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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Netz frequenz 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.
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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.
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Aus
der
US 4 748 394 ist
ein Verfahren für eine
Fahrtreppen-Steuerung bekannt, bei welchem ebenfalls eine Umschaltung
der Antriebsmotorspeisung zwischen einer Netzspannung und einer
Frequenzumrichterausgangsspannung stattfindet, um die Fahrtreppe
zwischen einem Leerbetrieb mit geringerer Fahrgeschwindigkeit und
einem Lastbetrieb mit höherer
Fahrgeschwindigkeit umzuschalten. Die Frequenz der Frequenzumrichterausgangsspannung wird
mittels eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) gesteuert,
dem ein die Frequenz bestimmendes Steuersignal zugeführt wird.
Für eine
Umschaltung von Leerbetrieb auf Lastbetrieb wird dem Steuereingang
des VCO eine ansteigende Rampenspannung zugeführt. Wenn sich die Frequenzumrichterfrequenz
der Netzfrequenz bis auf 0,5 Hz genähert hat, wird an der Steuerung
des VCO das Ausgangssignal eines Phasendetektors beteiligt, der
die Phase der Netzspannung mit der Phase der Frequenzumrichterausgangsspannung
vergleicht. Zu diesem Zweck beobachtet eine Steuerschaltung das
Ausgangssignal des Phasendetektors und aktiviert dann, wenn sie
Phasengleichheit zwischen der Netzspannung und der Frequenzumrichterausgangsspannung feststellt,
einen Verstärker,
dem eingangsseitig die Summe aus dem Ausgangssignal des Phasendetektors
und einem Phasenvorspannungssignal zugeführt wird und dessen Ausgangssignal
der Rampenspannung hinzugefügt
wird. Sobald die Steuerschaltung feststellt, dass das Ausgangssignal
des Phasendetektors mit dem Phasenvorspannungssignal übereinstimmt,
schaltet sie den Motor von Frequenzumrichterspeisung auf Netzspeisung
um. Diese bekannte Steuerschaltung ist relativ aufwändig und komplex
und verursacht den Wunsch, mit geringerem Steueraufwand auszukommen.
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Aus
der
DE 196 04 207
C2 ist ein Verfahren zur Synchronisation von Spannungen
für eine
unterbrechungsfreie Stromversorgung dann, wenn bei einem Netzausfall
von einem gestörten
Stromnetz auf einen aus einer Batterie gespeisten Wechselrichter umgeschaltet
werden soll, bekannt. Für
den Vorgang dieser Synchronisation wird ein zur sinusförmigen Wechselrichterausgangsspannung
phasengleiches Rechtecksignal erzeugt, dessen Phasenlage mit der Phasenlage
der Netzfrequenz verglichen wird. Zu diesem Zweck wird bei jeder
fallenden Flanke des Rechtecksignals ein Zähler gestartet, wobei der beim Auftreten
der nächsten
fallenden Flanke des Rechtecksignals erreichte Zählwert ausgelesen und der Zähler rückgesetzt
wird. Aus dem ausgelesenen Zählwert
wird die Periodendauer des Rechtecksignals ermittelt. Außerdem wird
der Zählwert
zu den Zeitpunkten ausgelesen, zu welchen die Netzsinusspannung
in ihrer jeweiligen ansteigenden Periodenhälfte einen Nulldurchgang aufweist.
Durch einen Vergleich des bei diesem Nulldurchgang der Netzspannung
ausgelesenen Zählwerts
mit dem der Periodendauer des Rechtecksignals entsprechenden Zählwert kann
die relative Phasenlage zwischen Wechselrichterausgangsspannung
und Netzspannung ermittelt und daraus eine Korrektur der Phasenlage
der Wechselrichterausgangsspannung vorgenommen werden.
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Aus
der
DE 38 09 199 C2 ist
ein Verfahren zur Ermittlung des wiederkehrenden Synchronisationszeitpunktes
von zwei verschieden frequenten sinusförmigen Signalen mit gleicher
Amplitude bekannt, das zum Zusammenschaltung eines Generators mit
einem Drehstromnetz verwendbar ist. Da es fast unmöglich ist,
die Generatorspannung genau auf die gleiche Frequenz wie das Wechselstromnetz
zu trimmen, wird die zwischen beiden Frequenzen auftretende Schwebung
herangezogen und werden die Zeitpunkte ermittelt, bei denen Phasengleichheit
zwischen den beiden an der Schwebung beteiligten Frequenzen auftritt,
und wird als Synchronisationszeitpunkt ein derartiger Zeitpunkt
verwendet. Zu diesem Zweck wird jedem der beiden zu synchronisierenden Signale
ein je phasengleiches Rechtecksignal zugeordnet und wird ein flankenempfindlicher
Ereigniszähler
mit einem Zeitgeber von den beiden Rechtecksignalen zyklisch gesteuert.
Aus dem Ereigniszähler lassen
sich den Periodendauern der beiden Rechtecksignale entsprechende
Zählstände auslesen
und in zwei verschiedene Speicherzonen einer Speichereinheit einlesen.
In zwei weiteren Speicherzonen der Speichereinheit werden entsprechend
den ermittelten unterschiedlichen Periodendauern Phasenverschiebungswerte
gespeichert, aus denen sich der jeweilige Phasenwinkel zwischen
den beiden Rechtecksignalen ermitteln lässt. Daraus können dann
die Zeitpunkte bestimmt werden, zu welchen die an der Schwebung
beteiligten Signale vorübergehend
Phasengleichheit aufweisen.
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Aus
der
DE 35 23 626 C2 ist
ein Verfahren zum Umschalten der Speisung eines Wechselstrommotors
zwischen einem Wechselstrom-Versorgungsnetz und einem Stromrichter
bekannt, bei welchem die Zündzeitpunkte
von Thyristoren des Stromrichters mit Hilfe von Rückwärtszählern bestimmt
werden, die unter der Taktsteuerung von Taktsignalen stehen, die
von PLL-Schaltkreisen geliefert werden. Die PLL-Schaltkreise enthalten
Zeitzähler,
denen Nulldurchgangssignale von Nulldurchgangsdetektoren zugeführt werden,
welche Nulldurchgänge
von Sinuswellen detektieren, die den Nulldurchgangsdetektoren von
Integratoren zugeführt
werden, welche die Spannungen, die von den gezündeten Thyristoren geleitet
werden, in tegriert haben. Die von den PLL-Schaltkreisen erzeugten
Taktsignale haben Taktfregenzen gleichen dem 512-fachen der Frequenz
der verketteten Netzspannungen. Mittels der Zeitzähler kann
die jeweilige Periodendauer der verkette- ten Netzspannung ermittelt
werden und durch einen Vergleich mit einem Zählwert, welcher der korrekten
Periodendauer entspricht, kann ein Phasenfehler ermittelt werden.
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Aus
U.Tietze und Ch. Schenk, Halbleiter-Schaltungstechnik, vierte Auflage,
Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1978, Seiten 133 bis
134 ist es bekannt, einen Schmitt-Trigger als Rechteckformer zur.
Umwandlung eines Sinussignals in ein Rechtecksignal zu benutzen.
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Zu
dem Zweck, bei Umschaltung von Lastbetrieb auf Leerbetrieb einen
besonders glatten, den Frequenz umrichter schonenden Schaltübergang
zu ermöglichen,
macht die Erfindung ein Verfahren der in Patentanspruch 1 angegebenen
Art und eine Steuervorrichtung der in Patentanspruch 10 angegebenen
Art verfügbar.
Merkmale von Ausführungsformen der
Erfindung sind den abhängigen
Patentansprüchen
entnehmbar.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung wird im Zusammenhang mit einer Um- schaltung 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. Gleichermaßsen 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 Föde reinrichtung
sowohl beim Übergang
von Leerbetrieb auf Lastbetrieb als auch beim Übergang von Lastbetrieb auf
Leerbetrieb sanft und damit ruckfrei ändert.
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Bei
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.
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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.
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Um
Beeinträchtigungen
eines glatten Umschaltens zwischen Leerbetrieb und Lastbetrieb durch
diese mit den Stromloszeiten in Verbindung stehenden Erscheinungen
zu vermeiden, ist bei 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 Motorklemmen spannung gebracht. Damit werden Ausgleichsströme beim
Umschalten zwischen Lastbetrieb und Leerbetrieb minimiert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Besonders
durch letztere Ausführungsform lässt sich
eine erfindungsgemässe
Steuervorrichtung mit besonders geringem Aufwand und dem entsprechend
mit besonders geringen Kosten herstellen.
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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.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
zum Teil aufgeschnittene, perspektivische Ansicht einer Fahrtreppe;
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2 ein
elektrisches Schaltbild, teilweise in Blockdarstellung, mit einer
erfindungsgemässen Steuervorrichtung;
und
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3 eine
zeitliche Darstellung von Abläufen
im Zusammenhang mit einer Umschaltung der Fördereinrichtung von Lastbetrieb
auf Leerbetrieb.
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Als
Beispiel für
eine erfindungsgemässe
Fördereinrichtung
wird eine Fahrtreppe betrachtet, wie sie in 1 in teilweise
geschnittener, perspektivischer Ansicht zu sehen ist.
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Die
in 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 18 bilden
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Fahrtreppensteuereinrichtung 44 und OVF 42 sind über zwei
Steuerleitungen SLNS bzw. SLSS, über
welche ein Signal "Normal/Stand-By" bzw. ein Signal "Start-Stop" übertragen werden, miteinander
verbunden. Über
die beiden Steuerleitungen SLNS und SLSS erhält OVF 42 Steuerbefehle, die
von dem Ausgangssignal des Fahrgastdetektors 32 abhängen.
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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, SLNS
und SLSS ein Feldbus verwendet werden.
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OVF 42 weist
eine Spannungsmesseinrichtung 46 auf, die über eine
Messleitung ML mit zwei der drei Anschlussklemmen des Antriebsmotors 26 verbunden
ist.
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Die
Arbeitsweise der in 2 gezeigten Schaltungsanordnung
wird nun anhand der in 3 gezeigten Zeitdiagramme näher erläutert.
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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.
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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 N, sind das Schütz
K1 leitend und das Schütz
K2 nicht-lei tend geschaltet und wird der Antriebsmotor 26 vom
Netz gespeist, also mit Netzspannung und Netzfrequenz.
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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.
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Bei
dem in 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 N 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.
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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.
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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.
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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.
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Während der
von t3 bis t5 reichenden Stromloszeitdauer fällt die Motorklemmenspannung
ab. Daher wird bei der in 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.
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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.
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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.
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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.