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Title:
SYSTEM COMPRISING ELECTRIC MOTORS, AND METHOD FOR OPERATING A SYSTEM COMPRISING MECHANICALLY COUPLED ELECTRIC MOTORS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/063753
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a system comprising electric motors and to a method for operating a system comprising mechanically coupled electric motors. Each electric motor has a rotatably mounted rotor shaft, and the rotor shafts of the electric motors are coupled together, in particular in a mechanical manner. The electric motors are supplied from a converter. In particular, the motors are coupled together in a formfitting manner and/or are designed as a group drive, and means are provided for monitoring whether the slip of each rotor shaft exceeds a first threshold.

Inventors:
STEINSDÖRFER, Andreas (Fröbelstrasse 2, Graben-Neudorf, 76676, DE)
Application Number:
EP2016/025101
Publication Date:
April 20, 2017
Filing Date:
September 21, 2016
Export Citation:
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Assignee:
SEW-EURODRIVE GMBH & CO. KG (Ernst-Blickle-Strasse 42, Bruchsal, 76646, DE)
International Classes:
B65G17/00; H02P5/747; H02P27/04
Foreign References:
EP2612796A12013-07-10
DE102007006839A12008-08-21
DE4316798A11994-12-08
DE3510799A11986-09-25
DE20108994U12001-12-06
CH707879A12014-10-15
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Claims:
Patentansprüche:

1 . Anlage mit Elektromotoren, wobei jeder Elektromotor eine drehbar gelagerte Rotorwelle aufweist, wobei die Rotorwellen der Elektromotoren miteinander gekoppelt, insbesondere miteinander mechanisch gekoppelt, vorgesehen sind, wobei die Elektromotoren aus einem Umrichter gespeist werden, insbesondere wobei die Motoren formschlüssig miteinander gekoppelt vorgesehen sind und/oder als Gruppenantriebausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Überwachung des Schlupfes jeder Rotorwelle auf Überschreiten eines ersten Schwellwertes vorgesehen ist.

2. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Umrichter mit einer Steuerung verbunden ist, die das Mittel zur Überwachung jeweils umfasst.

3. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Mittel zur Überwachung des Schlupfes jeder Rotorwelle auf Überschreiten eines zweiten Schwellwertes vorgesehen ist, wobei der Betrag des zweiten Schwellwertes kleiner als der Betrag des ersten Schwellwertes ist.

4. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Mittel zur Überwachung des Schlupfes jeder auf Überschreiten des ersten Schwellwertes mittels eines Abschaltpfades mit dem Umrichter verbunden ist, insbesondere so dass bei Überschreiten des ersten Schwellwertes der Umrichter vom Mittel abschaltbar ist.

5. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

jede Rotorwelle drehfest mit einem jeweiligen Verzahnungsteil, insbesondere Zahnrad oder Ritzel, verbunden ist, wobei die Verzahnungsteile zum Antreiben einer Kette, insbesondere Förderkette, vorgesehen sind, insbesondere wobei die Verzahnungsteile zumindest zeitabschnittsweise in die Kette eingreifen, insbesondere also formschlüssig verbunden sind.

6. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Mittel zur Überwachung des Schlupfes jeder auf Überschreiten des zweiten Schwellwertes mittels eines Abschaltpfades mit dem Umrichter verbunden ist, insbesondere so dass bei Überschreiten des zweiten Schwellwertes der Umrichter vom Mittel abschaltbar ist.

7. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Umrichter eine Steuerelektronik aufweist, die eingerichtet ist zur Durchführung eines weichen Regelverfahrens, insbesondere eines U/F-Regelverfahren oder eines

spannungsgeführten vektororientierten Regelverfahrens verwendet.

8. Verfahren zum Betreiben einer insbesondere nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche ausgestalteten Anlage mit mechanisch gekoppelten Elektromotoren, welche von einem einzigen Umrichter gemeinsam gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlupf jeder Rotorwelle der Elektromotoren überwacht wird auf Überschreiten eines ersten und/oder zweiten Schwellwertes.

9. Verfahren nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

bei Überschreiten des zweiten Schwellwertes eine Warnung angezeigt und/oder

weitergemeldet wird, insbesondere über einen Datenbus an zumindest ein weiteres mit dem Datenbus verbundenes elektrisches Gerät, insbesondere wobei die Sollwertvorgabe, wie Solldrehzahl oder Soll-Drehmoment, des Umrichters reduziert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

bei Überschreiten des ersten Schwellwertes der Umrichter abgeschaltet wird, insbesondere die Leistungselektronik abgeschaltet oder weggeschaltet wird und/oder die Drehfelderzeugung unterbrochen wird und/oder die Sollwertvorgabe, wie Solldrehzahl oder Soll-Drehmoment, des Umrichters auf einen sicheren oder verschwindenden Wert, insbesondere Null, reduziert wird.

Description:
Anlage mit Elektromotoren und Verfahren zum Betreiben einer Anlage mit mechanisch gekoppelten Elektromotoren

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Anlage mit Elektromotoren und ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage mit mechanisch gekoppelten Elektromotoren.

Es ist allgemein bekannt, dass Förderketten über ein angetriebenes Ritzel antreibbar sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anlage mit Förderkette kostengünstiger zu überwachen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anlage nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Anlage mit Elektromotoren sind, dass jeder

Elektromotor eine drehbar gelagerte Rotorwelle aufweist, wobei die Rotorwellen der Elektromotoren miteinander gekoppelt, insbesondere miteinander mechanisch gekoppelt, vorgesehen sind, wobei die Elektromotoren aus einem einzigen, insbesondere also gemeinsamen, Umrichter gespeist werden, insbesondere wobei die Motoren formschlüssig miteinander gekoppelt vorgesehen sind und/oder als Gruppenantriebausgebildet sind, wobei ein Mittel zur Überwachung des Schlupfes jeder Rotorwelle auf Überschreiten eines ersten Schwellwertes vorgesehen ist.

Von Vorteil ist dabei, dass eine zwischen Rotorwelle und Verzahnungsteil angeordnete Rutschkupplung verzichtbar ist. Denn mittels der Überwachung auf Überlastung, also Überschreiten eines ersten Schwellwertes durch den Schlupf, ist ein gefährlicher Zustand erkennbar und der Umrichter dann abschaltbar. Da die anderen Motoren aber ebenfalls von dem Umrichter gespeist werden, weil die Motoren als Gruppenantrieb betrieben sind, wird beim Abschalten des Umrichters ein Abschalten der Motoren bewirkt. Somit ist die Wirkung einer Rutschkupplung elektronisch zumindest in ähnlicher Weise nachbildbar, wobei nicht nur abgeschaltet werden kann sondern zuvor eine Warnung anzeigbar und/oder weiterleitbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Umrichter mit einer Steuerung verbunden, die das Mittel zur Überwachung jeweils umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass die Steuerung somit die Überwachung, insbesondere auf Überlast, ausführt und den Umrichter dann abhängig vom Ergebnis der Überwachung abschaltet.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Mittel zur Überwachung des Schlupfes jeder Rotorwelle auf Überschreiten eines zweiten Schwellwertes vorgesehen, wobei der Betrag des zweiten Schwellwertes kleiner als der Betrag des ersten Schwellwertes ist. Von Vorteil ist dabei, dass vor dem Überschreiten des ersten Schwellwertes und somit dem Abschalten zunächst bei beginnender, also sich aufbauender, Lasterhöhung eine Warninformation anzeigbar und/oder weiterleitbar ist. Beispielswiese ist dann auch eine Reduzierung der Fördergeschwindigkeit der Kette veranlassbar, so dass eine weitere Erhöhung der Belastung eines der Antriebe vermeidbar ist und damit auch das Abschalten.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Mittel zur Überwachung des Schlupfes jeder auf Überschreiten des ersten Schwellwertes mittels eines Abschaltpfades mit dem Umrichter verbunden, insbesondere so dass bei Überschreiten des ersten Schwellwertes der Umrichter vom Mittel abschaltbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Steuerung direkt Zugriff auf den Umrichter hat und diesen abschalten kann.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jede Rotorwelle drehfest mit einem jeweiligen Verzahnungsteil, insbesondere Zahnrad oder Ritzel, verbunden, wobei die Verzahnungsteile zum Antreiben einer Kette, insbesondere Förderkette, vorgesehen sind, insbesondere wobei die Verzahnungsteile zumindest zeitabschnittsweise in die Kette eingreifen, insbesondere also formschlüssig verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass die formschlüssige Verbindung der Verzahnteile und somit der Rotorwellen mittels einer Kette bewirkbar ist. Im Vergleich zu einem Getriebe ist somit eine weniger starre Verbindung realisiert. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Mittel zur Überwachung des Schlupfes jeder

Rotorwelle auf Überschreiten des zweiten Schwellwertes mittels eines Abschaltpfades mit dem Umrichter verbunden, insbesondere so dass bei Überschreiten des zweiten Schwellwertes der Umrichter vom Mittel abschaltbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Warninformation herausgebbar ist, bevor ein erster Schwellwert erreicht ist und bei diesem kritisch hohen Schwellwert dann ein Abschalten bewirkt wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Umrichter eine Steuerelektronik auf, die eingerichtet ist zur Durchführung eines weichen Regelverfahrens, insbesondere eines U/F- Regelverfahren oder eines spannungsgefuhrten vektororientiertes Regelverfahrens verwendet. Von Vorteil ist dabei, dass kleine Drehmomentunterschiede der Motoren ausgleichbar sind über die formschlüssige Verbindung der Rotorwellen, also mittels der Kette.

Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben einer Anlage mit mechanisch

gekoppelten Elektromotoren, welche von einem einzigen Umrichter gemeinsam gespeist werden, sind, dass der Schlupf jeder Rotorwelle der Elektromotoren überwacht wird auf Überschreiten eines ersten und/oder zweiten Schwellwertes.

Von Vorteil ist dabei, dass eine Überlastkupplung, wie Rutschkupplung, einsparbar ist, indem der Schlupf der einzelnen Motoren bestimmt wird, die zusammen als Gruppenantrieb von einem einzigen Umrichter gespeist werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei Überschreiten des zweiten Schwellwertes eine Warnung angezeigt und/oder weitergemeldet, insbesondere über einen Datenbus an zumindest ein weiteres mit dem Datenbus verbundenes elektrisches Gerät, insbesondere wobei die Sollwertvorgabe, wie Solldrehzahl oder Soll-Drehmoment, des

Umrichters reduziert wird. Von Vorteil ist dabei, dass noch vor dem Abschalten des Umrichters eine Warnung anzeigbar ist und somit ein Abschalten vermeidbar ist. Insbesondere ist in diesem Fall eine Verlangsamung der angetriebenen Förderkette eine mögliche

Hilfsmaßnahme. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei Überschreiten des ersten Schwellwertes der Umrichter abgeschaltet, insbesondere die Leistungselektronik abgeschaltet oder

weggeschaltet wird und/oder die Drehfelderzeugung unterbrochen wird und/oder die Sollwertvorgabe, wie Solldrehzahl oder Soll-Drehmoment, des Umrichters auf einen sicheren oder verschwindenden Wert, insbesondere Null, reduziert wird. Von Vorteil ist dabei, dass entweder die Ansteuerung der Leistungshalbleiter unwirksam gemacht ist, also die in Halbbrücken angeordneten, einen Wechselrichter bildenden Leistungshalbleiter der Leistungselektronik geöffnet werden und/oder die Erzeugung der pulsweitenmodulierten Ansteuersignale mittels der Steuerelektronik des Umrichters unterbrochen wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen

Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Anlage schematisch dargestellt. Wie in der Figur dargestellt, speist ein einziger Umrichter 2 mehrere, insbesondere zwei oder mehr, Motoren.

Die Motoren sind hierbei als Asynchronmotoren 4 ausgeführt, deren Rotorwelle jeweils drehfest verbunden ist mit dem drehbar gelagerten Teil eines jeweiligen Winkelsensors 5.

Eine Steuerung 1 ist mittels eines Kommunikationskanals zum Austausch von Daten mit dem Umrichter 2 verbunden. Der Kommunikationskanal ist als Datenbus ausgeführt. Darüber hinaus ist die Steuerung 1 mit einem Eingangsmodul 6, insbesondere mit einem binären Eingangsmodul, verbunden, das mit dem jeweiligen Winkelsensor 5 mittels eines

Kommunikationskanals zum Austausch von Daten, insbesondere also Datenbus, verbunden ist.

Der Gleichrichter des Umrichters 2 ist aus einem Drehstromanschluss versorgt, so dass der Gleichrichter ausgangsseitig eine unipolare Spannung, insbesondere Zwischenkreisspannung zur Verfügung stellt, aus der ein Wechselrichter gespeist wird. Der Wechselrichter weist drei Halbbrücken auf, welche pulsweitenmoduliert angesteuert werden. Ausgangsseitig stellt der Wechselrichter auf diese Weise dem Motor eine Drehspannung zur Verfügung, die einen im Wesentlichen sinusförmigen Verlauf aufweist. Jeder der Asynchronmotoren 4 weist einen Stator auf, der eine Drehfeldwicklung aufweist, so dass bei Bestromung mittels des

Wechselrichters ein Drehfeld erzeugt wird, dessen Drehfrequenz der Frequenz des sinusförmigen Verlaufs entspricht.

Der jeweilige Rotor des jeweiligen Asynchronmotors weist einen Kurzschlusskäfig auf, so dass der Rotor sich mit einer zur Drehfrequenz der Frequenz des sinusförmigen Verlaufs einen Schlupf aufweisenden Drehfrequenz dreht.

Mittels des mit dem jeweiligen Rotor verbundenen jeweiligen Winkelsensors 5 werden die zu jeweiligen Zeitpunkten vorhandenen Winkelstellungswerte des jeweiligen Rotors erfasst und an das binäre Eingangsmodul geleitet. Von dort werden die Daten weitergeleitet an die Steuerung 1 der erfindungsgemäßen Anlage.

Somit ist es der Steuerung 1 ermöglicht, aus den zu den Zeitpunkten zugeordneten

Winkelwerten die Winkelgeschwindigkeiten der jeweiligen Rotoren der jeweiligen

Asynchronmotoren zu ermitteln. Auf diese Weise ist somit auch die Bestimmung des aktuellen Schlupfes ermöglicht, also der Drehzahldifferenz zwischen der jeweiligen

Winkelgeschwindigkeit des Rotors und der elektrischen Frequenz des sinusförmigen Verlaufs, insbesondere also der elektrischen, vom Umrichter 2 ausgegebenen Sollfrequenz. Die

Steuerung 1 führt die genannten Bestimmungen aus und überwacht den jeweiligen aktuellen Schlupf auf Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes.

Bei festgestelltem Überschreiten wird eine Warnung ausgelöst oder ein Abschalten des Umrichters 2 veranlasst.

Die Asynchronmotoren 4 bilden einen Gruppenantrieb. Dies bedeutet, dass ihre Rotorwellen formschlüssig verbunden sind. Vorzugsweise ist jede der Rotorwellen drehfest mit einem jeweiligen Zahnrad oder Ritzel verbunden, das als Kettenrad zum Antreiben einer Kette vorgesehen ist. Somit wird die Kette, insbesondere Förderkette, von den Asynchronmotoren 4 angetrieben. Die Förderkette wiederum ist mit einem zu fördernden Objekt, insbesondere Fördergut, verbunden.

Je nach Steigung und/oder Menge und Position des Förderguts ist die Kette entsprechend unterschiedlich belastet.

Der jeweilige Antrieb bringt zunächst das jeweils aktuell geforderte Drehmoment auf die Förderkette. Hierbei bricht die Istdrehzahl des jeweiligen Rotors proportional zum Drehmoment ein, wie bei Asynchronmaschinen grundlegend bekannt. Wenn es zu einer punktuellen Überlastung an einer Abtriebsstelle der Kette, also bei einem der Antriebe, kommt, ist dies vom Umrichter nicht erkennbar, da der Umrichter nur eine Summenbelastung erkennt. Denn aus dem Ausgangsstrom des Umrichters und seiner Ausgangsspannung ist nur die

Gesamtbelastung bestimmbar. Die Aufteilung des Drehmoments auf die einzelnen Motoren ist vom Umrichter aus nicht erfassbar, wenn nur der Ausgangsstromverlauf und der

Ausgangsspannungsverlauf des Umrichters bestimmt wird. Erfindungsgemäß ist also die Förderkette vor punktueller Überlast geschützt.

Wenn also einer der Asynchronmotoren 4 einer zu hohen Belastung ausgesetzt wird, würde der Schlupf des entsprechenden Asynchronmotors ansteigen, bis das von diesem Motor 4 erzeugte Drehmoment weiter einbricht. In diesem Fall würde die Belastung der anderen Motoren ansteigen und auch ein dortiges weiteres Einbrechen bewirken.

Erfindungsgemäß wird aber der Schlupf jedes der Asynchronmotoren 4 überwacht und bei Überschreiten eines Schwellwertes ein Abschalten und/oder eine Warnung ausgelöst.

Die Asynchronmotoren 4 werden bei der Erfindung mit einem weichen Regelverfahren geregelt. Als vorteilhaftes weiches Regelverfahren wird ein U/F-Regelverfahren oder alternativ ein spannungsgeführtes Vektororientiertes Regelverfahren verwendet.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel werden die aktuellen

Schlupfwerte auf Überschreiten eines zweiten Schwellenwertes überwacht. Bei Überschreiten des zweiten Schwellwertes wird von der Steuerung 1 eine Warnung angezeigt und/oder weitergemeldet über einen Datenbus an zumindest ein weiteres mit dem Datenbus

verbundenes elektrisches Gerät. Optional ist auch eine Reduzierung der Solldrehzahl oder des Soll-Drehmoments des Umrichters 2 ermöglicht. Außerdem werden die aktuellen Schlupfwerte von der Steuerung 1 auch auf Überschreiten eines ersten Schwellwertes, dessen Betrag größer ist als der Betrag des ersten Schwellwertes, überwacht. Bei dessen Überschreiten wird der Umrichter 2 abgeschaltet.

Bezugszeichenliste

1 Steuerung

2 Umrichter

3 Gruppenantrieb, insbesondere formschlüssig zu einem Gruppenantrieb verbundene Antriebe

4 Asynchronmotor

5 Winkelsensor

6 binäres Eingangsmodul