DE10128839A1

DE10128839A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Antriebs einer Fördereinrichtung

Info

Publication number: DE10128839A1
Application number: DE10128839A
Authority: DE
Inventors: Stefan Spannhake; Michael Mann; Gunter Blechschmidt; Peter Walden; Robert Oesterle; Michael B Kocur
Original assignee: Otis Elevator Co
Current assignee: Otis Elevator Co
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2021-06-16
Also published as: CN1237704C; DE10128839B4; US6634463B2; US20020189905A1; JP4094348B2; JP2003073063A; CN1392666A

Abstract

Verfahren zur Steuerung des Antriebs einer einen Antriebsmotor (26) und einen mindestens hinsichtlich der Frequenz und Phasenlage seiner Ausgangsspannung steuerbaren Frequenzumrichter (42) aufweisenden, zwischen einem Lastbetrieb und einem Leerbetrieb umschaltbaren Fördereinrichtung (10), insbesondere in Form einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteigs, wobei der Antriebsmotor (26) im Lastbetrieb mit einer Netzspannung mit im wesentlichen konstanter Netzfrequenz und im Leerbetrieb mit der Frequenzumrichterausgangsspannung gespeist wird, die Phasendifferenz zwischen der Phasenlage der Netzspannung und der Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung ermittelt wird, die Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung entsprechend der ermittelten Phasendifferenz korrigiert und damit im wesentlichen auf Übereinstimmung mit der Phasenlage der Netzspannung gebracht wird und die Umschaltung bewirkt wird, sobald diese Übereinstimmung erreicht ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Antriebs einer zwischen einem Lastbetrieb und einem Leerbetrieb umschaltbaren Fördereinrichtung in Form einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteiges. Dabei umfasst die Fördereinrichtung einen Netzspannungsanschluss, der eine im wesentlichen konstante Netzfrequenz liefert, einen elektrischen Antriebsmotor, insbesondere in Form eines Induktionsmotors oder Synchronmotors, und einen Frequenzumrichter.

Eine typische Fördereinrichtung zur Personenförderung in Form einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteigs umfasst eine Vielzahl dicht benachbarter Trittplatten, die mit Hilfe des Antriebsmotors in Form eines Endlosbandes in gewünschter Förderrichtung bewegt werden.

Um den Energieverbrauch und die Abnutzung derartiger Fördereinrichtungen zu reduzieren, ist man dazu übergegangen, solche Fördereinrichtungen nur bei Förderbedarf in Förderbewegung zu versetzen, sie ansonsten zum Stillstand zu bringen. Zu diesem Zweck ist ein Beförderungsbedarfsignalgeber vorgesehen, beispielsweise in Form einer in Förderrichtung vor der Fördereinrichtung angeordneten Trittmatte, einer Lichtschranke oder eines manuell betätigbaren Schalters, mittels welchem das Vorliegen von Beförderungsbedarf festgestellt werden kann. Liegt Beförderungsbedarf vor, beispielsweise weil ein Fahrgast auf die Trittmatte getreten ist, wird die Fördereinrichtung für eine vorbestimmte Zeitdauer in Förderbewegung versetzt und wieder abgeschaltet, wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer kein weiterer Beförderungsbedarf festgestellt worden ist.

Aus der WO 98/18711 ist es bekannt, zur Vermeidung von Spitzenbelastungen während häufigen Ein- und Ausschaltens der Fördereinrichtung den Antriebsmotor nicht abrupt ein- und auszuschalten sondern bei Umschaltvorgängen die Drehzahl des Antriebsmotors rampenförmig ansteigen beziehungsweise abfallen zu lassen. Für derartige Fördereinrichtungen werden vorwiegend Induktionsmotoren verwendet. Da die Drehzahl eines Induktionsmotors von der Frequenz der ihn speisenden Wechselspannung abhängt, was bei direkter Speisung aus einem Wechselspannungsnetz mit konstanter Netzfrequenz konstante Drehzahl des Induktionsmotors bedeutet, wird ein steuerbarer Frequenzumrichter eingesetzt, mit welchem die ihm zugeführte Netzfrequenz in steuerbarer Weise in eine von der Netzfrequenz verschiedene Ausgangsfrequenz umgesetzt werden kann.

Die Kosten für einen Frequenzumrichter, welcher den Antriebsmotor einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteigs auch bei Lastbetrieb speist, wären hoch, da die Kosten des Frequenzumrichters mit der Ausgangsleistung, welche der Frequenzumrichter liefern können muss, enorm ansteigen.

Um die Anschaffungs- und Betriebskosten niedriger zu halten, sieht die WO 98/18711 vor, dass die Fördereinrichtung nur im Lastbetrieb mit voller Fördergeschwindigkeit angetrieben wird, in einem Stand-By-Betrieb oder Leerbetrieb, während welchem kein Förderbedarf besteht, jedoch nur mit einer reduzierten Leerbetriebgeschwindigkeit, und dass der Antriebsmotor nur während des Leerbetriebs und der Umschaltvorgänge aus dem Frequenzumrichter gespeist wird, während des Lastbetriebs jedoch direkt aus der Netzspannungsquelle. Dies schafft die Möglichkeit, den Frequenzumrichter hinsichtlich seiner Maximalleistung viel niedriger auszulegen, was zu einer beträchtlichen Kosteneinsparung gegenüber einem Frequenzumrichter führt, dessen Maximalleistung dem Lastbetrieb der Fördereinrichtung angepasst ist. Die aus der WO 98/18711 bekannte Fördereinrichtung geht dann, wenn nach Durchführung eines Förderauftrags kein weiterer Förderbedarf gemeldet wird, zunächst in den Leerbetrieb über und wird in den Stillstand erst dann geschaltet, wenn für eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Übergang in den Leerbetrieb kein erneuter Förderbedarf gemeldet wird.

Durch die genannten Massnahmen hat man eine beträchtliche Reduzierung von Lastspitzen und abrupten Geschwindigkeitsänderungen der Fördereinrichtungen erreicht. Bei Wechseln zwischen Netzspeisung und Frequenzumrichterspeisung des Antriebsmotors kann es aber immer noch zu hohen Übergangsströmen kommen, und zwar aufgrund von Abweichungen zwischen Netzfrequenz und Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters und deren Phasenlagen zum Zeitpunkt einer Umschaltung zwischen Netzspeisung und Frequenzumrichterspeisung des Antriebsmotors und aufgrund der jeweiligen Eigenspannung des Antriebsmotors, die zu einer Überlastung des Frequenzumrichters und zu ruckartigen Bewegungsänderungen der Fördereinrichtung führen können.

Derartige Erscheinungen sind mit einem Verfahren überwunden worden, das in der nachveröffentlichten früheren deutschen Patentanmeldung 199 60 491.6 der Anmelderin offenbart ist und bei dem die Netzspannung und die Frequenzumrichterausgangsspannung hinsichtlich Frequenz und Phasenlage miteinander verglichen werden und der Frequenzumrichter auf eine Ausgangsfrequenz gesteuert wird, die einen vorbestimmten Frequenzabstand von der Netzfrequenz aufweist. Ist mittels eines Beförderungssignalgebers ein Bedarf für ein Umschalten der Fördereinrichtung von Lastbetrieb auf Leerbetrieb oder umgekehrt signalisiert worden, wird zu demjenigen Zeitpunkt nach dem Signalisieren dieses Betriebsartenumschaltbedarfs, zu welchem die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters sowohl den vorbestimmten Frequenzabstand zur Netzfrequenz aufweist als auch ein vorbestimmter Phasenabstand zwischen der Frequenzumrichterausgangsfrequenz und der Netzfrequenz erreicht worden ist, ein die Umschaltung des Antriebsmotors zwischen Frequenzumrichterspeisung und Netzspeisung auslösendes Umschaltsteuersignal erzeugt. Durch die Abgabe des Umschaltsteuersignals nicht zu demjenigen Zeitpunkt, zu welchem die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters sowohl frequenzmässig als auch phasenmässig mit der Netzfrequenz übereinstimmen, sondern "vorausschauend" zu demjenigen Zeitpunkt, zu welchem die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters den vorbestimmten Frequenzabstand zur Netzfrequenz aufweist als auch der vorbestimmte Phasenabstand zwischen der Frequenzumrichterausgangsfrequenz und der Netzfrequenz erreicht worden ist, wird berücksichtigt, dass für die Umschaltung zwischen Leerbetrieb und Lastbetrieb verwendete Schaltereinrichtungen, üblicherweise Schütze, einerseits nicht verzögerungsfrei arbeiten und dass andererseits eine Stromloszeitdauer zwischen dem Abfallen des einen Schützes und dem Anziehen des anderen Schützes erforderlich ist, um einen Kurzschluss des Netzes über den Frequenzumrichter zu vermeiden. Zwischen der Abgabe eines Umschaltsteuersignals und dem Abfallen des zuvor leitenden Schützes und schliesslich dem Anziehen des anderen Schützes gibt es eine bestimmte inhärente Reaktionsverzögerung, die von den speziellen Komponenten der speziellen Fördereinrichtung abhängt und durch den genannten Frequenzabstand und den genannten Phasenabstand berücksichtigt wird.

Das in der deutschen Patentanmeldung 199 60 491.6 beschriebene Verfahren hat sich gut bewährt. Es gibt aber Fälle, in denen man mit geringerem Steueraufwand auskommen möchte, und dies soll mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden.

Zu diesem Zweck macht die Erfindung ein Verfahren der in Patentanspruch 1 angegebenen Art und eine Steuervorrichtung der in Patentanspruch 13 angegebenen Art verfügbar. Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen entnehmbar.

Einerseits schafft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung des Antriebs einer einen Antriebsmotor und einen mindestens hinsichtlich der Frequenz und der Phasenlage seiner Ausgangsspannung steuerbaren Frequenzumrichter aufweisenden, zwischen einem Lastbetrieb und einem Leerbetrieb umschaltbaren Fördereinrichtung, insbesondere in Form einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteigs, wobei der Antriebsmotor im Lastbetrieb mit einer Netzspannung mit im wesentlichen konstanter Netzfrequenz und im Leerbetrieb mit der Frequenzumrichterausgangsspannung gespeist wird die Phasendifferenz zwischen der Phasenlage der Netzspannung und der Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung ermittelt wird, die Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung entsprechend der ermittelten Phasendifferenz korrigiert und damit im wesentlichen auf Übereinstimmung mit der Phasenlage der Netzspannung gebracht wird und die Umschaltung bewirkt wird, sobald diese Übereinstimmung erreicht ist.

Andererseits schafft die Erfindung eine elektrische Steuervorrichtung zur Steuerung des Antriebs einer einen Netzspannungsanschluss für die Zuführung einer Netzspannung mit im wesentlichen konstanter Netzfrequenz und einen Antriebsmotor aufweisenden, zwischen einem Lastbetrieb und einem Leerbetrieb umschaltbaren Fördereinrichtung, insbesondere in Form einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteigs, aufweisend einen mindestens hinsichtlich der Frequenz und der Phasenlage seiner Ausgangsspannung steuerbaren Frequenzumrichter, eine steuerbare Umschalteinrichtung mit einem Lastbetriebsschaltzustand, in welchem der Antriebsmotor mit dem Netzspannungsanschluss gekoppelt ist, und einem Leerbetriebsschaltzustand, in welchem der Antriebsmotor mit dem Frequenzumrichter gekoppelt ist, derart, dass der Antriebsmotor im Lastbetrieb mit einer Netzspannung mit im wesentlichen konstanter Netzfrequenz und im Leerbetrieb mit der Ausgangsspannung des Frequenzumrichters gespeist wird, eine Phasendifferenzermittlungseinrichtung, mittels welcher vor einer Umschaltung von Lastbertrieb auf Leerbetrieb die Differenz zwischen der Phasenlage der Netzfrequenz und der Phasenlage der Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters erfassbar ist, und eine Phasensteuereinrichtung, mittels welcher die Phasenlage der Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters in Abhängigkeit von der erfassten Phasendifferenz auf im wesentlichen Übereinstimmung mit der Phasenlage der Netzfrequenz steuerbar ist, wobei die Umschaltung der Umschalteinrichtung in Abhängigkeit von dem Erreichen einer derartigen Phasenübereinstimmung steuerbar ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird im Zusammenhang mit einer Umschaltung von Leerbetrieb auf Lastbetrieb zunächst ein rampenförmiger Anstieg der Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters gesteuert, bevor die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters auf die Netzfrequenz gebracht und von Frequenzumrichterspeisung auf Netzspeisung umgeschaltet wird. Gleichermaßen kann bei einer Umschaltung von Lastbetreib auf Leerbetrieb ein rampenförmiger Abstieg der Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichter gesteuert werden, nachdem von Netzspeisung auf Frequenzumrichterspeisung umgeschaltet worden ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich die Bewegungsgeschwindigkeit der Födereinrichtung sowohl beim Übergang von Leerbetrieb auf Lastbetrieb als auch beim Übergang von Lastbetrieb auf Leerbetrieb sanft und damit ruckfrei ändert.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Umschaltung zwischen Leerbetrieb und Lastbetrieb mittels einer Umschalteinrichtung, die eine den Antriebsmotor mit dem Netzspannungsanschluss verbindende erste steuerbare Schaltereinrichtung und eine den Antriebsmotor mit dem Frequenzumrichter verbindende zweite steuerbare Schaltereinrichtung aufweist, wobei jeweils nur eine der beiden Schaltereinrichtungen leitend schaltbar ist und das leitend Schalten der jeweils nicht leitenden Schaltereinrichtung nur nach einer vorbestimmten Stromloszeitdauer nach dem nichtleitend Schalten der bis dahin leitenden Schaltereinrichtung möglich ist. Dies berücksichtigt, dass die für solche Schaltereinrichtungen üblicherweise verwendeten Schütze nicht verzögerungsfrei arbeiten, und stellt sicher, dass es nicht zum gleichzeitigen Leiten beider Schaltereinrichtung kommt, was einen schädlichen Kurzschluss des Netzes über den Frequenzumrichter zur Folge haben könnte.

Während der Stromloszeitdauer bleibt der Antriebsmotor ohne Energiezufuhr, was aufgrund von Schlupf des Antriebsmotors und inhärenter Reibung der Fördereinrichtung zu einem Drehzahlabfall des Antriebsmotors während der Stromloszeitdauer führt, wodurch es zu einer Verringerung des Betrages und der Frequenz der Motorklemmenspannung kommt.

Um Beeinträchtigungen eines glatten Umschaltens zwischen Leerbetrieb und Lastbetrieb durch diese mit den Stromloszeiten in Verbindung stehenden Erscheinungen zu vermeiden, ist bei einer Ausführungsform der Erfindung eine Spannungsermittlungseinrichtung vorgesehen, mittels welcher die Motorklemmenspannung mindestens während der Stromloszeitdauer ermittelt wird. Die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters wird vor dem Umschalten auf Frequenzumrichterspeisung des Antriebsmotors auf die ermittelte Motorklemmenspannung gebracht. Damit werden Ausgleichsströme beim Umschalten zwischen Lastbetrieb und Leerbetrieb minimiert.

Die Ermittlung der Motorklemmenspannung kann mittels einer Spannungsmesseinrichtung erfolgen. Da normalerweise die Motordaten und die Stromloszeitdauer für eine bestimmte Fördereinrichtung bekannt sind, kann der während der Stromloszeitdauer auftretende Abfall der Motorklemmenspannung auch aus diesen Daten ermittelt werden. In diesem Fall ist eine Motorspannungsmesseinrichtung nicht erforderlich.

Durch die genannten Maßnahmen wird bewirkt, dass bei einer Umschaltung von Lastbetrieb auf Leerbetrieb, also bei einer Umschaltung von Netzspeisung auf Frequenzumrichterspeisung, zu demjenigen Zeitpunkt, zu welchem der Motor mit dem Ausgang des Frequenzumrichters verbunden wird, die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters spannungs- und phasenmäßig auf die Motorklemmenspannung, die Motordrehzahl und die Motordrehposition des Antriebsmotors angepasst ist.

Da die Drehzahl des Antriebsmotors während der Stromloszeitdauer abnimmt, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass der Frequenzumrichter den Antriebsmotor bei einer Umschaltung von Leerbetrieb auf Lastbetrieb vor dem Umschaltvorgang auf eine Drehzahl steuert, die um denjenigen Betrag über der der Netzfrequenz entsprechenden Motordrehzahl liegt, um welche die Motordrehzahl während der Stromloszeitdauer abfällt. Der Betrag, um welchen die Motordrehzahl während der Stromloszeitdauer abfällt, kann für die jeweilige Fördereinrichtung ermittelt werden, beispielsweise durch Messungen, und bei der Auslegung der Ansteuerung des Frequenzumrichters berücksichtigt werden.

Übliche Frequenzumrichter weisen in ihrer Ausgangsstufe Brückenschaltungen auf, welche elektronische Schalter enthalten, die mit Schaltsteuerimpulsen angesteuert werden, deren Frequenz die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters bestimmt. Die zuvor angesprochene Steuerung des Spannungswertes der Frequenzumrichterausgangsspannung wird bei einer Ausführungsform der Erfindung durch Pulsbreitenmodulation der Schaltsteuerimpulse bewirkt.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird zur Ermittlung der Phasendifferenz zwischen der Phasenlage der Netzspannung und der Phasenlage der Ausgangsspannung des Frequenzumrichters eine Schmitt-Trigger-Schaltung verwendet, mittels welcher die Zeitpunkte des Durchlaufens vorbestimmter Schwellenwerte entweder auf den Anstiegsflanken oder auf den Abfallflanken von Netzspannung und Frequenzumrichterausgangsspannung, beispielsweise die Nulldurchgänge, erfasst werden. Aus der zeitlichen Differenz dieser Zeitpunkte kann die Phasendifferenz bestimmt werden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird zur Ermittlung der Phasendifferenz zwischen der Phasenlage der Netzspannung und der Phasenlage der Ausgangsspannung des Frequenzumrichters ein Zähler verwendet, der die Anzahl der zwischen den beiden genannten Zeitpunkten auftretenden Taktimpulse eines Taktgenerators zählt. Zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Schmitt- Trigger-Schaltung das Erreichen des vorbestimmten Schwellenwertes der Netzspannung feststellt, wird der Zähler gestartet. Zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Schmitt-Trigger- Schaltung danach das Erreichen des vorbestimmten Schwellenwertes der Ausgangsspannung des Frequenzumrichters feststellt, wird der Zähler gestoppt. Aus dem zu diesem zweiten Zeitpunkt erreichten Zählwert des Zählers wird die Phasendifferenz zwischen Netzspannung und Frequenzumrichterausgangsspannung abgeleitet. Die Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung wird dann in Abhängigkeit von diesem Zählwert korrigiert, um sie mit der Phasenlage der Netzspannung in Übereinstimmung zu bringen, bevor von Netzspeisung auf Frequenzumrichterspeisung umgeschaltet wird.

Man kann entweder für die Erfassung beider Zeitpunkte, also für die Erfassung der Phasenlage der Netzspannung einerseits und die Erfassung der Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung andererseits, je einen Schmitt-Trigger verwenden. Da die Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung aus den impulsförmigen Schaltsteuersignalen für die die Ausgangsspannung üblicher Frequenzumrichter steuernde Schalteranordnung entnehmbar ist, kann man auch mit einem einzigen Schmitt-Trigger auskommen. In diesem Fall wird mit dem einzigen Schmitt-Trigger die Phasenlage der Netzspannung erfasst, wird mit dem Ausgangssignal dieses einzigen Schmitt-Triggers der Zählvorgang des Zählers gestartet und wird das Stoppen des Zählers in Abhängigkeit von den die Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung bestimmenden Schaltsteuersignalen für die Schalteranordnung des Frequenzumrichters gesteuert.

Besonders durch letztere Ausführungsform lässt sich eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung mit besonders geringem Aufwand und dem entsprechend mit besonders geringen Kosten herstellen.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird die Korrektur der Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung in Abhängigkeit von der ermittelten Phasendifferenz zwischen Netzspannung und Frequenzumrichterausgangsspannung nur bei Umschaltung von Lastbetrieb auf Leerbetrieb vorgenommen, während bei einer Umschaltung von Leerbetrieb auf Lastbetrieb ein Hochlauf der Frequenzumrichterausgangsspannung mit einer empirisch ermittelten Anstiegsrampe und mit langsamer Anpassung der Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung an die Phasenlage der Netzspannung gesteuert wird.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine zum Teil aufgeschnittene, perspektivische Ansicht einer Fahrtreppe;
Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild, teilweise in Blockdarstellung, mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung; und
Fig. 3 eine zeitliche Darstellung von Abläufen im Zusammenhang mit einer Umschaltung der Fördereinrichtung von Lastbetrieb auf Leerbetrieb.
Als Beispiel für eine erfindungsgemäße Fördereinrichtung wird eine Fahrtreppe betrachtet, wie sie in Fig. 1 in teilweise geschnittener, perspektivischer Ansicht zu sehen ist.
Die in Fig. 1 gezeigte Fahrtreppe 10 umfasst einen unteren Treppenabsatz 12, einen oberen Treppenabsatz 14, ein Tragwerk 16, eine Vielzahl von hintereinander aufgereihten, ein Endlosband bildenden Trittplatten 18, eine Schleppkette 22 zum Antreiben der Trittplatten 18, ein Paar Balustraden 24, die sich zu beiden Seiten der aufgereihten Trittplatten 18 erstrecken, einen Antriebsmotor 26, der antriebsmäßig mit der Schleppkette 22 gekoppelt ist, eine mit dem Antriebsmotor 26 zusammenwirkende Steuervorrichtung 28 und einen Beförderungsbedarfsignalgeber in Form eines Fahrgastsensors 32, bei dem es sich beispielsweise um eine Lichtschranke handelt, der aber auch durch eine Trittmatte oder einen Hand- oder Fußschalter gebildet sein kann. Die Trittplatten 18bilden die Plattformen für das Befördern von Fahrgästen zwischen den beiden Treppenabsätzen 12 und 14. Jede der beiden Balustraden 24 umfasst einen beweglichen Handlauf 34, der mit derselben Geschwindigkeit wie die Trittplatten 18 angetrieben wird.
Die Steuervorrichtung 28 bestimmt die dem Antriebsmotor 26 zugeführte elektrische Energie und steuert damit die Drehzahl des Antriebsmotors 26 und somit die Bewegungsgeschwindigkeit der Trittplatten 18.
Fig. 2 zeigt ein elektrisches Schaltbild mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 28. Die Steuervorrichtung 28 umfasst eine Schmitt-Trigger-Schaltung 30 mit einem ersten Signaleingang SE1, dem eine Phase der dreiphasigen Netzspannung zugeführt wird, und einem zweiten Signaleingang SE2, dem eine Phase der dreiphasigen Frequenzumrichterausgangsspannung zugeführt wird.
Der Schmitt-Trigger-Schaltung nachgeschaltet ist eine programmgesteuerte Schaltung OVF 42 mit variabler Ausgangsfrequenz (nachfolgend kurz OVF 42 genannt), in welche ein Taktgenerator 48, ein Zähler 50 und ein Freuquenzumrichter integriert sind. Zwischen dem Taktgenerator 48 und dem Zähler 50 befindet sich ein EIN/AUS-Schalter 49, mittels welchem ein Zähleingang ZE des Zählers 50 mit dem Ausgang des Taktgenerator 48 verbunden oder von diesem abgetrennt werden kann.
Zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Schmitt-Trigger-Schaltung 30 die zu detektierende Phasenlage der Netzspannung, beispielsweise deren Nulldurchgang während ansteigender Flanke, erfasst hat, gibt die Schmitt-Trigger-Schaltung 30 über einen Steuerausgang STA1 ein Signal "Start" an den Schalter 49, wodurch dieser in den leitenden EIN-Zustand gesteuert wird und der Zähler 50 mit dem Zählen von Taktimpulsen vom Taktgenerator beginnt. Zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Schmitt-Trigger-Schaltung 30 die zu detektierende Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung erfasst hat, gibt die Schmitt- Trigger-Schaltung 30 über einen Steuerausgang STA2 ein Signal "Stop" an den Schalter 49, wodurch dieser in den nicht leitenden AUS-Zustand gesteuert wird und der Zähler 50 mit dem Zählen von Taktimpulsen vom Taktgenerator aufhört. Der dann vom Zähler erreichte Zählstand ist ein Maß für die Phasendifferenz zwischen der Netzspannung und der Frequenzumrichterausgangsspannung. Dieser Zählwert wird verwendet, um die Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung derart zu korrigieren, dass sie mit der Phasenlage der Netzspannung mindestens im Wesentlichen in Übereinstimmung kommt. Diese Ausführungsform erfordert eine Schmitt-Trigger-Schaltung 30 mit zwei Schmitt- Triggern.
Bei einer Ausführungsform der bereits erwähnten Art, bei welcher die Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung nicht mittels eines eigenen Schmitt-Triggers erfasst wird sondern aus den Schaltsteuerimpulsen für die Schalteranordnung des Frequenzumrichters abgeleitet wird, wird das Stop-Signal für den Schalter 49 direkt vom Frequenzumrichter geliefert, ist daher für die Schmitt-Trigger-Schaltung 30 nur ein einziger Schmitt-Trigger erforderlich. Diese Ausführungsform ist besonders wirtschaftlich.
Bei der Ausführungsform, bei welcher sowohl die Phasenlage der Netzspannung als auch die Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung mit je einem Schmitt-Trigger erfasst werden, wird vorzugsweise dem Signaleingang SE2 ein (in Fig. 2 nicht dargestelltes) Filter vorgeschaltet, mittels welchem die durch Zerhacken einer Gleichspannung erzeugte und daher rechteckförmige Ausgangsspannung des Frequenzumrichters in eine Sinusspannung umgewandelt wird, um besser den Phasenvergleich mit der sinusförmigen Netzspannung vornehmen zu können. Die durch ein solches Filter erzeugte Phasenverschiebung wird bei dieser Ausführungsform dadurch kompensiert, dass dem Signaleingang SE1 ein gleichartiges Filter vorgeschaltet wird.
Außerdem umfasst die Steuervorrichtung 28 eine steuerbare Umschalteinrichtung mit einem ersten Schütz K1 und einem zweiten Schütz K2. OVF 42 steht unter steuerndem Einfluss einer Fahrtreppensteuereinrichtung 44, deren Funktion von dem Fahrgastsensor 32 abhängt.
Die gesamte Schaltungsanordnung ist dreiphasig ausgebildet und wird von einem dreiphasigen Wechselstromnetz mit drei Phasenleitungen L1, L2 und L3 gespeist. Eine andere Phasenzahl ist möglich.
Die Steuervorrichtung 28 ist eingangsseitig mit den drei Leitungen L1-L3 des Netzes verbunden. Das bedeutet, dass einerseits die Eingangsseite des Schützes K1 und andererseits die Eingangsseite von OVF 42 mit den Leitungen L1-L3 verbunden sind. Die Eingangsfrequenz des in OVF 42 enthaltenen Frequenzumrichters ist somit durch die Netzfrequenz gegeben. Der Antriebsmotor 26 ist über das Schütz K1 mit den Leitungen L1-L3 des Netzes und über das Schütz K2 mit der Ausgangsseite von OVF 42 verbunden.
Die Fahrtreppensteuereinrichtung 44 und OVF 42 sind über zwei Steuerleitungen SL_NS bzw. SL_SS, über welche ein Signal "Normal/Stand-By" bzw. ein Signal "Start-Stop" übertragen werden, miteinander verbunden. Über die beiden Steuerleitungen SL_NS und SL_SS erhält OVF 42 Steuerbefehle, die von dem Ausgangssignal des Fahrgastdetektors 32 abhängen.
Steuereingänge k1 und k2 von K1 bzw. K2 sind mit einem Steuerausgang So von OVF 42 über Steuerleitungen SL1 bzw. SL2 verbunden, über welche sie in den jeweils erforderlichen Schaltzustand steuerbar sind. Für die Übertragung der Steuersignale kann anstelle diskreter Steuerleitungen SL1, SL2, SL_NS und SL_SS ein Feldbus verwendet werden.
OVF 42 weist eine Spannungsmesseinrichtung 46 auf, die über eine Messleitung ML mit zwei der drei Anschlussklemmen des Antriebsmotors 26 verbunden ist.
Die Arbeitsweise der in Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnung wird nun anhand der in Fig. 3 gezeigten Zeitdiagramme näher erläutert.
Fig. 3 zeigt ein Zeitdiagramm im Zusammenhang mit einer Umschaltung von Lastbetrieb auf Leerbetrieb der Fahrtreppe 10. In dieser Figur sind von oben nach unten die von der Fahrtreppensteuereinrichtung 44 an OFV 42 gelieferten Steuersignale "Start/Stop" und "Normal/Stand-By", die Zeitlage der Phasendifferenzmessung, die Schaltzustände der Schütze K1 und K2 und die Zeitlage der Messung der Motorklemmenspannung je in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt.
Zu einem Zeitpunkt t₀ befindet sich die Fahrtreppe 10 im Lastbetrieb. In diesem Zustand befinden sich die Steuersignale "Start/Stop" und "Normal/Stand-by" beide auf einem Logikwert H, sind das Schütz K1 leitend und das Schütz K2 nicht-leitend geschaltet und wird der Antriebsmotor 26 vom Netz gespeist, also mit Netzspannung und Netzfrequenz.
Der Lastbetrieb wird aufrecht erhalten, bis kein Beförderungsbedarf mehr besteht. Von einem Ende des Beförderungsbedarfs wird dann ausgegangen, wenn der Fahrgastdetektor 32 für eine vorbestimmte Zeitdauer keinen Fahrgast gemeldet hat, d. h., die Fahrtreppe 10 für eine vorbestimmte Zeitdauer nicht mehr von einem neuen Fahrgast betreten worden ist.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Zeitdiagramm wird davon ausgegangen, dass zum Zeitpunkt t₁ die vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist, während welcher kein neuer Fahrgast mehr dedektiert worden ist. Daher geht zum Zeitpunkt t₁ das Steuersignal "Normal/Stand-By" von H auf L über, was die Umschaltung der Fahrtreppe 10 vom Lastbetrieb (Fahrgastbeförderungsgeschwindigkeit der Fahrtreppe 10) in den Leerbetrieb (Stand-by-Geschwindigkeit der Fahrtreppe 10) und damit von Netzspeisung auf Frequenzumrichterspeisung einleitet.
Zunächst wird während eines von t₂ bis t₃ dauernden Zeitraums eine Messung der Phasendifferenz zwischen der Netzspannung und der Frequenzumrichterausgangsspannung mittels der Schmitt- Trigger-Schaltung 30 durchgeführt. Zu diesem Zweck wird entweder die Schmitt-Trigger-Schaltung 30 mittels eines (in den Figuren nicht dargestellten) Steuersignals in einen Messzustand gesteuert. Oder die Schmitt-Trigger-Schaltung 30 befindet sich permanent im Messzustand und die Umschaltbarkeit des Schalters 49 in den leitenden EIN-Zustand wird erst zum Zeitpunkt t₂ von OVF 42 freigegeben, beispielsweise durch entsprechende Programmierung von OVF 42.
Zum Zeitpunkt t₃ ist die Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung an die Phasenlage der Netzspannung angepasst, sodass die Phasendifferenz zu Null wird, und erfolgt das Umschalten des Schützes K1 in den nicht leitenden Schaltzustand, sodass die Netzspeisung des Antriebsmotors 26 beendet wird.
Nach einer vom Zeitpunkt t₃ bis zum Zeitpunkt t₅ dauernden Verzögerungszeit wird das Schütz K2 in den leitenden Zustand geschaltet. Damit ist die Umschaltung der Fahrtreppe 10 von Lastbetrieb auf Leerbetrieb, und damit die Umschaltung des Antriebsmotors 26 von Netzspeisung auf Frequenzumrichterspeisung beendet.
Während der von t₃ bis t₅ reichenden Stromloszeitdauer fällt die Motorklemmenspannung ab. Daher wird bei der in Fig. 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dem Phasendetektor 32 während der in die Stromloszeitdauer fallenden Zeitdauer t₄ bis t₅ mittels der Spannungsermittlungseinrichtung 46 die Motorklemmenspannung ermittelt, sei es durch Messung oder durch Ableitung von den Daten des Antriebsmotors 26 und der Fördereinrichtung 10, und wird der Spannungswert der Frequenzumrichterausgangsspannung an die ermittelte Motorklemmenspannung angepasst, und zwar durch entsprechende Anpassung des Impulsmusters der Schaltsteuersignale, mittels welchen die Schalteranordnung des Frequenzumrichters gesteuert wird.
Wenn zum Zeitpunkt t₅ das Schütz K2 in den leitenden Zustand gelangt und damit der Antriebsmotor 26 mit dem Ausgang von OVF 42 verbunden wird, ist die Ausgangsspannung von OVF 42 phasenmäßig in Übereinstimmung mit der Netzspannung und spannungsmäßig auf die Motorklemmenspannung gebracht, so dass zum Zeitpunkt t₅ eine glatte Umschaltung des Antriebsmotors 26 auf Frequenzumrichterspeisung erfolgen kann.
Aus den Motordaten und den Fördereinrichtungsdaten oder durch empirische Messung kann ermittelt werden, um welchen Wert die Phasenlage der Motorklemmenspannung während der Stromloszeitdauer gegenüber der Netzphasenlage, auf welche die Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung bis zum Zeitpunkt t₃ gebracht worden ist, abfällt. Wenn die Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung während der Stromloszeitdauer um einen entsprechenden Phasenwert korrigiert wird, erreicht man einen besonders glatten Übergang der Motorspeisung von der Netzspeisung zu der Frequenzumrichterspeisung.
Eine glatte Umschaltung von Leerbetrieb auf Lastbetrieb kann man dadurch erreichen, dass man mindestens die Frequenz und die Phasenlage, vorzugsweise auch die Amplitude, der Ausgangsspannung des Frequenzumrichters derart steuert, dass sie um denjenigen Betrag über der Frequenz, der Phasenlage und der Amplitude der Netzspannung liegen, um welchen die Motordrehzahl und die Amplitude der Motorklemmenspannung während der Stromloszeitdauer abfallen. Der Betrag, um welchen die Motordrehzahl bzw. die Amplitude der Motorklemmenspannung während der Stromloszeitdauer abfallen, kann für die jeweilige Fördereinrichtung ermittelt werden und kann bei der Auslegung des Frequenzumrichters berücksichtigt werden. Die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters wird dann hinsichtlich Frequenz, Phasenlage und Spannung auf Werte gesteuert, die entsprechend über denen der Netzspannung liegen.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung des Antriebs einer einen Antriebsmotor (26) und einen mindestens hinsichtlich der Frequenz und der Phasenlage seiner Ausgangsspannung steuerbaren Frequenzumrichter (42) aufweisenden, zwischen einem Lastbetrieb und einem Leerbetrieb umschaltbaren Fördereinrichtung (10), insbesondere in Form einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteigs, wobei:
der Antriebsmotor (26) im Lastbetrieb mit einer Netzspannung mit im wesentlichen konstanter Netzfrequenz und im Leerbetrieb mit der Frequenzumrichterausgangsspannung gespeist wird;
die Phasendifferenz zwischen der Phasenlage der Netzspannung und der Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung ermittelt wird;
die Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung entsprechend der ermittelten Phasendifferenz korrigiert und damit im wesentlichen auf Übereinstimmung mit der Phasenlage der Netzspannung gebracht wird; und
die Umschaltung bewirkt wird, sobald diese Übereinstimmung erreicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem zur Ermittlung der Phasendifferenz das zeitliche Auftreten vergleichbarer Ereignisse auf den Spannungsverläufen von Netzspannung und Frequenzumrichterausgangsspannung erfasst und aus dem Zeitunterschied des Auftretens dieser Ereignisse die Phasendifferenz zwischen den Phasenlagen von Netzfrequenz und Frequenzumrichterausgangsspannung abgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem eine Schmitt-Trigger- Schaltung (30) verwendet wird, mittels welcher die Zeitpunkte des Durchlaufens vorbestimmter Schwellenwerte in vorbestimmter Änderungsrichtung von Netzfrequenz einerseits und Frequenzumrichterausgangsspannung andererseits erfasst werden und daraus die Phasendifferenz zwischen Netzfrequenz und Frequenzumrichterausgangsspannung ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem ein Frequenzumrichter (42) verwendet wird, dessen Ausgangsspannung durch eine mit impulsförmigen Schaltsteuersignalen gesteuerte Schalteranordnung bestimmt wird;
eine Schmitt-Trigger-Schaltung (30) verwendet wird, mittels welcher der Zeitpunkt erfasst wird, zu welchem die Netzspannung einen vorbestimmten Schwellenwert in vorbestimmter Änderungsrichtung durchläuft;
von den Schaltsteuersignalen der Zeitpunkt abgeleitet wird, zu welchem die Frequenzumrichterausgangsspannung einen entsprechenden Schwellenwert in entsprechender Änderungsrichtung durchläuft; und
aus den beiden Zeitpunkten die Phasendifferenz zwischen Netzspannung und Frequenzumrichterausgangsspannung erfasst wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem im Zusammenhang mit einer Umschaltung von Lastbetrieb auf Leerbetrieb ein rampenförmiger Abstieg der Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters (42) gesteuert wird, nachdem von Netzspeisung auf Frequenzumrichterspeisung umgeschaltet worden ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem im Zusammenhang mit einer Umschaltung von Leerbetrieb auf Lastbetrieb zunächst ein rampenförmiger Anstieg der Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters (42) bis zur Netzfrequenz gesteuert und dann die Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung mit empirisch ermittelter Rampe allmählich an die Phasenlage der Netzspannung angepasst wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem der Antriebsmotor (26) während des Vorgangs der Umschaltung zwischen Netzspeisung und Frequenzumrichterspeisung für eine Stromloszeitdauer ohne Speisung betrieben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters (42) relativ zur Netzspannung verändert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die Motorklemmenspannung während der Stromloszeitdauer ermittelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Änderung der Motorklemmenspannung während der Stromloszeitdauer gemessen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Änderung der Motorklemmenspannung während der Stromloszeitdauer aus Motordaten abgeleitet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei welchem die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters (42) während der Stromloszeitdauer auf die Motorklemmenspannung gebracht wird.

13. Elektrische Steuervorrichtung zur Steuerung des Antriebs einer einen Netzspannungsanschluss für die Zuführung einer Netzspannung mit im wesentlichen konstanter Netzfrequenz und einen Antriebsmotor (26) aufweisenden, zwischen einem Lastbetrieb und einem Leerbetrieb umschaltbaren Fördereinrichtung (10), insbesondere in Form einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteigs, aufweisend:
einen mindestens hinsichtlich der Frequenz und der Phasenlage seiner Ausgangsspannung steuerbaren Frequenzumrichter (42);
eine steuerbare Umschalteinrichtung (K1, K2) mit einem Lastbetriebsschaltzustand, in welchem der Antriebsmotor (26) mit dem Netzspannungsanschluss gekoppelt ist, und einem Leerbetriebsschaltzustand, in welchem der Antriebsmotor (26) mit dem Frequenzumrichter (42) gekoppelt ist, derart, dass der Antriebsmotor (26) im Lastbetrieb mit einer Netzspannung mit im wesentlichen konstanter Netzfrequenz und im Leerbetrieb mit der Ausgangsspannung des Frequenzumrichters (42) gespeist wird;
eine Phasendifferenzermittlungseinrichtung (30), mittels welcher vor einer Umschaltung von Lastbertrieb auf Leerbetrieb die Differenz zwischen der Phasenlage der Netzspannung und der Phasenlage der Ausgangsspannung des Frequenzumrichters (42) erfassbar ist; und
eine Phasensteuereinrichtung (48, 50), mittels welcher die Phasenlage der Ausgangsspannung des Frequenzumrichters (42) in Abhängigkeit von der erfassten Phasendifferenz auf im wesentlichen Übereinstimmung mit der Phasenlage der Netzspannung steuerbar ist;
wobei die Umschaltung der Umschalteinrichtung (K1, K2) in Abhängigkeit von dem Erreichen einer derartigen Phasenübereinstimmung steuerbar ist.

14. Steuervorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die Phasendifferenzermittlungseinrichtung aufweist:
eine Schmitt-Trigger-Schaltung (30), mittels welcher einerseits der Zeitpunkt, zu welchem die Netzspannung einen vorbestimmten Schwellenwert in vorbestimmter Änderungsrichtung durchläuft, und andererseits der Zeitpunkt, zu welchem die Frequenzumrichterausgangsspannung einen entsprechenden Schwellenwert in entsprechender Änderungsrichtung durchläuft, erfassbar sind; und
eine Verarbeitungseinrichtung (48, 50), mittels welcher aus den beiden erfassten Zeitpunkten die Phasendifferenz zwischen Netzspannung und Frequenzumrichterausgangsspannung ableitbar ist.

15. Steuervorrichtung nach Anspruch 13, aufweisend:
einen Frequenzumrichter (42), dessen Ausgangsspannung durch eine mit impulsförmigen Schaltsteuersignalen gesteuerte Schalteranordnung bestimmt wird;
eine Schmitt-Trigger-Schaltung (30), mittels welcher der Zeitpunkt erfassbar ist, zu welchem die Netzspannung einen vorbestimmten Schwellenwert in vorbestimmter Änderungsrichtung durchläuft;
wobei von den Schaltsteuersignalen der Zeitpunkt ableitbar ist, zu welchem die Frequenzumrichterausgangsspannung einen entsprechenden Schwellenwert in entsprechender Änderungsrichtung durchläuft; und
eine Verarbeitungseinrichtung (48, 50), mittels welcher aus den beiden Zeitpunkten die Phasendifferenz zwischen Netzspannung und Frequenzumrichterausgangsspannung ableitbar ist.

16. Steuervorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, bei welcher die Verarbeitungseinrichtung (38, 50) aufweist:
einen Taktimpulse erzeugenden Taktgenerator (48) und einen Zähler (50), mittels welchem die Anzahl der Taktimpulse zählbar ist, die von dem Taktgenerator (48) zwischen den beiden Zeitpunkten erzeugt worden sind.

17. Steuervorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die Phasenlage der Frequenzumrichterausgangsspannung in Abhängigkeit von dem zum zweiten Zeitpunkt vom Zähler (50) erreichten Zählstand steuerbar ist.

18. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei welcher:
die Umschalteinrichtung (K1, K2) eine den Antriebsmotor (26) mit dem Netzspannungsanschluss verbindende erste steuerbare Schaltereinrichtung (K1) und eine den Anriebsmotor mit dem Frequenzumrichter (42) verbindende zweite steuerbare Schaltereinrichtung (K2) aufweist;
jeweils nur eine der beiden Schaltereinrichtungen (K1, K2) leitend schaltbar ist; und
das leitend Schalten der jeweils nicht leitenden Schaltereinrichtung (K1, K2) nur nach einer vorbestimmten Stromloszeitdauer nach dem nicht-leitend Schalten der bis dahin leitenden Schaltereinrichtung (K1, K2) möglich ist.

19. Steuervorrichtung nach einen der Ansprüche 13 bis 18, bei welcher die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters (42) relativ zur Netzspannung steuerbar ist.

20. Steuervorrichtung nach Anspruch 19, aufweisend:
eine Spannungsermittlungseinrichtung (46), mittels welcher die Motorklemmenspannung mindestens während der Stromloszeitdauer ermittelbar ist,
und eine Spannungssteuereinrichtung, mittels welcher die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters (42) während der Stromloszeitdauer auf den ermittelten Spannungswert der Motorklemmenspannung steuerbar ist.

21. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, bei welcher die mit impulsförmigen Schaltsteuersignalen gesteuerte Schalteranordnung des Frequenzumrichters (42) zur Steuerung der Ausgangsspannung des Frequenzumrichters (42) mit pulsbreitenmodulierten Schaltsteuersignalen ansteuerbar ist.