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DE4225534A1 - Anordnung zum Betreiben, Steuern und Überwachen von Elektromotoren in untertägigen Betrieben - Google Patents

Anordnung zum Betreiben, Steuern und Überwachen von Elektromotoren in untertägigen Betrieben

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DE4225534A1
DE4225534A1 DE4225534A DE4225534A DE4225534A1 DE 4225534 A1 DE4225534 A1 DE 4225534A1 DE 4225534 A DE4225534 A DE 4225534A DE 4225534 A DE4225534 A DE 4225534A DE 4225534 A1 DE4225534 A1 DE 4225534A1
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DE
Germany
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motor
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electric motor
line
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Withdrawn
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DE4225534A
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Inventor
Rolf Gnauert
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02Asynchronous induction motors
    • H02K17/30Structural association of asynchronous induction motors with auxiliary electric devices influencing the characteristics of the motor or controlling the motor, e.g. with impedances or switches
    • HELECTRICITY
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    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betreiben, Steuern und Überwachen von Elektromotoren in untertägigen Betrieben gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.
Zum Antrieb der verschiedenen Bergwerksmaschinen werden vorwiegend Elektromotoren eingesetzt. Elektromotore haben einen hohen Wirkungsgrad von über 90%. Ein weiterer Vor­ zug ist die direkte Umwandlung der elektrischen Energie in eine Drehbewegung. Von Bedeutung für den Bergbau sind fast ausschließlich die Asynchronmotoren, und hier insbe­ sondere wegen der Forderung nach Schlagwettersicherheit die Kurzschlußläufermotoren. Kurzschlußläufermotoren neh­ men beim Anlaufen einen sehr hohen Strom auf. Das führt zu Spannungsschwankungen im Netz. Bei Motoren größerer Leistung werden Anlaufwiderstände oder es wird ein An­ lauftrafo vor die Ständerwicklungen geschaltet. Meistens werden Sterndreieckschalter verwendet. Diese Schalter schalten zuerst die Ständerwicklungen im Stern, d. h. auf verminderte Spannung und nach dem Hochlaufen auf Dreieck, d. h. auf volle Spannung.
Eine weitere Möglichkeit der Drehzahlveränderung ist bei den polumschaltbaren Motoren gegeben. Das sind Kurz­ schlußläufermotoren, bei denen durch Umschalten die Pol­ zahl im Stator verändert wird. Polumschaltbare Kurz­ schlußläufermotoren haben eine große Anwendung gefunden, weil sie die Einfachheit der Kurzschlußläufermotoren mit der stufenweisen Drehzahlstellbarkeit vereinigen. In zu­ nehmendem Maße kommen bei der Steuerung derartiger Moto­ ren auch Halbleiterbauelemente zum Einsatz.
Aus der DE-OS 36 31 298 ist ein polumschaltbarer Dreh­ strommotor mit zwei dreiphasigen Ständerwicklungen be­ kannt. Die beiden Ständerwicklungen werden über Thyristo­ ren, welche einschließlich ihrer Gatesteuerung in bzw. an das Motorgehäuse ein- bzw. angebaut sind, angesteuert und aus einer gemeinsamen Motorleitung mit den Wechsel strömen des antreibenden Drehstroms beaufschlagt.
Derartige Kurzschlußläufermotoren haben sich betriebsmä­ ßig bewährt. Nachteilig ist hierbei, daß jeder Motor mit einer eigenen Motorzuleitung ausgerüstet werden und zu­ sätzlich über eine eigene Steuerleitung zur Übertragung von Befehlssignalen verfügen muß.
Der Erfindung liegt ausgehend von der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Anordnung die Aufgabe zu­ grunde, diese derart auszugestalten, daß der Materialein­ satz für die Zuleitungen unter Einsparung von Schaltgerä­ ten und geringerem Installationsaufwand merklich gesenkt sowie die Signalkommunikation verbessert werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufge­ führten Merkmalen.
Danach wird jetzt eine zentrale Energieversorgungsleitung vorgesehen. Die Signale zur Steuerung jedes Motors werden von einer Steuereinheit mittels eines ASK(Amplitude Shift Keying)-Datenkopplers auf die Energieversorgungsleitung moduliert. Die Signale werden folglich über die Energieversorgungsleitung übertragen. Am Elektromotor werden die ankommenden Signale in einem weiteren ASK-Da­ tenkoppler empfangen und zu einer verarbeitenden Steu­ erung weitergeleitet. Entsprechend dem Informationsinhalt der einzelnen Befehlssignale führt die Steuerung die jeweiligen Motorbefehle durch und steuert die integrier­ ten Thyristoren in der erforderlichen Weise an.
Umgekehrt können Signale von der Steuerung des Elektromo­ tors mittels des ASK-Datenkopplers über die Energiever­ sorgungsleitung zur übergeordneten Steuereinheit übertra­ gen werden. Durch die Rückmeldung ist eine konstante Überwachung und Dokumentation des Betriebsablaufs mög­ lich. So können beispielsweise kontinuierlich oder in Zeitabständen Meldungen über die Betriebstemperatur oder die Stromaufnahme an die Steuereinheit weitergeleitet werden.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung können elektrische Zuleitungen eingespart werden. Dies bringt nicht nur einen wesentlichen Kostenvorteil mit sich, sondern auch eine Einsparung an Gewicht bei den Kabeln und eine Ver­ besserung des Handlings der Motoren einschließlich ihrer Zuleitungen bei vorwiegend ortsveränderlichen Anlagen. Weiterhin können Schaltgeräte eingespart werden, wodurch folglich auch der Installationsaufwand geringer und ein weiterer Kostenvorteil erreicht wird. Dies ist insbeson­ dere auch deshalb der Fall, weil zusätzliche Steuerlei­ tungen zum Motor und vom Motor zurück für Rückmeldungen entfallen.
Ein weiterer Vorteil ist, daß mehrere Motoren an eine einzige Energieversorgungsleitung angeschlossen sein kön­ nen, die zentral durch das Grubengebäude verläuft.
Eine Motorstromzuleitung ist dann jeweils nur von der Energieversorgungsleitung zum entsprechenden Motor not­ wendig. Dabei kann der gesamte Signaltransport über die zentrale Energieversorgungsleitung bis hin zum einzelnen Motor erfolgen (Patentanspruch 2).
An den an die Energieversorgungsleitung angeschlossenen Motor können über Verzweigungsleitungen weitere Motoren angeschlossen sein (Patentansprüche 3 und 4). Jeder einzelne Motor kann dabei die Funktion eines Verteilers übernehmen.
Unter Anwendung der Merkmale des Patentanspruchs 5 über­ nimmt ein Schütz die Netzkurzschlußüberwachung sowie die thermische Überwachung der Energieversorgungsleitung. In diesem Zusammenhang kann bei Bedarf auch in jede Mo­ torstromleitung ein Schütz gelegt werden.
Zweckmäßig sind der ASK-Datenkoppler sowie die mit ihm zusammenarbeitende Steuerung jeweils in die Energie­ versorgungsleitung zwischen Schütz und Motor eingekoppelt (Patentanspruch 6).
Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 7 kann die Steuereinheit auch Übertage angeordnet sein. Sie ist dann zweckmäßig in eine Prozeßleitzentrale integriert, von der aus die komplexen betrieblichen Abläufe gesteuert und überwacht werden können.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform eines polumschaltbaren Drehstrommotors einschließlich Schaltung und
Fig. 2 eine Anordnung zum Betreiben, Steuern und Überwachen von Elektromotoren in untertägigen Betrieben gemäß der Erfindung.
In der Fig. 1 ist ein polumschaltbarer Motor 1 mit zwei dreiphasigen Ständerwicklungen W1, W2 dargestellt. Die Phasen einer Hauptversorgungsleitung 2 sind mit L1-L3 be­ zeichnet. Diese sind hier nur angedeutet. Sie können sich aber beispielsweise durch ein komplettes Grubengebäude erstrecken, wobei auch mehrere Motoren an die Hauptver­ sorgungsleitung 2 gekoppelt sein können.
Über ein Schaltgerät 3 mit integrierten Schützen ist eine Energieversorgungsleitung 4 mit der Hauptversorgungslei­ tung 2 verbunden. Zum Motor 1 geht von der Energieversor­ gungsleitung 4 eine Motorstromleitung 5 ab. Für jede Ständerwicklung W1, W2 des Motors 1 sind vier Thyristoren A1-A4 und B1-B4 vorgesehen. Die Ständerklemmen der Ständerwicklung W1 sind mit C1-C3 und die Ständerklemmen der Ständerwicklung W2 mit D1-D3 bezeichnet. Jede Stän­ derklemme C1-C3 und D1-D3 hat eine Stromverzweigung, in die jeweils ein Thyristor A1-A4 bzw. B1-B4 eingebaut ist.
Weiterhin ist aus der Fig. 1 die Anordnung einer spei­ cherprogrammierbaren Steuereinheit (SPS) 6 mit Be­ fehlseingängen X1-X3 zu entnehmen, die über eine Leitung 7 mit einem ASK-Datenkoppler 8 verbunden ist. Über die Leitungen 9, 10 ist der ASK-Datenkoppler 8 mit den Phasen 4a, 4b der Energieversorgungsleitung 4 gekoppelt.
Motorseitig ist ein ASK-Datenkoppler 11 über Leitungen 12, 13 mit den Phasen 5a, 5b der Motorstromleitung 5 ver­ bunden. Mittels einer Leitung 14 wird der Kontakt zu ei­ ner Steuerung 15 hergestellt. Von der Steuerung 15 gehen Steuerleitungen 16-23 zu den Gates G1-G8 der Thyristoren A1-A4 und B1-B4 ab. Weiterhin weist die Steuerung 15 Be­ fehlseingänge Y1, Y2 für die Motorüberwachung auf.
Andeutungsweise sind in der Fig. 1 Abzweigungen mit Ver­ zweigungsleitungen 24 dargestellt.
Die Steuerung des Motors 1, beispielsweise eine Drehzahl­ änderung von einer niedrigeren zu einer höheren Geschwin­ digkeit bzw. umgekehrt oder ein Rechts- oder Linkslauf, geschieht wie folgt:
Von der Steuereinheit 6 geht ein entsprechendes Signal zur Einschaltung des Langsamgangs über die Leitung 7 zum ASK-Datenkoppler 8. Dieser verändert das Signal derart, daß es auf die Strom führenden Phasen 4a, 4b der Energie­ versorgungsleitung 4 moduliert und mit diesen übertragen werden kann. Dieses Verfahren ist so gewählt, daß bei­ spielsweise die konstante Frequenz von 100 kHz ent­ sprechend den zu übertragenden Daten getastet wird. Eine logische "Null" bewirkt dann das Senden der Frequenz; eine logische "Eins" hingegen das Unterdrücken der Fre­ quenz. Im Motor 1 wird das Signal vom ASK-Datenkoppler 11 entkoppelt, so daß es von der Steuerung 15 verarbeitet wird. Diese besorgt dann, daß die Ständerwicklung D1 ein­ geschaltet wird.
Wird z. B. ein Rechtslauf verlangt, so erfolgt ein ent­ sprechendes Signal von der Steuereinheit 6 über den ASK- Datenkoppler 8 und die Energieversorgungsleitung 4 sowie die Motorstromleitung 5 mit der Entkopplung im ASK-Da­ tenkoppler 11 und der Auswertung in der Steuerung 15 der­ art, daß die Gates G1 und G4 der Thyristoren A1 und A4 gezündet werden. Dadurch fließen die Ströme IA1, IA4 und I3. Für eine Drehrichtungsumkehr werden dementsprechend die Thyristoren A2 und A3 gezündet, so daß die Ströme IA2, IA3 und I3 fließen.
Wird der Schnellgang angesteuert, erfolgt eine Umschal­ tung auf die Ständerwicklung W2. Entsprechend der ver­ langten Drehrichtung werden entweder die Thyristoren B1 und B4 oder die Thyristoren B2 und B3 leitend.
In der Fig. 2 ist eine Anordnung in technisch generali­ sierter Weise dargestellt, bei der mehrere Motoren 1a-1i an eine Energieversorgungsleitung 4 gekoppelt sind.
Die Energieversorgungsleitung 4 ist über ein Schütz 3 mit einer hier nicht dargestellten Hauptversorgungsleitung bzw. Energiequelle verbunden. Hinter dem Schütz 3 sind der ASK-Datenkoppler 8 und die Steuerung 6 an die Ener­ gieversorgungsleitung 4 gekoppelt. Über Motorstromleitun­ gen 25, 26, 27, 28 sind die Motoren 1a-1d direkt mit der Energieversorgungsleitung 4 verbunden.
Mittels Verzweigungsleitungen 29, 30, 31 sind weitere Motoren 1f-1i direkt oder indirekt mit den an die Energieversorgungsleitung 4 angeschlossenen Motoren 1c, 1d angeschlossen.
Bezugszeichenaufstellung
 1 PU-Motor
   1a-1i-PU-Motor
 2 Hauptversorgungsleitung
 3 Schaltgerät
 4 Energieversorgungsleitung
   4a-Phase
   4b-Phase
 5 Motorstromleitung
   5a-Phase
   5b-Phase
 6 SPS
 7 Leitung
 8 ASK-Datenkoppler
 9 Leitung
10 Leitung
11 ASK-Datenkoppler
12 Leitung
13 Leitung
14 Leitung
15 Steuerung
16 Steuerleitung
17 Steuerleitung
18 Steuerleitung
19 Steuerleitung
20 Steuerleitung
21 Steuerleitung
22 Steuerleitung
23 Steuerleitung
24 Verzweigungsleitung
25 Motorstromleitung
26 Motorstromleitung
27 Motorstromleitung
28 Motorstromleitung
29 Verzweigungsleitung
30 Verzweigungsleitung
31 Verzweigungsleitung
A₁ Thyristor
A₂ Thyristor
A₃ Thyristor
A₄ Thyristor
B₁ Thyristor
B₂ Thyristor
B₃ Thyristor
B₄ Thyristor
C₁ Ständerklemme
C₂ Ständerklemme
C₃ Ständerklemme
D₁ Ständerklemme
D₂ Ständerklemme
D₃ Ständerklemme
I₃ Strom
IA1 Strom
IA2 Strom
IA3 Strom
IA4 Strom
IB1 Strom
IB2 Strom
IB3 Strom
IB4 Strom
L₁ Phase U
L₂ Phase V
L₃ Phase W
W₁ Ständerwicklung
W₂ Ständerwicklung
X₁ Befehlseingang
X₂ Befehlseingang
X₃ Befehlseingang
Y₁ Befehlseingang
Y₂ Befehlseingang

Claims (7)

1. Anordnung zum Betreiben, Steuern und Überwachen min­ destens eines Elektromotors (1, 1a-1i) in untertägigen Betrieben, insbesondere eines polumschaltbaren Käfigläufermotors (1, 1a-1i) mit zwei dreiphasigen Ständerwicklungen (W1, W2), die über integrierte Thy­ ristoren (A1-A4, B1-B4) ansteuerbar sind, mit ei­ ner dreiphasigen Hauptversorgungsleitung (2) und an diese über mindestens einen elektromagnetischen Schal­ ter (3) angeschlossene Energieversorgungsleitung (4) und einer Motorsteuerung (15) dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Signale eines von einer Steuereinheit (6) stammenden digitalen Befehlsstroms in einem ASK-Datenkoppler (8) umsetzbar und der Ener­ gieversorgungsleitung (4) aufmodulierbar sind und daß jedem Elektromotor (1, 1a-1i) ein ASK-Datenkoppler (11) sowie eine mit der Steuereinheit (6) mindestens indirekt zusammenwirkende bidirektionale Steuerung (15) zugeordnet ist.
2. Anordnung nach Patentanspruch 1 mit mindestens zwei Elektromotoren (1, 1a-1i), dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder E-Motor (1, 1a-1d) über eine eigene Motorstromleitung (5, 25, 26, 27, 28) an die Energieversorgungsleitung (4) angeschlossen ist.
3. Anordnung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Elektro­ motor (1, 1c, 1d) über eine Motorstromleitung (27, 28) an die Energieversorgungsleitung (4) angeschlossen ist und jeder weitere Motor (1f-1i) über eine Verzweigungsleitung (29, 30, 31) mit dem an die Energieversorgungsleitung (4) angeschlossen Motor (1, 1c-1f) verbunden ist.
4. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder weitere Elektromotor (1f-1i) direkt oder indirekt über mindestens einen zwischengeschalteten Elektromotor (1c, 1d) mittels Verzweigungsleitungen (29, 30, 31) an den mit der Energieversorgungsleitung (4) verbundenen Elektromotor (1c, 1d) angeschlossen ist.
5. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Energieversorgungleitung (4) zwischen dem Anschluß an die Hauptversorgungsleitung (2) und dem Anschluß der Motorstromleitung (5, 25, 26, 27, 28) an die Energie­ versorgungsleitung (4) ein Schütz (3) geschaltet ist.
6. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ASK-Datenkoppler (8) sowie die Steuerung (6) in die Energieversorgungsleitung (4) zwischen Schütz (3) und Motor (1, 1a-1i) eingekoppelt sind.
7. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) und/oder der ASK-Datenkoppler (8) Übertage sowie mit einer Prozeßleitzentrale logisch verknüpfbar angeordnet und die Energieversorgungslei­ tung (4) von Übertage in den untertägigen Betrieb geleitet ist.
DE4225534A 1992-08-01 1992-08-01 Anordnung zum Betreiben, Steuern und Überwachen von Elektromotoren in untertägigen Betrieben Withdrawn DE4225534A1 (de)

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