EP0544084A2 - Mit variabler Hubgeschwindigkeit arbeitendes Hebezeug - Google Patents
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- EP0544084A2 EP0544084A2 EP92117055A EP92117055A EP0544084A2 EP 0544084 A2 EP0544084 A2 EP 0544084A2 EP 92117055 A EP92117055 A EP 92117055A EP 92117055 A EP92117055 A EP 92117055A EP 0544084 A2 EP0544084 A2 EP 0544084A2
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- B66B1/00—Control systems of elevators in general
- B66B1/24—Control systems with regulation, i.e. with retroactive action, for influencing travelling speed, acceleration, or deceleration
- B66B1/28—Control systems with regulation, i.e. with retroactive action, for influencing travelling speed, acceleration, or deceleration electrical
- B66B1/30—Control systems with regulation, i.e. with retroactive action, for influencing travelling speed, acceleration, or deceleration electrical effective on driving gear, e.g. acting on power electronics, on inverter or rectifier controlled motor
Definitions
- the invention relates to a hoist working with variable lifting speed, which is driven by an asynchronous motor with a squirrel-cage rotor, which is preceded by a frequency converter, which is fed on the network side from a single or multi-phase AC network and from the load side, a three-phase network is fed, from which the hoist driving asynchronous motor is supplied.
- the three-phase drive that is by far the most frequently used, in particular because of its simple structure, is the asynchronous motor with squirrel-cage rotor.
- One of its disadvantages is that its speed is proportional to the frequency of the three-phase supply network and inversely proportional to its number of pole pairs, so it cannot be changed if it is supplied from a three-phase network without the interposition of control elements. If the fed three-phase system has a frequency of 50 Hz, the maximum speed of the asynchronous motor is limited to 3000 rpm, the lifting speed of a hoist is limited in proportion to this speed.
- a hoist of the type mentioned is known from DE-A-3 513 773.
- the frequency converter is a transistor pulse inverter.
- the frequency converter contains a part with rectifier and low-voltage power supply.
- the rectifier supplies DC voltage to a transistor inverter without additional switching elements.
- Both the part with rectifier and low-voltage power supply and the transistor inverter are controlled by control and regulating electronics.
- a feed network for a three-phase motor is connected to the transistor inverter, which can be an asynchronous motor with a squirrel-cage rotor.
- the known frequency converter is a converter with a constant DC link voltage.
- the three-phase motor he feeds drives an elevator.
- the problems that arise are: The drive car should move into the breakpoints in the correct position and come to a standstill, even under different loads. Jerky start-up and start-up procedures should be avoided.
- the lifting device described in claim 1 solves the problem of supplying the asynchronous motor with squirrel-cage rotor with three-phase network to be lifted by the lifting device with nominal lifting speed at nominal frequency, with reduced load to increase the lifting speed with a frequency which is increased by two to three times Food. This task does not occur in the known drive. It is therefore not addressed there, let alone solved.
- a voltage intermediate circuit converter consists of a line-side and a load-side converter, which are connected to each other via an intermediate circuit.
- the intermediate circuit consists of a capacitive and / or inductive energy store. It decouples the load from the network.
- the DC link carries an impressed voltage.
- the voltage intermediate circuit converter used according to the invention has an input converter and a self-commutated inverter, which are connected to one another via a DC voltage intermediate circuit.
- the input converter rectifies the mains voltage from an AC circuit and sets the voltage in the DC link.
- the voltage intermediate circuit converter is a converter with variable intermediate circuit voltage. It undergoes two forms of energy conversion: the AC voltage from the single-phase or multi-phase AC network is converted into a DC voltage.
- a three-phase frequency variable voltage is generated from the DC voltage.
- the asynchronous motor is fed from the three-phase network of variable frequency. This makes it possible to raise the rotating field feeding the asynchronous motor by a multiple of the mains frequency, that is the frequency of the alternating voltage from the single-phase or multiphase alternating current network.
- a controller is provided between the load-side three-phase network and the voltage intermediate circuit converter, by means of which the frequency of the three-phase network supplied by the voltage intermediate circuit converter is limited if the frequency supplied by the voltage intermediate circuit converter to the three-phase network exceeds the nominal frequency, depending on the torque required by the asynchronous motor in proportion to the load to be lifted. the maximum value of which is clearly above the value of the single-phase or multi-phase AC network.
- a single or multi-phase AC network 1 forms the feeding network for the entire arrangement.
- the AC network 1 has constant voltage and constant frequency.
- a voltage intermediate circuit converter 2 is connected to the AC network 1 on the network side.
- the voltage intermediate circuit converter 2 has an input converter 21 and a self-commutated inverter 22, which are connected to one another via a DC voltage intermediate circuit 23.
- the DC voltage intermediate circuit 23 has a smoothing choke 24 in its connecting line between the input converter 21 and the self-commutated inverter; a capacitor 25 in parallel between the connecting lines.
- the input converter 21 directs the line voltage from the AC circuit 1 is the same and sets the voltage in the intermediate circuit 23.
- the self-commutated inverter 22 fed from the DC voltage intermediate circuit 23 generates a three-phase network 3 by driving six power semiconductors, which is connected on the load side to an asynchronous motor 4 with a short-circuit rotor.
- the frequency of the three-phase network 3 is variable.
- the speed of the asynchronous motor 4 changes as a function of the frequency of the three-phase network 3.
- a hoist 5 is mechanically driven by the asynchronous motor 4.
- the direction of rotation of the asynchronous motor 4 is reversible, consequently the hoist 5 can be raised and lowered, specifically because of the different frequency and thus the different speed of the asynchronous motor 4 with different lifting speeds.
- the following control circuit is additionally provided: the current I, which is dependent on the load to be lifted and thus on the torque required by the motor, is compared with an - adjustable - current I max ; the difference value is fed to a two-point controller 6 for current limitation.
- the two-point controller 6 is followed by a control logic 7, which in turn is connected to the direct current part of the inverter 22. Further variables supplied to the control logic 7 can be the output signal of a fault monitor and the output signal of a two-point flow controller.
- the additional control loop is used to ensure that the mechanical design of the hoist is not overwhelmed by increasing the lifting speed at full load.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein mit variabler Hubgeschwindigkeit arbeitendes Hebezeug, das von einem Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer angetrieben ist, dem ein Frequenzumrichter vorgeschaltet ist, der netzseitig aus einem ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetz gespeist ist und aus dem lastseitig ein Drehstromnetz gespeist ist, aus dem der das Hebezeug antreibende Asynchronmotor versorgt ist.
- Der insbesondere wegen seines einfachen Aufbaus bei weitem am häufigsten verwendete Drehstromantrieb ist der Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer. Einer seiner Nachteile besteht darin, daß seine Drehzahl proportional der Frequenz des speisenden Drehstromnetzes und umgekehrt proportional seiner Polpaarzahl ist, also nicht veränderbar ist, wenn er ohne Zwischenschaltung von Steuergliedern aus einem Drehstromnetz gespeist wird. Hat das gespeiste Drehstromnetz eine Frequenz von 50 Hz, so ist die maximale Drehzahl des Asynchronmotors auf 3000 U/min, die Hubgeschwindigkeit eines Hebezeugs proportional zu dieser Drehzahl begrenzt.
- Ein Hebezeug der eingangs genannten Art ist aus DE-A-3 513 773 bekannt. Bei dem bekannten Hebezeug ist der Frequenzumrichter ein Transistorpulswechselrichter. Der Frequenzumrichter enthält einen Teil mit Gleichrichter und Niederspannungsnetzteil. Der Gleichrichter liefert - ohne zusätzliche Schaltelemente - an einen Transistorwechselrichter Gleichspannung. Sowohl der Teil mit Gleichrichter und Niederspannungsnetzteil als auch der Transistorwechselrichter werden von einer Steuer- und Regelelektronik geführt. Mit dem Transistorwechselrichter ist ausgangsseitig ein Speisenetz für einen Drehstrommotor verbunden, bei dem es sich um einen Asynchronmotor mit Käfigläufer handeln kann. Der bekannte Frequenzumrichter ist ein Umrichter mit konstanter Zwischenkreisspannung. Der von ihm gespeiste Drehstrommotor treibt einen Aufzug an. Die dabei auftretenden Probleme sind: Der Fahrkorb des Antriebs soll positionsgenau in die Haltepunkte einfahren und zum Stillstand kommen, und zwar auch bei unterschiedlicher Belastung. Ruckartige Einfahr- und Anfahrvorgänge sollen vermieden werden.
- Demgegenüber wird mit dem im Patentanspruch 1 beschriebenen Hebezeug die Aufgabe gelöst, das den Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer versorgende Drehstromnetz bei vom Hebezeug mit Nenn-Hubgeschwindigkeit zu hebender Last mit Nennfrequenz, bei reduzierter Last zur Erhöhung der Hubgeschwindigkeit mit um das zwei- bis dreifache erhöhter Frequenz zu speisen. Diese Aufgabe tritt bei dem bekannten Antrieb nicht auf. Sie ist dort folglich auch nicht angesprochen, geschweige denn gelöst.
- Ein Spannungszwischenkreisumrichter besteht aus einem netzseitigen und einem lastseitigen Stromrichter, die über einen Zwischenkreis miteinander verbunden sind. Der Zwischenkreis besteht aus einem kapazitiven und/oder induktiven Energiespeicher. Er bewirkt eine Entkopplung zwischen Last und Netz. Der Zwischenkreis führt eine eingeprägte Spannung. Der erfindungsgemäß verwendete Spannungszwischenkreisumrichter weist einen Eingangsstromrichter sowie einen selbstgeführten Wechselrichter auf, die über einen Gleichspannungszwischenkreis miteinander verbunden sind. Der Eingangsstromrichter richtet die Netzspannung aus einem Wechselstromkreis gleich und stellt die Spannung im Zwischenkreis ein. Der Spannungszwischenkreisumrichter ist ein Umrichter mit variabler Zwischenkreisspannung. In ihm erfolgt eine zweimalige Energieumformung: Die Wechselspannung aus dem ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetz wird in eine Gleichspannung umgeformt. Aus der Gleichspannung wird ein Drehstrom frequenzvariabler Spannung erzeugt. Aus dem Drehstromnetz variabler Frequenz wird der Asynchronmotor gespeist. Damit ist es möglich, das den Asynchronmotor speisende Drehfeld um ein Vielfaches gegenüber der Netzfrequenz, das ist die Frequenz der Wechselspannung aus dem ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetz, anzuheben.
- Um die mechanische Konstruktion des verwendeten Hebezeugs durch die Anhebung der Hubgeschwindigkeit bei voller Last nicht zu überfordern, wird in Ausgestaltung der Erfindung ein lastabhängiger überlagerter Regelkreis aktiviert:
Zwischen dem lastseitigen Drehstromnetz und dem Spannungszwischenkreisumrichter ist ein Regler vorgesehen, über den bei über der Nennfrequenz liegender vom Spannungszwischenkreisumrichter an das Drehstromnetz gelieferter Frequenz in Abhängigkeit von dem vom Asynchronmotor proportional zu der zu hebenden Last geforderten Drehmoment die vom Spannungszwischenkreisumrichter gelieferte Frequenz des Drehstromnetzes begrenzt ist, wobei deren Maximalwert deutlich über dem Wert des ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetzes liegt. - Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
- Figur 1
- ein von einem Asynchronmotor angetriebenes Hebezeug mit zugehörigem Schaltbild;
- Figur 2
- ein weiteres von einem Asynchronmotor angetriebenes Hebezeug mit zugehörigem Schaltbild, bei dem ein zusätzlicher Regelkreis vorgesehen ist.
- Ein ein- oder mehrphasiges Wechselstromnetz 1 bildet das speisende Netz für die gesamte Anordnung. Das Wechselstromnetz 1 hat konstante Spannung und konstante Frequenz. Mit dem Wechselstromnetz 1 ist netzseitig ein Spannungszwischenkreisumrichter 2 verbunden. Der Spannungszwischenkreisumrichter 2 weist einen Eingangsstromrichter 21 sowie einen selbstgeführten Wechselrichter 22 auf, die über einen Gleichspannungszwischenkreis 23 miteinander verbunden sind. Der Gleichspannungszwischenkreis 23 weist in seiner Verbindungsleitung zwischen dem Eingangsstromrichter 21 und dem selbstgeführten Wechselrichter eine Glättungsdrossel 24; parallel zwischen den Verbindungsleitungen einen Kondensator 25 auf. Der Eingangsstromrichter 21 richtet die Netzspannung aus dem Wechselstromkreis 1 gleich und stellt die Spannung im Zwischenkreis 23 ein. Der aus dem Gleichspannungszwischenkreis 23 gespeiste selbstgeführte Wechselrichter 22 erzeugt durch Ansteuern von sechs Leistungshalbleitern ein Drehstromnetz 3, das lastseitig mit einem Asynchronmotor 4 mit Kurzschlußläufer verbunden ist. Die Frequenz des Drehstromnetzes 3 ist variabel. In Abhängigkeit von der Frequenz des Drehstromnetzes 3 ändert sich die Drehzahl des Asynchronmotors 4.
- Von dem Asynchronmotor 4 ist mechanisch ein Hebezeug 5 angetrieben. Die Drehrichtung des Asynchronmotors 4 ist umkehrbar, folglich das Hebezeug 5 heb- und senkbar, und zwar wegen der unterschiedlichen Frequenz und damit der unterschiedlichen Drehzahl des Asynchronmotors 4 mit unterschiedlicher Hubgeschwindigkeit. Insbesondere ist es möglich, ein Hebezeug bei gegenüber der Nennlast reduzierter Last mit deutlich über der Nenn-Hubgeschwindigkeit liegender Hubgeschwindigkeit zu betreiben.
- Bei dem in Figur 2 dargestellten Hebezeug ist zusätzlich folgender Regelkreis vorgesehen: Der von der zu hebenden Last und damit von dem vom Motor geforderten Drehmoment abhängige Strom I wird mit einem - einstellbaren - Strom Imax verglichen; der Differenzwert einem Zweipunktregler 6 zur Strombegrenzung zugeführt. Dem Zweipunktregler 6 ist eine Ansteuerlogik 7 nachgeordnet, die ihrerseits mit dem Gleichstromteil des Wechselrichters 22 verbunden ist. Weitere, der Ansteuerlogik 7 zugeführte Größen können das Ausgangssignal einer Störungsüberwachung und das Ausgangssignal eines Zweipunkt-Flußreglers sein. Der zusätzliche Regelkreis dient dazu, die mechanische Konstruktion des Hebezeugs durch eine Anhebung der Hubgeschwindigkeit bei voller Last nicht zu überfordern.
Claims (2)
- Mit variabler Hubgeschwindigkeit arbeitendes Hebezeug (5), das von einem Asynchronmotor (4) mit Kurzschlußläufer angetrieben ist, dem ein Frequenzumrichter vorgeschaltet ist, der netzseitig aus einem ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetz (1) gespeist ist und aus dem lastseitig ein Drehstromnetz (3) gespeist ist, aus dem der das Hebezeug (5) antreibende Asynchronmotor (4) versorgt ist, gekennzeichnet durch einen Spannungszwischenkreisumrichter (2) als Frequenzumrichter, aus dem das lastseitige Drehstromnetz (3) bei vom Hebezeug mit Nenn-Hubgeschwindigkeit zu hebender Last mit Nennfrequenz, bei reduzierter Last zur Erhöhung der Hubgeschwindigkeit mit um das bis zwei- bis dreifache erhöhter Frequenz gespeist ist.
- Hebezeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem lastseitigen Drehstromnetz (3) und dem Spannungszwischenkreisumrichter (2) ein Regler (6) vorgesehen ist, über den bei über der Nennfrequenz liegender vom Spannungszwischenkreisumrichter an das Drehstromnetz gelieferter Frequenz in Abhängigkeit von dem vom Asynchronmotor (4) proportional zu der zu hebenden Last geforderten Drehmoment die vom Spannungszwischenkreisumrichter (2) gelieferte Frequenz des Drehstromnetzes (3) begrenzt ist, wobei deren Maximalwert deutlich über dem Wert des ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetzes (1) liegt.
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