DE2646893B2 - Elektrischer Regelantrieb - Google Patents

Description

40

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Regelantrieb, insbesondere für Hebezeuge wie Aufzüge oder dergleichen, bestehend aus einem eintourigen Drehstrom-Kurzschlußläuferantriebsmotor, dessen Phasenwicklungen im Stern geschaltet sind und bei dem jede Phase über eine Schaltung aus einem Thyristor und einer zum Thyristor antiparallel liegenden Diode an die Netzspannung angeschlossen ist, und mit einer Regeleinrichtung zum Beeinflussen des Antriebsmomentes w mittels Drehstrom und/oder des Bremsmomentes mittels in einer Gleichrichterschaltung aus der Netzspannung erzeugten Gleichstromes, wobei zur Regelung der Drehzahl ein Drehzahlsollwert- und ein Drehzahlistwertgeber vorgesehen sind, durch deren jeweilige Drehzahlabweichungen über einen Regler mit entsprechender Verstärkung zwei getrennte, das Antriebsmoment bzw. das Bremsmoment steuernde Phasenanschnittssteuerungen beeinflußbar sind.

Ein derartiger Regelantrieb ist bereits durch die mi US-PS 38 66 097 bekannt. Bei ihm besteht die Gleichrichterschaltung zum Beeinflussen des Bremsmomentes aus zwei Thyristoren und die positiven Pole dieser Schaltung sind mit einer Phasenwicklung des Motors verbunden, welche mit einer zweiten Phasenwicklung in Serie angeordnet ist.

Der Regelantrieb hat den Vorteil, daß ein serienmäßiger eintouriger Drehstrom-Kurzschlußläuferantriebsmotor verwendet werden kann, und daß bei Drehzahlabweichungen die beiden Phasenanschniltssteuerungen für das Antriebsmoment und das Bremsmoment von nur einem Regler mit entsprechender Verstärkung beeinflußbar sind. Hierdurch ist eine genaue Regelung möglich und eine komplizierte Abstimmung von zwei Regelstrecken entfällt.

Als nachteilig ist zu werten, daß für das Bremsmoment nur zwei Phasenwicklungen des Motors herangezogen werden, was eine ungleichmäßige Erwärmung und damit eine kürzere Lebensdauer des Motors zur Folge hat. Außerdem ist bei einer solchen Zweiphasenbrücke die Welligkeit des Gleichstromes relativ hoch, wodurch eine erhöhte Geräuschbildung auftritt und sogar ein Antriebsmoment erzeugt werden kann. Die Bremswirkung ist daher geringer. Schließlich ist es durch die bekannte Steuerung nicht möglich, unabhängig voneinander gleichzeitig ein Antriebsmoment und ein Bremsmoment zu erzeugen, was sich insbesondere beim Übergang von Treiben auf Bremsen sehr nachteilig auswirkt.

Ferner· wurde durch die DE-OS 24 55 S43 ein elektrischer Regelantrieb bekannt, bei dem ein serienmäßig hergestellter Drehstrom-Asynchronmotor zur Anwendung kommt. Durch die 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 Antriebsmomentes und eines veränderlichen Bremsmomentes werden die Ströme in wenigstens zwei getrennten Wicklungen des Motors über die Phasenanschnittssteuerungen dosiert. Durch die Verwendung von ebenfalls nur einem Regler mit entsprechender Verstärkung können die Phasenanschnittssteuerungen bei Bedarf voll ausgesteuert werden, ohne daß eine störende Regelabweichung auftritt. Schließlich ist das beschriebene Regelprinzip nicht 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 Antriebsmoment und dem maximalen Biemsmomcnt erzeugt werden.

Obwohl diese Steuerung ebenfalls 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 wiederum zu einer ungleichmäßigen Erwärmung und daher zu erhöhtem Verschleiß führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Regelantrieb der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß die genannten Nachteile vermieden werden, d. h. daß die Lebensdauer des Motors verlängert und die Bremswirkung verbessert wird und daß der Übergang von Treiben auf Bremsen reibungslos erfolgt.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gleichrichterschaliung eine DreiphasenSternschaltung ist und daß jede Phase des Motors über eine Entkoppeldiode an den positiven Pol der Gleichrichtcrschaltung angeschlossen ist, während der Slernpunkt des Motors und der Gleichrichterschaltung miteinander verbunden sind.

Dabei weist die Gleichrichterschaltung drei Thyristoren auf, mit denen das Bremsmoment durch Dosieren des Gleichstromes den jeweiligen Erfordernissen anpaßbar ist. Bei Erzeugen eines Bremsmomentes

werden alle drei Phasenwicklungen des Motors gleichmäßig mit Gleichstrom versorgt, es erfolgt also eine gleichmäßige Erwärmung derselben, was eine Verlängerung der Lebensdauer bedeutet. Außerdem ist die Welligkeit des Gleichstromes bei einer Dreiphasenbrücke wesentlich geringer als bei einer Zweiphasenbrücke, wodurch sich nicht nur eine Geräuschminderung im Motor einstellt, es erhöht sich auch die Bremswirkung, weil zusätzlich kein Antriebsmoment erzeugt wird. Die Schaltung hat ferner den Vorteil, daß ein Oberlagern von Drehstrom und Gleichstrom möglich ist, wobei in keiner Weise eine Beeinträchtigung der Funktionsweise erfolgt. Wichtig ist dies insbesondere beim Übergang von Treiben auf Bremsen, indem kein sogenanntes Loch entsteht.

Zu erwähnen wäre schließlich noch, daß die Dreiphasen-Sternschaltung auch galvanisch vom Drehstromnetz getrennt sein kann.

Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels hervor. Es zeigt

F i g. 1 den Grundaufbau der beiden Phasenanschnittsteuerungen,

Fig. 2 den Gesamtaufbau des erfindungsgemäßen Regelantriebes rein schema tisch.

In Fig. 1 ist die aus drei Teilwicklungen la, \b, ic 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 Stromfltiß frei, wodurch das Antriebsmoment für den Motor 2 veränderbar ist. Von den drei Teilwicklungen la, 16, Ic der in Stern geschalteten Motorwicklung 1 aus führen weiter drei Leitungen 8 zu einer zweiten Phasenanschnittsteuerung 9, welche als Brücke ausgebildet und drei Gleichrichter 10 sowie drei steuerbare Thyristoren 11 aufweist. Durch die drei Gleichrichter 10 werden die Teilvicklungen la bis leder 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.

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 doiierbar 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 Drehzahlregler aus. Der Mittelpunkt 13 der sternförmig angeordneten Teilwicklungen la bis lcdes Motors 2 isi schließlich durch eine Leitung 14 mit dem Transformator 12 direkt verbunden. Es wird festgestellt, daß beide Phasenanschnittsteuerungeri 4 und 9, von denen die eine (4) das Antriebsmoment und die andere (9) das Bremsmoment steuert, auf die gleiche Motorwicklung (1) einwirken.
In F i g. 2 sind der Mocor 2, die Phasenanschnittsteuerungen 4,9 und die Leitungsführungen in vereinfachter Form dargestellt. Mit 15 ist ein Sollwertgeber bezeichnet, der über Schalter 16 von der Hebezejg- oder Aufzugsteuerung her die Befehle »Fahren«, »Verzögern« oder »Halt« erhält, sowie die Information, welche Geschwindigkeit die Anlage bei der folgenden Fahrt erreichen soll.

Mit dem Kurzschlußläufer-Motor 2 ist ein als Tachometer o. ä. ausgebildeter istwertgeber 17 mechanisch verbunden, der eine der Drehzahl proportionale Spannung erzeugt und über 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. I erwähnten Drehzahlregler 20 mit sehr hoher oder unendlich hoher Verstärkung zugeführt, der seinerseits die parallel zueinander geschalteten Phasenanschnittsteuerungen 4 und 9 zum Erzeugen eines Antriebsrnomentes oder eines Bremsmomentes oder aber während eines Übergangsber^jhes zur Erzeugung beider genannter Momente zugleic.i ansteuert. In letzterem Falle wird in der Motorwicklung 1 der Gleichstrom dem Drehstrom kurzzeitig überlagert, wobei die Phasenanschnittsteuerung 9 derart ausgebildet st.η muß, daß die Oberwellen des Gleichstromes kein Aniriebsmoment erzeugen. Der Drehzahlregler 20 besteht im wesentlichen aus einem Regelverstärker und einem Rückführungsnetzwerk, wzs jedoch allgemein

ja bekannt ist.

Schließlich ist bzw. sind zwischen der Phasenanschnittsteuerung 4 für das Antriebsmoment und dem Kurzschlußläufer-Motor 2 in der bzw. den Leitungen 3 noch Drehrichtungsschütze 21 zur Umsteuerung für

i> Aufwärts- oder Abwärtsfahrt des Hebezeuges vorgesehen.

Wirkungsweise:

Der Drehzahlsollwertgeber 15 erhält über die Schalter 16 die Information, welche Geschwindigkeit die Anlage bei der folgenden Fahrt erreichen soll. Die Drehrichtungsschütze 21 schließen die Motorwickiung 1 in der für die gewünschte Fahrtrichtung erforderlichen Phasenfolge an die Phasenanschnittsteuerung 4 an.

4') 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

,ο 20 wird also keine Regelabweichung gemeldet und sein Ausgang zeigt ebenfalls Null. Die Kennlinie der Phasenanschnittsteuerung 9 zur Steuerung des Brensmomentes ist so gelegt, daß bei Eingangsspannung Null b^reiis eine Gleichspannung an die Motorwicklung 1

v> angelegt wird. Dadurch wird ein Bremsmoment err.eugt, welches den Antrieb gegen das Lastmomvjnt festhält, während die mechanische Bremse gelöst wird. Anschließend steigt die Ausgangsspannung des Sollwertgebers 15 entsprechend Her eingestellten Beschleunigung und

• ■■ der Beschleunigungsänderung an.

Die Regelabweichung, also die Differenz zwischen der Sollwertspannung und der Istwertspa.inung wird dem Regler 20 zugeführt, der seinerseits die Phasenanschnittsteuerung 4, 9 derart ansteuert, daß das Bremsmoment verlleinert und das Antriebsmoment vergrößert wird. Der Aufzug setzt sich in Bewegung. Die Aussteuerung 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 Drehzahivorgabe für den Sollwertgeber 15 auf die Schleichdrehzahl zurückgenommen. Die Ausgangsspannung des Sollwertgebers 15 sinkt entsprechend der eingestellten Verzögerung und Verzögerungsänderung wieder ab. Der Regler 20 bewirkt über die nachgeschalteten Phasenanschnittsteuerungcn 4 und 9, daß der Aufzug mit sehr geringer Regelabweichung der Sollwertkurvc folgt. Beim Erreichen der Haltestelle wird die Gleichstrombremsung des Motors ? praktisch bis /.um Stillstand abgebremst, erst dann fällt die mechanische Bremse ein, ohne spürbaren Stoß für die Aufzugsbenutzer.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Regelantrieb, insbesondere fur Hebezeuge wie Aufzüge oder dergleichen, bestehend aus einem eintourigen Drehstrom-Kurzschlußläuferantriebsmotor, dessen Phasenwicklungen im Stern geschaltet sind und bei dem jede Phase über eine Schaltung aus einem Thyristor und einer zum Thyristor antiparallel liegenden Diode an die Netzspannung angeschlossen ist, und mit einer Regeleinrichtung zum Beeinflussen des Antriebsmomentes mittels Drehstrom und/oder des Bremsmomentes mittels in einer Gleichrichterschaltung aus der Netzspannung erzeugten Gleichstromes, wobei zur Regelung der Drehzahl ein Drehzahlsollwert- is und ein Drehzahlistwertgeber vorgesehen sind, durch deren jeweilige Drehzahlabweichungen über einen Regler mit entsprechender Verstärkung zwei getrennte, das Antriebsmoment bzw. das Bremsmoment steuernde Phasenanschnittssteuerungen beeinflußbarsirwl, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaliung eine Dreiphasen-Sternschaltung ist und daß jede Phase (la, \b, ic) des Motors (2) über eine Entkoppeldiode (10) an den positiven Pol der Gleichrichterschaltung angeschlossen ist, während der Sternpunkt (1) des Motors (2) und der Gleichrichterschaltung miteinander verbunden sind.

2. Elektrischer Regelantrieb nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß im Übergangsbereich jo zwischen Treiben und Bremsen in der Motorwicklung (1) der '"leichstrom dem Drehstrom überlagert wird.

3. Elektrischer Regelantrieb nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreiphasen-Sternschaltung galvanisch vom Drehstromnetz (5) getrennt ist.