DE102004034364A1

DE102004034364A1 - Geschwindigkeitssteuerung für Schrankenbewegungsbetätigungseinheit

Info

Publication number: DE102004034364A1
Application number: DE102004034364A
Authority: DE
Inventors: James J. Batavia Fitzgibbon; Robert Chicago Keller; Edward Lombard Laird
Original assignee: Chamberlain Group Inc
Current assignee: Chamberlain Group Inc
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2005-02-03
Also published as: GB2403983B; CA2473190C; MXPA04006910A; GB0415993D0; US20050012488A1; GB2403983A; FR2857797A1; US7042183B2; CA2473190A1; AU2004203214A1

Abstract

Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern der Geschwindigkeit eines A.C.-Induktionsmotors sind offenbart und im Betrieb zum Steuern der Bewegung einer Schranke gezeigt. Eingeschlossen sind Spannungskonfigurationsschaltungen, die selektiv Teile der Halbzyklen der A.C.-Netzspannung zu dem Induktionsmotor auftasten. Wenn der Motor (106) gestartet wird, werden zunehmende Beträge einer Netz-A.C.-Spannung an den Motor angelegt und abnehmende Teile des Netz-A.C. an den Motor während einer Stopp-Routine angelegt. Der Motor kann auch mit weniger als dem vollen Netz-A.C. betätigt werden, um Unterschiede bei einer Schrankenbewegungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Betriebsparametern zuzulassen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Induktionsmotoren einer variablen Geschwindigkeit und die Verwendung derselben in Schrankenbewegungs-Betätigungseinheiten.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheiten wie etwa Gatter- und Garagentor-Betätigungseinheiten umfassen einen elektrischen Motor, der verbunden ist, um eine Schranke zwischen zumindest offenen und geschlossenen Grenzen zu bewegen. Bei einem Steuern der Bewegung der Schranke müssen der Motor und die Schranke bei einer Bewegung von Ruhe gestartet und von einer Bewegung in den Ruhezustand gestoppt werden. Manchmal muss, wie es in dem Fall ist, wenn ein Hindernis in dem Pfad der Schranke ist, die Schranke gestoppt und in einer umgekehrten Richtung wieder gestartet werden. Wenn der elektrische Motor, der die Schranke bewegt, abrupt stoppt und/oder startet, erzeugt die Trägheit in der Ruhe oder beim Bewegen der Schranke große Kräfte. Derartige Kräfte verringern potentiell die Lebensdauer der Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit und erzeugen hörbare und sichtbare Erscheinungen, dass die Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit belastet ist. Auch kann es wünschenswert sein, die Schranke bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten während eines Durchlaufens entlang unterschiedlicher Pfade des Durchlaufungspfads zu bewegen. Beispielsweise kann es gewünscht sein, die Schranke bei einer höheren Geschwindigkeit zu öffnen, als dann, wenn sie geschlossen wird.

Manche DC-motorgetriebene Systeme wie etwa jenes, das in der PCT/US02/24385 beschrieben ist, bauen die Leistung (das Drehmoment), das an den Motor angelegt wird, auf und verringern es, wenn die Geschwindigkeit der Schranke geändert wird. Ein derartiges Aufbauen und Verringern kann durch zeitlich eingestellte Zunahmen und Abnahmen eines DC-Spannungspegels oder durch ein Pulsbreitenmodulieren der DC-Energie durchgeführt werden. DC-Motoren erfordern eine leistungsfähige und teure Quelle einer DC-Spannung, einen relativ komplexen Steuerschaltkreis und den teureren DC-Motor selbst. Ein Bedarf nach Verfahren und Vorrichtungen ist vorhanden, um die Energie zu einem A.C.-Induktionsmotor einer Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit in Abhängigkeit von Schrankensteuer-Eingangssignalen zu steuern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Garage, die innerhalb derselben eine Garagentor-Betätigungseinheit angebracht aufweist, die die vorliegende Erfindung verkörpert;
2 ein Blockdiagramm eines Controllers, der innerhalb der Kopfeinheit der Garagentor-Betätigungseinheit angebracht ist, die in der in 1 gezeigten Garagentor-Betätigungseinheit eingesetzt ist;
3 ein Schaltungsdiagramm einer Motorsteuerung, die in dem Kopfeinheit-Controller verwendet ist;
4A–E Wellenformen eines Beispiels einer Auftast-A.C.-Spannung zu einem Induktionsmotor, um die effektive angelegte Spannung sequentiell zu erhöhen (zu verringern);
5A–P Wellenformen für ein erstes Beispiel eines sequentiellen Erhöhens (Verringerns) der effektiven Frequenz und der effektiven Spannung, die an den A.C.-Motor angelegt werden;
6A–P Wellenformen für ein zweites Beispiel eines sequentiellen Erhöhens (Verringerns) der effektiven Frequenz und der effektiven Spannung, die an den A.C.-Motor angelegt werden; und
7 ein Blockdiagramm einer alternativen Spannungskonfigurationsschaltung.
BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme nun auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 ist spezifischer eine bewegliche Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit oder eine Garagentor-Betätigungseinheit darin allgemein gezeigt und durch ein Bezugszeichen 10 bezeichnet und schließt eine Kopfeinheit 12 ein, die innerhalb einer Garage 14 angebracht ist. Spezifischer ist die Kopfeinheit 12 an der Decke 16 der Garage angebracht und schließt eine Schiene 18 ein, die davon mit einer freigebbaren Laufkatze 20 verläuft, die angebracht ist, einen Arm 22 aufzuweisen, der zu einem mehrfach paneelenförmig aufgebauten Garagentor 24 verläuft, das für eine Bewegung entlang eines Paars von Torschienen 26 und 28 positioniert ist. Das System schließt eine Hand-Sendereinheit 30 ein, die ausgelegt ist, Signale zu der Antenne 32 zu senden, die in der Kopfeinheit 12 positioniert ist und mit einem Empfänger 80 gekoppelt ist, wie nachstehend offensichtlich wird. Ein Schaltmodul 39 ist an einer Wand der Garage angebracht. Das Schaltmodul 39 ist mit der Kopfeinheit 12 durch ein Paar von Drähten 39a verbunden. Das Schaltmodul 39 schließt einen Lichtschalter 39b und einen Befehlsschalter 39d ein. Ein optischer Emitter 42 ist über eine Energie- und Signalleitung 44 mit der Kopfeinheit verbunden. Der optische Detektor 46 ist über einen Draht 48 mit der Kopfeinheit 12 verbunden.
Wie in 2 gezeigt, weist die Garagentor-Betätigungseinheit 10, die die Kopfeinheit 12 einschließt, einen Controller 70 auf, der die Antenne 32 einschließt. Der Controller 70 schließt eine Energieversorgung 42 (4) ein, die einen Wechselstrom von einer Wechsel-Netzspannungsquelle wie etwa 120 Volt A.C. (71) aufnimmt und den Wechselstrom in erforderliche Pegel einer DC-Spannung konvertiert. Der Controller 70 schließt einen HF-Empfänger 80 ein, der über eine Leitung 82 gekoppelt ist, um demodulierte digitale Signale zu einem Mikrocontroller 84 zuzuführen. Der Empfänger 80 wird von einer Energieversorgung 42 mit Energie versorgt. Der Mikrocontroller ist auch durch einen Bus 86 mit einem nicht-flüchtigen Speicher 88 gekoppelt, wobei der nicht-flüchtige Speicher Benutzercodes und andere digitale Daten, die sich auf den Betrieb der Steuereinheit 70 beziehen, gespeichert. Ein Hindernisdetektor 90, der den Emitter 42 und einen Infrarotdetektor 46 umfasst, ist über einen Hindernisdetektorbus 42 mit dem Mikrocontroller gekoppelt. Der Hindernisdetektor schließt die Leitungen 44 und 48 ein. Der Wandschalter 39 ist über die Verbindungsdrähte 39a mit dem Mikrocontroller 84 verbunden.
Der Mikrocontroller 84 wird im Ansprechen auf Schalter-Schließungen und empfangene Codes Signale über eine Logikleitung 102 zu einem Logikmodul 104 senden, das mit einem Wechselstrommotor 106 verbunden ist, der eine Abtriebswelle 108 aufweist, die mit der Übertragungseinheit 18 der Garagentor-Betätigungseinheit gekoppelt ist. Ein Tachometer 110 ist mit der Welle 108 gekoppelt und stellt ein UPM-Signal auf einer Tachometerleitung 112 für den Mikrocontroller 84 bereit; wobei das Tachometersignal anzeigend für die Geschwindigkeit einer Drehung des Motors ist. Ein Grenzidentifizierer 93, identifiziert die Position der beweglichen Schranke entlang ihres Laufpfads. Der Grenzidentifizierer kann Grenzschalter oder eine Software-Funktion umfassen, um Tachometersignale zu zählen, um eine Schrankenposition zu identifizieren. Die Grenzschalter sind in 2 als ein funktionaler Kasten 93 gezeigt, der mit dem Mikrocontroller 94 durch Drähte 95 verbunden ist. Eine A.C.-Versorgungsleitung 71 ist auch mit dem Mikrocontroller 84 gekoppelt, um die Phase des Wechselstroms auf der Versorgungsleitung zu identifizieren.
Der Controller 70 antwortet auf Eingangssignale von den verschiedenen Eingangsschaltungen der 2 durch ein Steuern der Bewegung des Tors 24 oder einer anderen Schranke. Beispielsweise bestimmt, wenn ein Torbefehl von einem Sender 30 oder einer Wand-Steuereinheit 39 empfangen wird, der Mikrocontroller 84 den gegenwärtigen Zustand der Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit und stoppt oder beginnt eine Bewegung der Schranke. Während der Schrankenbewegung werden die Tachometer 110-Eingangssignale analysiert, um Hindernisse zu erfassen, und in manchen Fällen die Position der Schranke zu bestimmen. Wenn eine sich bewegende Schranke eine Durchlaufgrenze erreicht, wie sie durch den Grenzidentifizierer 93 identifiziert ist, kann die Schranke gestoppt werden. Auch ist der Controller 70 programmiert, um Licht 81 im Ansprechen auf ein Lichtsteuersignal von der Wandsteuereinheit 39 oder jedes Mal, wenn der Motor betätigt wird, um die Schranke zu bewegen, abzustrahlen.
Die Logikeinheit 104 ist in schematischer Form in 3 veranschaulicht. Die A.C.-Netzspannung wird zwischen Eingangsanschlüssen 121 und 122 der Logikeinheit 104 angelegt, und Spannungen, die von der A.C.-Netzspannung abgeleitet werden, werden verwendet, um die Richtung und Geschwindigkeit der Schrankenbewegung zu steuern und Licht 81 abzustrahlen. Die A.C.-Netzspannung, die hierin verwendet wird, ist die übliche 60 HZ 120 V A.C. der Öffentlichen Versorgungsabteilungen. Als solche ist sie grundlegend eine Sinuswelle, die 60 Zyklen pro Sekunde aufweist, wobei jeder Zyklus aus zwei Halbwellen einer wechselnden Polarität besteht. Eine ankommende A.C.-Spannung wird über einen Herabstufungstransformator 124 an einen Gleichrichtungs- und Filterschaltkreis 126 angelegt, um eine DC-Spannung zum Versorgen verschiedener Schaltkreise der Steuerung 70 zu erzeugen. Zusätzlich wird ein Teil der herabgesetzten Spannungswellenform über einen Transistor 128 und einen Ausgangsanschluss 127 zu dem Mikrocontroller 84 gesendet. Die Wellenform an dem Anschluss 127 wird von dem Mikrocontroller 84 verwendet, um Auftast-Signale synchron zu der A.C.-Netzspannung zu erzeugen. Obwohl die vorliegende Beschreibung 60 HZ 120 V A.C. betrifft, können die Gelehrten Prinzipien auf einfache Weise auf andere Frequenzen, z.B. 50 HZ und andere Spannungen, z.B. 240 angewandt werden.
Der gemeinsame oder Neutralleiter, der die Netzspannung zu dem Eingangsanschluss 122 überträgt, ist auch mit einem gemeinsamen Eingang des Lichts 81 und des Motors 106 verbunden. Der heiße Eingangsanschluss 121 ist mit einem Anschluss eines normalerweise offenen Kontaktsatzes 131 eines Lichtsteuerrelais 130 verbunden. Wann immer das Licht abzustrahlen ist, erdet der Mikrocontroller 84 den Lichteingangsanschluss 133, was dazu führt, dass ein DC-Strom über das Relais 130 fließt, das den Kontaktsatz 131 schließt. Die Lampe 81 ist mit einem Anschluss 135 der Logikeinheit 104 verbunden, um eine A.C.-Spannung von dem Relais-Kontaktsatz 131 zu empfangen, wann immer das Relais 130 arbeitet, um den Kontaktsatz 131 zu schließen.
Die Spannung, die an den Lampeneingangsanschluss 135 angelegt ist, wird auch über eine Spannungskonfigurierungsschaltung 138 an den Mittenkontakt 140 eines Doppelhub-Kontaktsatzes 137 eines Relais 139 angelegt. Der normalerweise geschlossene Kontakt 141 des Relais 139 ist mit einem Herab-Motorausgangsanschluss 143 verbunden, und der normalerweise offene Kontakt 142 ist mit einem Herauf-Motorausgangsanschluss 145 verbunden. Durch eine Betätigung des Relais wird die Spannung, die aus der Spannungskonfigurationsschaltung 138 ausgegeben wird, an den Anschluss 143 (Herab-Motor) angelegt, wenn das Relais 139 in Ruhe ist, und wird an den Ausgangsanschluss 145 (Herauf-Motor) angelegt, wenn das Relais 139 betätigt ist. Das Relais 139 wird betätigt, wenn der Mikrocontroller 84 Masse an den Eingangsanschluss 147 anlegt. Ausgangsanschlüsse 143 und 145 sind mit Herab- und Herauf-Energieeingangsanschlüssen des Motors 106 verbunden.
Die Spannungskonfigurationsschaltung 138 wird von dem Mikrocontroller 84 über Eingangssignale an dem Anschluss 149 gesteuert, um keine der Netz-A.C.-Spannung zu dem Relaiskontakt 140 (Relais 137) zu leiten. In der hierin beschriebenen Anordnung stellt der Mikrocontroller 84 dem Anschluss 149 Eingangssignale bereit, um eine Spannungssteuerschaltung 138 zu steuern, um eine Spannung zu dem Kontakt 140 zu leiten, die eine variierende effektive Basisfrequenz und eine variierende effektive Spannung aufweist. Der Netzleitungspfad für die A.C.-Spannung über die Spannungskonfigurationsschaltung 138 umfasst einen Leiter 151 zu einem Netzanschluss eines Triacs 150 und einen Leiter 152, der den anderen Netzanschluss des Triacs 150 mit dem Relaiskontakt 140 verbindet. Widerstands- und Kondensatorkonfigurationen 144 in 3 werden an mehreren bekannten Stellen verwendet, um einen Schaltungsschutz und eine elektrische Rauschverringerung bereitzustellen und könnten von der Schaltung eliminiert werden, wenn diese Eigenschaften nicht wichtig sind. Der Gate-Eingang 155 in den Triac 150 ist mit einem Netzanschluss eines Opto-Triacs 157 verbunden, wobei der andere Anschluss davon über einen Widerstand 153 angeschlossen ist, um die Netz-A.C.-Spannung von dem Relais 130 zu empfangen. Die Spannung wird zwischen den Netzspannungsanschlüssen des Opto-Triacs 150 aufgetastet, wann immer der Eingangsanschluss 149 von dem Mikrocontroller gesteuert wird, um einen leitfähigen Pfad nach Masse bereitzustellen. Durch die beschriebenen Anordnungen wird, wann immer die Relaiskontakte 131 geschlossen werden und der Mikrocontroller 84 einen leitfähigen Pfad bereitstellt, um einen Anschluss 149 zu erden, ein Teil eines A.C.-Halbzyklus zu dem Relaiskontakt 141 zur Anlegung an den Motor 106 geleitet.
Der Mikrocontroller 84 steuert den Motor 106 durch ein Steuern der Anlegung einer Spannung an das Motorrelais 133, in dem gesteuert wird, ob eine Herauf- oder Herab-Wicklung des Motors 106 durch das Relais 139 betätigt wird, und durch ein Steuern der Natur der Betätigungsspannung (Spannungskonfigurationsschaltung 138). Um die Schranke zu öffnen (nach oben zu bewegen) schließt der Mikrocontroller 84 den Relais 131, steuert die Spannungskonfigurationsschaltung 138, um eine gewünschte Konfiguration einer Ausgangsspannung bereitzustellen, und steuert das Relais 139, um den Relaiskontakt 140 und 142 zu schließen. Um die Schranke in die geschlossene Position zu bewegen, schließt der Mikrocontroller 84 den Relais 131, steuert die Spannungskonfigurationsschaltung 138, um eine geeignete Spannung bereitzustellen, und lässt es zu, dass das Relais 139 in dem inaktiven Zustand verbleibt, in welchem die Kontakte 140 und 141 normalerweise geschlossen sind. Wann immer der Motor zu stoppen ist, kann das Relais 130 geöffnet werden, oder die Spannungskonfigurationsschaltung 138 kann gesteuert werden, keine signifikante Spannung zu dem Relaiskontakt 140 zu leiten.
Die Spannungskonfigurationsschaltung 138 arbeitet unter der Steuerung des Mikrocontrollers 84, um jedwede Teile der ankommenden Netz-A.C.-Spannung weiterzuleiten, wobei der Mikrocontroller programmiert ist, weiterzuleiten. Wenn die volle A.C.-Spannung zu dem Motor-Steuerrelais 139 zu senden ist, wird der Eingang 149 für die Zeitperiode geerdet, dass die volle Spannung zu senden ist. Das Erden des Anschlusses 149 verursacht, dass eine Darstellung der A.C.-Spannung auf dem Leiter 151 dem Gate-Leiter des Triacs 150 erzeugt wird, wobei das Triac 150 durch ein Übermitteln fast der gesamten Spannung auf dem Netzanschlussleiter 151 zu dem Netzanschlussleiter 152 antwortet. Wenn die Masseverbindung an dem Anschluss 149 entfernt wird, wird keine Spannung an den Anschluss 140 angelegt.
4A–E stellen ein Beispiel eines Steuerns der effektiven Spannung dar, die an den Anschluss 140 angelegt wird. 4A–E stellt sowohl die Eingangs-A.C.-Netzsinuswelle wie auch die Ausgangssinuswelle dar, die auftreten werden, wenn der Anschluss kontinuierlich für eine Zeitperiode geerdet ist. 4A stellt die Anlegung einer kleinen (bezüglich 4E) effektiven Spannung an den Anschluss 140 dar. Es sei darauf hingewiesen, das der Mikrocontroller 84 eine Darstellung der A.C.-Netzspannung an dem Anschluss 127 empfängt, von welchem die Zeitgebung der Halbzyklen der A.C.-Netzspannung bestimmt wird. Die Wellenform der 4A wird durch ein Erden des Anschlusses 149 für eine vorbestimmte Zeitperiode vor dem nächsten Nulldurchgang der A.C.-Netzspannung erreicht. Die Periode eines Erdens sollte nicht so groß sein, um in Wechselwirkung mit dem nächsten Nulldurchgang der Netzspannung zu sein. Das Erden führt dazu, dass die Spannung, die an dem Anschluss 140 angelegt ist, im wesentlichen den vollen A.C.-Netzspannungspegel bis zu dem nächsten Nulldurchgang erreicht. Wenn der Strom Null erreicht, hört der Triac 150 auf zu leiten und wird bis zu der nächsten Erdung des Anschlusses 149 nicht beginnen. Die Reihe von Pulsen 160 in der 4A stellt die Zeiten zum Erden des Eingangsanschlusses 149 dar. 4B stellt eine höhere effektive Spannung dar und wird durch ein Erden des Anschlusses 149 mit einer geringfügig größeren Zeitperiode, die vor dem nächsten Nulldurchgang verbleibt, als jene, die in 4A vorhanden ist, erreicht. Die 4C und 4D stellen Stufen-Erhöhungen in der effektiven Spannung dar und werden wie zuvor durch ein Gaten von mehr von jedem angelegten Halbzyklus erreicht. Schließlich ist in 4E der Eingang 149 im wesentlichen dauerhaft geerdet, und die gesamte Netzspannung wird durchgeleitet. Die 4A–E stellen eine kleine Anzahl inkrementaler Erhöhungen in der effektiven Spannung zu Zwecken einer Veranschaulichung dar. Wenn sich eine Schranke zu bewegen beginnt, kann es wünschenswert sein, die Spannungskonfigurationsschaltung 138 zu steuern, um viele, z.B. 128 inkrementale Erhöhungen in der effektiven Spannung während der ersten 1–4 Sekunden der Schrankenbewegung zu erzeugen.
Die Beschreibung oben bezieht sich auf ein Erhöhen der Schrankengeschwindigkeit durch ein Steuern der Spannungskonfigurationsschaltung 138 fortlaufend von 4A bis 4E. Die Schranke kann allmählich verlangsamt werden, indem die Sequenz von der maximalen Geschwindigkeit, z.B. 4E umgekehrt wird und die effektive Spannung verringert wird, indem rückwärts durch die 4D bis 4A gegangen wird. Die langfristige Geschwindigkeit der Schrankenbewegung kann auch durch die Vorrichtungen und Verfahren, die hierin diskutiert sind, gesteuert werden. Ein Bewegen der Schranke in die geöffnete Richtung kann durch ein Fortschreiten durch die inkrementalen effektiven Spannungserhöhungen erreicht werden, dass bei der vollen A.C.-Netzspannung (4E) endet. Diese maximale Spannung würde zu einer maximalen Geschwindigkeit der Schranke führen. Andererseits kann, wenn die Schranke geschlossen wird, die effektive Spannung nur auf 4C als ein Maximum erhöht werden, wobei sich in diesem Fall die Schranke langsamer als in der Öffnungsrichtung bewegen würde.
Die in den 4A–E dargestellten Beispiele beschreiben ein allmähliches Ändern der wirksamen Spannung, die an dem A.C.-Induktionsmotor 106 angelegt ist, um eine Schranke langsam zu beschleunigen, wie auch diese zu verlangsamen und bei einer gewählten Geschwindigkeit zu betreiben. Die 5A–P stellen Beispiele bereit, durch welches wohl die effektive Spannung als auch die effektive Frequenz einer an den Motor angelegten Spannung gesteuert werden. Derartiges kann eine feinere Steuerung über der Schrankenbewegungsgeschwindigkeit bereitstellen.
Wie in dem voranstehenden Beispiel bezüglich der 4A–E stellt die 5P sowohl die Netz-A.C.-Spannung wie auch den Ausgang der Spannungskonfigurationsschaltung bei einer maximalen effektiven Frequenz und effektiven Amplitude dar. In 5A, die eine niedrige effektive Frequenz und eine niedrige effektive Spannung darstellt, wird ein Teil jedes dritten Halbzyklus zu dem Anschluss 140 aufgetastet. Dies verringert die effektive Frequenz auf jene, die durch die gestrichelte Linienwelle 162 in 5A dargestellt ist. Die Auftast-Pulse, um die Welle der 5A zu erzeugen, sind auf einer Linie 164 gezeigt. Die Länge der Auftast-Pulse wird sequentiell wie zuvor erhöht, um die resultierenden Wellen der 5B-5E zu erzeugen. Der Beginn jedes Auftast-Pulses definiert den Beginn des Spannungspulses, der zu dem Anschluss 140 geleitet wird, und das Ende tritt während eines Halbzyklus auf, für welchen ein Spannungsdurchleiten bei dem nächsten Nulldurchgang enden sollte. Wie in den 5F bis 5J gezeigt, verlaufen die Auftast-Pulse 165 und 166 in zwei aufeinanderfolgenden Halbzyklen. Da sich die Auftast-Pulse andauernd verlängern, verlaufen sie in drei aufeinanderfolgenden Halbzyklen, bis in 5P die Auftast-Pulse sich verlängern, um ein kontinuierliches Auftasten der gesamten Sinuswelle zu werden. Wie in 5 dargestellt, beginnt der Auftast-Prozess mit jedem dritten Halbzyklus und nimmt allmählich zu, dass die gesamte Quellenwelle (5B) zu dem Motor gesendet wird. Bei dem Beginn (5A) wird nur eine kleine effektive Spannung bei einer verringerten effektiven Frequenz 162 aufgetastet. Wenn das Auftasten zunimmt, nimmt die effektive Frequenz zu, so wie es die effektive Spannung tut. Die Sequenz der 5A–P stellt repräsentative Beispiele der tatsächlich erzeugten Wellenformen dar. Was das Beispiel der 4 betrifft, kann eine weitere Änderung jedwede der Wellenformen für eine beständige Geschwindigkeit langsamer als die volle Geschwindigkeit (5B) ändern, und der Motor kann durch ein umgekehrtes Durchführen der Schritte des Beispiels verlangsamt werden.
In der vorangehenden Diskussion der 5A–P ist die erzeugte Wellenform diskontinuierlich. Dementsprechend wird eine Fourier-Transformation der Welle eine Grundfrequenz und eine Anzahl von Harmonischen zeigen. Wenn immer längere Teile eines Halbzyklus durchgeleitet werden, wird die Grundfrequenz verbleiben, aber andere Frequenzen und Harmonische werden auftreten und ihre Größe wird sich ändern. An einem gewissen Punkt in dem Fortlauf wird, da mehr und mehr zusätzliche Halbzyklen in den Motor gekoppelt werden, die ursprüngliche Grundfrequenz deutlich abnehmen, um durch höhere Grundfrequenzen ersetzt zu werden. Somit wird durch ein Ändern der Sinusform des angelegten Signals, wie in den 5A–P gezeigt, die effektive Frequenz, auf welche der Motor anspricht, geändert.
In dem Beispiel der 5 wurde die effektive Frequenz durch ein Beginnen von Impuls-Teilen jedes dritten Halbzyklus und einer Höhe des aufgetasteten Betrags verringert. Größere anfängliche Verringerungen der effektiven Frequenz können erreicht werden, wenn der Anfangsschritt das Auftasten in jedem N-ten Halbzyklus mit sich bringt, wobei N eine ungerade Ganzzahl größer als Eins ist. Das Auftasten von ungeraden Halbzyklen garantiert, dass einer ein positiver Halbzyklus und der darauffolgende ein negativer Halbzyklus sein wird, um jedwede signifikante DC-Komponente in dem aufgetasteten Signal auszugleichen.
Die 6A–P stellen ein zweites Beispiel einer Auftast-Steuerung dar, um ein Erhöhen oder Verringern effektiver Frequenzen und effektiver Spannungen zu erzeugen. Es ist gefunden worden, dass das Beispiel der 6 etwas kompatibler mit manchen Typen von A.C.-Induktionsmotoren ist. Die 6A-6E werden, wie in den 5A-5E gezeigt, durch ein Auftasten zunehmender Teile jedes dritten Halbzyklus erzeugt. 6F wird, wenn ein Auftasten für jeden zweiten Halbzyklus beginnt, ein Puls 170 auch zwischen zwei vollständigen Halbzyklen und entgegengesetzter Polarität zu einer benachbarten Halbzykluspolarität aufgetastet. Die Auftast-Pulse für 6F sind auf einer Linie 168 gezeigt. Wie in 6G-6N ausgeführt, wird der Puls 170 zusammen mit dem aufgetasteten Netz-Halbzyklus ausgedehnt, bis in 6P die vollständige Sinuswelle an den Anschluss 140 angelegt wird.
Wie oben diskutiert, werden die Erhöhungen (Verringerungen) in der effektiven Spannung in inkrementalen Schritten durchgeführt. Eine Rückkopplungsschleife kann in dem System implementiert werden, um das Betriebsverhalten von Erhöhungs-(Verringerungs-)Schritten zu steuern, wenn der Motor gestartet oder gestoppt wird. Die Rückkopplung wird durch den Mikrocontroller 84 implementiert, der vorprogrammiert ist, um eine Zeit auf der Grundlage eines Profils der gewünschten Motorstartgeschwindigkeiten und -Stoppgeschwindigkeiten zu speichern. Wenn der Mikrocontroller 84 beginnt, den Motor zum Starten zu steuern, wird der Ausgang des Tachometers 110 mit dem Startprofil verglichen. Wenn der Motor zu langsam startet, werden inkrementale effektive Spannungserhöhungsschritte weggelassen werden, und die effektive Spannung wird erhöht werden, bis die Motorgeschwindigkeit zu dem Startprofil passt. Auf ähnliche Weise werden, wenn die Motorgeschwindigkeit das Startprofil überschreitet, die effektiven Spannungserhöhungsschritte langsamer durchgeführt oder übersprungen, bis der Motor auf der vorgesehenen Geschwindigkeit ist. Ähnliche Rückkopplungskorrekturen werden ausgeführt, wenn der Motor angehalten wird, um das Stopp-Geschwindigkeitsprofil anzunähern.
In der vorangehenden Beschreibung wird die Wellenform, die mit dem Motor 106 verbunden ist, durch die Spannungskonfigurationsschaltung 138 im Ansprechen auf Auftast-Signale von dem Mikrocontroller 84 gesteuert. 7 veranschaulicht eine Alternative zu 3, die eine elektrische H-Brücke 210 einschließt, um die Netzspannung zu konfigurieren, bevor sie mit dem Motor verbunden wird. Der Ausgang des Anschlusses 133 des Relais 130 ist mit einem unteren Teil der H-Brücke 210 verbunden, und der obere Teil der H-Brücke 210 ist mit dem A.C.-Netz-Neutralanschluss verbunden. Die rechte Seite der H-Brücke umfasst Spannungskonfigurationsschaltungen 201 und 202, die in Reihe verbunden sind, und die linke Seite umfasst Spannungskonfigurationsschaltungen 203 und 204, die in Reihe verbunden sind. Jede Spannungskonfigurationsschaltung 201–204 ist im wesentlichen identisch zu der Spannungskonfigurationsschaltung 138 der 3. Jede Spannungskonfigurationsschaltung 201–204 wird durch Signale auf einem einzelnen Auftast-Pfad gesteuert, die kollektiv als Drähte 207 bezeichnet sind. Die Drähte 207 sind verbunden, um Steuersignale von dem Mikrocontroller 84 zu empfangen. Der Neutralanschluss des Motors 106 ist mit einem Punkt 205 der Reihenverbindung zwischen den Spannungskonfigurationsschaltungen 203 und 204 verbunden, und die Herauf- und Herabanschlüsse des Motors 106 sind selektiv mit einem Punkt 206 in den Reihenverbindungen zwischen den Spannungskonfigurationsschaltungen 201 und 202 verbunden. Wie in 2 wird der Zustand des Herauf-/Herab-Relais 139 von dem Mikrocontroller 84 bestimmt. Der Mikrocontroller 84 kann eine größere Kontrolle auf die Sinuswellenform, die an den Motor 106 angelegt ist, ausüben, wenn die Schaltung der 7 verwendet wird. Beispielsweise können Wellenformen, die von sowohl ungeraden als auch geraden Halbzyklen der Netzspannung abgeleitet werden, mit dem Motor 106 verbunden werden.

Claims

Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10), umfassend: einen A.C.-Induktionsmotor (106), der mit der Schranke gekoppelt ist, zum Steuern der Bewegung der Schranke; eine Quelle einer Netz-A.C.-Betriebsspannung, die eine Frequenz aufweist; eine Motorsteuervorrichtung, die mit der Netzbetriebsspannung und dem Induktionsmotor (106) verbunden ist und ansprechend auf Energiesteuersignale von einem Controller (70) ist, um die effektive Frequenz der Netzbetriebsspannung, die mit dem Induktionsmotor (106) gekoppelt ist, zu variieren; und wobei der Controller (70) auf Benutzerbefehle und erfasste Zustände der Schranke anspricht, um eine Geschwindigkeit der Bewegung der Schranke inkremental durch ein Erzeugen von Energiesteuersignalen zu ändern, um die Motorsteuerung zu steuern.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 1, wobei die Motorsteuervorrichtung synchron zu der Frequenz der Netz-A.C.-Spannung arbeitet, um die effektive Frequenz der Netz-A.C.-Spannung, die an den Motor (106) angelegt ist, zu variierern.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 1, wobei die Energiesteuersignale des Controllers (70) synchron zu der Netz-A.C.-Frequenz erzeugt werden.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 1, wobei die Motorsteuervorrichtung einen Schaltkreis aufweist, der ansprechend auf Energiesteuersignale zum Variieren der effektiven Spannung der Netz-A.C.-Spannung ist, die mit dem Motor (106) gekoppelt ist.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 4, wobei die Energiesteuersignale von dem Controller (70) synchron zu der Frequenz der Netz-A.C.-Spannung erzeugt werden.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 1, wobei der Motor (106) einen Rotor zum Drehen in eine erste Richtung und eine zweite Richtung aufweist.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 6, umfassend eine Richtungsvorrichtung zum Betätigen des Motors (106), um den Rotor (106) in der ersten oder der zweiten Richtung selektiv zu drehen.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 1, wobei die Richtungsvorrichtung die Motorsteuervorrichtung mit dem Motor (106) verbindet.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 7, wobei der Controller (70) Motorrichtungssignale für die selektive Steuerung der Richtungsvorrichtung erzeugt.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 1, wobei die Netz-A.C.-Betriebsspannung eine wiederkehrende Sequenz von Halbzyklen einer alternierenden Polarität aufweist, die bei einer Frequenz auftreten.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 10, wobei die effektive Frequenz des Netz-A.C. mit dem Motor (106) für einen Teil jedes N-ten Halbzyklus gekoppelt ist, wobei N eine ungerade Ganzzahl größer als 1 ist.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 11, wobei die Energie des Netz-A.C., der mit dem Motor (106) gekoppelt ist, durch ein Erhöhen des Teils jedes N-ten Halbzyklus von einem vorbestimmten minimalen Betrag zu einem vorbestimmten maximalen Betrag erhöht wird.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 11, wobei die effektive Spannung des Netz-A.C., der mit dem Motor (106) gekoppelt ist, periodisch durch ein inkrementales Erhöhen des Teils jedes N-ten Halbzyklus erhöht wird.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 13, wobei das inkrementale Erhöhen andauern, bis sämtliche Halbzyklen mit dem Motor (106) gekoppelt sind.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 12, wobei die Schranke zwischen ersten und zweiten Positionen bewegt wird, und der vorbestimmte maximale Betrag zum Erhöhen des Teils von Halbzyklen größer ist, wenn sich die Schranke zu der ersten Position hin bewegt als dann, wenn sich die Schranke zu der zweiten Position hin bewegt.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 15, wobei die erste Position eine offene Position und die zweite Position eine geschlossene Position ist.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 6, umfassend eine Vorrichtung zum Erfassen einer Drehgeschwindigkeit des Rotors, und wobei der Controller (70) auf die erfasste Rotorgeschwindigkeit anspricht, um die Energiesteuersignale zu erzeugen.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung, umfassend: einen A.C.-Induktionsmotor (106); eine Quelle einer Netz-A.C.-Betriebsspannung, die eine Frequenz aufweist; eine Motorsteuerschaltung, die mit der Netzspannung und dem Induktionsmotor (106) verbunden ist und ansprechend auf Energiesteuersignale von einem Controller (70) ist, um die effektive Frequenz der Netzbetriebsspannung zu variieren, die mit dem Induktionsmotor (106) gekoppelt ist; und wobei der Controller (70) ein Programm zum inkrementralen Ändern einer Drehgeschwindigkeit des Induktionsmotors (106) einschließt, indem Energiesteuersignale erzeugt werden, um die Motorsteuerschaltung zu steuern.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Controller (70) die A.C.-Netzspannung erfasst und synchron zu der Frequenz der Netz-A.C.-Spannung zum Variieren der effektiven Frequenz der Netz-R.C.-Spannung betreibt, die an den Motor (106) angelegt ist.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Motorsteuerschaltkreis einen Auftast-Schaltkreis aufweist, der ansprechend auf die Energiesteuersignale zum Variieren der effektiven Spannung des Netz-A.C. ist, der mit dem Motor (106) gekoppelt ist.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Motor (106) einen Rotor zum Drehen in eine erste Richtung und eine zweite Richtung aufweist.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 21, umfassend eine Richtungsvorrichtung zum Betätigen des Motors, um den Rotor selektiv in die erste Richtung oder die zweite Richtung zu drehen.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Richtungsvorrichtung die Motorsteuervorrichtung mit dem Motor (106) verbindet.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Steuervorrichtung Motorrichtungssignale für die selektive Steuerung der Richtungsvorrichtung erzeugt.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 21, umfassend eine Vorrichtung zum Erfassen einer Drehgeschwindigkeit des Rotors, und wobei der Controller (70) auf die erfasste Rotorgeschwindigkeit anspricht, um die Energiesteuersignale zu erzeugen.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Netz-A.C.-Betriebsspannung eine wiederkehrende Sequenz von Halbzyklen einer alternierenden Polarität aufweist, die bei einer Frequenz auftreten.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 26, wobei die effektive Frequenz der Netz-A.C.-Betriebsspannung mit dem Motor (106) für einen Teil jedes N-ten Halbzyklus gekoppelt ist, wobei N eine ungerade Ganzzahl größer als 1 ist.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Energie der Netz-A.C.-Betriebsspannung, die mit dem Motor (106) gekoppelt ist, durch ein Erhöhen des Teils jedes N-ten Halbzyklus von einem vorbestimmten minimalen Betrag auf einen vorbestimmten maximalen Betrag erhöht wird.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 27, wobei die effektive Spannung des Netz-A.C., der mit dem Motor (106) gekoppelt ist, periodisch durch ein inkrementales Erhöhen des Teils jedes N-ten Halbzyklus erhöht wird.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 29, wobei das inkrementale Erhöhen andauert, bis sämtliche Halbzyklen in den Motor (106) gekoppelt sind.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10), umfassend: einen A.C.-Induktionsmotor, der mit der Schranke gekoppelt ist, zum Steuern der Bewegung der Schranke; eine Quelle einer Netz-A.C.-Betriebsspannung, die eine Frequenz aufweist; eine Motorsteuervorrichtung, die mit der Netzbetriebsspannung und dem Induktionsmotor (106) verbunden ist und ansprechend auf Energiesteuersignale von einem Controller (70) ist, um die effektive Frequenz der Netzbetriebsspannung zu variieren, die mit dem Induktionsmotor (106) gekoppelt ist; und wobei der Controller (70) auf Benutzerbefehle und erfasste Zustände der Schranke anspricht, um eine Geschwindigkeit einer Bewegung der Schranke inkremental zu ändern, indem Energiesteuersignale erzeugt werden, um die Motorsteuerung zu steuern.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 31, wobei die Motorsteuervorrichtung synchron zu der Frequenz der Netz-A.C.-Spannung arbeitet, um den effektiven Prozentsatz der Leitungsspannung und Subharmonische der Netz-A.C.-Spannung, die an dem Motor (106) angelegt ist, zu variieren.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 31, wobei die Energiesteuersignale des Controllers (70) synchron zu der Netz-A.C.-Frequenz erzeugt werden.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 31, wobei die Motorsteuervorrichtung einen Schaltkreis aufweist, der ansprechend auf die Energiesteuersignale ist, um die effektive Spannung der Netz-A.C.-Spannung, die mit dem Motor (106) gekoppelt ist, zu variieren.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 31, wobei die Netz-A.C.-Betriebsspannung eine wiederkehrende Sequenz von Halbzyklen einer alternierenden Polarität aufweist, die bei einer Frequenz auftreten.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 35, wobei die effektive Wellenform der Netz-A.C.-Spannung an den Motor (106) für einen Teil jedes N-ten Halbzyklus gekoppelt ist, wobei N eine ungerade Ganzzahl größer als 1 ist.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 36, wobei die Energie des Netz-A.C., der an den Motor (106) gekoppelt ist, durch ein Erhöhen des Teils jedes N-ten Halbzyklus von einem vorbestimmten minimalen Betrag auf einen vorbestimmten maximalen Betrag erhöht wird.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 36, wobei die effektive Spannung der Netz-A.C., die an den Motor (106) gekoppelt ist, periodisch erhöht wird, indem der Teil jedes N-ten Halbzyklus inkremental erhöht wird.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 38, wobei das inkrementale Erhöhen andauert, bis sämtliche Halbzyklen mit dem Motor (106) gekoppelt sind.
Schrankenbewegungs-Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 37, wobei die Schranke zwischen ersten und zweiten Positionen bewegt wird, und der vorbestimmte maximale Betrag zum Erhöhen des Teils von Halbzyklen größer ist, wenn sich die Schranke zu der ersten Position hinbewegt als dann, wenn sich die Schranke zu der zweiten Position hinbewegt.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung, umfassend: einen A.C.-Induktionsmotor (106); eine Quelle einer Netz-AC-Betriebsspannung, die eine Frequenz aufweist; eine Motorsteuerschaltung, die mit der Netzspannung und dem Induktionsmotor (106) verbunden ist, und ansprechend auf Energiesteuersignale von einem Controller (70) ist, um den effektiven Prozentsatz der Netzspannung und Subharmonischer davon, die mit dem Induktionsmotor (106) gekoppelt sind, zu variieren; und wobei der Controller (70) ein Programm zum inkrementalen Ändern der Geschwindigkeit der Schranke einschließt, indem Energiesteuersignale erzeugt werden, um die Motorsteuerschaltung zu steuern.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 41, wobei der Controller (70) die A.C.-Netzspannung erfasst und synchron zu der Netz-A.C.-Frequenz arbeitet, um den effektiven Prozentsatz der Netzspannung und Subharmonischer, die an den Motor (106) angelegt sind, zu variieren.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 41, wobei der Motorsteuerschaltkreis einen Auftast-Schaltkreis aufweist, der ansprechend auf Energiesteuersignale zum Variieren der effektiven Energie der Netz-A.C.-Spannung ist, die an den Motor (106) gekoppelt ist.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 41, wobei die Netz-A.C.-Betriebsspannung eine wiederkehrende Sequenz von Halbzyklen einer alternierenden Polarität aufweist, die bei einer Frequenz auftreten.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 44, wobei die effektive Wellenform der Netz-A.C.-Betriebsspannung an den Motor (106) für einen Teil jedes N-ten Halbzyklus gekoppelt ist, wobei N eine ungerade Ganzzahl größer als 1 ist.
A.C.-Induktionsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 45, wobei die Energie der Netz-A.C.-Betriebsspannung, die an den Motor (106) gekoppelt ist, durch ein Erhöhen des Teils jedes N-ten Halbzyklus von einem vorbestimmten minimalen Betrag auf einen vorbestimmten maximalen Betrag erhöht wird.