DE29612360U1 - Drive unit for a cable drum - Google Patents
Drive unit for a cable drumInfo
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Description
Antriebsaggregat für eine KabeltrommelDrive unit for a cable drum
Die Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat für eine Kabeltrommel zum spiral- und lagenförmigen Auf- und Abwikkeln einer trommelbaren Hochspannungs- oder Niederspannungsleitung für ortsbewegliche Einrichtungen, wie Krane, Hebezeuge und dergleichen, mit einem Antriebsmotor und einer Regeleinrichtung für die Zugkraft an der Kabeltrommel .The invention relates to a drive unit for a cable drum for spiral and layered winding and unwinding of a reelable high-voltage or low-voltage cable for mobile devices such as cranes, hoists and the like, with a drive motor and a control device for the tensile force on the cable drum.
Die Aufgabe derartiger Antriebsaggregate besteht darin, beim Auf- bzw. Abwickelvorgang des Kabels einen konstanten Zug aufrechtzuerhalten, da die Kabel bzw. Leitungen zur Vermeidung von Beschädigungen jeweils nur mit einer bestimmten Zugspannung belastet werden dürfen. Die bekannten Antriebe verwenden hierfür eine Induktionskupplung, eine Dauermagnetkupplung, einen Stillstandsmotor oder auch eine hydraulische Turbokupplung. Alle diese Antriebe haben den wesentlichen Nachteil, daß kein gleichmäßiger und genau einstellbarer Kabelzug erzielt wird und daher das auf- oder abzuwickelnde Kabel besonderen Belastungen ausgesetzt ist. Außerdem haben diese Antriebe eine erhöhte Wärmeentwicklung zu verzeichnen, die auch entsprechend abgeführt werden muß.The task of such drive units is to maintain a constant tension when winding or unwinding the cable, since the cables or lines can only be loaded with a certain tension to avoid damage. The known drives use an induction clutch, a permanent magnet clutch, a stationary motor or a hydraulic turbo clutch for this purpose. All of these drives have the major disadvantage that no even and precisely adjustable cable tension is achieved and the cable being wound or unwound is therefore subjected to particular stresses. In addition, these drives generate increased heat, which must also be dissipated accordingly.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Antriebsaggregat so auszubilden, daß eine optimale Schonung der auf- und abzuwickelnden Leitung erreicht wird.The invention is based on the object of designing such a drive unit in such a way that optimum protection of the cable being wound up and unwound is achieved.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zum Antrieb der Kabeltrommel ein Servomotor als Synchronmaschine mit Permanentmagneten für die Erregung vorgesehen ist, der über einen Motorregler ansteuerbar ist.This object is achieved according to the invention in that a servo motor is provided as a synchronous machine with permanent magnets for excitation to drive the cable drum, which servo motor can be controlled via a motor controller.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß.als Motorregler ein Netzteilmodul als Gleichspannungszwischenkreis und für den generatorischen Betrieb zusammen mitAn advantageous embodiment provides that as a motor controller a power supply module as a DC voltage intermediate circuit and for generator operation together with
einem Servoverstarker mit Soll-/Istwertvergleich für die Stellgrößen und IGBT-Endstufen dem Servomotor vorgeschaltet ist.a servo amplifier with setpoint/actual value comparison for the manipulated variables and IGBT output stages is connected upstream of the servo motor.
Es ist weiterhin vorteilhaft, daß zur Istwerterfassung der Servomotor mit einem Resolver oder Inkrementalgeber versehen ist.It is also advantageous that the servo motor is equipped with a resolver or incremental encoder for actual value acquisition.
Vorteilhaft geht man so vor, daß das Netzteilmodul zur Energievernichtung einen Ballastwiderstand aufweist.It is advantageous to provide the power supply module with a ballast resistor to dissipate energy.
Es ist weiterhin vorteilhaft, daß das Netzteilmodul mit einer integrierten Netzrückspeisung versehen ist.It is also advantageous that the power supply module is equipped with an integrated mains feedback system.
Durch den Einsatz eines derartigen Servo-Motors unter Beibehaltung des erfoderlichen Drehmoments, auch bei Leitungsabzug, d.h. der elektronisch eingestellte Servo-Motor ist drehmomentgeregelt und überträgt das erfoderliche Drehmoment im Sinne der Leitungsaufwicklung, kann die jeweils gewünschte Kraft an der Leitungstrommel exakt erreicht werden. Durch den schlupffreien Betrieb ist auch die abzuführende Wärme wesentlich geringer als bei den bekannten Wirbelstromantrieben.By using such a servo motor while maintaining the required torque, even when the cable is being pulled out, i.e. the electronically adjusted servo motor is torque-controlled and transmits the required torque in the sense of the cable winding, the required force on the cable drum can be achieved precisely. Due to the slip-free operation, the heat to be dissipated is also significantly lower than with the known eddy current drives.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail in the following description using an embodiment shown in the drawings.
Es zeigen,Show it,
Fig. 1 eine Kabeltrommel zusammen mit dem Antriebsaggregat im Aufriß,Fig. 1 a cable drum together with the drive unit in elevation,
Fig. 2 einen Grundriß von Fig. 1 undFig. 2 is a plan view of Fig. 1 and
Fig. 3 ein Prinzipschaltbild der Motorregelung.Fig. 3 is a schematic diagram of the motor control.
Die in der Zeichnung dargestellte Kabeltrommel 1 dient zum spiralförmigen Aufwickeln einer Hochspannungs- oder Niederspannungsleitung, wobei der erfindungsgemäße Antrieb in gleicher Weise für eine Kabeltrommel einsetzbar ist, bei der die Leitung lagenförmig angeordnet ist.The cable drum 1 shown in the drawing serves for the spiral winding of a high-voltage or low-voltage cable, whereby the drive according to the invention can be used in the same way for a cable drum in which the cable is arranged in layers.
Als Antrieb für die Kabeltrommel 1 dient ein Servomotor 2 in Form einer Synchronmaschine mit Permanentmagneten im Läufer für die Erregung, der über ein Getriebe 3 die Kabeltrommel 1 in Drehungen versetzt bzw. abbremst. An das Getriebe 3 ist weiterhin ein Schleifringkörper 4 angeschlossen. The drive for the cable drum 1 is a servo motor 2 in the form of a synchronous machine with permanent magnets in the rotor for excitation, which sets the cable drum 1 in rotation or brakes it via a gear 3. A slip ring body 4 is also connected to the gear 3.
Die Steuerung des Servomotors 2 erfolgt über eine elektronische Schaltung, die in Figur 3 als Blockschaltbild dargestellt ist.The servo motor 2 is controlled via an electronic circuit, which is shown as a block diagram in Figure 3.
Diese Motorregelung besteht im wesentlichen aus einem Netzteilmodul 5, das über einen Gleichspannungszwischenkreis mit einem Servoverstärker 6 verbunden ist. Der Servoverstärker 6 ist 3-phasig an den Servormotor 2 angeschlossen. Der Servomotor 2 ist weiterhin mit einem Resolver oder Inkrementalgeber 7 versehen. Die eigentliche Motorregelung wird durch den Servoverstärker vorgenommen, dessen Aufgaben und Funktionen nachfolgend beschrieben sind.This motor control essentially consists of a power supply module 5, which is connected to a servo amplifier 6 via a DC intermediate circuit. The servo amplifier 6 is connected to the servo motor 2 in 3 phases. The servo motor 2 is also equipped with a resolver or incremental encoder 7. The actual motor control is carried out by the servo amplifier, whose tasks and functions are described below.
Die Ständerwicklungen werden mit einem 3-phasigen verketteten Drehstrom bestromt, wobei die Lage des Drehfeldes relativ zur Polradstellung gesteuert wird. Das Drehmoment im Motor 2 ist proportional dem Effektivwert des Ständerstroms. Dieser Wert wird über Stromwandler erfaßt, demThe stator windings are supplied with a 3-phase interlinked three-phase current, whereby the position of the rotating field is controlled relative to the rotor position. The torque in motor 2 is proportional to the effective value of the stator current. This value is recorded via a current transformer, the
Stromregler als Istwert zugeführt und mit dem einstellbaren Stromsollwert verglichen. Der Stromregler steuert über das Kommutierungsmodul und die Endstufen den Strom so, daß dieser entsprechend des Sollwertes konstant gehalten wird.The current controller is supplied as an actual value and compared with the adjustable current setpoint. The current controller controls the current via the commutation module and the output stages so that it is kept constant according to the setpoint.
Bedingt durch die oben beschriebene Proportionalität zwischen Strom und Drehmoment, ist das Drehmoment im Motor 2 (unabhängig von der Drehzahl) konstant. Die Sollwertpolarität ist so eingerichtet, daß der Antrieb im hier eingesetzten Fall immer ein Drehmoment in der Aufwärtsrichtung (Aufwickeln) erzeugt.Due to the proportionality between current and torque described above, the torque in motor 2 is constant (regardless of the speed). The setpoint polarity is set up so that the drive in the case used here always generates a torque in the upward direction (winding up).
Für den Leistungsfluß ergibt sich somit folgende Situation: The following situation arises for the power flow:
Bei der Aufwärtsfahrt wird dem Motor 2 Leistung zugeführt, d.h. es liegt motorischer Betrieb vor, bei der Abwärtsfahrt speist der Motor 2 in den Antriebsverstärker zurück, d.h. der Antrieb befindet sich im generatorischen Betrieb.When traveling upwards, power is supplied to motor 2, i.e. it is in motor operation, while when traveling downwards, motor 2 feeds back into the drive amplifier, i.e. the drive is in generator operation.
Drehzahlbetrieb:Speed operation:
Im FalleIn the event of
- einer Lose im Kabel- a loose cable
- eines Kabelbruches- a cable break
- oder eines nicht aufgesteckten Kabels- or an unplugged cable
würde der Antriebsmotor 2 aufgrund fehlenden Gegenmomentes auf seine Enddrehzahl in Aufwärtsrichtung laufen. Der vorgeschaltete Drehzahlregler wird in diesem Fall den Stromsollwert so weit reduzieren, daß eine einstellbare Drehzahldifferenz zur Hubwerksgeschwindigkeit nicht überschritten werden kann. Im oben beschriebenen Drehmomentbetrieb ist der Drehzahlsollwert immer um den beschriebenenthe drive motor 2 would run to its final speed in the upward direction due to the lack of counter torque. In this case, the upstream speed controller will reduce the current setpoint so far that an adjustable speed difference to the hoist speed cannot be exceeded. In the torque operation described above, the speed setpoint is always around the described
Differenzbetrag höher eingestellt als die Hubwerksgeschwindigkeit. Der Ausgang des Drehzahlreglers liefert den Stromsollwert, der bei straffem Kabel an seine Stellgrenze geht und damit einen konstanten Wert liefert. Das gewünschte Drehmomentniveau für diesen Betriebsfall wird durch entsprechende Teilung bzw. Reduzierung des Wertes eingestellt.Difference set higher than the hoist speed. The output of the speed controller provides the current setpoint, which reaches its setting limit when the cable is taut and thus provides a constant value. The desired torque level for this operating case is set by dividing or reducing the value accordingly.
Einrichtbetrieb:Setup mode:
Im Einrichtbetrieb wird der Sollwert des Drehzahlreglers unabhängig von der Hubwerksgeschwindigkeit eingestellt, so daß der Antrieb drehzahlgeführt auf die Anschlußposition des Kabels gefahren werden kann.In setup mode, the setpoint of the speed controller is set independently of the hoist speed so that the drive can be moved to the connection position of the cable in a speed-controlled manner.
Das Verstärkermodul 6 ist volldigital ausgestattet. Die beschriebenen Werte können über eine analoge oder auch digitale Schnittstelle (Interface oder Feldbussysteme) eingestellt bzw. parametriert werden.The amplifier module 6 is fully digital. The values described can be set or parameterized via an analog or digital interface (interface or fieldbus systems).
Netzteilmodul 5Power supply module 5
Die Endstufen - ausgerüstet mit elektronischen Leistungsschaltern (IGBT) - werden mit einer Gleichspannung versorgt. Diese Gleichspannung wird nach dem sogenannten Pulsweitenmodulationsverfahren an den Motor 2 gesteuert. Das pulsweitenmodulierte Steuermodul im Antriebsverstärker sorgt dafür, daß entsprechend des Stromsollwertes ein sinusförmiger Strom im Motor fließt.The output stages - equipped with electronic power switches (IGBT) - are supplied with a direct current. This direct current is controlled to motor 2 using the so-called pulse width modulation method. The pulse width modulated control module in the drive amplifier ensures that a sinusoidal current flows in the motor according to the current setpoint.
Die Versorgungsgleichspannung wird erzeugt in einem separaten Netzteilmodul 5, das die angeschlossene 3-phasige Drehspannung entsprechend gleichrichtet und über die Endstufen den Motor 2 mit der vom Regler angeforderten Lei-The DC supply voltage is generated in a separate power supply module 5, which rectifies the connected 3-phase voltage accordingly and supplies the motor 2 with the power required by the controller via the output stages.
&lgr; m * · · fl * ■ ~ &lgr; m * · · fl * ■ ~
stung versorgt. Im Generatorbetrieb wird die aus dem Motor 2 in das System zurückgespeiste Leistung in einer sogenannten Ballastschaltung vernichtet bzw. in Widerstandswärme umgewandelt. Alternativ hierzu besteht die Möglichkeit, durch ein sogenanntes Vierquadrantennetzteil die generatorische Leistung ins Netz zurückzuführen.power. In generator mode, the power fed back into the system from motor 2 is destroyed in a so-called ballast circuit or converted into resistance heat. Alternatively, it is possible to feed the generator power back into the grid using a so-called four-quadrant power supply.
Die Einstellung der Parameter, z.B. das Drehmoment, ist im Rahmen der physikalischen Grenzen des jeweils eingesetzten Antriebssystems frei wählbar, z.B. auch in Kombination mit einem externen Zusatz-Sollwert. Die Vorgabe der Parameter können in analoger oder digitaler Form vorgenommen werden.The setting of the parameters, e.g. the torque, can be freely selected within the physical limits of the drive system used, e.g. in combination with an external additional setpoint. The parameters can be specified in analog or digital form.
Claims (5)
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Legal Events
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