DE4225534A1 - Anordnung zum Betreiben, Steuern und Überwachen von Elektromotoren in untertägigen Betrieben - Google Patents
Anordnung zum Betreiben, Steuern und Überwachen von Elektromotoren in untertägigen BetriebenInfo
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- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
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
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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4225534A DE4225534A1 (de) | 1992-08-01 | 1992-08-01 | Anordnung zum Betreiben, Steuern und Überwachen von Elektromotoren in untertägigen Betrieben |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4225534A DE4225534A1 (de) | 1992-08-01 | 1992-08-01 | Anordnung zum Betreiben, Steuern und Überwachen von Elektromotoren in untertägigen Betrieben |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4225534A1 true DE4225534A1 (de) | 1994-02-03 |
Family
ID=6464685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE4225534A Withdrawn DE4225534A1 (de) | 1992-08-01 | 1992-08-01 | Anordnung zum Betreiben, Steuern und Überwachen von Elektromotoren in untertägigen Betrieben |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4225534A1 (de) |
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