DE2646893C3 - Elektrischer Regelantrieb - Google Patents

Description

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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 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 US-PS 38 66 097 bekannt. Bei ihm besteht die (lleiehriehierschaltung zum Beeinflussen des Brcnismoinentes aus zwei Thyristoren und die positiven Pole dieser Schaltung sind mit einer l'hasenwickhing do Motors verbunden, welche mit einer /weiten Phasenwicklung in Serie angeordnet ist.

Der Radantrieb hat den Vorteil, d.il.i ein serienniiiUi-

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35 motor verwendet werden kann, und daß bei Drehzahlabweichungen die beiden Phasenanschnittssteuerungen für das Antriebsmoment und das Brembmoment von nur einem Regler mit entsprechender Verstärkung beeinflußbat 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 Phasenwickluiiger. 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 55 843 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 dtim maximalen Antriebsmoment und dem maximalen Bremsmoment 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 Libergang von Treiben auf Bremsen reibungslos erfolgt.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gleichrichterschaltung eine Dreiphasen-Sternschaltung ist und daß jede Phase des Motors über eine Entkoppeldiode an den positiven Pol der Gleichrichtersehaluing abgeschlossen ist, während der Sternpiinkt des Motors und der (jlcichrichterschaltiing miteinander verbünde:' sind.

Dabei weisi die Gleiehnchterschallung drei Thyristoren auf mn denen das Brenisnioment durch Dosieren des CiIe chstromes den jeweiligen Erfordernissen •'.npaßb!''' ist Bei F.r/eni'en eines Brenismoinentes

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 einti Zweiphasenb^rücke, 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 Überlagern von Drehstrom und Gleichstrom möglich ist, wobei in keiner Weise eine Beeinträchtigung der Funktionsweise erfolgt. Wichtig ist dies insbesondere beim Obergang von Treiben auf Bremsen, indem kein sogenanntes Loch entsteht

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

Einzelheiten der Erfindung gehen aus der n.-chfolgenden 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 schematisch.

In Fig. 1 ist die aus drei Teilwicklungen la, Ii), 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 Stromfluß 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 arei 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 Teilwicklungen la bis Ic der Motorwicklung 1 untereinander entkuppelt und die Verwendung von Jrei 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 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 Drehzahlregler aus. Der Mittelpunkt 13 der sternförmig > angeordneten Teilwicklungen la bis Ic des Motors 2 ist schließlich durch eine Leitung 14 mit dem Transforma-Ir.■· 12 direkt verbunden. Es wird festgestellt, daß beide H asenanschniusteuerungen 4 und 9, von denen die eine (4) das Antriebsmoment und die andere (9) das Bremsmoment steuert, auf die gleiche Motorwicklung (I) einwirken.

In F i s. 2 sind der Motor 2. die Phasenanschnittsteuerungen 4,9 und die Leitungsführungen in vereinfachter Form dargestellt. Mit 15 ist ein Sollwertgeber bezeichnet, der über Schalter 16 von der Hebezeugoder Aufzugsteuerung her die Befehle »Fahren«, »Verzcgern« 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. \ erwähnten Drehzahlregler 20 mit sehr hoher oder unendlich hoher Verstärkung zugeführt, der seinerseits die parallel zueinander geschalteten Phasenanschnittsteuerungen 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 Motorwicklung 1 der Gleichstrom dem Drehstrom kurzzeitig überlagert, wobei die Phasenanschnittsteuerung 9 derart ausgebildet sein muß, daß die Oberwellen des Gleichstromes kein Antriebsmoment erzeugen. Der Drehzahlregler 20 besteht im wesentlichen aus einem Regelverstärker und einem Rückführungsnetzwerk, was jedoch allgemein bekannt ist

Schließlich ist bzw. sind zwischen der Phasenanschnittsteuerung 4 für das Antriebsmomeüi und dem Kurzschlußläufer-Motor 2 in der bzw. den Leitungen 3 noch Drehrichtungsschütze 21 zur Umsteuerung für Aufwärts- oder Abwärtsfahrt des Hebezeuges vorgesehen.

Wirkungsweise:

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

Zu Beginn der Fahrt hat der Ausgang ties 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 Bremsmoment erzeugt, welches den Antrieb gegen das Lastmoment festhält, während die mechanische Bremse gelöst wird. Anschließend steigt die Ausgangsspannung des Sollwertgebers 15 entsprechend der eingestellten Beschleunigung und der Beschleunigungsänderung an.

Die Regelabweichung, also die Differenz zwischen der Sollwertspannung und der Istwerispannung wi,d dem Regler 20 zugefügt, eic/ seinerseits die Phasenanschnittsteuerung 4, 9 derart an:icu^:\, daß das Bremsmoment verkleinert .ind das .....nebsmoment vergrößert wird. Der Aufzug setzt sich in Bewegung. Die Aussteuerung ist abhängig \or. ■■'. r Regelabweichung, die auf Grund dLr '-- hohen Verstärkung des

Reglers 20 annähernd auf Null gehalten wird. So wird der Antrieb ruckfrei hochgefahren bis zur vorgegebenen Rnddrehzahl. Bei Erreichen des Verzögerungspunktes wird die Drehzahl;Eigabe für den Sollwertgeber 15 auf die '"^hleichdrehzahl zurückgenommen. Die AussangSLpannung des Sollwertgebers Ia sinkt entsprechend der eingestellten Verzögerung und Verzögei'ungsänderung wieder ab. Der Regler 20 bewirkt über die nachgeschaltoten Phasenanschniusteuerun 9, daß der Aufzug mit sehr eeringcr Regelab der Sollwertkurve folgt. Bern) Erreichen der H wird die Gleichstrombremsung des Motors 2 bis zum Stillstand abgebremst, err.t dann mechanische Broinse ein, ohne spürbaren Stc Auf/ugsbenutzer.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuncen

Claims (3)

Palentansprüche:

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- 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Gieichrichterschaltung eine Dreiphasen-Sternschaltung ist und daß jede Phase (la, Xb, 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 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Übergangsbereich zwischen Treiben und Bremsen in der Motorwicklung (1) der Gleichstrom dem Drehstrom überlagert wira.

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