DE3301522C2

DE3301522C2 - Einrichtung für die Drehzahlregelung eines Drehstrom-Schleifringläufermotors für Hebezeuge

Info

Publication number: DE3301522C2
Application number: DE19833301522
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 2000 Wedel Augenreich; Peter Dipl.-Ing. 4350 Recklinghausen Prein
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1983-01-19
Filing date: 1983-01-19
Publication date: 1985-10-10
Also published as: DE3301522A1

Abstract

Einrichtung für die Drehzahlregelung eines Drehstrom-Schleifringläufermotors für Hebezeuge mit mehrphasigem Läuferwiderstand, der aus unterschiedlichen Teilwiderständen besteht, einem Drehzahlregler, der eine Solldrehzahl-Vorgabeeinrichtung für verschiedene Geschwindigkeitsstufen aufweist und in den der Istwert der Drehzahl einführbar ist, sowie mit mehreren Schaltern in Sternpunktverbindungen der Teilwiderstände. Zumindest einer der Schalter ist aus leistungselektronischen Halbleiterschaltern aufgebaut, die in jeweils zwei Phasen der zugeordneten Sternpunktverbindung angeordnet und aus mehreren Halbwellenschaltern mit unterschiedlichen Ansprechspannungen zusammengesetzt sind. Der Drehzahlregler erzeugt eine den Differenzen der Solldrehzahl von der Istdrehzahl proportionale Ausgangsspannung, und diese Ausgangsspannung ist den Halbwellenschaltern als Steuerspannung zugeführt.

Description

— mit

einem mehrphasigen Läuferwiderstand, der aus unterschiedlichen Teilwiderständen besteht,
einem Drehzahlregler, der eine Solldrehzahl-Vorgabeeinrichtung für verschiedene Geschwindigkeitsstufen aufweist, in den über einen Istwertbildner der Istwert der Drehzahl einführbar ist und der über eine Verstärkung eine den Differenzen der Solldrehzahl und der Istdrehzahl proportionale Ausgangsspannung erzeugt.

sowie mit mehreren Schabern in Sternpunktverbindungen der Teilwiderstände.

wobei die Schalter nach Maßgabe der Ausgangsspannung des Drehzahlreglers in den einzelnen Geschwindigkeitsstufen betätigbar sind und zumindest einer der Schalter für einen Hauptarbeitsbereich aus leistungselektronischen Halbleiterschaltern aufgebaut ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschalter (9) aus mehreren Halbwellenschaltern (. 1 bis .4) mit verschiedenen Ansprechspannungen (Us :: bis Us -t) zusammengesetzt sind, daß die Halbwellenschalter (.1 bis .4) eine den zugeordneten Geschwindigkeitsstufen entsprechende Stufenansprechspannung (L^ ■_: bis Us y.) aufweisen. wobei die übrigen Ansprechspannungen (Us ·..: bis Ui j.) der Halbleiterschalter (4) zusammengesetzten Halbwellenschalter (.1 bis .4) in der Nähe der jeweiligen Stufenansprechspannung (Us ■ bis Us y) eingerichtet sind, und daß die Halbleiterschalter (9) eine Taktfrequenz aufweisen, die durch Einstellung der Verstärkung steuerbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Halbwellenschalter (.1 bis .4) als identisch gleiche Halbleiter-Lastrelais ausgeführt und durch unterschiedliche Vorwiderstände auf ihre unterschiedlichen Ansprechspannungen eingestellt sind.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den jeweils dem Motor am nächsten liegenden Halbleiterschaltern (9) ein Notfunktionsschütz (8) angeordnet und dieses bei Störungen eines Halbleiterschalters (9) über den Drehzahlregler oder manuell betätigbar ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in der Ausführungsform mit Halbleiterschaltern in mehreren Sternpunktverbindungen der Teilwiderstände, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbweilenschalter (9) einzeln oder gruppenweise schaltbar und die Gruppen phasenbezogen und/oder widerstandsstufenbezogen schaltbar sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Istwertbildner (7). der dem Drehzahlregler (5) vorgeschaltet ist. den Istwert aus der Läuferspannung bildet, und daß eine stromabhängige Zusatzgröße aufgeschaltet ist. die meßtechnisch (bei 12) in der allen Halbleiterschaltern gemeinsamen Läuferphase erfaßt ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Istwertbildner (7).

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Einrichtung für die Drehzahlregelung eines Drehstrom-Schleifringläufermotors für Hebezeuge. — mit einem

ίο mehrphasigen Läuferwiderstand, der aus unterschiedlichen Teilwänden besteht, einem Drehzahlregler, der eine Solldrehzahl-Vorgabeeinrichtung für verschiedene Geschwindigkeitsstufen aufweist, in den über einen Istwertbildner der Istwert der Drehzahl einführbar ist und der über eine Verstärkung eine den Differenzen der Solldrehzahl und der Istdrehzahl proportionale Ausgangsspannung erzeugt sowie mit mehreren Schaltern in Sternpunktverbindungen der Teilwiderstände, wobei die Schalter nach Maßgabe der Ausgangsspannung des Drehzahlreglers in den einzelnen Geschwindigkeitsstufen betätigbar sind und zumindest einer der Schalter für einen Hauptarbeitsbereich aus leistungselektronischen Halbleiterschaltern aufgebaut ist.
Bei der bekannten gattungsgemäßen Einrichtung (DE-AS 21 50 117) sind drei als Gleichrichter funktionierende Halbleiterschalter sowie drei Stromrückführungsdioden zu elektronischen Unterbrechern zusammengeschaket. Von den antiparallel geschalteten Gleichrichtern sind mindestens die Gleichrichter einer Richtung steuerbar. Die Rotorphasen sind mit einem gemeinsamen Punkt verbunden. Außerdem ist für jede Rotorphase ein mit der Rotorspannung synchronisiertes Zündimpulsgerät vorgesehen, in dem eine Sägezahnspannung erzeugt wird, deren Anstiegzeit proportional dem aus einem Soll/Istgeschwindigkeitsvergleich gewonnenen Fehlersignal ist und die einem Schwellwertglied zugeführt ist. Das Schwellwertglied gibt jedesmal dann einen Zündimpuls für den zugehörigen steuerbaren Halbleiter ab. wenn die Sägezahnspannung einen bestimmten Schwellwert überschreitet. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Zündverzögerung der steuerbaren Gleichrichter für einen vorgegebenen Soll/Istgeschwindigkeitsunterschied gleich einem konstanten Bruchteil der Rotorspannungsperiode wird. Die Steuerung ist in allen Geschwindigkeitsbereichen, insbesondere bei geringen Geschwindigkeiten, ausreichend genau. Die Einrichtung ist jedoch nicht ohne weiteres auf unterschiedliche Lasten einstellbar. Sie ist vierimehr nur für einen bestimmten Lastbereich

so eingerichtet. Liegt eine aufzunehmende Last außerhalb dieses Lastbereiches, so kann bei kleinen und sehr kleinen Drehzahlen ein ruckweises Arbeiten auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte gattungsgemäße Einrichtung so weiter auszubilden, daß sie auf die jeweilige Last einstellbar ist und der mit der Einrichtung ausgerüstete Antrieb auch bei kleinen und sehr kleinen Drehzahlen nicht merklich ruckweise arbeitet.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Halbleiterschalter aus mehreren Halbwellenschaltern mit verschiedenen Ansprechspannungen zusammengesetzt sind, daß die Halbwellenschalter eine den zugeordneten Geschwindigkeitsstufen entsprechende Stufenansprechspannung aufweisen, wobei die übrigen Ansprechspannungen der zum Halbleiterschalter zusammengesetzten Halbwellenschalier in der Nähe der jeweiligen Stufenansprechspannung eingerichtet sind,

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und daß die Halbleiterschalter eine Taktfrequenz aufweisen, die durch Einstellung der Verstärkung steuerbar ist. — Um die Drehzahl bzw. die Drehmomentkennlinie nach einer vorgegebenen Funktion einzurichten, ist es bekannt (DD-PS 23 908). Halbleiterschalter aus mehreren HalbweUenschaltern. die eine unterschiedlichen Geschwindigkeitsstufen entsprechende Stufenansprechspannung aufweisen, zusammenzusetzen. Das hat zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung bisher nichts beigetragen.

Im einzelnen kann die erfindungsgemäße Einrichtung auf verschiedene Weise weitei ausgebildet werden. Als Haibwellenschalter können handelsübliche Bauteile der Leistungselektronik eingesetzt werden. Vorzugsweise sind die Halbwellenschalter als identisch gleiche Halbleiter-Lastrelais ausgeführt und durch unterschiedliche Vorwiderstände auf ihre unterschiedlichen Ansprechspannungen eingestellt. Im Rahmen der Erfindung liegt es. parallel zu den dem Motor am nächsten liegenden Halbleiterschaltern ein Notfunktionsschüu anzuordnen und dieses bei Störungen des Halbleiterschalter* über den Drehzahlregler oder manuell zu betätigen. Im Rahmen der Erfindung liegt es fernerhin, für größere Leistungen elektronische Lastrelais als Treibermodule zur Ansteuerung von leistungsstarken Thyristoren einzusetzen.

Im allgemeinen wird man bei der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht lediglich einen der Schalter in einem Hauptarbeitsbereich der Einrichtung aus Halbleiterschaltern aufbauen. In der Ausführungsform mit Halbleiterschaltern in mehreren Sternpunktverbindunsen der Teilwiderstände können die Halbleiterschalter einzeln oder gruppenweise schaltbar und die Gruppen phasenbezogen und/oder widerstandsstufenbezogen schaltbar sein. Dem Drehzahlregler ist zweckmäßigerweise ein Istwertbildner vorgeschaltet, der den Istwert aus der Läuferspannung bildet und dem eine stromabhängige Zusatzgröße ausgeschaltet ist, die meßtechnisch in der allen Sternpunktverbindungen gemeinsamen Läuferphase erfaßbar ist. Ein anderer Vorschlag der Erfindung geht dahin, über den Istwertbildner den Istwert aus der Läuferfrequenz zu bilden. Auch hierbei kann eine stromabhängige Zusatzgröße aufgeschaltet sein.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß ein mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung ausgerüsteter Antrieb für Hebezeuge auf einfache Wiese auf die jeweilige Last einstellbar ist und dadurch auch in kleinen Drezahlbereichen nicht merklich ruckweire arbeitet. Man erreicht einen runden Lauf auch bei niedrigsten Geschwindigkeiten und auch bei kleinen Drehmomenten für den leeren Haken.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer als Ausführungsbeispiel auf ein Hubwerk gerichteten Zeichnung ausführlicher erläutert.

Es zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 das Blockschaltbild des Drehzahlreglers für den Gegenstand nach Fig. 1,

F i g. 3 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 2 und

F i g. 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßeh Erfindung.

Die in den Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellte Einrichtung ist für die Drehzahlregelung eines Drehstrom-Schleifringläufermotors 1 für Hebezeuge bestimmt.

Zum grundsätzlichen Aufbau gehören neben dem Drehstrom-Schleifringläufermotor 1

drei, letzten Endes den drei Stromphasen, u. ν. π. zugeordnete Läuferwiderstände 2,3,4. die in unterschiedlichen Hubsiufen und Senkstufen zugeordnete Teilw iderstände a. b. runterteilt sind.
ein Drehzahlregler 5. der eine Solldrehzahl-Vcrgabeeinrichtung 6 für die einzelnen Hubstufen bzw. Senkstufen aufweist und in den über einen Istwertbildner 7 der Istwert der Drehzahl einführbar ist. In den Sternpunktverbindungen der Teilwiderstände liegen die entsprechenden Schalter 8 und 9.

Die Schalter 8 und 9 sind nach Maßgabe der Differenzen der Solldrehzahl von der Istdrehzahl in den einzelnen Hubstufen bzw. Senkstufen betätigbar (vgl. DE-PS i 9 06 383). Die Schalter 8 sind Schütze. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind drei der Schalter, nämlich die Schalter 9 als leistungselektronische Halbleiterschalter ausgeführt. Diese sind aus mehreren HalbweUenschaltern .1 bis .4 mit verschiedenen Ansprechanspannungen zusammengesetzt und in jeweils zwei Phasen der Sternpunktverbindungen angeordnet. Die vorgeordneten drei Schalter 8 sind, wie bereits erwähnt. Schütze. Hier könnten grundsätzlich ebenfalls Halbleiterschalter angeordnet werden. Der Istwertbildner 7 ist bei 10 angeschlossen. Der Drehzahlregler 5 erzeugt eine Ausgangsspannung Ua. die dem Lastnioment proportional ist. Das Lastmoment ist der Sollwert/lstwert-Differenz proportional.

Eine entsprechende graphische Darstellung findet man in der Fig.4. Die Ordinate zeigt die Ausgangsspannung Ua des Drehzahlreglers 5. die Abszisse das Drehmoment M. Anordnung und Auslegung sind so getroffen, daß der Drehzahlregler 5 seine den Differenzen der Solldrehzahl von der Istdrehzahl proportionale Ausgangsspannung Ua erzeugt und diese Ausgangsspannung Ua den Halbleiterschalter 9 als Steuerspannung zugeführt ist. Das geschieht über die in den F i g. 2 und 3 erkennbaren Ansteuerleitungen 11 und kann gemäß F i g. 3 auch gruppenweise sowie mit Aufschaltung einer Hilfsspannung über 12 erfolgen. Die drei Halbleiterschalter 9. die im Ausführungsbeispiel aus jeweils vier HalbweUenschaltern .1 bis .4 zusammengesetzt sein mögen, weisen eine der zugeordneten Hubstufe bzw. Senkstufe entsprechende Stufenansprechspannung U-, 1 bis Us j auf. die in F i g. 4 auf der Ordinatenachse für Ua fixiert sind. Die übrigen Ansprechspannungen der zu einem Halbleiterschalter 9 zusammengesetzten Haibwellenschalter .1 bis ,4 sind in der Nähe der jeweiligen Stufenansprechspannung Us ι bis U-, t angesiedelt und jeweils durch .1 bis .4 gekennzeichnet. Nach dem Beschleunigen (M = Mmax > Ms) nähert ^r,ich die Ausgangsspannung Ua des Drehzahlreglers 5 dem Koordinatenursprung der F i g. 4. Alle Halbwellenschalter 9 mit .1 bis .4 öffnen. Sinkt die Motordrehzahl unter den Sollwert, so steigt die Ausgangsspannung Ua der Drehzahliagers 5 wider an. Bei U·, 1. zündet die erste Halbwelle des zugeordneten Halbleiterschalters 9 und bringt einen kleinen Momentstoß. Genügt dieser Stoß, um die Solldrehzahl aufrechtzuerhalten, so pendelt der Ausgang des Drehzahlreglers 5 fortwährend zwischen LA,-υ und Null. Reicht der Momentenstoß nicht aus. um den Sollwert einzustellen, so wird die Differenz der Solldrehzahl von der Istdrehzahl zu einer immer höheren Ausgangsspannung des Drehzahlreglers führen, die immer mehr Haibwellenschalter zündet, bis z. B. durch Pendeln zwi-

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sehen Us 11 und Us 1.4 das mittlere erforderliche Motormoment ausreicht. Entsprechendes gilt, wenn in den anderen Stufen gearbeitet wird, für Usi bis Usi- Aus Geräuschgründen und zur weichen Abstimmung kann es zweckmäßig sein, weitere Halbwellenschalter an weiteren Widerstandsstufen einzusetzen, die in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Drehzahlreglers 5 einzeln oder gruppenweise angesteuert werden. Zum Beispiel könnte man mit zwei Halbwellenschaltern gleichzeitig eine Vollwelle, mit sechs in der Nähe schaltenden Halbwellenschaltern eine Phase, mit vier gleichzeitig schaltenden Elementen eine Stufe verändern. Parallel zu einem der Halbleiterschalter 9 liegt in Fig. 1 ein Notfunktionsschütz 8, und dieses ist bei Störungen des Halblciterschalters 9 über den Drehzahlregler oder manuell betätigbar. — Es versteht sich, daß in dem Merkmal, daß einer der Schalter als leistungselektronische Halbleiterschalter ausgeführt ist, zum Ausdruck kommt, daß in zwei Phasen der Sternpunktverbindung jeweils ein Halbleiterschalter angeordnet ist, der seinerseits aus mehreren Halbwellenschaltern aufgebaut ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

33 Ol 522 Patentansprüche:

1. Einrichtung für die Drehzahlregelung eines Drehstrom-Schleifringläufermotors für Hebezeuge.

der dem Drehzahlregler (5) vorgeschaltet ist. den Istwert aus der Läuferfrequenz bildet.