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Elektrischer RegelantrieD
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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Regelantrieb, insbesondere
für Hebezeuge wie Auf züge od. dgl., bestehend aus einem Drehstrom-Antriebsmotor
und einer Regeleinrichtung zum Beeinflussen des Antriebsmomentes mittels Drehstrom
und/oder des Bremsmomentes mittels Gleichstrom, wobei zur Regelung der Drehzahl
ein Drehzahlsollwertgeber und ein Drehzahlistwertgeber vorgesehen sind, deren Jeweilige
Drehzahlabweichungen einem wenigstens zwei getrennten Phasenanschnittsteuerungen
gemeinsam zugeorileten Regler mit sehr hoher Verstärkung zugeführt werden.
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Durch die DT-PS 1 488 397 ist bereits eine Einrichtung zum Steuern
eines Drehstrom-Asynchronmotors, insbesondere zum Antrieb von Aufzügen bekannt,
be1 der zum Treiben eine nie derpolige Wicklung mit Drehstrcm und zum Bremsen eine
hochpolige Wicklung mit Gleichstrom gespeist wird. Diese Ströme erden über steuerbare
Halbleitergleichrichter durch Phasenanschnitt entsprechend beeinflußt. Fur die selbsttätige
Regelung sind sowohl für den Antriebsteil als auch für den Bremsteil gesonderte
Regler vorgesehen. Beide Regler vergleichen den Drehzahlistwert mit dem vorgegebenen
Drehzahlprogramm und verändern entsprechend der Regelabweichung den Stromflußwinkel
der
zugeordneten, steuerbaren Halbleitergleichrichter.
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Man nützt hier die Erkenntnis, daß Drehstrom-Asynchronmotoren durch
Xnderung der Speisespannung in einem weiten Drehzahlbereich steuerbar sind, wenn
der rotor derart ausgebildet ist, daß er eine abfallende Kennlinie, also kein Kippmoment
auf.-weist. Die Drehmomentenkennlinle eines gleichstromgebremsten Asynchronmotors
hat jedoch auch bei höherer Polzahl ein relativ stark ausgeprägtes Kippnoment, das
untragbar hohe Bremsverzögerungen zur Folge hat. Um dies zu vermeiden, ist der bekannte
Motor mit einem Spezialläufer ausgebildet, dessen Stäbe gegenüber den Nutwänden
isoliert sind, und die Polzahl für die Bremswickiung wird eben so hoch gewählt,
daß sich bei Gleichstrombremsung ein nahezu konstantes Bremsmoment ergibt. Weiter
wird der Läufer als Widerstandsläufer ausgebildet, um im motorischen Betrieb eine
stetig abfallende Kennlinie ohne Kippmoment oder Einsattelung zu erreichen. Damit
ein stetiger und ruckfreier uebergang vom Treiben zum Bremsen möglich wird, dürfen
sich die beiden Regelkreise gegenseitig nicht beeinflussen. Es muß daher für die
hochpolige Wicklung eine Polzahl gewählt werden, bei der die nie der polige Wicklung
in der hochpoligen Wicklung keine Spannung induziert. Kann diese Forderung nicht
erfüllt werden, so ist eine Blockierung vorgesehen, die jeweils den nicht benötigten
Teil blockiert.
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Die beschriebene Steuerung ermöglicht zwar eine selbsttätige Drehzahlregelung
nach einem vorgegebenen Drehzahl programm in einem weiteren Drehzahlbereich, ist
aber allein schon durch den erforderlichen, teueren Spezialmotor in der Praxis nur
begrenzt anwendbar. Außerdem müssen die Regler für Treiben und Bremsen an die anzutreibende
Maschine dynamisch angepaßt werden, wobei die Schwierigkeitauftritt, daß das Zeitverhalten
beider Regler annähernd gleich sein muß, damit sich
eine einwandfreie
Ablesung beim Ubergang vom Treiben zum Brer sen ergibt. Andererseits weicht die
Dynamik der Regelstrecke für das Treiben auch bei Verwendung eines Spezialmotors
doch von der Dynamik der Regelstrecke für das Bremsen ab, was zu einer unterschiedlichen
Einstellung der Regler führt.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde bereits ein elektrischer Regelantrieb
der eingangs beschriebenen Art vorgeschla.
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gen, bei dem ein ganz normaler, serienmäßig hergestellter Drehstrom-Asynchronmotor
Verwendung finden kann. Durch diese Regelung ist es möglich, ein beliebig vorgegebenes
Drehzahlprogramm in einem Drehzahlbereich zu befolgen, der annähernd vom Stillstand
bis zur Nenndrehzahl des Motors reicht. Zur Erzeugung eines veränderlichen Drehmomentes
und eines ve ränderlichen Bremsmomentes werden die Ströme in wenigstens zwei getrennten
Wicklungen des Motors über die Phasenanschnittsteuerungen dosiert. Durch die Verwendung
von nur einem Regler mit hoher Verstärkung können die Phasen.nschnittsteuerungen
bei Bedarf voll ausgesteuert werden, ohne daß eine störende Regelbweichung auftritt.
Auch werden der Aufwand und damit die Kosten geringer und die bisher erforderliche,
komplizierte Abstimmung von zwei Regelstrecken entfällt. Schließlich ist das beschriebene
Regelprinzip auch nicht mehr an eine bestimmte Drehmomentenkennlinie des Motors
gebunden, weil der Reglerausgang je nach den Erfordernissen zu jedem Zeitpunkt sämtliche
Spannungswerte annehmen kann, mit denen Momente zwischen dem maximalen Drehmoment
und dem maximalen Bremsmoment erzeugt werden.
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Obwohl diese Steuerung bereits erhebliche Vorteile bringt, so muß
ihr doch angelastet werden, daß immer noch relativ teuere Asynchronmotoren mit zwei
Wicklungen im Stator vorgesehen sind, wobei in den einzelnen Wicklungen unterschiedlich
hohe Ströme fließen, die zu einer ungleichmäßigen Erwärmung und daher zu erhöhtem
Verschleiß führen.
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Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt,
einen elektrischen Regelantrieb der einganges beschriebenen Art dahingehend weiterzubilden,
daß die grenann ten flachteile unter Beibehaltung der erzielten Vorteile vermieden
werden, d.h., daß der Regelantrieb weiter vereinfacht und damit verbilligt und der
Verschleiß vermindert wird.
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Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch geldet, daß als Antriebsmotor
ein eintouriger Kurzschlußläufer-Motor vorgesehen ist, dessen Wicklung von den beiden
Phasenanschnittsteuerungen gemeinsam beeinflußbar ist, und daß die Phasenanschnittsteuerungen
derart ausgebildet sind, daß der Gleichstrom in allen drei Teilwicklungen der Wicklung
immer gleich groß und in einer Teilwicklung dem der beiden anderen Teilwicklungen
entgegengesetzt gerichtet ist.
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Drehstrom und Kurzschlußläufer sind bekanntlich die Dilligsten und
robustesten Motore, so daß die gestellte Aufgabe allein schon durch die Anwendlm
rsmbglich}ceit solcher Motoren gelöst ist. Allerdings ist dies nur durch eine besondere
Ausbildung und Schaltung der Phasenanschnittsteuerungen möglich.
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Nach der Erfindung wird nämlich das Antriebsmoment des Motors mittels
an sich bekannter steuerbarer Thyristoren oder Triacs durch Verschieben des ZUndzeitpunktes
verändert, während das Bremsmoment mittels ebenfalls steuerbarer Thyristoren durch
Dosieren des Gleichstromes den jeweiligen Erfordernissen angepaßt wird. Beim Übergang
zwischen Treiben und Bremsen wird in der einzigen Motorwicklung der Gleichstrom
dem Drehstrom einfach überlagert. wodurch Jedoch in keiner Weise eine Beein-.
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trächtigung der Funktionsweise erfolgt. Der Gleichstrom in einer Teilwicklung
der Motorwicklung wird deshalb dem der
beiden anderen Teilwicklungen
entgegengesetzt gerichtet, damit die Oberwellen des Gleichstromes kein Drehmoment
bilden. Zu bemerken ist noch, daß der Gleichstrom über drei separate Thyristoren
in drei Phasen an die Wicklung des Motors herangeführt wird, da bei einem Thyristor
die Welligkeit zu hoch wäre.
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Der Gleichstrom selbst kann sowohl aus dem Drehstromnetz entnommen
und entsprechend umgeformt werden oder auch aus einer galvanisch unabhängigen Quelle
stammen.
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Einzelheiten der Ereindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels hervor. Es zeigen: Fig.
1 den Grundaufbau der beiden Phasenanschnit,tsteuerunsel., Fig. 2 den Gesamtaufbau
des erfindungsgemäßen Regelantriebcs rein schematisch.
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In Fig. 1 ist die aus drei Teilwicklungen la, 1b, le bestehende Statorwicklung
1 eines nur angedeuteten eintourigen Drehstrom-Kurzschlußläufer-Motors 2 über Leitungen
3 an einer Phasenanschnittsteuerung 4 angeschlossen, welche ihrerseits von einem
Drehstromnetz 5 (RST) gespeist wird. Notwendige Sicherungen, Schütze u.a., die nicht
unmittelbar zur Erfindung gehören, sind nicht eingezeichnet. Die Phasenanschnittsteuerung
4 besteht im wesentlichen aus einem in jeder Drehstromphase angeordneten steuerbaren
Thyristor 6 und einer zu diesem antiparallel geschalteten Diode 7. Je nach Einstellung
des Zündzeitpunktes geben die gemeinsam gesteuerten Thyristoren 6 einen unterschiedlichen
Stromfluß frei, wodurch das Antriebsmoment für den Motor2 veränderbar ist. Von den
drei Teilwicklungen la, ib, lc der-in Stern geschalteten Motorwicklung 1 aus führen
weiter drei Leitungen 8 zu einer zweiten Phasenanschnittsteuerung 9, welche als
Brücke ausgebildet und drei Gleichrichter 1c sowie drei steuerbare Thyristoren 11
aufweist. Durch die drei Gleichrichter lo
werden die Teilwicklungen
la bis 1c der Motorwicklung 1. untereinander entkuppelt und die Verwendung von drei
Thyristoren 11 bewirkt schließlich, daß die Wellenausschläge nicht zu hoch werden,
sondern ein geebneter Gleichstrom entsteht.
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Angeschlossen ist die Phasenanschnittsteuerung 9 über einen Transformator
12 im Beispiel an das Drehstromnetz 5. Sie ist, wie erwähnt, so ausgestattet, daß
sie einen Gleichstrom erzeugt, der durch die Thyristoren 11 dosierbar ist und in
der Motorwicklung 1 ein Bremsmoment erzeugt. Wie später noch erläutert wird, erfolgt
die Steuerung der Thyristoren 6 der Phasenanschnittsteuerung 4 und der Thyristoren
11 der Phasenanschnittsteuerung 9 gemeinsam von einem Drehzahlregier aus.
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Der Mittelpunkt 13 der sternförmig angeordneten Teilwicklungen la
bis 1c des Motors 2 ist schließlich durch eine Leitung 14 mit don Transformator
12 direkt verbunden. Es wird festgestellt, daß beide Phasenanschnittsteuerungen
4 und 9> von denen die eine (4) das Antriebsmoment und die andere (9) das Bremsmoment
steuert, auf die gleiche Motorwicklung 1 einwirken.
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In Fig. 2 sind der Motor. 2, die Phasenanschnittsteuerungen 4, 9 und
die LeitungsfUhrungen in vereinfachter Form dargestellt. Mit 15 ist ein Sollwertgeber
bezeichnet, der über Schalter 16 von der Hebezeug- oder Aufzugsteuerung her die
Befehle "Fahren", Verzögern oder "Halt" erhält, sowie die Information, welche Geschwindigkeit
die Anlage bei der folgenden Fahrt erreichen soll.
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Mit dem urzschlußläufer-Motor 2 ist ein als Tachometer o.ä.
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ausgebildeter Istwertgeber 17 mechanisch verbunden, der eine der Drehzahl
proportionale Spannung erzeugt und Uber eine Leitung 18 zum Ausgang 19 des Sollwertgebers
15 führt. Die so entstehende Regelabweichung, d.h. die Differenz zwischen der
Sollwertspannung
und der Istwertspannung wird einem, bereits bei der Beschreibung der Fig. 1 erwähnten
Drehzahlregler 20 mit sehr hoher oder unendlich hoher Verstärkung zugeführt, der
seinerteib die parallel zueinander geschalteten Phasen..
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anschnittsteuerungen 4 und 9 zum Erzeugen eines Antriebsmomentes oder
eines Bremsmomentes oder aber während eines Übergangsbereiches zur Erzeugung beider
genannter Momente zugleich ansteuert. In letzterem Falle wird in der Motor wicklung
1 der Gleichstrom dem Drehstrom kurzzeitig überlagert, wobei die Phasenanschnittsteuerung
9 derart ausgebildet sein muß, daß die Oberwellen des Gleichstromes ken Antriebsmoment
erzeugen. Der Drehzahlregler 20 besteht im wesentlichen aus einem Regelverstärker
und einem Rückführungsnetzwerk, was Jedoch allgemein bekannt ist.
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Schließlich ist bzw. sind zwischen der Phasenanschnittsteuerung 4
für das Antriebsmoment und dem Kurzschlußläufer-Motor 2 in cter bzw. den Leitungen
3 noch Drehrichtungsschütze 21 zur Umsteuerung für Aufwärts- oder Abwärtsfahrt des
Hebezeuges vorgesehen.
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Wirkungsweise: Der Drehzahlsollwertgeber 15 erhält über die Schalter
16 die Information, welche Geschwindigkeit die Anlage bei der folgenden Fahrt erreichen
soll. Die Drehrichtungsschtiçze 21 schließen die Motorwicklung 1 in der für die
gewfjnschtfl Fahrtrichtung erforderlichen Phasenfolge an die Phasenanschnittsteuerung
II an.
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Zu Beginn der Fahrt hat der Ausgang des Drehzahl-Sollwertgebers 15
den Wert Null, der Antriebsmotor 2 steht still, die mechanische Bremse des beispielsweise
Aufzuges ist geschlossen und der Istwertgeber 17 gibt kein Signal ab; dem Drehzahlregler
20
wird also keine Regelabweichung gemeldet und sein Ausgang zeigt ebenfalls Null.
Die Kennlinie der Phasenanschnittsteuerung 9 zur Steuerung des Bremsmomentes ist
so gelegt, daß bei Eingangsspannung Null bereits eine Gleichspannung an die Motorwicklung
1 angelegt wird. Dadurch wird ein Bremsmornent erzeugt, welches den Antrieb gegen
das Lastmoment festhält, während die mechanische Bremse gelöst wird.
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Anschließend steigt die Ausgangsspannung des Sollwertgebers 15 entsprechend
der eingestellter Beschleunigung und der Beschleunigungsänderung an.
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Die Regelabweichung, also die Differenz zwischen der Sollwert spannung
und der Istwertspannung wird dem Regler 20 zugeführt, der seinerseits die Phasenanschnittsteuerung
4, 9 derart ansteuert, daß das Bremsmoment verkleinert und das Antriebsmoment vergrößflrt
wird. Der Aufzug setzt sich in Bewegung.
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Die Aussteuerwn3 ist abhängig von der Regelabweichung, die auf Grund
der sehr hohen Verstärkung des Reglers 20 annähernd auf Null gehalten wird. So wird
der Antrieb ruckfrei hochgefahren bis zur vorgegebenen Enddrehzahl. Bei Erreichen
des Verzögerungspunktes wird die Drehzahlvorgabe für den Sollwertgeber 15 auf die
Schleichdrehlzahl zurückgenommen. Die husgangsXspannung des Sollwertgebers 15 sinkt
entsprechend der eingestellten Verzögerung und Verzögerungsänderung wieder ab. Der
Regler 20 bewirkt über die nachgeschalteten Phasenanschnittsteuerungen 4 und 9,
daß der Aufzug mit sehr geringer Regelabweichung der Sollwertkurve folgt. Beim Erreichen
der Haltestelle wird die Drehzahlvorgabe auf Null zurückgenommen.
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Der Aufzug wird über die Gleichstrombremsung des Motors 2 praktisch
bis-zum Stillstand abgebremst, erst dann fällt die mechanische Bremse ein, ohne
spürbaren Stoß für die Aufzugsbenutzer.
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L e e r s e i t e