Lastausgleichsregelung zwischen zwei 400kw Motoren auf einer Lastwelle mit Sinamics

[Superkater]

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Hallo,

bei einem speziellen Lüfter mit 800kw werden zwei 400kw Motoren mit Doppelwellen hintereinander zusammengeschalten auf einer Lüfterwelle. Das wird mit 2 Umrichter Sinamics G150 mit 560kw geplant, die via Sinamics Link zusammengekoppelt werden. Beide Umrichter dürfen nicht mit einer SPS verschalten werden, die müssen unabhängig ohne SPS auch funktionieren, denn der Sollwert Drehzahl kommt noch analog mit 4..20mA.

Das Moment beider Motoren an der gemeinsamen Welle sollte gleich sein mit gleicher Lastaufteilung (jeder Motor macht 50%). Welche Methode zum Lastausgleich ist hier die Beste Wahl:

a) reine Drehmomentkopplung (der Slave fährt nur mit dem Stromregler und bekommt den Sollwert Wirkstrom direkt vom Master).
b) Übersteuerung mit Begrenzung (der Slave fährt drehzahlgeregelt und korrigiert leicht die Drehzahl vom Sollwert nach oben).
c) Statik mit Kompensation (der Slave fährt drehzahlgeregelt und Master hat kleinere Statik als der Slave)

Welche der 3 Methoden wäre die Beste für diese Applikation ohne SPS darüber?

Bitte um eure Tipps.

 

[NBerger]

Siemens hat für sowas Antriebsspezialisten

 

[Maagic7]

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Wenn du schon fragen musst wie das geht, gehe ich davon aus, ihr habt sowas noch nie gemacht.

Meine Erfahrung mit 2 Asynchorn Motoren an einer Welle und 2 Umrichtern. Das gibt Schwierigkeiten bis Schiffbruch!
Außer der Hersteller gibt an, dass das genau so funktioniert. Dann die Reglereinstellung vom Hersteller machen lassen oder
sich unterstützen lassen.
wenn eine von deinen 3 Möglichkeiten dann a)
Aber wie gesagt ohne Zusage vom Hersteller würde ich das nicht machen.

Was passiert: die 2 Umrichter regeln irgendwann leicht gegeneinander und dann kommt Überstromfehler!

Was sicher funktionert sind 2 Asynchronmotoren parallel an einem Umrichter

 

[de vliegende hollander]

1 grosse Umrichter mit 2 Motoren dran.
Das kenne ich von Kran Fahrweken so. Öfters gemacht in Holland.

Beim Gleiche Werk in Holland habe ich auch ein Hubwerk mit in Betrieb gesetzt.
Das war ein gleichlauf. Drehzahl geführt, nicht drehmoment. Hat super funktioniert.
Hersteller SEW Eurodrive

 

[Stadtranduser]

die 2 Umrichter regeln irgendwann leicht gegeneinander und dann kommt Überstromfehler!

Warum sollte das passieren, wenn einer in Drehzahlregelung und der andere in Momentenregelung ist?

Vacon hat speziell für solche Anwendung den Parameter "Drooping" der einen Lastenausgleich automatisch zwischen gekoppelten Antrieben ermöglicht. Im Detail hab ich mich damit noch nicht auseinandergesetzt, halte es aber grundsätzlich für machbar.

Irgendwo hab ich auch schon mal so nen "Doppelmotor" gesehen, weiß aber nicht mehr genau wo. Ich glaub, das war n Müllverbrennungskraftwerk.

 

[Maagic7]

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warum sollte das passieren, wenn einer in Drehzahlregelung und der andere in Momentenregelung ist?

Gute Frage? Ich vermute, dass bei Grenzlast, so dass beide Antriebe voll oder leicht in Überlast benötigt werden, eben keine genaue 50% Verteilung vorliegt. Der eine geht dann in Überstrom. Zu 98% hat es aber funktionert.

Genau hab ich das nicht bis in letzte analysiert. Ich hab dann auf einen größeren Umrichter umgebaut und beide Motoren daran betrieben.

Vacon hat speziell für solche Anwendung den Parameter "Drooping" der einen Lastenausgleich automatisch zwischen gekoppelten Antrieben ermöglicht. Im Detail hab ich mich damit noch nicht auseinandergesetzt, halte es aber grundsätzlich für machbar.

Ich halte es auch für machbar. Und wie ich bereits geschrieben habe: "Wenn der Hersteller das genau so vorsieht". Und bei 2x 400kW würde ich das nur mit dem Hersteller zusammen machen - und das machen die Hersteller auch. Wenn nicht Finger weg!

 

[zako]

Man kann den G150 auch in Hardware- Parallelschaltung betreiben (Zwischenkreis verbinden).
Wenn zwei Motoren auf einer gemeinsamen Welle sitzen, dann arbeiten die Motoren wie ein Motor (Randbedingungen siehe p306).
Alternativ: Über Sinamics Link hat man etwas Totzeit. Aber Du wirst einen geringen Drehzahlgradienten haben.
Bsp 1500 RPM in 25s wären 0.6rpm bei z.B. 10ms Totzeit (die ich nicht kenne). D.h der P- Anteil wäre etwas zu spät aber den Rest wird der I- Anteil richten (den kann man dann auch als Droop im Slave draufschalten).
Gibt es evtl auch Wandler von 4-20mA auf zwei galv. getrennte +/- 10V, die man Totzeitfrei an beiden G150 dann vorgeben kann? Taktsynchron wären die dann aber noch nicht.
Hochgenau wäre natürlich der S120 mit zwei Motormodulen (zwei DOs die dann 100% synchron ohne Totzeit laufen).

 

[NBerger]

Bei Antrieben mit ein par kW kann man ja mal was spielen und probieren, aber bei 800kW wird der Spielraum für Fehler schon extrem eng und die Folgen sehr teuer.

Meine persönliche Einschätzung wäre das eine hochpräzise Regelung nicht erforderlich ist. Eine Drehmomentverteilung sollte reichen.
Wichtig ist nur das in allen Betriebszuständen der Drehmomnetregler nicht an zu schwingen bzw. pumpen beginnt. Ob die Leistungen mal ein par Prozent auseinander laufen sollte nicht das Problem sein.

Aber ein Spezialist aus diesem Bereich ist durch nichts zu ersetzen!!!

 

[zako]

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Die einfachste Variante der Lastverteilung wurde noch gar nicht angesprochen: U/f
Selbst wenn der Master im Sollwert etwas voraus wäre, dann gleicht sich das über dem Schlupf der Asynchronmotoren automatisch aus.
Das Ding soll doch nur drehen oder?
Insgesamt sehe ich diese Anwendung recht entspannt (das müsste sich schon gewaltig alles aufschwingen, dass Deine beschriebene Mechanik Schaden nimmt - ich selbst nehme da gerne mal die Drehzahl- / Stromgrenzen bei der IBN runter - wenn's stabil läuft kann man diese Grenzen immer noch erhöhen).
Wahrscheinlich bist Du geberlos unterwegs.
Bei feldorientierder Reglung den Bereich bis zur Umschaltdrehzahl ggf ohne Lastausgleichsregler fahren - falls nur ein Geber vorhanden würde ich den für den Slave spendieren (oder gleich geregelt ab 0Hz fahren - Du hast ja eine "passive Last'). Falls kinetische Pufferung genutzt werden soll, dann würde ich das schon mal testen - ansonsten deaktivieren.
Ein Redundanzkonzept brauchst Du ja auch nicht (zumindest hast Du es nicht geschrieben).

Falls Du feldorientiert arbeitest, kannst Du auch mit der neuen Variante der Wirkungsgradoptimierung arbeiten. Das bringt noch was bzgl Verluste.

Aber anspruchsvoll sehe ich die Anwendung nicht. Da gibt es andere Kategorien gekoppelter Achsen wie Extruder oder Metallpulverpressen wo man dynamisch zwischen Lage- und Drehmomentregelung umschalten muss (ohne vorab zu wissen welche Achse nun der Drehmomentmaster für die anderen Achsen wird) - aber auch da gäbe Lösungen, die dann z.B. auf einer T-CPU oder antriebsintern mit einem Sinamics S laufen.

 

[Superkater]

Hallo an alle,

danke für die Inputs. Der Tipp mit dem Support in Erlangen war goldrichtig.

Beide G150 sollten mit 250s oder 500µs am Stromreglertakt fahren und die Sinamics Link Verbindung mit beiden CBE20 sollte taktsynchron zum Stromreglertakt aktiviert werden. Dann kann man auf einer Welle mit der Lösung a) Reine Drehmomentkopplung auch den Lastausgleich 1:1 machen, wenn der Hochlaufgeber am Slave deaktiviert wird und am RPM-Regler vom Slave der TN-Anteil weggenommen wird. Man schickt auf Master und Slave den gleichen Drehzahlsollwert via Sinamics Link und auch den Stromreglerausgang vom RPM Regler des Masters zum Stromreglersollwert vom Slave. Dann sollte alles funktionieren, wenn beide Umrichter ohne Störung sind und die Momente teilen sich 1:1 auf.

Das wurde schon so bei einigen Kunden aufgeschalten, auch bei großen Lüftern.

An ZAKO : Bei 2 Stück G150 darf man den Zwischenkreis nicht einfach so zusammenschalten, das ist verboten. Das darf nur am S120 Chassis System gemacht werden. Die Sicherungen im G150 brennen dann ab, wenn man das macht. Wir brauchen den G150 weil nur dieser die Line Harmonic Filter hat, die der Endkunde haben möchte wegen der geringeren Netzrückwirkungen bei den Oberwellen. Das System S120 Chassis hat keine verfügbaren Line Harmonic Filter nur die überteuerten ALMs.

An de vliegende hollander : Das mit 2 Motoren auf einem Sinamics Umrichter kann hier nicht realisiert werden, denn leider besteht der Endkunde auf ein 400V Netz (bei 690V wäre das möglich). Und bei 400V gibt keine Einzel-Motormodule mit 1600 A bei 2,5kHz Pulsfrequenz. das größte Einzel-Motormodul hat ca. 1405 A bei 1,25kHz und kann bei 2,5kHz nur mehr ca. 1200A bringen. Wenn man schon 2 Motormodule aufbauen müßte, dann kann man gleich 2 Stück G150 mit Line Harmonic Filter nehmen, das ist sogar billiger als ein 800kw ALM und 2 Motormodule mit 1085A.

Danke für eure Hilfen

 

[zako]

Ja bzgl Parallelschaltung G150: SIEMENS baut die großen Leistungen durch Parallelschaltung von z.B. 2 x 400 kW Geräte. Aber fürs Derating bei Parallelschaltung bekommst Du Deine zwei CBE20