<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehzahlregeleinrichtung für einen Asynchronmotor eines Hebezeuges, Aufzuges, Kranes od. dgl., bei der der Motor wenigstens zwei getrennte, an Phasenanschnitt-Stellglieder angeschlossene Wicklungen aufweist, von denen die eine als Antriebswicklung und die andere als Bremswicklung dient, und bei der zur Stromsteuerung ein Drehzahlsollwertgeber und ein Drehzahlistwertgeber vorgesehen sind, durch deren in eine elektrische Spannung umgewandelte Drehzahlabweichung die Phasenanschnitt-Stellglieder gesteuert werden.
Eine solche Drehzahlregeleinrichtung ist bereits durch die deutsche Patentschrift Nr. 1488397 bekannt. Der zu dieser Einrichtung gehörende Asynchronmotor weist als Antriebswicklung eine mit Drehstrom gespeiste niederpolige Wicklung und als Bremswicklung eine mit Gleichstrom beaufschlagbare hochpolige Wicklung auf.
Die Stromsteuerung zu den Wicklungen erfolgt über steuerbare Halbleitergleichrichter wie erwähnt durch Phasenanschnitt, was durch die Entwicklung der Thyristoren und Triacs möglich wurde. Für die selbsttätige Regelung sind sowohl für den Anstriebsteil als auch für den Bremsteil gesondert je ein Regler vorgesehen. Beide Regler vergleichen den Drehzahlistwert mit dem vorgegebenen Drehzahlprogramm bzw. Drehzahlsollwert und verändern entsprechend der Regelabweichung den Stromflusswinkel der zugeordneten, steuerbaren Halbleitergleichrichter. Man nutzt hier die Erkenntnis, dass Drehstrom-Asynchronmotoren durch Änderung der Speisespannung in einem weiten Drehzahlbereich steuerbar sind, wenn der Motor derart ausgebildet ist, dass er eine abfallende Kennlinie, also kein Kippmoment aufweist.
Die Drehmomentenkennlinie eines gleichstromgebremsten Asynchronmotors hat jedoch auch bei höherer Polzahl ein relativ stark ausgeprägtes Kippmoment, das untragbar hohe Bremsverzögerungen zur Folge hat. Um dies zu vermeiden, ist der für die Regeleinrichtung vorgesehene Motor mit einem Spezialläufer ausgebildet, dessen Stäbe gegenüber den Nutwänden isoliert sind und die Polzahl für die Bremswicklung wird so hoch gewählt, dass sich bei Gleichstrombremsung ein nahezu konstantes Bremsmoment ergibt. Weiter wird der Läufer als Widerstandsläufer ausgebildet, um im motorischen Betrieb eine stetig abfallende Kennlinie ohne Kippmoment oder Einsattelung zu erreichen. Damit ein stetiger und druckfreier Übergang vom Treiben zum Bremsen möglich wird, dürfen sich die beiden Regelkreise gegenseitig nicht beeinflussen.
Es muss daher für die hochpolige Wicklung eine Polzahl gewählt werden, bei der die niederpolige Wicklung in der hochpoligen Wicklung keine Spannung induziert. Kann diese Forderung nicht erfüllt werden, so ist eine Blockierung vorgesehen, die jeweils den nicht benötigten Teil blockiert.
Die beschriebene Einrichtung ermöglicht zwarr eine selbsttätige Drehzahlregelung nach einem vorgegebenen Drehzahlprogramm in einem weiten Drehzahlbereich, ist aber allein schon durch den erforderlichen teueren Spezialmotor in der Praxis nur begrenzt anwendbar. Ausserdem müssen die beiden Regler für Treiben und Bremsen an die anzutreibende Maschine genau dynamisch angepasst werden, wobei die Schwierigkeit auftritt, dass das Zeitverhalten beider Regler nahezu gleich sein muss, damit sich eine einwandfreie Ablösung beim Übergang vom Treiben zum Bremsen ergibt.
Die beiden Regelstrecken müssen also genau aufeinander abgestimmt werden, was sehr schwierig und aufwendig ist, weil anderseits die Dynamik der Regelstrecke für das Treiben auch trotz Verwendung eines Spezialmotors von der Dynamik der Regelstrecke für das Bremsen abweicht, was letztlich doch zu einer unterschiedlichen Einstellung der beiden Regler führt. Es wird sich also kaum vermeiden lassen, dass in irgend einem Drehzahlbereich unerwünschte Schwingungen auftreten, und dass die Regelabweichungen relativ gross werden.
Schliesslich ist durch die deutsche Offenlegungsschrift 2340930 eine Regelanordnung bekanntgeworden, welche die dynamischen Probleme weitgehend vermeidet. Bei ihr weist der Motor ebenfalls zwei getrennte Wicklungen auf, wobei die zur Erzeugung des treibenden Momentes dienende Wicklung über eine Phasenanschnittsteuerung an das Drehstromnetz angeschlossen ist, und die zur Erzeugung des Bremsmomentes dienende Wicklung über eine gesteuerte Gleichrichterschaltung gespeist wird. Die beiden getrennten
EMI1.1
jede Phasenanschnittsteuerung wird die Regelabweichung aus dem Drehzahlistwert und dem Drehzahlsollwert getrennt gebildet und der Phasenanschnittsteuerung direkt aufgeschaltet. Auf diese Weise erzeugen die Phasenanschnittsteuerungen variable, von der Regelabweichung abhängige Momente.
Damit im Bereich kleiner Regelabweichungen kein sogenanntes Loch im Gesamtmoment des Motors entsteht, werden die Kennlinien für das Moment in Abhängigkeit von der Regelabweichung der beiden Anschnittsteuerungen durch dieser Abweichung überlagerte Zusatzgrössen gegeneinander verschoben. Um die Verstärkung der beiden Phasenanschnittsteuerungen weiter zu erhöhen, wird das erzeugte Moment wenigstens einer Phasenanschnittsteuerung über Signalwandler auf die andere Phasenanschnittsteuerung zurückgekoppelt.
Trotz dieser Massnahme wird bei der beschriebenen Steuerung ein Antriebs- oder Bremsmoment immer nur dann erzeugt, wenn eine deutliche Regelabweichung vorliegt. Es ist deshalb nicht möglich, ein vorgegebenes Drehzahlprogramm mit hoher Genauigkeit zu befolgen, weshalb man auch gezwungen ist, beispielsweise einen Aufzug lageabhängig und nicht zeitabhängig einzufahren, was wesentlich mehr Aufwand bedeutet.
Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe es ist, die genannten Nachteile zu vermeiden und einen Antrieb der eingangs genannten Art dahingehend weiter zu entwickeln, dass er in der Lage ist, ein beliebig
<Desc/Clms Page number 2>
vorgegebennes Drehzahlprogramm in einem Drehzahlbereich, der annähernd vom Stillstand bis zur Nenndrehzahl des Motors reicht, ohne störende Regelabweichung zu befolgen, wobei absolut handelsübliche
Drehstrom-Asynchronmotoren verwendet werden können.
Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass als allen Phasenanschnittstellgliedern vorgeschalteter Regelverstärker für den Lauf-und Bremsbetrieb ein einziger gegengekoppelter
Gleichspannungsverstärker vorgesehen ist, dessen Ausgang an die Phasenanschnittstellglieder der zwei Wicklungen des Asynchronmotors angeschlossen ist.
Durch diese Regelung ist es möglich, ein beliebig vorgegebenes Drehzahlprogramm stufenlos in einem weiten Drehzahlbereich, nämlich annähernd von der Drehzahl Null bis zur Nenndrehzahl ohne störende
Regelabweichung selbsttätig zu befolgen. Zur Erzeugung eines veränderlichen Drehmomentes und eines veränderlichen Bremsmomentes werden die Ströme in wenigstens zwei Wicklungen des Motors über die
Phasenanschnittsteuerungen gesteuert. Die Eingänge von beispielsweise zwei Phasenanschnittsteuerungen werden dabei zweckmässig so ausgebildet, dass bei negativem Reglerausgang die Phasenanschnittsteuerung zur Erzeugung des Antriebsdrehmomentes und bei positivem Reglerausgang zur Erzeugung des Bremsmomentes angesteuert werden.
Durch die hohe Verstärkung des Reglers werden die Phasenanschnittsteuerungen bei Bedarf voll ausgesteuert, ohne dass eine störende Regelabweichung vorhanden ist. Eine gegenseitige Beeinflussung der Ströme in den Motorwicklungen tritt nicht auf, wenn der Reglerausgang jeweils nur eine der beiden
Phasenanschnittsteuerungen ansteuert. Die Kennlinie mindestens einer der beiden Phasenanschnittsteuerungen kann aber auch so gewählt werden, dass schon bei Ausgangsspannung Null des Reglers ein Moment erzeugt wird.
Dadurch werden dann in einem engen Bereich der Reglerausgangsspannung die Momente der beiden
Motorwicklungen überlagert. Je nach dem Verhältnis der Polzahlen der Wicklungen kann dabei auch eine gegenseitige Beeinflussung der Ströme auftreten. Diese hat zwar eine Auswirkung auf das resultierende Moment, ist aber im Gegensatz zu den bekannten Steuerungen eindeutig und reproduzierbar, so dass die Funktion der
Regelung nicht gestört wird.
Dieses Regelprinzip ist nicht an eine bestimmte Drehmomentenkennlinie des Motors gebunden, weil der
Reglerausgang je nach den Erfordernissen des Betriebes zu jedem Zeitpunkt sämtliche Spannungswerte annehmen kann, mit denen über die Phasenanschnittsteuerungen Momente vom maximalen Drehmoment bis zum maximalen Bremsmoment erzeugt werden.
Durch die Verwendung eines einzigen Reglers kann dem Antrieb auf einfache Weise durch ein geeignetes
Rückführungsnetzwerk im Regler ein für den Betrieb optimales Zeitverhalten gegeben werden. Zum Beispiel kann mit einem proportionalintegralen Regler erreicht werden, dass die Regelabweichung über die ganze Drehphase des Motors auch dann sehr klein bleibt, wenn der Motor kurzzeitig über sein maximal abgebbares Moment überlastet wird.
Da der erfindungsgemässe Antrieb einem vorgegebenen Drehzahlprogramm mit sehr geringen Regelabweichungen folgt, ist es möglich, das Drehzahlprogramm für das Einfahren beispielsweise eines Aufzuges zeitabhängig ablaufen zu lassen, ohne dass längere Strecken mit Schleichgeschwindigkeit zurückgelegt werden müssen. Es erfolgt ein ruckfreies und lastunabhängiges Fahren. Diese Regelung ermöglicht auch für die Fahrt zwischen zwei Stockwerken die Vorgabe einer Zwischengeschwindigkeit, welche kleiner als die maximale Fahrgeschwindigkeit ist, so dass auch innerhalb kurzer Wegstrecken eine definierte Drehzahl des Antriebes erreicht wird, und auch hier das Einfahren in eine Haltestelle unter Vermeidung einer längeren Schleichfahrt erfolgt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich etwaige Höhenunterschiede, beispielsweise zwischen der Lastplattform und einer Etage, welche durch die Seillängung, bedingt durch die Belastung des Aufzuges auftreten, mit geringer Drehzahl des Antriebes leicht nachkorrigieren lassen, so dass in jedem Fall ein Bündigfahren an den jeweiligen Haltestellen gewährleistet ist.
Der erfindungsgemässe Antrieb hat ferner den Vorteil, dass er einfach in seinem Aufbau und übersichtlich ist und nur drei Befehle von der übergeordneten Steuerung benötigt, nämlich "Fahren", "Verzögern" und "Halt".
Schliesslich wird auch noch ein Vorteil darin gesehen, dass jede zusätzliche Schwungmasse, wie sie bei Drehstromantrieben üblicherweise notwendig ist, entfallen kann, wodurch auch bei der Beschleunigung der zu hebenden Last und somit im Moment des Anfahrens der Anlaufstrom reduziert wird, so dass dadurch eine Entlastung des Netzes eintritt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles entnommen werden. Es zeigen : Fig. l den schematischen Aufbau der erfindungsgemässen Steueranordnung und Fig. 2 ein Fahrdiagramm und eine Stromaufnahmekurve bei Verwendung eines Antriebes nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist mit der Sollwertgeber bezeichnet, der über Schalter--2--von der Hebezeug- oder Aufzugsteuerung her die Befehle "Fahren", "Verzögern" oder "Halt" erhält, sowie die Führungsgeschwindigkeit, die die Anlage bei der folgenden Fahrt jeweils erreichen soll. Als Antriebsmotor für das Hebezeug dient ein Drehstrom-Asynchronmotor--3--, dessen Stator eine niederpolige Drehstrom-Antriebswicklung--4--und
<Desc/Clms Page number 3>
eine hochpolige Gleichstrom-Bremswicklung-5-aufweist. Wie bereits erwähnt, können durchaus auch zwei niederpolige oder zwei hochpolige Wicklungen vorgesehen sein. Zweckmässigerweise jedoch soll die Bremswicklung--5--eine möglichst hohe Windungszahl aufweisen, um einen Trafo entbehren zu können.
Mit dem Asynchronmotor --3-- ist ein als Tachometer od. ähnl. ausgebildeter Istwertgeber--6--verbunden, der eine der Drahzahl proportionale Spannung über eine Leitung --7-- mit dem Ausgang --8-- des
EMI3.1
--1-- zusammenführt.Phasenanschnittsteuerung --11--für die Bremswicklung--5--ansteuert.
Der Regler--9--besteht im wesentlichen aus einem Regelverstärker und einem Rückführungsnetzwerk.
Die Phasenanschnittsteuerung --10-- soll aus in jeder Phase vorgesehenen zwei antiparallelgeschalteten Thyristoren bestehen, die durch Zündgeräte, gesteuert vom Regler-9--, einen Stromfluss freigeben. An die Phasenanschnittsteuerung--11--hingegen ist eine Gleichrichterbrücke angeschlossen, die sowohl mit Thyristoren als auch mit Gleichrichtern ausgestattet ist, wobei die Thyristoren ebenfalls durch vom Regler --9-- gesteuerte Zündgeräte in Funktion treten. Da derartige Einrichtungen ausreichend bekannt sind und diese hier auch nicht unter Schutz gestellt werden sollen, wird auf eine zeichnerische Darstellung verzichtet.
Zwischen der phasenanschnittsteuerung --10, -- und der Antriebswicklung--4--sind noch Drehrichtungsschütze-12-zur Umsteuerung für Aufwärts- oder Abwärtsfahrt des Hebezeuges vorgesehen.
Im Diagramm gemäss Fig. 2 sind auf der Abszisse --16-- die Zeit t und auf der Ordinate --15-- die Fahrgeschwindigkeit v des Hebezeuges und der Motorstrom 1 aufgetragen. Die Schaukurve--17--zeigt die Geschwindigkeit während eines gesamten Fahrweges, also einschliesslich Anfahren und Bremsen bis zum Stillstand, während die Schaukurve--18--die während des Fahrweges wechselnde Stromaufnahme zeigt.
Die Wirkungsweise der Steueranordnung ist folgende :
Der Sollwertgeber-l-erhält über die Schalter --2-- das Steuersignal, welche Geschwindigkeit die
EMI3.2
Signal ab ; dem Regler--9--wird also keine Regelabweichung gemeldet und der Ausgang--8--des Reglers --l-- ist ebenfalls Null. Die Kennlinie der Phasenanschnittsteuerung --11-- für die Bremswicklung--S-- ist so gelegt, dass bei Eingangsspannung Null bereits eine Gleichspannung an die hochpolige Bremswicklung --5-- des Motors--3--angelegt wird. Dadurch wird ein Bremsmoment erzeugt, welches den Antrieb gegen das Lastmoment festhält, während die mechanische Bremse gelöst wird.
Anschliessend steigt die Ausgangsspannung des Sollwertgebers--l--entsprechend der eingestellten Beschleunigung und der Beschleunigungsänderung an.
Die Regelabweichung, also die Differenz zwischen der Sollwertspannung und der Istwertspannung wird dem Regler --9-- zugeführt, der seinerseits die Phasenanschnittsteuerung--10, 11--derart ansteuert, dass der Stromflusswinkel der bremsenden Gleichrichterschaltungen verkleinert, der Stromflusswinkel des treibenden Drehstromstellers in der Phasenanschnittsteuerung --10-- jedoch vergrössert wird. Der Aufzug setzt sich in Bewegung. Die Aussteuerung ist abhängig von der Regelabweichung, die auf Grund der sehr hohen Verstärkung des Reglers --9-- annähernd auf Null gehalten wird. So wird der Antrieb ruckfrei und geführt hochgefahren bis zur vorgegebenen Enddrehzahl. Bei Erreichen des Verzögerungspunktes wird die Drehzahlvorgabe für den Sollwertgeber--l--auf die Schleichdrehzahl zurückgenommen.
Die Ausgangsspannung des Sollwertgebers --l-- sinkt entsprechend der eingestellten Verzögerung und Verzögerungsänderung wieder ab. Der Regler --9-- bewirkt über die nachgeschalteten Phasenanschnittsteuerungen--10 und 11--, dass der Aufzug mit sehr geringer Regelabweichung der Sollwertkurve erfolgt. Beim Erreichen der Haltestelle wird die Drehzahlvorgabe auf Null zurückgenommen. Der Aufzug wird über die Gleichstrombremsung des Motors--3-praktisch bis zum Stillstand abgebremst, erst dann füllt die mechanische Bremse ein, ohne spürbaren Stoss für die Aufzugbenutzer.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.