bzw. mit einer hohen eigenen Trägheit ausgestattet ist, dass der zweite Rotor (5) mit einer höheren Drehzahl als der erste Rotor (3) rotiert und im stationären Betriebsfall die Phasenspannungen beider Motoren (1 , 2) im Wesentlichen gleiche Frequenz und Amplitude aufweisen und dass im Fehlerfall oder bei Bedarf das Stellglied (8) oder das Netz (9) von den Motoren (1 , 2) abtrennbar ist, wobei der Hauptmotor (1) und der Hilfsmotor (2) elektrisch verbunden bleiben, so dass der Hilfsmotor (2) die kinetische Energie des zweiten Rotors (5) mit dem Schwungrad (6) in elektrische Energie umwandelt und diese Energie an den Hauptmotor (2) abgibt, welcher wiederum diese elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, und dadurch die Bremsbeschleunigung des ersten Rotors (3) und der damit gekoppelten Last (4) unter einen vorgegebenen Wert reduziert.
2. Antriebsgruppe nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass der Hauptmotor (1 ) ein hochpoliger, dreiphasiger Synchronmotor und der Hilfsmotor (2) ein nie- derpoliger, dreiphasiger Asynchronmotor ist, deren Stellglied (8) ein Frequenzumformer ist, dass die Phasen beider Motoren (1 , 2) elektrisch parallel geschaltet vorliegen und von einem Schalter (7) vom Frequenzumformer (8) mechanisch abtrennbar sind und dass die Abkopplung des Frequenzumformers (8) durch das Öffnen des Schalters (7) oder durch die Sperrung von Halbleiterventilen des Frequenzumformers (8) vorgesehen ist.
3. Antriebsgruppe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass für die Speisung des Hauptmotors (1 ) das Stellglied (8) und für die Speisung des Hilfsmotors (2) ein separates Hilfsstellglied (8.3) mit einem separaten Hilfsschalter (7.3) vorgesehen ist, wobei die Frequenz und die Amplitude der Statorspannungen beider Motoren (1 , 2) im stationären Betriebsfall im Wesentlichen gleich sind und dass beim Netzausfall oder bei Bedarf der Hilfsmotor (2) über einen weiteren Schalter (7.4) elektrisch parallel mit dem Hauptmotor (1 ) schaltbar ist und das Hilfsstellglieds (8.3) über den separaten Hilfsschalter (7.3) abtrennbar ist.
4. Antriebsgruppe nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass beim Zusammenschalten des Hilfsmotors (2) zum Hauptmotor (1) die Amplitude, die Phase und der Drehsinn, bzw. die Reihenfolge der Spannungen, beider Motoren im Wesentlichen gleich zueinander sind, so dass lediglich geringe Ausgleichsströme im Zuschaltmoment erzeugt werden.
5. Antriebsgruppe nach einem der Ansprüche 1 - 4, gekennzeichnet dadurch, dass der Hauptmotor (1 ) als Linearmotor ausgebildet ist und der Hilfsmotor (2) ein rotierender Motor ist.
6. Antriebsgruppe nach einem der Ansprüche 1 - 4, gekennzeichnet dadurch, dass der Hauptmotor (1 ) ein rotierender Motor und der Hilfsmotor (2) ein Linearmotor ist.
7. Antriebsgruppe nach einem der Ansprüche 1 - 6, gekennzeichnet dadurch, dass sie redundant ausgelegt ist.
8. Antriebsgruppe nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass die Wicklungen des Hauptmotors (1 ) aus zwei Teilwicklungen (1.1 , 1.2) bestehen, welche einzeln den Hauptmotor antreiben, dass die Wicklungen des Hilfsmotors (2) aus zwei Teilwicklungen (2.1 , 2.2) bestehen, welche einzeln den Hilfsmotor antreiben, dass je eine Teilwicklung des Hauptmotors mit je einer Teilwicklung des Hilfsmotors zu je einer Wicklungsgruppe parallel verbunden sind und dass für die Ansteuerung jeder Wicklungsgruppe je ein Stellglied (8.1 , 8.2) mit je einem Schalter (7.1 , 7.2) zwischen der Wicklungsgruppe und dem Stellglied vorliegt.
9. Verfahren zum redundanten Betrieb einer Antriebsgruppe nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass im Fehlerfall eines Stellgliedes (8.1 , 8.2) die Teilwicklungen (1.1 , 1.2) des Hauptmotors und die Teilwicklungen (2.1 , 2.2) des Hilfsmotors (2) in Serie geschaltet werden, so dass sich die Spannungen der jeweiligen Teilwicklungen addieren und dass die Motorengruppe an das funktionstüchtige Stellglied (8.1 , 8.2) angeschlossen und über dieses betrieben wird.
10. Verfahren zum redundanten Betrieb einer Antriebsgruppe nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass im Fehlerfall einer Teilwicklung (1.1 , 1.2) des Hauptmotors
(1 ) die fehlerhafte Teilwicklung von den intakten Teilwicklungen abgetrennt wird und der Hauptmotor (1 ) mit der funktionstüchtigen Teilwicklung (1.1 , 1.2) und der Hilfsmotor
(2) vom zugehörigen Stellglied (8.1 , 8.2) betrieben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet dadurch, dass der Fehler einer Teilwicklung (1.1 , 1.2) des Hauptmotors (1) automatisch erkannt wird und dass die Abschaltung der fehlerhaften Teilwicklung (1.1 oder 1.2) von den intakten Teilwicklungen über den zugehörigen Schalter (7.1 , 7.2) automatisch erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 - 11, gekennzeichnet dadurch, dass im Fehlerfall einer Teilwicklung (1.1 , 1.2) des Hauptmotors (1 ) die fehlerhafte Teilwicklung von den elektrischen Verbindungen abgetrennt wird und die Motorengruppe mit der funktionstüchtigen Teilwicklungen (1.1 , 1.2) und der Hilfsmotor (2) von den beiden parallel geschalteten Stellgliedern (8.1 , 8.2) betrieben wird.
13. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 - 12 für direkt angetriebene seil- oder bandgebundene Transportsysteme, insbesondere Seilbahnen, Skilifte, Rolltreppen und Laufbänder.
14. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 - 12 für die kinetische Energiespeicherung.
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