DE69503452T2 - Verfahren zum Anlaufen eines Aufzugs - Google Patents
Verfahren zum Anlaufen eines AufzugsInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anlaufen einer Aufzugsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Wenn eine Aufzugsmaschine beim Verlassen eines Flurs durch die Aufzugkabine anläuft, muß die Kabine sanft anfahren, ohne plötzliche Änderungen in der Geschwindigkeit oder Beschleunigung. Zum Zeitpunkt des Anlaufens muß die Aufzugsmaschine in der Lage sein, das der Last des Aufzugs entsprechende Drehmoment aufzubringen. Dies kann erreicht werden, indem z.B. die Bremse und der Aufzugsmotor so justiert werden, daß ein ausreichendes Drehmoment auf die Welle des Antriebsrades übertragen wird.
- Wenn der Aufzugsmotor ein Synchronmotor ist, der insbesondere Permanentmagneten verwendet, ist das Einstellen des Drehmomentes auf den richtigen Wert nur möglich, wenn der Rotorwinkel bekannt ist. Das Bestimmen des Rotorwinkels erfordert wiederum eine Winkelmeßvorrichtung, welche zusammen mit der zusätzlich benötigten Ausrüstung entsprechende Kosten mit sich bringt, insbesondere im Falle kleiner Aufzüge. Andererseits ist es praktisch relativ schwierig, einen ruckfreien Start durch die Einstellung der Bremse zu erzielen.
- Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neue Lösung für das Anlaufen einer Aufzugmaschine unter Verwendung eines Synchronmotors anzugeben. Zur Realisierung der Erfindung ist das erfindungsgemäße Verfahren charakterisiert durch die Merkmale des Kennzeichenteils des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind charakterisiert durch die Merkmale der Unteransprüche.
- Im Moment des Anlaufens kennt eine Aufzugssteuerungseinheit, die den Aufzugsmotor steuert, bei der erfindungsgemäßen Lösung den aktuellen Wert des Rotorwinkels, ohne eine separate Winkelmeßeinheit zu verwenden. Alle für den Anlauf nötigen Daten sind in dem Aufzug oder bei dessen Maschine aus Informationen erhältlich, die in jedem Fall bestimmt werden müssen. Ein ausreichend weicher Anlauf wird vorzugsweise erreicht ohne die Verwendung komplexer Steuerschaltungen. Weiterhin sind in einem durch das erfindungsgemäße Verfahren gesteuerten Motor die Richtung und Größe der magnetischen Felder korrekt gesteuert, um das beim Anlauf benötigte Drehmoment zu erzeugen.
- Nachfolgend wird die Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:
- Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Aufzugsmaschine;
- Fig. 2 eine Darstellung des Lastdrehmomentes als Funktion der Differenz zwischen Stator und Rotorfeldern und
- Fig. 3 Systemgrößen, die in unterschiedlichen Betriebszuständen gemessen sind.
- Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Aufzugsmaschine, wobei nur die Teile des Aufzugs dargestellt sind, die für das Verstehen und die Anwendung der Erfindung notwendig sind. Die Maschine umfaßt einen Synchronmotor 2 mit einem Stator 4 mit Statorwindungen 6 und einem außerhalb angeordneten Rotor 10, zwischen denen ein Luftspalt 8 angeordnet ist. Die Figur zeigt einen radialen Luftspalt, jedoch würde auch ein axialer Luftspalt gleichermaßen möglich sein. Die Statorwindung ist als Dreiphasenwindung ausgebildet, die an sich bekannt ist und von einem gesteuerten Frequenzwandler 11 gespeist wird. Die Motorgeschwindigkeit wird gesteuert durch Veränderung der Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers 11. Der Rotor ist mit Permanentmagneten versehen, die magnetische Pole N und S bilden. An dem Außenumfang des Rotors ist eine Antriebsscheibe 12 montiert und die Zugseile 14 des Aufzugs sitzen in Nuten, die an der Scheibe vorgesehen sind. Ein Ende der Zugseile ist an dem Gegengewicht und das andere Ende an dem Kabinenrahmen 18 der Aufzugskabine befestigt. In dem Kabinenrahmen 18 ist eine Aufzugskabine 20 mit einer darunter befestigten Lastwägeinrichtung 22 montiert. Ein Lastsignal proportional zur Last wird über eine Leitung 24 zu einer Aufzugssteuerungseinheit 26 geführt. Von der Aufzugssteuerungseinheit 26 werden Daten, die Aufzugsfunktionen wie z.B. Anlauf, Stoppen, Geschwindigkeitskurve repräsentieren und für die Steuerung des Aufzugs benötigt werden, dem Frequenzwandler 11 über eine Leitung 28 zugeführt.
- In Fig. 1 wird der Winkel des in dem Luftspalt durch die der Statorwindung zugeführte Wechselspannung erzeugten magnetischen Feldes relativ zum Stator unter Verwendung von Zeigern dargestellt. Der Zeiger Gr repräsentiert die Position des von den mit dem Rotor rotierenden Permanentmagneten des Rotors erzeugten magnetischen Feldes relativ zum Stator. Entsprechend repräsentiert der Zeiger Gs die Position des von den Statorwindungen erzeugten magnetischen Feld des Stators relativ zum Stator. Das Drehmoment des Synchronmotors ist eine Funktion des Winkels δ zwischen den Zeigern Gr und Gs. Nachfolgend wird der Winkel δ zwischen Gs und Gr als Lastwinkel bezeichnet.
- Fig. 2 zeigt das Drehmoment des Synchronmotors als Funktion des Lastwinkels, wobei das Drehmoment T' des Motorantriebs dem Lastwinkel δ' entspricht.
- Die vorliegende Erfindung basiert im wesentlichen auf der Verwendung der Wechselbeziehung zwischen Lastdrehmoment und Lastwinkel des Motors. Fig. 3 zeigt die Änderungen in der Geschwindigkeit v, dem Drehmoment T, dem Lastwinkel δ, den Stator- und Rotorfeldwinkeln Bs und Br und des Lastsignals Wg des Motors als Funktionen der Zeit im Bereich des Stoppzeitpunkts t&sub1; und des Anlaufzeitpunkts t&sub2;. Die Stator- und Rotorfeldwinkel Bs und Br zeigen die Richtung der Zeiger Gs und Gr an, welche die Position der magnetischen Felder des Stators und des Rotors jeweils repräsentieren, verglichen mit einer ausgewählten Bezugsrichtung. Die Bezugsrichtung kann z.B. die horizontale Richtung nach rechts in Fig. 1 sein.
- Wenn der Aufzug an einem Flur stoppt, wird dessen Geschwindigkeit direkt vor dem Zeitpunkt t&sub1; auf Null reduziert, welche dann erreicht ist, wenn die Bremse geschlossen ist. Bei Nullgeschwindigkeit wird der Synchronmotor mit einem Gleichstrom gespeist. Das Lastdrehmoment T verbleibt bei dem Wert T&sub1;, welcher ausreichend ist, um den Aufzug im Stillstand zu halten. Entsprechend verbleibt der Lastwinkel bei dem Wert δ&sub1;, entsprechend dem Drehmoment T&sub1;. Andererseits, weil der Frequenzwandler über die Richtung Bs&sub1; des Zeigers des magnetischen Feldes des Stators unterrichtet ist, ist zum Zeitpunkt t&sub1; auch der Winkel Br&sub1; des magnetischen Feldes des Rotors bekannt und kann in einem Speicher in der Steuerungseinheit gespeichert werden. Der Motor wird mittels einer mechanischen gleitsicheren Bremse im Stillstand gehalten, so daß der Rotor und dessen Winkel während des Stops unverändert bleiben. Jedoch kann sich die Kabinenbelastung und das Drehmoment auf die Motorwelle ändern, wenn Passagiere den Aufzug betreten und verlassen. Die Kabinenlast wird durch das Lastwägesignal Wg repräsentiert, welches zum Zeitpunkt t&sub1; den Wert Gw&sub1; hat.
- Zum Zeitpunkt t&sub2; läuft die Aufzugmaschine an und der Motor muß ein Drehmoment erzeugen, welches der auf die Welle aufgebrachten Last entspricht. Die Größe des Moments T2 wird aus dem Wechsel in dem Lastwägesignal erhalten, z.B. T2 - T1 = Wg2 - Wg1. Zum Zeitpunkt des Anlaufens wird der Motor mit Gleichstrom gespeist, so daß die Frequenz des zugeführten Stroms 0 beträgt. Das erforderliche Drehmoment bestimmt die Größe des Lastwinkels δ2 und ergibt einen Statorfeldwinkel Bs2 = δ2 + Br2, wobei Br2 = Br1, wenn sich der Rotor in der gleichen Position wie zum Stopzeitpunkt befindet, wobei der Wert dieses Winkels aus dem Speicher der Steuerungseinheit gelesen wird. In dem normalerweise anzuwendenden Betriebsbereich kann die in Fig. 2 dargestellte Drehmomentkurve durch eine gerade Linie approximiert werden.
- Der Frequenzwandler muß derart konzipiert werden, daß er es erlaubt, den magnetischen Feldwinkel zu lesen und für Gleichstrom auf einen gewünschten Wert zu setzen. Dies kann realisiert werden, indem die Spannungswerte in aufeinanderfolgenden Speicherplätzen gespeichert werden, wobei der gesamte Zyklus z.B. in 256 Teile geteilt wird. Somit ist der Winkel des magnetischen Statorfeldes einfach eine Speicheradresse. Zum Startzeitpunkt ist die Adresse die gleiche, wie wenn das Lastsignal sich nicht geändert hätte. Entsprechend ist die Adresse höher oder niedriger, wenn das Lastsignal sich geändert hat. Weil der Motor zum Zeitpunkt des Stoppens und des Anlaufens mit Gleichstrom gespeist wird, ist es möglich, den Totwinkel anstelle des Spannungswinkels zu speichern und diesen in einer entsprechenden Weise zu nutzen.
- Das Lastwägesignal kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise genutzt werden. Das Lastwägesignal ist immer verfügbar, weil die Lastinformation in dem Aufzug auch für andere Zwecke, wie z.B. Überlaststeuerung, benötigt wird. Die anderen Faktoren, die zum Setzen des Anlaufmomentes benötigt werden, sind unveränderbar: der Rotor ist stationär und der Winkel des magnetischen Feldes, das durch den Permanentmagnetrotor erzeugt wird, ist unverändert und in einem Speicher gespeichert. Das auf die Welle der Antriebsscheibe durch andere Einflüsse als die Betriebslast der Kabine aufgebrachte Drehmoment, wie z.B. die Zugseilbelastung, ist während des Stops unveränderbar. Daher kann die über das Statormoment erforderliche exakte Information der den Frequenzwandler steuernden Einheit ohne zusätzliche Ausrüstung zugeführt werden, so daß ein Anlaufstrom und ein magnetischer Feldwinkel des Stators zur Erzeugung des erforderlichen Drehmoments mit dem Frequenzwandler eingestellt werden können. Das Lastsignal kann auch durch andere aus der Aufzugtechnologie bekannte Verfahren bestimmt werden, indem z.B. die Belastung am Ende des Seils oder am Verbindungspunkt des Seiles mit der Aufzugkabine gemessen wird, oder indem ein Lastsignal verwendet wird, das durch einen Bremslastweg bereitgestellt wird.
- In anomalen Situationen, wo das System aus irgendwelchen Gründen den Rotorwinkel zum Stopzeitpunkt nicht speichern konnte, wird der Motor mit einem Gleichstrom gespeist, der ausreichend ist, um den Motor im Stillstand zu halten. Die Größe des erforderlichen Stroms kann ungefähr auf der Basis der Position und der Last des Aufzugs geschätzt werden. Danach wird die Bremse gelöst und der Motor wird langsam genug gestartet, um dem Rotorwinkel zu gestatten, in den erforderlichen Drehmomentbereich zu fallen.
- Die Erfindung ist oben mit Bezug auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben worden. Jedoch soll diese Darstellung nicht begrenzend für den Erfindungsgegenstand betrachtet werden, sondern dessen Ausführungsbeispiele können sich innerhalb des Schutzbereichs der nachfolgenden Ansprüche bewegen.
Claims (6)
1. Verfahren zum Anlaufen einer Aufzugmaschine, die einen von
einem Frequenzwandler (11) gespeisten Synchronmotor (2) umfaßt
und eine mit dem Motor (2) verbundene Antriebsscheibe (12) um
die Aufzugskabine (18) mittels Zugseilen (14) zu bewegen, wobei
in dem Verfahren ein Aufzugslastsignal (Wg) gemessen wird und
zum Anlaufzeitpunkt an der Welle des Aufzugmotors (2) ein der
Last entsprechendes Drehmoment erzeugt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß
- der Motor (2), wenn er stoppt, mit einem Gleichstrom gespeist
wird und von dem Frequenzwandler (11) der Winkel (Bs1) des
magnetischen Feldes des Stators des Synchronmotors bestimmt wird,
- der Wechsel in dem Lastsignal (Wg) während des Stoppens
bestimmt wird,
- wenn der Motor (2) erneut anläuft, ein neuer Wert (Bs2) des
Winkels des magnetischen Feldes des Stators auf der Basis der
Änderung des Lastsignals (Wg) bestimmt wird, und
- der Frequenzwandler (11) so eingestellt wird, daß im Motor
(2) ein magnetisches Feld erzeugt wird, dessen Richtung dem
neuen Winkel (Bs2) des magnetischen Feldes des Stators
entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
- auf der Basis des Winkels (Bs1) des magnetischen Feldes des
Stators und des Lastsignals (Wg1) der Rotorwinkel (Br1)
bestimmt und der Wert dieses Winkels zum Zeitpunkt des Stoppens
in einem Speicher gespeichert wird, und daß,
- wenn der Motor erneut anläuft, das Lastsignal (Wg2) gemessen
und mittels des Lastsignals (Wg2) und des in dem Speicher
gespeicherten Rotorwinkels (Br1) der Winkel (Bs2) des
magnetischen
Feldes des Stators bestimmt wird, der erforderlich ist,
um ein der Last entsprechendes Drehmoment zu erzeugen, und
- der dem Motor zuzuführende Strom und der Winkel des
magnetischen Feldes des Stators entsprechend dem erforderlichen
Drehmoment mittels des Frequenzwandlers (11) erzeugt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Zeitpunkt des Stoppens und zum
Zeitpunkt des Anlaufens die gleiche Magnetisierung des
Synchronmotors (2) aufrechterhalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronmotor unter Verwendung
von Permanentmagneten magnetisiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß als Lastsignal (Wg) das
Kabinenlastsignal verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß, wenn aufgrund eines elektrischen
Fehlers oder aus anderen Gründen die Daten, die den Winkel des
magnetischen Feldes des Stators und/oder Rotors repräsentieren,
fehlen, der Motor mit einem Gleichstrom gespeist wird, der
ausreichend ist, um den Motor im Stillstand zu halten.
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