Steuereinrichtung zur lastabhängigen Veränderung des Abschaltzeitpunktes von Drebstrommotoren, die Aufzüge antreiben Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung zur lastabhängigen Veränderung des Abschaltzeitpunktes von Drehstrommotoren, die Aufzüge antreiben, bei der die Belastung des Aufzuges durch Messen des Motor stromes festgestellt wird.
Bekanntlich ändern sich die Belastungen von Auf zügen von Fahrt zu Fahrt. Die Bremsmomente der me chanischen Aufzugbremsen und die generatorischen Bremsmomente von polumschaltbaren Aufzugmotoren sind dagegen im allgemeinen konstant und unveränderbar und durch Einstellung bzw. Auslegung vorgegeben. Die stationären Fahrgeschwindigkeiten von mit Asynchron motoren angetriebenen Aufzügen wiederum .sind infolge des asynchronen Kennlinienverlaufes der Motoren von den jeweiligen Aufzugbelastungen abhängig.
Aus diesen Gegebenheiten resultiert, dass sowohl bei mit eintourigen Drehstromasynchronmotoren angetriebenen und mecha nisch abgebremsten Aufzügen als auch bei solchen, die mit polumschaltbaren Drehstromasynchronmotoren an getrieben und elektrisch abgebremst werden,
einmal die Abbremsvorgänge infolge der Belastungsabhängigkeit der stationären Fahrgeschwindigkeiten aus verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten heraus eingeleitet werden und zum anderen die Bremsverzögerungen bei vorhandenen unveränderbaren Bremsmomenten sich in Abhängigkeit von den Aufzugbelastungen ändern.
Es gilt dabei für die Bremswege:
EMI0001.0022
sH = Halteweg; vH = hohe Fahrgeschwindigkeit, aus welcher der Bremsvorgang eingeleitet wird; vu = niedere Fahrgeschwindigkeit, in welche der Bremsvorgang ein mündet (bei einbourigen Antriebsmotoren ist vx = 0); b = Wert der Verzögerung; M = Bremsmoment der (me chanischen) Bremse oder des (polumschaltbaren) Motors; W = Widerstandsmoment des Aufzuges; GD2 - zu ver zögernde translatorische und rotatorische Massen.
In den Gleichungen sind v, W und GD2 abhängig von den j zwei ligen Aufzugbelastungen.
Wie Theorie und Praxis des Aufzugbaues zeigen, tre ten bei den ausgezeichneten Fällen der Abbremsvorgänge entweder vH m,ax und bmi" (leer auf, voll ab), oder vif ",;" und b.". (leer ab, voll aus) gemeinsam auf, so dass sich die Abbremswege sehr stark mit den Aufzugsbelastungen ändern.
Bei Aufzügen mit einer Fahrgeschwindigkeit und mechanischer Bremsung ist die maximal entstehende Bremswegdifferenz gleich der doppelten Halteungenauig keit (2 HUG). Die Halteungenauigkeit ist definiert als die Abweichung in cm des tatsächlichen Haltepunktes des Aufzuges (Istwert) von der Bündigstellung (Sollwert). Es ist daher nur durch entsprechendes hartes Einstellen der mechanischen Bremse und durch Anwendung relativ gro sser Schwungmasse möglich, die Halteungenauigkeiten bei solchen Aufzügen so weit zu reduzieren, dass Fahrge schwindigkeiten bis 0,5 m/s noch sicher beherrscht wer den können. 0,7-0,8 m/s dagegen sind schon nicht mehr einwandfrei zu beherrschen.
Heute werden deshalb im Aufzugsbau vielfach polumschaltbare Motoren verwen det. Aufzüge mit solchen Motoren werden durch die ge- neratorischen Bremsmomente der hochpoligen Motor wicklungen bis auf die den kleinen Motordrehzahlen ent sprechenden Fahrgeschwindigkeiten elektrisch abge bremst, wobei die entstehenden Bremswegdifferenzen durch entsprechende Fahrstrecken in den kleinen Fahr geschwindigkeiten aufgefangen werden. (Schleichwege).
Die Halteungenauigkeiten gehen dabei im Verhältnis vx2/va2 zurück.
Werden die Aufzüge mit hohen Fahrgeschwindigkei ten (1,5 m/s und höher) polumschaltbare Motoren ver wendet, so müssen die Schleichwege entsprechend lang eingestellt werden. Die damit verbundenen Fahrzeiterhö- hungen sind so beträchtlich, dass die Aufzugförderleistun- gen bei einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit ein aus geprägtes Maximum besitzen und bei weiterer Steigerung der Fahrgeschwindigkeit wieder abnehmen.
Fig. 1 zeigt das Fahrgeschwindigkeits-Weg-Diagramm eines Aufzuges mit eintourigem, Fig. 2 eines solchen mit polumschaltbarem Motor. Mit A ist dabei der Abschaltpunkt im Schacht be zeichnet, 2 HUG ist die doppelte Halteungenauigkeit, v.", die maximal mögliche, vmin die minimal mögliche Fahrgeschwindigkeit,
bmaX und bmin sind die. maximalen bzw. minimalen Verzögerungen. Die geschilderten Ver- hältnisse sind aus den beiden Figuren deutlich zu erken nen.
Um die geschilderten Schwierigkeiten zu umgehen, werden schon seit geraumer Zeit Versuche unternommen, die Abschaltpunkte der Aufzüge in Abhängigkeit von den Aufzugsbelastungen so zu verändern, dass die Halte- ungznauigkeiten bei Aufzügen mit eintourigen Abtriebs motoren bzw. die Schleichwege bei Aufzügen mit pol umschaltbaren Motoren verschwinden.
Fig. 3 und 4 zeigen noch einmal die Fahrdiagramme der Fig. 1 und 2, bei welchen jedoch die Abschaltpunkte A der Vollastfahrten so verzögert wurden, dass die Halte ungenauigkeiten bzw. Schleichwege wegfallen.
Nachdem die Verschiebung der Abschaltpunkte A in Abhängigkeit von der Aufzugbelastung relativ einfach zu realisieren ist, wurden in der Vergangenheit bereits eine ganze Reihe entsprechender Steuerungen entwickelt und eingesetzt. Als belastungsabhängige Steuergrösse wurde dabei die unmittelbar vor dem Bremsvorgang vorhandene Motordrehzahl verwendet.
So wird bei einer bekannten Ausführung die Span nung eines sich entladenden Kondensators mit der Span nung eines vom Aufzugmotor angetriebenen Tachometer dynamos verglichen. Der Kondensator liegt dabei wäh rend des Fahrvorganges an einer stabilisierten Spannung, die nur wenig höher als die höchst erreichbare Spannung des Tachometerdynamos ist.
Im Augenblick, Zn dem der Aufzug am Abschaltpunkt im Schacht vorbeifährt, wird der Kondensator von seiner Spannungsquelle getrennt und entlädt sich über einen Widerstand. Sind die Span nungen von Kondensator und Tachodynamo gleich,
so wird mittel eines abfallenden Relais die Abbremsung des Aufzuges eingeleitet. Der Zeitpunkt des Bremsbegin- nes wird also entsprechend dem Entlad'evorgang eines Kondensators in Abhängigkeit von der Motordrehzahl verzögert.
Eine andere bekannte Ausführung einer belastungs- abhängigen Verzögerung des Abbremsbeginnes besitzt nachfolgend: beschriebene Steuerung. Ein vom Aufzug motor angetriebener Fliehkraftregler bewegt einen Schalt stift auf einer kreisförmigen Kurvenscheibe in zentripeta ler Richtung.
Je höher die Motordrehzahl ist, desto wei ter wird der Schaltstift vom Mittelpunkt der Kurven scheibe bzw. von seiner Ruhelage entfernt. Fährt der Auf zug an der Abschaltstelle im Schacht vorbei, so wird die Kurvenscheibe mit dem Motor über ein Getriebe gekup pelt und beginnt sich langsam zu drehen.
Die Bremsung des Aufzuges beginnt, wenn die auf der Kurvenscheibe eingravierte Abschaltkurve den Schaltstift berührt. Bei geeigneter Formgebung der Abschaltkurve ist es möglich, den Abbremsbeginn des Aufzuges im Sinne der Aufga benstellung zu verändern.
Ähnlich dem oben beschriebenen Vergleich zwischen den Spannungen eines Kondensators und eines Tacho meterdynamos vergleicht eine weitere bekannte Steue- rung die Spannung eines lastunabhängig ausraufenden Leitgenerators mit der drehzahlabhängigen, d. h.
last abhängigen, Spannung eines mit dem Aufzugmotor ge- kuppelten Tachometerdynamos, Der Antriebmotor des Leitgenerators wird abgeschaltet, wenn der Aufzug den Abschaltpunkt in Richtung Haltestelle durchführt und die Abbremsung des Aufzuges beginnt, wenn die Span nungen von Leitgenerator und Tachometerdynamo gleich sind.
Die beschriebenen Steuerungen nützen also alle den Zusammenhang zwischen Aufzugbelastung und asyn chroner Drehzahl des Aufzugmotors aus. Man benötigt deshalb für die Steuerungen rotierende Messgeräte, die neben einem relativ grossen Kostenaufwand auch noch dem Verschleiss unterworfen sind.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch ge- kennzwichnet, d'ass eine dem Motorwirkstrom proportio nale Spannung durch Eliminierung der Motorstromblind- komponente mittels eines kapazitiven Kompensations- stromkreises hergestellt und einem Kondensator zuge führt wird',
wobei die für eine Ladezustandsänderung die ses Kondensators erforderliche Zeit als Mass für die Ver schiebung des Abschaltzeitpunktes dient. Der Erfindung liegt also der Gedanke zugrunde, das Kriterium für die Abschaltzeitpunktverschiebung aus dem Zusammenhang zwischen Motorwirkstrom und Motorleistung zu ermit teln.
Da hierzu keine rotierenden Geräte benötigt werden, ist eine erfindungsgemässe Steuerung nicht nur ausseror dentlich preiswürdig, sondern sie arbeitet auch völlig ver schleiss- und wartungsfrei.
Dabei kann vorteilhaft die Entladezeit eines mit die ser Spannung aufgeladenen Kondensa'bors als Mass für die zeitliche Verschiebung des Abschaltzeitpunktes heran gezogen werden. Fährt beispielsweise der Aufzug am Ab- Schaltpunkt vorbei, so kann der Kondensator von seiner Versorgungsspannung getrennt werden, wobei er sich über einen justierbaren Parallelwiderstand entlädt.
Ist die Kondensatorspannung auf einen Mindestwert abgesun ken, so fällt z. B,. ein Relais ab, wodurch der Abbrems- vorgang eingeleitet werden kann.
Eine bevorzugte Steuereinrichtung ist dadurch ge kennzeichnet, d'ass ein von der Netzspannung beeinfluss ter nichtlinearer Widerstand zur Kompensation von Netzspannungsschwankungen vorgesehen ist.
Dieser nichtlineare Widerstand kann z. B. ein indirekt beheizter Heissleiber .sein, wodurch Steuerabweichungen infolge eventuell vorhandener Netzspannungsschwankun- gen vermieden werden können.
Die erfindungsgemässe Steuerung ist in der nachste henden Beschreibung anhand der Zeichnung in den Fig. 5 und 6 in einer Ausführungsform beispielhaft er läutert.
U, V, W; X, Y, Z sind die Anschlüsse der in Stern schaltung betriebenen (hochtourigen) Motorwicklung; RL ein niederohmiger Widerstand, an welchem ein motor- stromproportionaler Spannungsabfall entsteht; C eine Kapazität und RC ein veränderbarer niederohmiger Wi derstand, an welchem ein konden@satonstromproportiona- ler Spannungsabfall entsteht.
In Punkt P werden die Ströme IM und Io addiert (Im -f- IC = I). Die Widerstände R1, R2 und R3 dienen zur Anpassung der Steuerung an die Aufzuganlage.
HL ist ein vom Netz des Aufzugmotors beheizter Heissleiter zur Kompensation von Netaspan- nungsschwankungen; KA der Kontakt im Abschaltpunkt A, der beirr Durchfahren von Abschaltpunkt A in Rich tung Haltestelle öffnet; G eine Diode; C1 der den Ab- schaltzeitpunkt bestimmende Kondensator; TK eine Tran- sistorkippschaltung mit Schaltrelais R und TNT das Transistornetzteil.
Die Addition der Ströme Im und Ic kann bei geeig netem Abgleich an Rc so erfolgen, dass die Blindkompo nente des Motorstromes innerhalb des Betriebsbereiches zwischen Motorleerlauf und Motorvollast im Messstrom- kreis kompensiert wird, so dass der Strom I innerhalb dieses Bereiches direkt proportional der Motorleistung ist.
Aus dem in Fig. 6 dargestellten Kreisdiagramm eines Asynchronmotors lässt .sich sofort entnehmen, wie gross die kapazitnve Blindkomponente sein muss, damit die ge wünschte Kompensation erzielt wird. Durch den von Strom I an Widerstand R2 bzw. Heissleiter HL erzeugten Spannungsabfall wird über Schalter KA und Diode G der Kondensator Cl mit einer leistungsproportionalen Span nung aufgeladen.
Transistor Trl wird damit geöffnet, während Transistor Tr2 geschlossen und Transistor Tr3 geöffnet ist. Relais R ist damit angezogen. Wird Schalter KA geöffnet, so entlädt sich Kondensator C, über Wider stand R3 und dem Emitter-Basis-Kreis von Transistor Tr1. Bei genügend abgesenkter Kondensatorspannung beginnt Transistor Trl zu sperren.
Ist der Schaltpunkt der Tran sistorkippstufe erreicht, öffnet Transistor Tr2 momentan und Transistor Tr3 schliesst momentan. Relais R fällt da mit ab und leitet den Bremsvorgang belastungsabhängig verspätet ein.
Control device for load-dependent change in the switch-off time of three-phase motors that drive elevators The invention relates to a control device for load-dependent change in the switch-off time of three-phase motors that drive elevators, in which the load on the elevator is determined by measuring the motor current.
It is well known that the loads on elevators change from trip to trip. The braking torques of the mechanical elevator brakes and the regenerative braking torques of pole-changing elevator motors, on the other hand, are generally constant and unchangeable and are specified by setting or design. The stationary travel speeds of elevators driven by asynchronous motors, in turn, are dependent on the respective elevator loads due to the asynchronous characteristic curve of the motors.
As a result of these conditions, elevators driven by single-speed three-phase asynchronous motors and mechanically braked as well as those that are driven and electrically braked with pole-changing three-phase asynchronous motors,
On the one hand, the braking processes are initiated as a result of the load dependency of the stationary travel speeds from different travel speeds and, on the other hand, the braking delays in the presence of unchangeable braking torques change depending on the elevator loads.
The following applies to the braking distances:
EMI0001.0022
sH = stopping distance; vH = high driving speed from which the braking process is initiated; vu = lower driving speed at which the braking process ends (with monobourous drive motors, vx = 0); b = value of the delay; M = braking torque of the (mechanical) brake or the (pole-changing) motor; W = section modulus of the elevator; GD2 - translational and rotational masses to be delayed.
In the equations, v, W and GD2 are dependent on the j double elevator loads.
As theory and practice of elevator construction show, either vH m, ax and bmi "(empty up, full down), or vif",; "and b." Occur in the excellent cases of braking. (empty down, full off) together, so that the braking distances change very strongly with the elevator loads.
For elevators with one travel speed and mechanical braking, the maximum braking distance difference that occurs is twice the stopping inaccuracy (2 HUG). The stopping inaccuracy is defined as the deviation in cm of the actual stopping point of the elevator (actual value) from the leveling position (setpoint). It is therefore only possible to reduce the holding inaccuracies in such elevators to such an extent that travel speeds of up to 0.5 m / s can still be safely controlled by appropriately setting the mechanical brake and using a relatively large centrifugal mass. 0.7-0.8 m / s, on the other hand, can no longer be controlled perfectly.
Therefore, pole-changing motors are often used in elevator construction today. Elevators with such motors are electrically braked by the regenerative braking torques of the multi-pole motor windings down to the driving speeds corresponding to the low motor speeds, with the resulting braking distance differences being absorbed by corresponding distances in the low driving speeds. (Secret routes).
The holding inaccuracies decrease in the ratio vx2 / va2.
If the elevators with high travel speeds (1.5 m / s and higher) are used with pole-changing motors, the crawl paths must be set correspondingly long. The associated increases in travel time are so considerable that the elevator conveying capacities have a marked maximum at a certain travel speed and decrease again if the travel speed is increased further.
Fig. 1 shows the travel speed-path diagram of an elevator with a single-speed, Fig. 2 one with a pole-changing motor. The switch-off point in the shaft is marked with A, 2 HUG is twice the stopping inaccuracy, v. ", The maximum possible, vmin the minimum possible driving speed,
bmaX and bmin are the ones. maximum or minimum delays. The relationships described can be clearly seen in the two figures.
In order to avoid the difficulties outlined, attempts have been made for some time to change the switch-off points of the elevators depending on the elevator loads so that the stopping inaccuracies in elevators with single-speed output motors or the crawl paths in elevators with pole-changing motors disappear .
3 and 4 show again the travel diagrams of FIGS. 1 and 2, in which, however, the switch-off points A of the full-load travel were delayed so that the stopping inaccuracies or crawl paths are eliminated.
Since the shifting of the switch-off points A as a function of the elevator load is relatively easy to implement, a whole series of corresponding controls have already been developed and used in the past. The engine speed present immediately before the braking process was used as the load-dependent control variable.
In a known embodiment, for example, the voltage of a discharging capacitor is compared with the voltage of a tachometer dynamo driven by the elevator motor. During the driving process, the capacitor is connected to a stabilized voltage that is only slightly higher than the highest possible voltage of the speedometer dynamo.
At the moment when the elevator passes the cut-off point in the shaft, the capacitor is disconnected from its voltage source and discharges through a resistor. If the voltages of the capacitor and the speedometer are the same,
the deceleration of the elevator is initiated by means of a falling relay. The point in time at which braking begins is thus delayed in accordance with the discharge process of a capacitor as a function of the engine speed.
Another known embodiment of a load-dependent delay in the start of braking has the control described below. A centrifugal governor driven by the elevator motor moves a switching pin on a circular cam in centripetal direction.
The higher the engine speed, the further the shift pin is removed from the center of the cam disc or from its rest position. If the elevator passes the shut-off point in the shaft, the cam is coupled to the motor via a gearbox and begins to rotate slowly.
The elevator starts braking when the cut-off curve engraved on the cam touches the switch pin. With a suitable shape of the shutdown curve, it is possible to change the start of deceleration of the elevator in the sense of the task benstellung.
Similar to the comparison described above between the voltages of a capacitor and a tachometer dynamo, another known control system compares the voltage of a master generator, which operates independently of the load, with the speed-dependent, i.e. H.
load-dependent voltage of a tachometer dynamo coupled to the elevator motor, the drive motor of the master generator is switched off when the elevator passes the switch-off point in the direction of the stop and the elevator begins to decelerate when the voltages of the master generator and tachometer dynamo are equal.
The controls described thus all use the relationship between the elevator load and the asynchronous speed of the elevator motor. Rotating measuring devices are therefore required for the controls, which, in addition to being relatively expensive, are also subject to wear and tear.
The device according to the invention is characterized in that a voltage proportional to the active motor current is produced by eliminating the reactive motor current component by means of a capacitive compensation circuit and fed to a capacitor.
the time required for a change in the state of charge of this capacitor serves as a measure for the shift in the switch-off time. The invention is therefore based on the idea of determining the criterion for the switch-off time shift from the relationship between the active motor current and motor power.
Since no rotating devices are required for this, a control according to the invention is not only extremely affordable, but it also works completely free of wear and tear and is maintenance-free.
The discharge time of a capacitor charged with this voltage can advantageously be used as a measure of the time shift in the switch-off time. If, for example, the elevator passes the switch-off point, the capacitor can be separated from its supply voltage, whereby it discharges via an adjustable parallel resistor.
If the capacitor voltage fell to a minimum value, then z. B ,. a relay, whereby the braking process can be initiated.
A preferred control device is characterized in that a non-linear resistor influenced by the mains voltage is provided to compensate for mains voltage fluctuations.
This non-linear resistance can e.g. B. to be an indirectly heated hot body, whereby control deviations due to any fluctuations in the mains voltage can be avoided.
The control according to the invention is exemplified in the following description with reference to the drawing in FIGS. 5 and 6 in one embodiment.
AND MANY MORE; X, Y, Z are the connections of the star-operated (high-speed) motor winding; RL a low-ohmic resistor at which a voltage drop proportional to the motor current occurs; C is a capacitance and RC is a variable, low-ohmic resistor at which a condensate-proportional voltage drop occurs.
In point P the currents IM and Io are added (Im -f- IC = I). The resistors R1, R2 and R3 are used to adapt the control to the elevator system.
HL is a heat conductor heated by the network of the elevator motor to compensate for voltage fluctuations; KA is the contact at switch-off point A, which opens when driving through switch-off point A in the direction of the stop; G a diode; C1 the capacitor determining the switch-off time; TK a transistor flip-flop with switching relay R and TNT the transistor power supply.
The addition of the currents Im and Ic can take place with a suitable adjustment at Rc in such a way that the reactive component of the motor current is compensated within the operating range between motor idling and motor full load in the measuring circuit, so that the current I is directly proportional to the motor power within this range .
From the circular diagram of an asynchronous motor shown in FIG. 6 it can be seen immediately how large the capacitive reactive component must be in order to achieve the desired compensation. Due to the voltage drop generated by current I across resistor R2 or hot conductor HL, capacitor C1 is charged with a voltage proportional to the power via switch KA and diode G.
Transistor Trl is thus opened, while transistor Tr2 is closed and transistor Tr3 is open. Relay R is thus energized. If switch KA is opened, then capacitor C discharges, through counter stand R3 and the emitter-base circuit of transistor Tr1. When the capacitor voltage is sufficiently lowered, transistor Trl begins to block.
If the switching point of the Tran sistorkippstufe is reached, transistor Tr2 opens momentarily and transistor Tr3 closes momentarily. Relay R drops out and initiates the braking process with a delay depending on the load.