WO2019096684A1 - Aufzugsanlage mit einem antrieb, der mittels eines verstärkerelements mit einer stromnetzersatzanlage gekoppelt ist - Google Patents
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- H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
Definitions
- Elevator installation with a drive which by means of an amplifier element with a
- the present invention relates to an elevator system with a drive which is coupled by means of an amplifier element with a power supply system (or emergency power supply) and a method for operating the elevator installation. Furthermore, this shows
- the disclosure discloses the use of an active input frequency converter to operate an elevator system having a power supply backup system, the elevator system having a drive, and wherein the active input stage comprises a rectifier with controlled switches.
- the (frequency) inverter is usually operated unregulated when operating on a UPS or an emergency generator.
- the input of the converter coupled to the UPS or the emergency generator includes passive components, such as a passive (i.e., uncontrolled) rectifier whose rectifier circuit (e.g., bridge circuit or midpoint circuit) is constructed of diodes.
- the intermediate circuit voltage of the converter is limited to a maximum of L / 2 times the phase voltage.
- European three-phase network with a strand voltage of about 400V results after the rectification of 3 strings (phases) an intermediate circuit voltage of about 540V to 565V.
- the input of the inverter is typically actively controlled to allow a return of the energy from the drive into the power grid.
- the active control makes it possible to increase the intermediate circuit voltage compared to the operation on the emergency generator or the UPS,
- the phase voltage (chained voltage, ie voltage between phases, for three-phase current, the RMS value considered) can be used to operate the drive, ie the output side of the inverter resulting from the lower DC link voltage the strand voltage at the drive, resulting from the higher DC link voltage results.
- the drive thus has less power available and can only be operated at reduced speed when operated with an unregulated drive.
- the uncontrolled inverter generates harmonics when loading the UPS or the emergency generator.
- the elevator installation can also be regular, i. permanently or in normal operation, be operated on a UPS or an emergency generator.
- the problems mentioned are even more pronounced than if the drive is only briefly, e.g. during a power outage with the UPS or the emergency generator.
- the object of the present invention is therefore to provide an improved concept for an elevator installation with a drive for operation on a power supply system.
- Embodiments show an elevator system with a drive and a control unit, which is designed (i.e., configured), the drive with a power supply system
- the control unit has an input stage and an output stage, which are connected by means of a DC voltage intermediate circuit.
- the input stage has a rectifier, which is designed to convert an AC voltage of the power supply system into a DC voltage.
- Input stage an amplifier element which is designed to amplify the DC voltage and apply the amplified DC voltage to the DC intermediate circuit.
- the output stage is designed to convert the amplified DC voltage into an AC voltage during a motor operation of the drive and to deliver energy from the DC link to the drive and to convert an AC voltage applied to the drive into a DC voltage during regenerative operation of the drive and to recover energy from the drive to feed the DC link.
- the input stage is designed to be an energy flow in the
- the present invention is based on the idea that the stress in the
- DC DC link of the control unit, such as a frequency converter
- an amplifier element such as a boost converter
- Output voltage of a passive rectifier is increased when the control unit is operated on a power supply system, such as a UPS or an emergency generator.
- the amplifier element may be upstream or downstream of the rectifier, ie the amplifier element amplifies either the (string) AC voltage of
- Amplifying can be understood in this context as increasing the voltage (relative to ground or ground).
- the AC voltage applied to the output of the control unit for operating the drive is also amplified, i. it has a larger (strand) voltage value than unamplified DC voltage in the
- the drive With constant current flow, the drive thus has a greater power available, which can be (almost) identical to the power with which the drive is operated on a power grid.
- control unit should thus be formed on the input side, a flow of energy from the DC voltage intermediate circuit in the
- any power supplied to the elevator installation should be consumed by the elevator system (i.e., electrical energy will be converted to another form of energy, e.g., kinetic energy, positional energy, or thermal energy (thermal energy). This can be done by using the energy,
- the DC intermediate circuit can also have an energy reduction unit, which is designed in the one
- the energy reduction unit may be a (negative) resistor.
- the deliberate generation of energy loss may be due to the fact that energy storage capacities in the DC voltage intermediate circuit are not sufficient to store the energy generated by the drive in the generator mode.
- the voltage in the DC voltage intermediate circuit for example by charging an energy storage device, such as a capacitor or a Accumulator, steadily increase, so that a maximum provided in the DC voltage intermediate circuit (nominal) voltage was reached or exceeded, whereby electronic components in the control unit can be damaged.
- the removal of energy from the DC voltage intermediate circuit can limit the voltage applied to the DC voltage intermediate circuit 14 voltage and thus in the range of the nominal voltage or
- the boost converter may primarily increase the DC voltage generated by the rectifier in the input stage. So, for example, for
- Three-phase B6 bridge circuit with at least two components on each of the three branches of the bridge circuit an output voltage of maximum times reach the phase voltage of the three-phase network.
- a passive B6 bridge circuit in which diodes are used as components, can theoretically achieve this value without taking losses into account.
- An active B6 bridge circuit in the active or
- controllable devices such as thyristors or transistors e.g. IGBT (insulated gate bipolar transistor, dt. Insulated Gate Bipolar Transistor) are used, the DC voltage at the output of the rectifier can also be lower depending on an ignition angle of the active components.
- the amplifier element thus enables a higher DC voltage at the output of the input stage of the control unit or at the DC intermediate circuit compared to the output voltage of the active (i.e., controlled) rectifier.
- the active i.e., controlled
- PFC Power Factor Correction Unit
- Amplifier element can therefore also be used without the power factor correction unit. However, the current consumption of rectifiers is compared to that
- sinusoidal voltage waveform is heavily distorted and contains a number of harmonics.
- the amplifier element By means of the (active) power factor correction unit, the amplifier element,
- an up-converter are controlled such that the current consumption of the amplifier element and thus also of the rectifier to the sine wave of the
- the rectifier has a switch, which is designed to replace the power supply system in a first operating mode with the
- the switch may be a mechanical switch, e.g. a relay, or a semiconductor switch.
- the input stage also generally a flow of energy from the
- the first mode of operation may be present during engine operation of the engine whereas the second mode of operation may be during regenerative operation of the engine.
- the first mode of operation may differ from the second mode of operation.
- both modes of operation can not overlap.
- the first operating mode, the motor operation and a portion of the regenerative operation and the second operating mode include a further portion of the regenerative operation.
- both modes of operation may have the absence of an overlap.
- the elevator installation should furthermore have an energy consumer which is connected to the power supply system (parallel to the control unit).
- the power grid replacement plant may provide less (or even no) power to supply the energy consumer, thereby extending a maximum battery life of the power grid replacement facility. This is relevant because the power grid replacement plant typically has limited availability
- Energy sources e.g., charged capacitors or accumulators, gas or fuel such as kerosene, gasoline or diesel. After the consumption of the energy source, the power grid replacement system can no longer be operated. Furthermore, in general, an improved efficiency, by the use of actually
- the rectifier may include a plurality of switching elements that form the switch. The majority of switching elements can
- the input stage may then comprise a switching element controller, which is designed to control the plurality of switching elements such that the Power supply system in the first operating mode with the switching element controller
- the rectifier itself already provides the functionality with appropriate control of the switching elements without further components a separation between the
- IGBTs are used as semiconductor switches, then the transistors contained therein can be controlled in such a way that they do not allow any current flow.
- the free-wheeling diodes typically present in IGBTs are for a potential current flow of the
- the switching element control can make the following control.
- the plurality of switching elements can be controlled such that the AC voltage of the
- Power supply system is converted into the DC voltage.
- the energy flow direction in this case runs from the power supply system via the
- the plurality of switching elements can be controlled such that they form an inverter, the DC voltage in the DC link in a
- Power supply system replaces.
- the energy flow direction runs from the drive via the DC voltage intermediate circuit to the power supply system, wherein the energy returned to the power supply system is not absorbed by the power supply system but by the energy consumer.
- the controller may couple (either) the power grid or the power grid replacement facility to the drive.
- the control unit can be used both for the
- Power supply system can be used as well as for a regular power grid.
- emergency generators can be used as a power grid replacement system in the event of (partial) power failure of the power grid.
- it can be at the
- Switching to a brief interruption of the power supply to the drive come until the emergency generator can provide enough power to operate the elevator system. Switching can be done manually.
- control unit may be coupled to the power grid to monitor the network condition of the power grid and to automatically couple the power grid or the power grid backup facility to the drive depending on the grid condition.
- This automatic switching can reduce the time required for the switching process to a minimum.
- the power supply system can be started automatically by means of the control unit. Automatic switching can be carried out both with emergency generators and with UPS. Especially with UPS, the elevator system can then continue to operate without interruption.
- the disclosure further comprises a method for operating an elevator installation with a drive, the method comprising the following steps: coupling one
- the method can be configured analogously to the functional design of the elevator installation. Further, the disclosure includes a computer program having program code for performing this method when the computer program runs on a computer.
- the disclosure relates to the use of an active input frequency converter for operating an elevator installation with a power supply system, wherein the elevator installation has a drive and wherein the active input stage has a rectifier with controlled switching elements.
- the controlled switching elements are, for example, semiconductor switches of an active rectifier.
- Switching element control may further enable a flow of energy from the power supply system to the drive and a flow of energy from the drive to the drive
- the frequency converter may also have the same features as the control unit of the elevator installation.
- Fig. 1 a schematic block diagram of an elevator system, with a
- FIG. 2a shows a schematic block diagram of an elevator installation which is operated on a power grid
- Fig. 2b a schematic block diagram of an elevator system, which at a
- FIG. 2c shows a schematic block diagram of an elevator system with an active input stage for operation on the power supply system
- FIG. 3 shows a schematic block diagram of an exemplary input stage of the elevator installation
- FIG. 4 shows a schematic block diagram of the elevator installation according to FIG.
- the elevator installation has a drive 4 and a control unit 6.
- Frequency converter couples the drive 4 with a power supply system 8.
- Power supply system 8 is in embodiments part of the elevator installation 2, in other embodiments not part of the elevator installation 2.
- the control unit 6 has an input stage 10 and an output stage 12. Both are by means of one
- the input stage 10 has a rectifier 16 and an amplifier element 22.
- the rectifier 16 may be connected to the power supply system 8 (electrically).
- Power grid replacement facility 8 may be a utility grid replacement signal 18.
- Power supply system signal 18 may be an input signal of the control unit 6,
- the input stage 10 in particular the rectifier 16 be.
- the rectifier 16 be.
- Power grid replacement plant signal 18 may have, for example, a single-phase AC voltage or a three-phase AC voltage (three-phase).
- the rectifier 16 can rectify this AC voltage, i. into a DC voltage, and output as a rectifier signal 20.
- the rectifier can be a controlled or a
- Controlled (active) rectifiers can be used in one
- Bridge circuit or in a midpoint active (controllable) switch for example, thyristors or transistors such as IGBTs, MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, dt .: metal oxide semiconductor field effect transistor) have.
- Uncontrolled (passive rectifiers may include bridge or midpoint switching with passive devices, eg, transistors
- Typical topologies of bridge circuits are the half-wave rectifier, bridge rectifier (B2), center-point rectifier (M2), six-bridge bridge circuit (B6), twelve-pulse bridge circuit (B12), etc. wherein the B6 and the B12 bridge circuit can be used for the rectification of three-phase alternating current.
- the amplifier element 22 may be connected to the rectifier 16 (electrically) and comprise the rectifier signal 20 as an input signal. Amplifier element 22 may amplify rectifier signal 20 and an amplifier element signal as an output 24 have. The amplifier element signal 24 may also be the output of the
- the rectifier signal 20 can be the output signal of the input stage 10. In both cases, the rectifier signal 20 is greater than without amplifier element.
- the rectifier signal 20 indicates a B6 bridge circuit on a typical 400V
- Three-phase network has a DC output voltage of about 560V.
- the rectifier signal e.g. 700V and thus have at least 1, 5 times the voltage value of the power grid replacement system signal 18. Is this
- Power grid replacement system signal 18 multi-phase thus includes several strands, the 1, 5 times voltage value can refer to a strand voltage.
- the amplifier element 22 may be an up-converter.
- the amplifier element signal 24 can be applied to the DC voltage intermediate circuit 14.
- DC intermediate circuit 14 further includes a DC intermediate circuit signal 26 as an output signal.
- the DC intermediate circuit signal 26 may further comprise an input of the
- Output stage 12 energy transferred from the DC voltage intermediate circuit 14 to the drive 4, or transferred energy from the drive 4 to the DC voltage intermediate circuit 14.
- the output stage 12 may supply the DC intermediate circuit signal 26, i. the amplified DC voltage, in one
- the output stage 12 may have an inverter.
- the inverter can be controlled (analogous to the rectifier 16).
- the output stage can vary the drive signal 28, for example by means of pulse width modulation (PWM), in its amplitude and / or its frequency.
- PWM pulse width modulation
- One or more parameters (amplitude and / or frequency) of the AC voltage for powering the drive may differ from the one or more parameters of the AC voltage
- a (travel) speed of the drive 4, or a car, which is driven by means of the drive 4 can be adjusted.
- the inverter can connect the DC voltage in three against each other implement phase-shifted AC voltages, so that a three-phase current is applied to the drive.
- the drive 4 takes no energy, but gives (in total) energy. This can happen in particular during deceleration.
- the AC voltage provided by the drive 4, for example, a three-phase AC voltage (three-phase) can be converted in this case into a DC voltage. The corresponding energy can be put back in the
- the power supply system 8 is not set up for energy recovery and therefore can not absorb the energy returned from the drive 4 into the DC voltage intermediate circuit 14. Accordingly, the input stage 10 should prevent an energy flow from the DC voltage intermediate circuit 14 in the power grid replacement system.
- this interruption of the energy flow can follow directly from the topology of the rectifier circuit.
- a rectifier circuit constructed of diodes can rectify an AC voltage in only one direction. Inverting a DC voltage in the opposite direction is not possible with an uncontrolled rectifier. Generally, the uncontrolled rectifier allows energy transfer in one direction only.
- Fig. 2a shows such a possible arrangement of a control unit 6 'in a schematic representation.
- the elevator system 2 'shown has a purely passive input stage 10' (without switching elements or amplifier element).
- no energy can be returned to the power supply system 8.
- excess electrical energy can be converted via a (bleeding) resistor 30 into a volatile energy form, e.g. Heat energy, converted and discharged from the DC link.
- the driving of the resistor 30, i. the time at which energy is discharged from the DC link, can via a
- FIG. 2a again shows the problem that the output current 29 of the power supply system has harmonics and is not sinusoidal.
- the arrows 31a, 31b, 31c show the power flow direction for the driving (motor) operation and arrows 33a, 33b indicate the power flow direction for the braking (regenerative) operation.
- Fig. 2b shows a possible arrangement of a control unit 6 "in an elevator system 2" which is operated on a power grid 8 '. This control unit 6 "can be an active
- Input stage 10 " i. a controlled rectifier in combination with a
- Controlled rectifiers however, have the property of operating (automatically) as an inverter in a reverse energy flow direction. This allows the energy return to the power grid.
- the direction of energy flow is shown by the arrows 31a, 31b, 31c for the motor operation and 33a, 33b, 33c for the generator operation.
- the DC intermediate circuit 14 may therefore have the absence of a Abtaktwiderstands. For this reason, however, is the use of the same
- Input stage 6 "not possible for power supply systems.
- the drives 4 are designed for operation on the power grid 8 'and thus for a higher DC link voltage.
- the DC link voltage is higher in an active input stage than in a purely passive rectifier, as shown in Fig. 2a. The same applies to the drive signal, so that the drive 2 from FIG. 2a has a lower (maximum)
- Voltage (for example, 380V rms value) can be operated as the drive 2 of Fig. 2b, e.g. can be operated with 480V (RMS) rated voltage.
- RMS 480V
- the speed is reduced by the lower power consumption of the drive when operating on a power supply system.
- the passive input stage (see Fig. 2a) generates harmonics that distort the current signal
- Power supply system 8 lead. This distortion can be compensated with the active input stage of Fig. 2b such that the current 29 'output from the power grid 8' is (nearly) sinusoidal, i. has no or only small (few) harmonics.
- Fig. 2c shows a schematic representation of the elevator system 2 according to a
- Embodiment in which the disadvantages of using the input stage 10 'by the use of the input stage 10 are overcome eg, reducing the harmonics, higher voltage in the DC link
- avoiding the energy recovery is maintained (see arrows 33a, 33b).
- An embodiment of the input stage 10 is already shown in FIG. In this embodiment, the drive 4 can already be operated at full speed.
- FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the input stage 10 in a schematic representation.
- the rectifier 16 is as a passive B2 bridge with 4 diodes 34 in the
- the amplifier element 22 is arranged on the output side.
- This has a boost converter, which is composed of a coil or inductance 36, (in series with) a diode 38. Furthermore, the boost converter has a
- the amplifier element 22 may thus comprise a boost converter with a power factor correction unit.
- the boost converter can do the
- Step-up converter can be reduced.
- FIG. 4 shows the elevator installation 2 in the representation from FIG. 1 according to exemplary embodiments.
- Optional functional blocks are shown in dashed lines and can also be individually in
- the input stage 10 may include a switch 46.
- the switch 46 can between the power supply system 8 and the
- Rectifier 16 between the rectifier 16 and the amplifier element 22, be arranged between the power supply system 8 and the amplifier element 22, between the rectifier 16 and the DC voltage intermediate circuit 14 or between the amplifier element 22 and the DC intermediate circuit 24.
- the switch 46 can now the power supply system 8 in a first operating mode with the
- Power supply system 8 can be prevented.
- an energy flow direction between the DC voltage intermediate circuit 14 and the power supply system 8 can be determined.
- the switch 46 may be opened (second operating mode) to inhibit or shut off the flow of energy into the power grid replacement system (first mode of operation) to control the flow of energy from the power grid replacement plant 8 into the power plant backup system
- the switch 46 can be opened when the drive provides power, e.g. a car is braked. If the drive requires 4 energy, the switch 46 can be opened.
- the first operating mode may comprise the motor operation of the drive 4 as well as a partial region of the regenerative operation of the drive 4 and the second operating mode a further subregion of the regenerative operation of the drive.
- the switch may allow for a short or a small amount of energy to be transferred from the DC link to the power grid replacement line. However, the energy is not fed back into the power grid replacement system 8 but can rather of a
- Energy consumers 48 are included in the elevator system. This can also be connected to the power supply system 8. In other words that can
- Power supply system signal 18 feed both the drive and the power consumer 48.
- the power consumer 48 also that of the
- DC intermediate circuit 14 receive energy provided.
- Energy consumers 48 can compensate, for example, a door control of an elevator car, lighting the elevator installation 2 or generally a power loss of the elevator installation 2 with already existing energy, which otherwise could not be used.
- the power supply system 8 can thus provide a reduced amount of energy to cover the energy consumption of the elevator installation 2. This can be the subarea of the generator operation.
- the drive 4 typically generates more energy than the elevator system requires. This excess energy can in the further
- the rectifier 16 has a plurality of
- Switching elements 50 which form the switch 48.
- the switch 48 can thus be replaced by the active (semiconductor) switches in the rectifier 16. 4, closable by means of the switch 46, is permanently closed, for example by the switch 46 being replaced by a line (see rectifier signal 20 in FIG.
- These switching elements 50 may be the bridge circuit (Rectifier circuit) of the rectifier 16 form.
- a special control of the switching elements 50 is advantageous. This may be implemented by a switching element controller 52.
- Switching element controller 52 can control the plurality of switching elements in such a way that the power supply system 8 in the first operating mode with the
- DC link 14 is connected and disconnected in the second operating mode of the DC link 14.
- the control of the switching elements can be identical in the engine operation. In regenerative operation, at least in the further sub-range in which the energy flow to the
- Power supply system is to be prevented, the switching element control, the switching elements but not clock but opens it permanently.
- the flow of energy / current flow into the power grid replacement plant 8 can be prevented.
- the switching element controller 52 can drive the plurality of switching elements such that the AC voltage of the power supply system 8 is converted into the DC voltage (or the rectifier signal 20).
- the switching element controller 52 may include the plurality of
- Control switching elements 50 such that they form an inverter, which converts the DC voltage in the intermediate circuit 14 in an AC voltage and energy from the DC link 14 to the power supply system 8 leads back.
- the energy returned to the power supply system 8 can be absorbed by the power consumer 48. This will be clarified again below in FIG. 5.
- control unit 6 can be additionally coupled to a power grid 8 '. Depending on a network state of the power grid 8 'then the power grid 8' (power grid operation) or the power grid replacement system. 8
- Power grid replacement plant operation are coupled to the drive 4.
- Network state in which can be switched from the mains operation to the power grid replacement plant operation. Switching can be done manually or automatically. In an automatic switching, the control unit 6 (permanently) for monitoring the network state with the power grid 8 'be coupled. If the mains status indicates that the mains power supply is no longer possible, the control unit can automatically activate the
- Switch on the power supply system (and decouple the power supply). If the network status in power grid backup system operation indicates that power grid operation is (again) possible, this may be the case the control unit 6 in turn disconnect the power supply system and connect the power supply to the drive 4.
- the same frequency converter can be used both for operation at the same frequency converter
- Power supply system can be used as well as on the power grid.
- the line-side control of the inverter can also remain active during emergency operation. Depending on which, for example by means of a sensor in the frequency converter, currently detected
- the separation point between controlled and uncontrolled operation can be set so that, for example, the power loss of the elevator system or a consumer is still covered by the return feed.
- the elevator can be driven even at emergency operation at full speed.
- Inverter better THD characteristics (Total Harmonie Distortion), for example, harmonic reduction, as the unregulated network connection via (passive) rectifier. For the emergency power supply this is closer to an ohmic load. Lower reactive power is required. Furthermore, the THD characteristics (Total Harmonie Distortion), for example, harmonic reduction, as the unregulated network connection via (passive) rectifier. For the emergency power supply this is closer to an ohmic load. Lower reactive power is required. Furthermore, the THD characteristics (Total Harmonie Distortion), for example, harmonic reduction, as the unregulated network connection via (passive) rectifier. For the emergency power supply this is closer to an ohmic load. Lower reactive power is required. Furthermore, the THD characteristics (Total Harmonie Distortion), for example, harmonic reduction, as the unregulated network connection via (passive) rectifier. For the emergency power supply this is closer to an ohmic load. Lower reactive power is required. Furthermore, the THD characteristics (Total Harmonie Distortion), for example, harmonic reduction
- Lift system with this mode of operation also uninterrupted (permanently) operated.
- the operation on the power grid replacement plant may be the normal operation, i. Operation on the power grid is not provided or only as emergency operation if the power grid replacement system fails.
- This is also feasible for high rise facilities (high-rise elevators, e.g., elevators that are faster than 8 m / s maximum speed and / or can move at least 1 ton in weight).
- FIG. 5 shows a schematic voltage-current coordinate system of a drive in four-quadrant operation.
- Each of the four quadrants is assigned the corresponding parameters of the drive.
- the first quadrant is when the (input) current and voltage at the drive are both positive. In this case, the drive is in motor or driving mode and runs forward or clockwise.
- the second quadrant is present when the (input) current is negative (current flowing in the
- the drive is in regenerative or braking mode and runs forward or in
- the third quadrant occurs when the (input) amperage and the
- the drive on a linear (motor) drive is for example from DE 10 2010 042 144 A1 A1 or DE 10 2014 017 357 A1. Accordingly, the invention is applicable to
- Elevator systems with at least one elevator car (car), in particular several elevator cars, which can be moved in a (common) shaft, via guide rails.
- At least one fixed first guide rail is fixedly arranged in the shaft and is aligned in a first, in particular vertical, direction.
- At least one fixed second guide rail is aligned in a second, in particular horizontal, direction in the shaft.
- At least one third guide rail which is rotatable relative to the shaft, is fastened to a rotating platform and can be transferred between an orientation in the first direction and an orientation in the second direction.
- Such systems are basically described in WO 2015/144781 A1 and in German patent applications 10 2016 211 997.4 and 10 2015 218 025.5.
- the drive has one or more conventional motors, e.g. Synchronous and / or asynchronous motors on.
- embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software.
- the implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetic disk or optical memory are stored on the electronically readable control signals, which can cooperate with a programmable computer system or cooperate, that the respective method is performed. Therefore, the digital storage medium can be computer readable.
- some embodiments according to the invention include a data carrier having electronically readable control signals capable of being coupled to a programmable computer system
- Computer program product with a program code implemented the program code is effective. perform one of the procedures when the computer program product runs on a computer.
- the program code can also be stored, for example, on a machine-readable carrier.
- Embodiments include the computer program for performing any of the methods described herein, wherein the computer program is stored on a machine-readable medium.
- an embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
- a further embodiment of the inventive method is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program is recorded for carrying out one of the methods described herein.
- Stream or the sequence of signals may, for example, go there be configured to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
- Another embodiment includes a processing device, such as a computer or a programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein.
- a processing device such as a computer or a programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein.
- Another embodiment includes a computer on which the computer program is installed to perform one of the methods described herein.
- a programmable logic device In some embodiments, a programmable logic device
- a field programmable gate array an FPGA
- FPGA field programmable gate array
- a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to implement any of the methods described herein
- the methods are performed by any hardware device.
- This may be a universal hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the process, such as an ASIC.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Es ist eine Aufzugsanlage mit einem Antrieb und einer Steuereinheit gezeigt, die ausgebildet ist, den Antrieb mit einer Stromnetzersatzanlage zu koppeln. Die Steuereinheit weist eine Eingangsstufe und eine Ausgangsstufe auf, die mittels eines Gleichspannungszwischenkreises verbunden sind. Die Eingangsstufe weist einen Gleichrichter auf, der ausgebildet ist, eine Wechselspannung der Stromnetzersatzanlage in eine Gleichspannung umzuwandeln. Ferner weist die Eingangsstufe ein Verstärkerelement auf, der ausgebildet ist, die Gleichspannung zu verstärken und die verstärkte Gleichspannung an den Gleichspannungszwischenkreis anzulegen. Die Ausgangsstufe ist ausgebildet, bei einem motorischen Betrieb des Antriebs die verstärkte Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und Energie aus dem Zwischenkreis an den Antrieb abzugeben und bei einem generatorischen Betrieb des Antriebs eine an dem Antrieb anliegende Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln und Energie von dem Antrieb in den Gleichspannungszwischenkreis zu speisen. Ferner ist die Eingangsstufe ausgebildet, einen Energiefluss in die Strom netzersatzan läge zu unterbinden.
Description
Aufzugsanlage mit einem Antrieb, der mittels eines Verstärkerelements mit einer
Stromnetzersatzanlage gekoppelt ist
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Aufzugsanlage mit einem Antrieb der mittels eines Verstärkerelements mit einer Stromnetzersatzanlage (bzw. Notstromversorgung) gekoppelt ist und ein Verfahren zum Betrieb der Aufzugsanlage. Ferner zeigt diese
Offenbarung die Verwendung eines Frequenzumrichters mit aktiver Eingangsstufe zum Betrieb einer Aufzugsanlage mit einer Stromnetzersatzanlage, wobei die Aufzugsanlage einen Antrieb aufweist und wobei die aktive Eingangsstufe einen Gleichrichter mit gesteuerten Schaltern aufweist.
Im (Not-) Betrieb an einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) oder
Notstromgenerator können rückspeisende Aufzugsantriebe nicht direkt betrieben werden, da diese Stromversorgungen im Gegensatz zu Stromnetzen nur für eine Energierichtung konzipiert sind. Daher wird der (Frequenz-) Umrichter beim Betrieb an einer USV oder einem Notstromgenerator üblicherweise ungeregelt betrieben. In anderen Worten weist der Eingang des Umrichters, der mit der USV oder dem Notstromaggregat gekoppelt ist (ausschließlich) passive Bauelemente auf, beispielsweise einen passiven (d.h. ungesteuerten) Gleichrichter, dessen Gleichrichterschaltung (z.B. Brückenschaltung oder Mittelpunktschaltung) aus Dioden aufgebaut sind. Ohne aktive Bauelemente ist die Zwischenkreisspannung des Umrichters jedoch auf maximal L/2 mal der Strangspannung begrenzt. Bei einem
europäischen Drehstromnetz mit einer Strangspannung von ca. 400V ergibt sich nach der Gleichrichtung von 3 Strängen (Phasen) eine Zwischenkreisspannung von ca. 540V bis 565V.
Im Normalbetrieb an einem Stromnetz ist der Eingang des Umrichters jedoch typischerweise aktiv geregelt um eine Rückspeisung der Energie aus dem Antrieb in das Stromnetz zu ermöglichen. Durch die aktive Regelung ist es möglich, die Zwischenkreisspannung im Vergleich zu dem Betrieb an dem Notstromaggregat oder der USV zu erhöhen,
beispielsweise auf 680V bis 700V. Nach der Wechselrichtung ist die Strangspannung (verkettete Spannung, d.h. Spannung zwischen den Phasen, bei Drehstrom; als betrachtete Spannung kann der Effektivwert herangezogen werden) zum Betrieb des Antriebs, d.h. ausgangsseitig von dem Umrichter, die sich aus der geringeren Zwischenkreisspannung ergibt, ebenfalls geringer als die Strangspannung am Antrieb, die sich aus der höheren
Zwischenkreisspannung ergibt. Der Antrieb hat somit weniger Leistung zur Verfügung und kann nur bei reduzierter Geschwindigkeit betrieben werden, wenn er mit einem ungeregelten Umrichter betrieben wird. Darüber hinaus erzeugt der ungeregelte Umrichter Oberwellen bei der Belastung der USV bzw. des Notstromaggregats.
Neben dem Notbetrieb kann die Aufzugsanlage jedoch auch regulär, d.h. dauerhaft bzw. im Regelbetrieb, an einer USV bzw. einem Notstromaggregat betrieben werden. In diesem Fall wirken sich die genannten Probleme noch deutlicher aus, als wenn der Antrieb nur kurzzeitig, z.B. während eines Stromausfalls mit der USV oder dem Notstromaggregat betrieben wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Konzept für eine Aufzugsanlage mit einem Antrieb zum Betrieb an einer Stromnetzersatzanlage zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ausführungsbeispiele zeigen eine Aufzugsanlage mit einem Antrieb und einer Steuereinheit, die ausgebildet (d.h. eingerichtet) ist, den Antrieb mit einer Stromnetzersatzanlage
(Notstromversorgung) zu koppeln. Die Steuereinheit weist eine Eingangsstufe und eine Ausgangsstufe auf, die mittels eines Gleichspannungszwischenkreises verbunden sind. Die Eingangsstufe weist einen Gleichrichter auf, der ausgebildet ist, eine Wechselspannung der Stromnetzersatzanlage in eine Gleichspannung umzuwandeln. Ferner weist die
Eingangsstufe ein Verstärkerelement auf, der ausgebildet ist, die Gleichspannung zu verstärken und die verstärkte Gleichspannung an den Gleichspannungszwischenkreis anzulegen. Die Ausgangsstufe ist ausgebildet, bei einem motorischen Betrieb des Antriebs die verstärkte Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und Energie aus dem Zwischenkreis an den Antrieb abzugeben und bei einem generatorischen Betrieb des Antriebs eine an dem Antrieb anliegende Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln und Energie von dem Antrieb in den Gleichspannungszwischenkreis zu speisen. Ferner ist die Eingangsstufe ausgebildet, einen Energiefluss in die
Stromnetzersatzanlage zu unterbinden. Der Energiefluss kann, für jeden in dieser
Offenbarung genannten Energiefluss, durch einen Stromfluss erfolgen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zu Grunde, dass die Spannung im
(Gleichspannungs-) Zwischenkreis der Steuereinheit, z.B. eines Frequenzumrichters, mittels eines Verstärkerelements, beispielsweise eines Hochsetzstellers, im Vergleich zu einer
Ausgangsspannung eines passiven Gleichrichters, erhöht wird, wenn die Steuereinheit an einer Stromnetzersatzanlage, z.B. einer USV oder einem Notstromaggregat, betrieben wird. Das Verstärkerelement kann dem Gleichrichter vor- oder nachgeschaltet sein, d.h. das Verstärkerelement verstärkt entweder die (Strang-) Wechselspannung der
Stromnetzersatzanlage vor der Gleichrichtung oder die bereits gleichgerichtete Spannung, so dass eine verstärkte Gleichspannung an dem Gleichspannungszwischenkreis anliegt. Verstärken kann in diesem Zusammenhang als das Erhöhen der Spannung (gegenüber Masse oder Erde) verstanden werden. Somit ist auch die am Ausgang der Steuereinheit zum Betrieb des Antriebs anliegende Wechselspannung verstärkt, d.h. sie weist einen größeren (Strang-) Spannungswert auf als bei nicht verstärkten Gleichspannung in dem
Gleichspannungszwischenkreis. Bei gleichbleibendem Stromfluss steht dem Antrieb somit eine größere Leistung zur Verfügung, die (nahezu) identisch zu der Leistung sein kann, mit der der Antrieb an einem Stromnetz betrieben wird.
Bauartbedingt sind Stromnetzersatzanlagen jedoch nicht dafür ausgelegt, von dem Antrieb rückgespeiste Energie wieder aufzunehmen. Die Steuereinheit sollte eingangsseitig somit ausgebildet sein, einen Energiefluss von dem Gleichspannungszwischenkreis in die
Stromnetzersatzanlage zu verhindern. Demnach sollte jegliche der Aufzugsanlage zugeführte Energie durch die Aufzugsanlage verbraucht (d.h. elektrische Energie wird in eine andere Energieform, z.B. in Bewegungsenergie, Lageenergie oder thermische Energie (Wärmeenergie) umgewandelt) werden. Dies kann durch Nutzung der Energie,
beispielsweise zum Antrieb eines Fahrkorbs mittels des Antriebs, erfolgen. Neben der Nutzenergie entsteht auch Verlustenergie durch die Umwandlung der Energie in flüchtige Energieformen, beispielsweise Wärmeenergie. Diese kann z.B. durch Reibung beim Betrieb der Aufzugsanlage, also dem Verfahren eines oder mehrerer Fahrkörbe, oder durch Verluste in elektrischen Zuleitungen naturgemäß entstehen.
In Ausführungsbeispielen kann der Gleichspannungszwischenkreis jedoch auch eine Energiereduzierungseinheit aufweisen, die ausgebildet ist, eine in dem
Gleichspannungszwischenkreis gespeicherte Energie zu verringern (reduzieren). Dies kann durch die bewusste Umwandlung von in dem Gleichspannungszwischenkreis vorliegender Energie in eine flüchtige Energieform geschehen. Die Energiereduzierungseinheit kann ein (Abtakt-) Widerstand sein. Die absichtliche Erzeugung von Verlustenergie kann darin begründet sein, dass Energiespeicherkapazitäten in dem Gleichspannungszwischenkreis nicht ausreichen, um die von dem Antrieb erzeugte Energie im generatorischen Betrieb zu speichern. Dadurch würde sich die Spannung in dem Gleichspannungszwischenkreis, z.B. durch das Aufladen eines Energiespeichers, beispielsweise eines Kondensators oder einem
Akkumulator, stetig erhöhen, so dass eine maximal in dem Gleichspannungszwischenkreis vorgesehene (Nenn-) Spannung erreicht bzw. überschritten würde, wodurch elektronische Bauelemente in der Steuereinheit beschädigt werden können. Das Abführen von Energie aus dem Gleichspannungszwischenkreis kann die an dem Gleichspannungszwischenkreis 14 anliegende Spannung beschränken und somit im Bereich der Nennspannung bzw.
darunter halten.
Weitere Ausführungsbeispiele zeigen das Verstärkerelement mit einem Aufwärtswandler mit einer Leistungsfaktorkorrektureinheit. Der Aufwärtswandler ist ausgebildet, die
Gleichspannung auf einen z.B. zumindest 1 ,5 fachen Spannungswert der Wechselspannung zu erhöhen und durch die Eingangsstufe erzeugte harmonische Verzerrungen zu reduzieren. Der Aufwärtswandler (oder Hochsetzsteller) kann primär die von dem Gleichrichter in der Eingangsstufe erzeugte Gleichspannung erhöhen. So kann eine beispielsweise für
Drehstrom eingesetzte B6-Brückenschaltung mit zumindest jeweils zwei Bauelementen auf jedem der drei Äste der Brückenschaltung eine Ausgangsspannung von maximal
mal der Strangspannung des Drehstromnetzes erreichen. Eine passive B6-Brückenschaltung, in der als Bauelemente Dioden eingesetzt werden, kann diesen Wert, ohne Berücksichtigung von Verlusten, theoretisch erreichen. Eine aktive B6-Brückenschaltung, in der aktive bzw.
steuerbare Bauelemente, beispielsweise Thyristoren oder Transistoren z.B. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, dt. Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) eingesetzt werden, kann die Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters abhängig von einem Zündwinkel der aktiven Bauelemente auch niedriger sein. Das Verstärkerelement ermöglicht somit im Vergleich zu der Ausgangsspannung des aktiven (d.h. gesteuerten) Gleichrichters, eine höhere Gleichspannung an dem Ausgang der Eingangsstufe der Steuereinheit bzw. an dem Gleichspannungszwischenkreis. Für die reine Verstärkung ist die
Leistungsfaktorkorrektureinheit (PFC, engl. Power Factor Correction) obsolet. Das
Verstärkerelement kann also auch ohne die Leistungsfaktorkorrektureinheit verwendet werden. Allerdings ist die Stromaufnahme von Gleichrichtern im Vergleich zu dem
sinusförmigen Spannungsverlauf stark verzerrt und enthält eine Reihe von Oberwellen.
Mittels der (aktiven) Leistungsfaktorkorrektureinheit kann das Verstärkerelement,
insbesondere ein Aufwärtswandler, derart angesteuert werden, dass die Stromaufnahme des Verstärkerelements und somit auch des Gleichrichters dem Sinusverlauf des
Spannungsverlaufs nachgesteuert wird, so dass Verunreinigungen des
Stromnetzersatzanlagennetzes durch Oberschwingungen vermieden oder zumindest reduziert werden.
In Ausführungsbeispielen weist der Gleichrichter einen Schalter auf, der ausgebildet ist, die Stromnetzersatzanlage in einem ersten Betriebsmodus mit dem
Gleichspannungszwischenkreis zu verbinden und in einem zweiten Betriebsmodus die Stromnetzersatzanlage von dem Gleichspannungszwischenkreis zu trennen. Der Schalter kann ein mechanischer Schalter, z.B. ein Relais, oder ein Halbleiterschalter sein.
Insbesondere wenn die Eingangsstufe generell auch einen Energiefluss von dem
Zwischenkreis in die Stromnetzersatzanlage erlauben würde, kann der Schalter die
Funktionalität bereitstellen, dass der Energiefluss in die Stromnetzersatzanlage unterbunden wird. Der erste Betriebsmodus kann demnach während des motorischen Betriebs des Antriebs vorliegend wohingegen der zweite Betriebsmodus während des generatorischen Betriebs des Antriebs vorliegen kann. Somit kann sich der erste Betriebsmodus von dem zweiten Betriebsmodus unterscheiden. Ebenso können sich beide Betriebsmodi nicht überschneiden.
Alternativ kann der erste Betriebsmodus den motorischen Betrieb und einen Teilbereich des generatorischen Betriebs und der zweite Betriebsmodus einen weiteren Teilbereich des generatorischen Betriebs umfassen. Auch hier können beide Betriebsmodi die Abwesenheit einer Überschneidung aufweisen. In diesem Fall sollte die Aufzugsanlage allerdings ferner einen Energieverbraucher aufweisen, der mit der Stromnetzersatzanlage (parallel zu der Steuereinheit) verbunden ist. So kann während des Teilbereichs des generatorischen Betriebs, in dem dann Energie aus dem Gleichspannungszwischenkreis zu der
Stromnetzersatzanlage zurückgeführt wird, diese Energie direkt von dem
Energieverbraucher aufgenommen werden, ohne die Stromnetzersatzanlage mit dieser rückgeführten Energie zu belasten. Somit kann die Stromnetzersatzanlage weniger (oder sogar gar keine) Energie für die Versorgung des Energieverbrauchers bereitstellen wodurch eine maximale Laufzeit der Stromnetzersatzanlage verlängert wird. Dies ist relevant, da die Stromnetzersatzanlage typischerweise nur mit in begrenztem Maß vorliegenden
Energieträgern (z.B. geladenen Kondensatoren oder Akkumulatoren, Gas oder Treibstoff wie beispielsweise Kerosin, Benzin oder Diesel) betrieben werden. Nach dem Verbrauch des Energieträgers kann die Stromnetzersatzanlage nicht mehr betrieben werden. Ferner ist allgemein ein verbesserter Wirkungsgrad, der durch die Nutzung der eigentlich
überschüssigen Energie erreicht wird, vorteilhaft.
In Ausführungsbeispielen kann der Gleichrichter eine Mehrzahl von Schaltelementen aufweist, die den Schalter bilden. Die Mehrzahl der Schaltelemente können
Halbleiterschalter sein. Die Eingangsstufe kann dann eine Schaltelementsteuerung aufweisen, die ausgebildet ist, die Mehrzahl der Schaltelemente derart anzusteuern, dass die
Stromnetzersatzanlage in dem ersten Betriebsmodus mit dem
Gleichspannungszwischenkreis verbunden ist und die Stromnetzersatzanlage in dem zweiten Betriebsmodus von dem Gleichspannungszwischenkreis getrennt ist. Somit bietet der Gleichrichter an sich bereits die Funktionalität bei entsprechender Ansteuerung der Schaltelemente ohne weitere Bauelemente eine Trennung zwischen der
Stromnetzersatzanlage zu erhalten. Werden beispielsweise IGBTs als Halbleiterschalter verwendet so, so können die darin enthaltenen Transistoren derart angesteuert werden, dass diese keinen Stromfluss ermöglichen. Die in IGBTs typischerweise vorhandenen Freilaufdioden sind für einen potentiellen Stromfluss von dem
Gleichspannungszwischenkreis zu der Stromnetzersatzanlage per se in Sperrichtung gepolt, so dass bei geöffneten (ungeschalteten) IGBTs kein Stromfluss von dem
Gleichspannungszwischenkreis zu der Stromnetzersatzanlage möglich ist.
In Ausführungsbeispielen in denen zumindest ein Teil der von dem Antrieb im
generatorischen Betrieb erzeugten Energie durch andere Verbraucher in der Aufzugsanlage genutzt werden soll, kann die Schaltelementsteuerung folgende Ansteuerung vornehmen. Wenn der motorische Betrieb und der erste Betriebsmodus vorliegen, können die Mehrzahl der Schaltelemente derart angesteuert werden, dass die Wechselspannung der
Stromnetzersatzanlage in die Gleichspannung umgewandelt wird. Die Energieflussrichtung verläuft in diesem Fall von der Stromnetzersatzanlage über den
Gleichspannungszwischenkreis zu dem Antrieb. Wenn der generatorische Betrieb und der erste Betriebsmodus vorliegen, also während des Teilbereichs des generatorischen Betriebs, können die Mehrzahl der Schaltelemente derart angesteuert werden, dass diese einen Wechselrichter bilden, der die Gleichspannung in dem Zwischenkreis in eine
Wechselspannung umwandelt und Energie aus dem Zwischenkreis zu der
Stromnetzersatzanlage zurückführt. In diesem Fall verläuft die Energieflussrichtung von dem Antrieb über den Gleichspannungszwischenkreis zu der Stromnetzersatzanlage, wobei die zu der Stromnetzersatzanlage zurückgeführte Energie nicht von der Stromnetzersatzanlage sondern von dem Energieverbraucher aufgenommen wird. Mit einer solchen Ansteuerung kann sowohl dem Umstand Rechnung getragen werden, dass die Stromnetzersatzanlage keine Rückspeisung von Energie zulässt als auch dem Umstand, dass nicht unnötig viel Energie ungenutzt abgegeben wird.
In Ausführungsbeispielen kann die Steuereinheit abhängig von einem Netzzustand eines Stromnetzes, (entweder) das Stromnetz oder die Stromnetzersatzanlage mit dem Antrieb koppeln. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Steuereinheit sowohl für die
Stromnetzersatzanlage als auch für ein reguläres Stromnetz verwendet werden.
Insbesondere können derart Notstromaggregate als Stromnetzersatzanlage im Falle eines (teilweisen) Netzausfalls des Stromnetzes verwendet werden. Hier kann es bei dem
Umschaltvorgang zu einer kurzzeitigen Unterbrechung der Stromzufuhr für den Antrieb kommen, bis das Notstromaggregat genügend Leistung zum Betrieb der Aufzugsanlage bereitstellen kann. Das Umschalten kann manuell erfolgen.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Steuereinheit mit dem Stromnetz gekoppelt sein, um den Netzzustand des Stromnetzes zu überwachen und automatisch, abhängig von dem Netzzustand das Stromnetz oder die Stromnetzersatzanlage, mit dem Antrieb zu koppeln. Durch diese automatische Umschaltung kann die Zeitdauer für den Umschaltevorgang auf ein Minimum reduziert werden. Ferner kann auch die Stromnetzersatzanlage mittels der Steuereinheit automatisch gestartet werden. Das automatische Umschalten kann sowohl bei Notstromaggregaten als auch bei USV vorgenommen werden. Insbesondere bei USV kann die Aufzugsanlage dann unterbrechungsfrei weiter betrieben werden.
Die Offenbarung umfasst ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Aufzugsanlage mit einem Antrieb, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Koppeln einer
Stromnetzersatzanlage mit dem Antrieb mittels einer Steuereinheit; Verbinden einer
Eingangsstufe und einer Ausgangsstufe der Steuereinheit mittels eines
Gleichspannungszwischenkreises; Umwandeln einer Wechselspannung der
Stromnetzersatzanlage in eine Gleichspannung; Verstärken der Gleichspannung um eine verstärkte Gleichspannung zu erhalten; Anlegen der verstärkten Gleichspannung an den Gleichspannungszwischenkreis; Umwandeln der verstärkten Gleichspannung in eine
Wechselspannung bei einem motorischen Betrieb des Antriebs und Abgeben von Energie aus dem Gleichspannungszwischenkreis an den Antrieb; Umwandeln einer an dem Antrieb anliegenden Wechselspannung in eine Gleichspannung bei einem generatorischen Betrieb des Antriebs und Speisen von Energie aus dem Antrieb in den
Gleichspannungszwischenkreis; Unterbinden eines Energieflusses in die
Stromnetzersatzanlage. Das Verfahren kann analog zu der funktionalen Ausgestaltung der Aufzugsanlage ausgestaltet sein. Ferner umfasst die Offenbarung ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung dieses Verfahrens, wenn das Computer- Programm auf einem Computer abläuft.
Ebenso bezieht sich die Offenbarung auf die Verwendung eines Frequenzumrichters mit aktiver Eingangsstufe zum Betrieb einer Aufzugsanlage mit einer Stromnetzersatzanlage, wobei die Aufzugsanlage einen Antrieb aufweist und wobei die aktive Eingangsstufe einen Gleichrichter mit gesteuerten Schaltelementen aufweist. Die gesteuerten Schaltelemente
sind beispielsweise Halbleiterschalter eines aktiven Gleichrichters. Eine
Schaltelementsteuerung kann ferner einen Energiefluss von der Stromnetzersatzanlage zu dem Antrieb ermöglichen und einen Energiefluss von dem Antrieb in die
Stromnetzersatzanlage unterbinden. Ferner kann mit einer entsprechenden Ansteuerung der gesteuerten Schaltelemente (mit der Schaltelementsteuerung) im Betrieb an einem
Stromnetz eine Energierückführung aus dem Antrieb in das Stromnetz erfolgen und bei einem Betrieb mit einer Stromnetzersatzanlage die Energierückführung aus dem Antrieb in die Stromnetzersatzanlage verhindert werden. Der Frequenzumrichter kann ferner die gleichen Merkmale aufweisen wie die Steuereinheit der Aufzugsanlage.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen
Patentansprüche.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Blockdarstellung einer Aufzugsanlage, die mit einer
Stromnetzersatzanlage betrieben wird;
Fig. 2a: eine schematische Blockdarstellung einer Aufzugsanlage, die an einem Stromnetz betrieben wird;
Fig. 2b: eine schematische Blockdarstellung einer Aufzugsanlage, die an einer
Stromnetzersatzanlage ohne Verstärkerelement bzw. aktive Eingangsstufe betrieben wird;
Fig. 2c: eine schematische Blockdarstellung einer Aufzugsanlage mit aktiver Eingangsstufe zum Betrieb an der Stromnetzersatzanlage;
Fig. 3: eine schematische Blockdarstellung einer exemplarischen Eingangsstufe der Aufzugsanlage;
Fig. 4: eine schematische Blockdarstellung der Aufzugsanlage gemäß
Ausführungsbeispielen;
Fig. 5 zeigt ein schematisches Spannungs-Strom Koordinatensystem eines Antriebs im Vierquadrantenbetrieb.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische,
funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
Fig. 1 zeigt eine schematische Blockdarstellung einer Aufzugsanlage 2. Die Aufzugsanlage weist einen Antrieb 4 und eine Steuereinheit 6 auf. Die Steuereinheit 6, z.B. ein
Frequenzumrichter, koppelt den Antrieb 4 mit einer Stromnetzersatzanlage 8. Die
Stromnetzersatzanlage 8 ist in Ausführungsbeispielen Teil der Aufzugsanlage 2, in anderen Ausführungsbeispielen nicht Teil der Aufzugsanlage 2. Die Steuereinheit 6 weist eine Eingangsstufe 10 und eine Ausgangsstufe 12 auf. Beide sind mittels eines
Gleichspannungszwischenkreises 14 miteinander verbunden. Die Eingangsstufe 10 weist einen Gleichrichter 16 und ein Verstärkerelement 22 auf. Der Gleichrichter 16 kann mit der Stromnetzersatzanlage 8 (elektrisch) verbunden sein. Ein Ausgangssignal der
Stromnetzersatzanlage 8 kann ein Stromnetzersatzanlagensignal 18 sein. Das
Stromnetzersatzanlagensignal 18 kann ein Eingangssignal der Steuereinheit 6,
beispielsweise der Eingangsstufe 10, insbesondere des Gleichrichters 16 sein. Das
Stromnetzersatzanlagensignal 18 kann eine beispielsweise einphasige Wechselspannung oder eine dreiphasige Wechselspannung (Drehstrom), aufweisen. Der Gleichrichter 16 kann diese Wechselspannung gleichrichten, d.h. in eine Gleichspannung umwandeln, und als Gleichrichtersignal 20 ausgeben. Der Gleichrichter kann ein gesteuerter oder ein
ungesteuerter Gleichrichter sein. Gesteuerte (aktive) Gleichrichter können in einer
Brückenschaltung oder in einer Mittelpunktschaltung aktive (steuerbare) Schalter, beispielsweise Thyristoren oder Transistoren wie IGBTs, MOSFETs (Metal-Oxide- Semiconductor Field-Effect Transistor, dt.: Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) aufweisen. Ungesteuerte (passive Gleichrichter können eine Brückenschaltung oder eine Mittelpunktschaltung mit passiven Bauelementen, z.B. Transistoren aufweisen. Typische Topologien von Brückenschaltungen sind der Einweggleichrichter, Brückengleichrichter (B2), Mittelpunktgleichrichter (M2), Sechspulsbrückenschaltung (Drehstrombrückenschaltung, B6), Zwölfpulsbrückenschaltung (B12), usw., wobei die B6 und die B12 Brückenschaltung für die Gleichrichtung von Drehstrom (Dreiphasenwechselstrom) verwendet werden können.
Das Verstärkerelement 22 kann mit dem Gleichrichter 16 (elektrisch) verbunden sein und das Gleichrichtersignal 20 als Eingangssignal aufweisen. Das Verstärkerelement 22 kann das Gleichrichtersignal 20 verstärken und als Ausgangssignal ein Verstärkerelementsignal
24 aufweisen. Das Verstärkerelementsignal 24 kann auch das Ausgangssignal der
Eingangsstufe 10 sein. Um das Gleichrichtersignal 24 zu verstärken kann auch bereits (Wechselspannungs-) Stromnetzersatzanlagensignal 18 verstärkt werden, so dass das Gleichrichtersignal 20 das Ausgangssignal der Eingangsstufe 10 sein kann. In beiden Fällen ist das Gleichrichtersignal 20 größer als ohne Verstärkerelement. So weist beispielsweise das Gleichrichtersignal 20 einer B6 Brückenschaltung an einem typischen 400V
Drehstromnetz eine Ausgangsgleichspannung von ca. 560V auf. Mit dem Verstärkerelement 22 kann das Gleichrichtersignal z.B. 700V aufweisen und somit einen zumindest 1 ,5 fachen Spannungswert des Stromnetzersatzanlagensignals 18 haben. Ist das
Stromnetzersatzanlagensignal 18 mehrphasig, umfasst also mehrere Stränge, kann sich der 1 ,5 fache Spannungswert auf eine Strangspannung beziehen. Das Verstärkerelement 22 kann ein Aufwärtswandler (Hochsetzsteller) sein. Das Verstärkerelementsignal 24 kann an den Gleichspannungszwischenkreis 14 angelegt werden. In dem
Gleichspannungszwischenkreis 14 kann Energie aus dem Verstärkerelementsignal 24, bzw. dem Ausgangssignal der Eingangsstufe 10, in einem Energiespeicher, beispielsweise einem Kondensator, zwischengespeichert werden, bevor es über die Ausgangsstufe 12 dem Antrieb 4 zugeführt wird. Alternativ kann das Verstärkerelementsignal 24 auch ohne
Energiepuffer (Kondensator) dem Antrieb zugeführt werden. Der
Gleichspannungszwischenkreis 14 weist ferner ein Gleichspannungszwischenkreissignal 26 als Ausgangssignal auf.
Das Gleichspannungszwischenkreissignal 26 kann ferner ein Eingangssignal der
Ausgangsstufe 12 sein. Abhängig von einer Betriebsart des Antriebs 4 kann die
Ausgangsstufe 12 Energie aus der Gleichspannungszwischenkreis 14 an den Antrieb 4 übertragen, oder Energie von dem Antrieb 4 an den Gleichspannungszwischenkreis 14 übertragen. So kann die Ausgangsstufe 12 bei einem motorischen Betrieb des Antriebs das Gleichspannungszwischenkreissignal 26, d.h. die verstärkte Gleichspannung, in ein
Wechselspannungs-Antriebssignal 28 umgewandelt werden. Hierzu kann die Ausgangsstufe 12 einen Wechselrichter aufweisen. Der Wechselrichter kann (analog zu dem Gleichrichter 16) gesteuert sein. Mittels einer entsprechenden Ansteuerung der aktiven Schalter kann die Ausgangsstufe das Antriebssignal 28, beispielsweise mittels Pulsweitenmodulation (PWM), in seiner Amplitude und/oder seiner Frequenz variieren. Einer oder mehrere Parameter (Amplitude und/oder Frequenz) der Wechselspannung zum Speisen des Antriebs können sich von dem einen oder den mehreren Parametern der Wechselspannung der
Stromnetzersatzanlage unterscheiden. Somit kann eine (Verfahr-) Geschwindigkeit des Antriebs 4, bzw. eines Fahrkorbs, der mittels des Antriebs 4 angetrieben wird, eingestellt werden. Ferner kann der Wechselrichter die Gleichspannung in drei gegeneinander
phasenverschobene Wechselspannungen umsetzen, so dass ein Drehstrom an dem Antrieb anliegt. In einem generatorischen Betrieb des Antriebs 4 nimmt der Antrieb 4 keine Energie auf, sondern gibt (in Summe) Energie ab. Dies kann insbesondere während des Abbremsens geschehen. Die von dem Antrieb 4 bereitgestellte Wechselspannung, beispielsweise einer dreiphasigen Wechselspannung (Drehstrom) kann in diesem Fall in eine Gleichspannung umgewandelt werden. Die entsprechende Energie kann zurück in den
Gleichspannungszwischenkreis 14 gespeist werden.
Die Stromnetzersatzanlage 8 ist jedoch nicht für Energierückspeisung eingerichtet und kann demnach die in den Gleichspannungszwischenkreis 14 rückgeführte Energie aus dem Antrieb 4 nicht aufnehmen. Demnach sollte die Eingangsstufe 10 einen Energiefluss aus dem Gleichspannungszwischenkreis 14 in die Stromnetzersatzanlage unterbinden. Bei einem ungesteuerten Gleichrichter kann diese Unterbrechung des Energieflusses direkt aus der Topologie der Gleichrichterschaltung folgen. So kann eine Gleichrichterschaltung, die aus Dioden aufgebaut ist, nur in eine Richtung eine Wechselspannung gleichrichten. Das Wechselrichten einer Gleichspannung in die entgegengesetzte Richtung ist mit einem ungesteuerten Gleichrichter nicht möglich. Generell erlaubt der ungesteuerte Gleichrichter eine Energieübertragung nur in eine Richtung.
Daher werden typischerweise ungesteuerte Gleichrichter in einer Eingangsstufe einer Steuereinheit für den Betrieb eines Antriebs an einer Stromnetzersatzanlage eingesetzt. Fig. 2a zeigt eine solche mögliche Anordnung einer Steuereinheit 6‘ in einer schematischen Darstellung. Im Unterschied zu dem anspruchsgemäßen Aufzugssystem gemäß Fig. 1 weist das gezeigte Aufzugssystem 2‘ eine rein passive Eingangsstufe 10‘ (ohne Schaltelemente oder Verstärkerelement) auf. Hier kann keine Energie zu der Stromnetzersatzanlage 8 zurückgeführt werden. Um der beschränkten Energieaufnahmekapazität des
Gleichstromzwischenkreises gerecht zu werden und elektrische Bauteile nicht zu zerstören, kann überschüssige elektrische Energie über einen (Abtakt-) Widerstand 30 in eine flüchtige Energieform, z.B. Wärmeenergie, umgewandelt und aus dem Gleichstromzwischenkreis abgegeben werden. Die Ansteuerung des Widerstands 30, d.h. der Zeitpunkt an dem Energie aus dem Gleichstromzwischenkreis abgegeben wird, kann über einen
Energieabgabeschalter 32 eingestellt werden. Fig 2a zeigt nochmal die Problematik, dass der Ausgangsstrom 29 der Stromnetzersatzanlage Oberwellen aufweist und nicht sinusförmig ist. Ferner zeigen die Pfeile 31a, 31 b, 31c die Energieflussrichtung für den treibenden (motorischen) Betrieb und Pfeile 33a, 33b zeigen die Energieflussrichtung für den bremsenden (generatorischen) Betrieb an.
Fig. 2b zeigt eine mögliche Anordnung einer Steuereinheit 6“ in einem Aufzugsystem 2“ das an einem Stromnetz 8‘ betrieben wird. Diese Steuereinheit 6“ kann eine aktive
Eingangsstufe 10“, d.h. einen gesteuerten Gleichrichter in Kombination mit einem
Hochsetzsteller, aufweisen. Gesteuerte Gleichrichter haben jedoch die Eigenschaft, bei einer umgekehrten Energieflussrichtung, (automatisch) als Wechselrichter zu arbeiten. Dies ermöglicht die Energierückführung in das Stromnetz. Die Energieflussrichtung wird mit den Pfeilen 31a, 31 b, 31c für den motorischen Betrieb und 33a, 33b, 33c für den generatorischen Betrieb gezeigt. Der Gleichstromzwischenkreis 14 kann daher die Abwesenheit eines Abtaktwiderstands aufweisen. Aus diesem Grund ist jedoch der Einsatz derselben
Eingangsstufe 6“ für Stromnetzersatzanlagen nicht möglich. Da der Betrieb von Antrieben an Stromnetzersatzanlagen jedoch die Ausnahme sein sollte, sind die Antriebe 4 auf den Betrieb an dem Stromnetz 8‘ und somit für eine höhere Zwischenkreisspannung ausgelegt. Die Zwischenkreisspannung ist bei einer aktiven Eingangsstufe jedoch höher als bei einem rein passiven Gleichrichter, wie er in Fig. 2a gezeigt ist. Analog verhält es sich mit dem Antriebssignal, so dass der Antrieb 2 aus Fig. 2a mit einer geringeren (maximalen)
Spannung (beispielsweise 380V Effektivwert) betrieben werden kann als der Antrieb 2 aus Fig. 2b, der z.B. mit 480V (Effektivwert) Nennspannung betrieben werden kann. Somit ist die Geschwindigkeit durch die geringere Leistungsaufnahme des Antriebs bei einem Betrieb an einer Stromnetzersatzanlage reduziert. Darüber hinaus erzeugt die passive Eingangsstufe (vgl. Fig. 2a) Oberschwingungen, die zu einer Verzerrung des Stromsignals der
Stromnetzersatzanlage 8 führen. Diese Verzerrung kann mit der aktiven Eingangsstufe aus Fig. 2b kompensiert werden, so dass der aus dem Stromnetz 8‘ abgegebene Strom 29‘ (nahezu) sinusförmig ist, d.h. keine oder nur geringe (wenige) Oberwellen aufweist.
Fig. 2c zeigt eine schematische Darstellung des Aufzugssystem 2 gemäß einem
Ausführungsbeispiel, bei dem die Nachteile der Nutzung der Eingangsstufe 10‘ durch die Nutzung der Eingangsstufe 10 überwunden werden (bspw. Reduzierung der Oberwellen, höhere Spannung im Zwischenkreis), wobei die Vermeidung der Energierückspeisung erhalten bleibt (vgl. Pfeile 33a, 33b). Ein Ausführungsbeispiel der Eingangsstufe 10 ist bereits in Fig. 1 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Antrieb 4 bereits mit voller Geschwindigkeit betrieben werden.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Eingangsstufe 10 in einer schematischen Darstellung. Der Gleichrichter 16 ist als passive B2 Brücke mit 4 Dioden 34 in der
Brückenschaltung ausgeführt und einphasig mit der Stromnetzersatzanlage 8
(Wechselstromquelle) (elektrisch) verbunden. Anstelle der B2 Brücke kann für eine
Gleichrichtung von Drehstrom auch analog eine aktive B6 Brückenschaltung o.ä. verwendet
werden. Eine solche Schaltung 35 ist exemplarisch unterhalb der B2 Brückenschaltung dargestellt. Diese weit aktive (Halbleiter-) Schalter 50, hier IGBTs, auf. Fig. 4 zeigt, wie die aktive Gleichrichterschaltung genutzt werden kann, ohne Energie in die
Stromnetzersatzanlage 8 zurückzuspeisen. Ausgangsseitig ist das Verstärkerelement 22 angeordnet. Dieser weist einen Hochsetzsteller auf, der aus einer Spule bzw. Induktivität 36, (in Reihe mit) einer Diode 38 aufgebaut ist. Ferner weist der Hochsetzsteller einen
(Halbleiter-) Taktschalter 40 und einen (Glättungs-) Kondensator 42 auf. Bei entsprechender Ansteuerung des Taktschalters 40 kann das Gleichrichtersignal 20 verstärkt werden. Das Schalten des Taktschalters 40 kann von einer Leistungsfaktorkorrektureinheit 44 (PFC, engl. Power Factor Correction) übernommen werden. Neben dem Verstärken bzw. Hochsetzen des Gleichspannungssignals kann können somit auch die Verzerrungen bzw. Oberwellen des Eingangsstrom von der Stromnetzersatzanlage 8 geglättet bzw. reduziert werden. Die Eingangsstufe 10 kann sich somit für die Stromnetzersatzanlage 8 (nahezu) wie eine ohmsche Last verhalten. Das Verstärkerelement 22 kann demnach einen Aufwärtswandler mit einer Leistungsfaktorkorrektureinheit aufweisen. Der Aufwärtswandler kann die
Gleichspannung in dem Gleichspannungszwischenkreis auf einen zumindest 1 ,5-fachen Spannungswert der Strangspannung (verkettete Spannung) der Stromnetzersatzanlage erhöhen. Ferner können durch den Gleichrichter erzeugte harmonische Verzerrungen (Oberwellen) mittels der Leistungsfaktorkorrektureinheit 44 in Kombination mit dem
Hochsetzsteller reduziert werden.
Fig. 4 zeigt die Aufzugsanlage 2 in der Darstellung aus Fig. 1 gemäß Ausführungsbeispielen. Optionale funktionale Blöcke sind gestrichelt dargestellt und können auch einzeln in
Kombination mit dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 angewendet werden und nicht nur in ihrer in Fig. 4 gezeigten Gesamtheit. So kann die Eingangsstufe 10 einen Schalter 46 aufweisen. Der Schalter 46 kann zwischen der Stromnetzersatzanlage 8 und dem
Gleichrichter 16, zwischen dem Gleichrichter 16 und dem Verstärkerelement 22, zwischen der Stromnetzersatzanlage 8 und dem Verstärkerelement 22, zwischen dem Gleichrichter 16 und dem Gleichspannungszwischenkreis 14 oder zwischen dem Verstärkerelement 22 und dem Gleichspannungszwischenkreis 24 angeordnet sein. Der Schalter 46 kann nun die Stromnetzersatzanlage 8 in einem ersten Betriebsmodus mit dem
Gleichspannungszwischenkreis 14 verbinden und in einem zweiten Betriebsmodus die Stromnetzersatzanlage 8 von dem Gleichspannungszwischenkreis 14 trennen. In anderen Worten kann mittels dieses Schalters 46 auch bei der Nutzung eines aktiven (gesteuerten) Gleichrichters 16 ein Energiefluss aus dem Gleichspannungszwischenkreis 14 in die
Stromnetzersatzanlage 8 verhindert werden. Hierzu kann eine Energieflussrichtung zwischen dem Gleichspannungszwischenkreis 14 und der Stromnetzersatzanlage 8 bestimmt werden.
Abhängig von der bestimmten Energieflussrichtung (Bestimmen des Betriebsmodus) kann der Schalter 46 geöffnet werden (zweiter Betriebsmodus), um den Energiefluss in die Stromnetzersatzanlage zu unterbinden oder geschlossen werden (erster Betriebsmodus), um den Energiefluss von der Stromnetzersatzanlage 8 in den
Gleichspannungszwischenkreis 14 zu ermöglichen. In anderen Worten kann der Schalter 46 geöffnet werden, wenn der Antrieb Energie bereitstellt, also z.B. ein Fahrkorb abgebremst wird. Benötigt der Antrieb 4 Energie, so kann der Schalter 46 geöffnet werden.
In Ausführungsbeispielen kann der erste Betriebsmodus den motorischen Betrieb des Antriebs 4 sowie einen Teilbereich des generatorischen Betriebs des Antriebs 4 und der zweite Betriebsmodus einen weiteren Teilbereich des generatorischen Betriebs des Antriebs umfassen. In diesem Ausführungsbeispiel fallen Betriebsmodus und generatorischer bzw. motorischer Betrieb des Antriebs 4 auseinander. So kann es der Schalter ermöglichen, dass kurzzeitig oder in einem geringen Umfang Energie aus dem Gleichspannungszwschenkreis zu der Stromnetzersatzanlage übertragen wird. Allerdings wird die Energie nicht in die Stromnetzersatzanlage 8 zurückgespeist sondern kann vielmehr von einem
Energieverbraucher 48 in der Aufzugsanlage aufgenommen werden. Dieser kann ebenfalls mit der Stromnetzersatzanlage 8 verbunden sein. In anderen Worten kann das
Stromnetzersatzanlagensignal 18 sowohl den Antrieb als auch den Energieverbraucher 48 speisen. Somit kann der Energieverbraucher 48 auch die von dem
Gleichspannungszwischenkreis 14 bereitgestellte Energie aufnehmen. Der
Energieverbraucher 48 kann beispielsweise eine Türsteuerung einer Aufzugskabine, Beleuchtung der Aufzugsanlage 2 oder allgemein eine Verlustleistung der Aufzugsanlage 2 mit bereits vorhandener Energie kompensieren, die andernfalls nicht genutzt werden könnte. Die Stromnetzersatzanlage 8 kann somit eine reduzierte Energiemenge bereitstellen um den Energieverbrauch der Aufzugsanlage 2 zu decken. Dies kann der Teilbereich des generatorischen Betriebs sein. Typischerweise erzeugt der Antrieb 4 jedoch mehr Energie als die Aufzugsanlage benötigt. Diese überschüssige Energie kann in dem weiteren
Teilbereich des generatorischen Betriebs über den (Abtakt-) Widerstand 30 (s. z.B. Fig. 2a) in den Gleichspannungszwischenkreis 14 abgegeben werden.
In weiteren Ausführungsbeispielen weist der Gleichrichter 16 eine Mehrzahl von
Schaltelemente 50 auf, die den Schalter 48 bilden. Der Schalter 48 kann somit von den aktiven bzw. gesteuerten (Halbleiter-) Schaltern in dem Gleichrichter 16 ersetzt werden. Die in Fig. 4 dargestellte, mittels des Schalters 46 verschließbare Verbindung, ist dauerhaft geschlossen, beispielsweise indem der Schalter 46 durch eine Leitung ersetzt wird (vgl. Gleichrichtersignal 20 in Fig. 1 ). Diese Schaltelemente 50 können die Brückenschaltung
(Gleichrichterschaltung) des Gleichrichters 16 bilden. Zur Ausbildung der Funktionalität des Schalters 48 ist jedoch eine spezielle Steuerung der Schaltelemente 50 vorteilhaft. Diese kann durch eine Schaltelementsteuerung 52 implementiert werden. Die
Schaltelementsteuerung 52 kann die Mehrzahl der Schaltelemente derart ansteuern, dass die Stromnetzersatzanlage 8 in dem ersten Betriebsmodus mit dem
Gleichspannungszwischenkreis 14 verbunden und in dem zweiten Betriebsmodus von dem Gleichspannungszwischenkreis 14 getrennt ist. Im Vergleich zu dem Betrieb eines gesteuerten Gleichrichters an dem Stromnetz 8‘ (vgl. Fig. 2b) kann die Ansteuerung der Schaltelemente im motorischen Betrieb identisch sein. Im generatorischen Betrieb, zumindest in dem weiteren Teilbereich in dem der Energiefluss zu der
Stromnetzersatzanlage unterbunden werden soll, kann die Schaltelementsteuerung die Schaltelemente jedoch nicht takten sondern öffnet diese permanent. Somit kann der Energiefluss/Stromfluss in die Stromnetzersatzanlage 8 verhindert werden.
In anderen Worten kann die Schaltelementsteuerung 52, wenn der motorische Betrieb und der erste Betriebsmodus vorliegen, die Mehrzahl der Schaltelemente derart ansteuern, dass die Wechselspannung der Stromnetzersatzanlage 8 in die Gleichspannung (bzw. das Gleichrichtersignal 20) umgewandelt wird. Wenn der generatorische Betrieb und der erste Betriebsmodus vorliegen, kann die Schaltelementsteuerung 52 die Mehrzahl der
Schaltelemente 50 derart ansteuern, dass diese einen Wechselrichter bilden, der die Gleichspannung in dem Zwischenkreis 14 in eine Wechselspannung umwandelt und Energie aus dem Zwischenkreis 14 zu der Stromnetzersatzanlage 8 zurückführt. In diesem Fall kann die zu der Stromnetzersatzanlage 8 zurückgeführte Energie von dem Energieverbraucher 48 aufgenommen werden. Dies wird untenstehend in Fig. 5 nochmals verdeutlicht.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Steuereinheit 6 ergänzend mit einem Stromnetz 8‘ gekoppelt sein. Abhängig von einem Netzzustand des Stromnetzes 8‘ kann dann das Stromnetz 8‘ (Stromnetzbetrieb) oder die Stromnetzersatzanlage 8
(Stromnetzersatzanlagenbetrieb) mit dem Antrieb 4 gekoppelt werden. So ist z.B. ein Spannungsabfall oder ein Ausfall einer oder mehrerer Phasen des Stromnetzes ein
Netzzustand, bei dem von dem Stromnetzbetrieb auf den Stromnetzersatzanlagenbetrieb umgeschaltet werden kann. Das Umschalten kann manuell oder automatisch erfolgen. Bei einer automatischen Umschaltung kann die Steuereinheit 6 (dauerhaft) zur Überwachung des Netzzustands mit dem Stromnetz 8‘ gekoppelt sein. Zeigt der Netzzustand an, dass der Stromnetzbetrieb nicht mehr möglich ist, kann die Steuereinheit automatisch die
Stromnetzersatzanlage zuschalten (und das Stromnetz entkoppeln). Zeigt der Netzzustand im Stromnetzersatzanlagenbetrieb an, dass ein Stromnetzbetrieb (wieder) möglich ist, kann
die Steuereinheit 6 wiederum die Stromnetzersatzanlage abtrennen und das Stromnetz mit dem Antrieb 4 verbinden.
In anderen Worten kann derselbe Frequenzumrichter sowohl für den Betrieb an der
Stromnetzersatzanlage als auch an dem Stromnetz eingesetzt werden. Die netzseitige Regelung des Umrichters kann auch im Notbetrieb aktiv bleiben. Abhängig von der, beispielsweise mittels einer Sensorik im Frequenzumrichter, aktuell detektierten
Energierichtung wird nur bei treibendem Betrieb der erforderliche Strom geregelt von der Stromnetzersatzanlage entnommen. Bei bremsendem Betrieb wird nun die Energie, wie bei ungeregelten Frequenzumrichtern, über Abtaktwiderstände umgesetzt. In
Ausführungsbeispielen kann der Ablösepunkt zwischen geregeltem und ungeregeltem Betrieb so eingestellt werden, dass beispielsweise die Verlustleistung der Aufzugsanlage oder ein Verbraucher noch aus der Rückspeisung gedeckt wird. So kann der Aufzug auch bei Notbetrieb mit voller Geschwindigkeit gefahren werden. Ferner hat der geregelte
Umrichter bessere THD-Eigenschaften (Total Harmonie Distortion, dt.:etwa gesamte harmonische Verzerrung), beispielsweise Reduzierung der Oberwellen, als die ungeregelte Netzanbindung über (passive) Gleichrichter. Für die Notstromversorgung ist das näher an einer ohmschen Last. Es ist geringere Blindleistung erforderlich. Ferner kann die
Aufzugsanlage mit dieser Betriebsart auch unterbrechungsfrei (dauerhaft) betrieben werden. In anderen Worten kann der Betrieb an der Stromnetzersatzanlage der Normalbetrieb sein, d.h. ein Betrieb an dem Stromnetz ist nicht oder nur als Notbetrieb vorgesehen falls die Stromnetzersatzanlage ausfällt. Dies ist auch für high rise-Anlagen (Hochhausaufzüge, z.B. Aufzugsanlagen, die schneller als 8m/s Höchstgeschwindigkeit aufweisen und/oder ein Gewicht von mindestens 1 Tonne verfahren können) realisierbar.
Fig. 5 zeigt ein schematisches Spannungs-Strom Koordinatensystem eines Antriebs im Vierquadrantenbetrieb. Jedem der vier Quadranten sind die entsprechenden Parameter des Antriebs zugeordnet. Der erste Quadrant liegt vor, wenn die (Eingangs-) Stromstärke und die Spannung am Antrieb beide positiv sind. In diesem Fall ist der Antrieb im motorischen bzw. treibenden Betrieb und läuft vorwärts bzw. im Rechtslauf. Der zweite Quadrant liegt vor, wenn die (Eingangs-) Stromstärke negativ ist (Stromfluss in den
Gleichspannungszwischenkreis) und die Spannung am Antrieb positiv ist. In diesem Fall ist der Antrieb im generatorischen bzw. bremsenden Betrieb und läuft vorwärts bzw. im
Rechtslauf. Der dritte Quadrant liegt vor, wenn die (Eingangs-) Stromstärke und die
Spannung am Antrieb beide negativ sind. In diesem Fall ist der Antrieb im motorischen bzw. treibenden Betrieb und läuft rückwärts bzw. im Linkslauf. Der dritte Quadrant liegt vor, wenn die (Eingangs-) Stromstärke positiv ist und die Spannung am Antrieb negativ ist. In diesem
Fall ist der Antrieb im generatorischen bzw. bremsenden Betrieb und läuft rückwärts bzw. im Linkslauf. Wird jegliche überschüssige Energie über den Abtaktwiderstand (durch
Umwandlung in Wärmeenergie) aus der Aufzugsanlage abgegeben, liegt der erste
Betriebsmodus im ersten und dritten Quadranten und der zweite Betriebsmodus im zweiten und vierten Quadranten vor. In den Ausführungsbeispielen, in denen der Energieverbraucher mit aus dem Gleichspannungszwischenkreis rückgespeister Energie versorgt wird, ist eine Grenze 54 zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus verschoben bzw. geneigt. Der erste Betriebsmodus erstreckt sich dann auch anteilig über den zweiten und vierten Quadranten. Ein Bereich des zweiten Betriebsmodus wird demnach kleiner.
In Ausführungsbeispielen weist der Antrieb einen Linear(motor)antrieb auf. Aufzugsanlagen mit einem Linearmotorantrieb, wobei der Primärteil des Linearmotors durch entsprechend ausgebildete Führungsschienen der Aufzugsanlage bereitgestellt wird und der Sekundärteil des Linearmotors durch einen Schlitten eines Fahrkorbs, der den Rotor des Linearmotors umfasst, bereitgestellt wird, sind beispielsweise aus der DE 10 2010 042 144 A1 oder der DE 10 2014 017 357 A1 bekannt. Demnach ist die Erfindung anwendbar bei
Aufzugsystemen (Aufzugsanlagen) mit zumindest einer Aufzugskabine (Fahrkorb), insbesondere mehreren Aufzugskabinen, die in einem (gemeinsamen) Schacht, über Führungsschienen verfahrbar sind. Zumindest eine feststehende erste Führungsschiene ist fest in dem Schacht angeordnet und ist in einer ersten, insbesondere vertikalen, Richtung, ausgerichtet. Zumindest eine feststehende zweite Führungsschiene ist in einer zweiten, insbesondere horizontalen, Richtung in dem Schacht ausgerichtet. Zumindest eine gegenüber dem Schacht drehbare dritte Führungsschiene ist an einer Drehplattform befestigt und ist überführbar zwischen einer Ausrichtung in der ersten Richtung und einer Ausrichtung in der zweiten Richtung. Solche Anlagen sind dem Grunde nach in der WO 2015/144781 A1 sowie in den deutschen Patentanmeldungen 10 2016 211 997.4 und 10 2015 218 025.5 beschrieben.
In weiteren Ausführungsbeispielen weist der Antrieb einen oder mehrere konventionelle Motoren, z.B. Synchron- und/oder Asynchronmotoren auf.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden
Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein
Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart Zusammenwirken können oder Zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart
zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als
Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist. eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein. Andere
Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein
Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der
Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend
konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement
(beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor Zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren
durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen
Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichenliste:
Aufzugsanlage 2
Antrieb 4
Steuereinheit 6, 6‘, 6“
Stromnetzersatzanlage 8
Stromnetz 8‘
Eingangsstufe 10, 10‘, 10“
Ausgangsstufe 12
Gleichspannungszwischenkreis 14
Gleichrichter 16
Stromnetzersatzanlagensignal 18
Gleichrichtersignal 20
Verstärkerelement 22
verstärktes gleichgerichtetes Stromnetzersatzsignal 24
Gleichspannungszwischenkreissignal 26
Antriebssignal 28
Ausgangsstrom 29
(Abtakt-) Widerstand, Energiereduzierungseinheit 30
Pfeile der Stromrichtung im motorischen Betrieb 31a, 31 b, 31 c Energieabgabeschalter 32
Pfeile der Stromrichtung im generatorischen Betrieb 33a, 33b, 33c Dioden der Brückenschaltung 34
Alternative Brückenschaltung 35
Spule 36
Diode des Verstärkerelements 38
Taktschalter 40
Kondensator 42
Leistungsfaktorkorrektureinheit 44
Schalter 46
Energieverbraucher 48
Schaltelemente 50
Schaltelementsteuerung 52
Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus 54
Claims
1. Aufzugsanlage (2) mit folgenden Merkmalen: einem Antrieb (4); einer Steuereinheit (6), die ausgebildet ist, den Antrieb (4) mit einer Stromnetzersatzanlage (8) zu koppeln, wobei die Steuereinheit (6) eine Eingangsstufe (10) und eine Ausgangsstufe (12) aufweist, die mittels eines Gleichspannungszwischenkreises (14) verbunden sind; wobei die Eingangsstufe (10) einen Gleichrichter (16) aufweist, der ausgebildet ist, eine Wechselspannung der Stromnetzersatzanlage (8) in eine Gleichspannung umzuwandeln; wobei die Eingangsstufe (10) ein Verstärkerelement (22) aufweist, der ausgebildet ist, die Gleichspannung zu verstärken und die verstärkte Gleichspannung an den
Gleichspannungszwischenkreis (14) anzulegen; wobei die Ausgangsstufe (12) ausgebildet ist, bei einem motorischen Betrieb des Antriebs die verstärkte Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und Energie aus dem Zwischenkreis an den Antrieb (4) abzugeben und bei einem generatorischen Betrieb des Antriebs eine an dem Antrieb (4) anliegende Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln und Energie von dem Antrieb (4) in den Gleichspannungszwischenkreis (14) zu speisen; wobei die Eingangsstufe (10) ausgebildet ist, einen Energiefluss in die
Stromnetzersatzanlage (8) zu unterbinden.
2. Aufzugsanlage (2) gemäß Anspruch 1 , wobei das Verstärkerelement (22) eine Leistungsfaktorkorrektureinheit (44) aufweist, wobei die Leistungsfaktorkorrektureinheit (44) ausgebildet ist, durch den Gleichrichter (16) erzeugte harmonische Verzerrungen zu reduzieren.
3. Aufzugsanlage (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Eingangsstufe (10) einen Schalter aufweist, der ausgebildet ist, die Stromnetzersatzanlage (8) in einem ersten Betriebsmodus mit dem
Gleichspannungszwischenkreis (14) zu verbinden und in einem zweiten Betriebsmodus die Stromnetzersatzanlage (8) von dem Gleichspannungszwischenkreis (14) zu trennen.
4. Aufzugsanlage (2) gemäß Anspruch 3, wobei der erste Betriebsmodus den motorischen Betrieb des Antriebs und einen Teilbereich des generatorischen Betriebs des Antriebs (4) umfasst und wobei der zweite Betriebsmodus einen weiteren Teilbereich des generatorischen Betriebs des Antriebs umfasst, wobei die Aufzugsanlage (2) ferner einen Energieverbraucher (48) aufweist, der mit der Stromnetzersatzanlage (8) verbunden ist und während des Teilbereichs des generatorischen Betriebs Energie aus dem Gleichspannungszwischenkreis (14) erhält.
5. Aufzugsanlage (2) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei der Gleichrichter (16) eine Mehrzahl von Schaltelementen (50) aufweist, die den Schalter (46) bilden; wobei die Eingangsstufe (10) eine Schaltelementsteuerung (52) aufweist, die ausgebildet ist, die Mehrzahl der Schaltelemente (50) derart anzusteuern, dass die Stromnetzersatzanlage (8) in dem ersten Betriebsmodus mit dem Gleichspannungszwischenkreis (14) verbunden ist und die Stromnetzersatzanlage (8) in dem zweiten Betriebsmodus von dem
Gleichspannungszwischenkreis (14) getrennt ist.
6. Aufzugsanlage (2) gemäß Anspruch 5, wobei die Schaltelementsteuerung (52) ausgebildet ist, wenn der motorische Betrieb und der erste Betriebsmodus vorliegen, die Mehrzahl der Schaltelemente (50) derart anzusteuern, dass die Wechselspannung der
Stromnetzersatzanlage (8) in die Gleichspannung umgewandelt wird; und wenn der generatorische Betrieb und der erste Betriebsmodus vorliegen, die
Mehrzahl der Schaltelemente (50) derart anzusteuern, dass diese einen
Wechselrichter bilden, der die Gleichspannung in dem Zwischenkreis in eine
Wechselspannung umwandelt und Energie aus dem Zwischenkreis zu der
Stromnetzersatzanlage (8) zurückführt, wobei die zu der Stromnetzersatzanlage (8) zurückgeführte Energie von einem Energieverbraucher (48) aufgenommen wird.
7. Aufzugsanlage (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche wobei die Steuereinheit (6) ausgebildet ist, abhängig von einem Netzzustand eines
Stromnetzes, das Stromnetz (8’) oder die Stromnetzersatzanlage (8) mit dem Antrieb (4) zu koppeln.
8. Aufzugsanlage (2) gemäß Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (6) mit dem Stromnetz (8’) gekoppelt ist und ausgebildet ist, den Netzzustand des Stromnetzes zu überwachen und automatisch abhängig von dem Netzzustand das Stromnetz (8’) oder die
Stromnetzersatzanlage (8) mit dem Antrieb (4) zu koppeln.
9. Aufzugsanlage (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der
Gleichspannungszwischenkreis (14) eine Energiereduzierungseinheit (30) aufweist, die ausgebildet ist, eine in dem Gleichspannungszwischenkreis (14) gespeicherte Energie zu reduzieren.
10. Aufzugsanlage (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche umfassend zumindest eine Kabine, insbesondere mehrere Kabinen, die jeweils in einem Schacht über Führungsschienen verfahrbar ist, zumindest eine feststehende erste Führungsschiene, welche fest in einer ersten, insbesondere vertikalen, Richtung (z), ausgerichtet ist; zumindest eine feststehende zweite Führungsschiene, welche fest in einer zweiten, insbesondere horizontalen, Richtung (y) ausgerichtet ist; zumindest eine drehbare dritte Führungsschiene, welche an einer Drehplattform befestigt ist und überführbar ist zwischen einer Ausrichtung in der ersten Richtung (z) und einer
Ausrichtung in der zweiten Richtung (y).
1 1. Verfahren zum Betrieb einer Aufzugsanlage (2) mit einem Antrieb, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Koppeln einer Stromnetzersatzanlage (8) mit dem Antrieb (4) mittels einer Steuereinheit,
Verbinden einer Eingangsstufe (10) und einer Ausgangsstufe (12) der Steuereinheit (6) mittels eines Gleichspannungszwischenkreises;
Umwandeln einer Wechselspannung der Stromnetzersatzanlage (8) in eine Gleichspannung;
Verstärken der Gleichspannung um eine verstärkte Gleichspannung zu erhalten;
Anlegen der verstärkten Gleichspannung an den Gleichspannungszwischenkreis;
Umwandeln der verstärkten Gleichspannung in eine Wechselspannung bei einem
motorischen Betrieb des Antriebs und Abgeben von Energie aus dem
Gleichspannungszwischenkreis (14) an den Antrieb;
Umwandeln einer an dem Antrieb (4) anliegenden Wechselspannung in eine
Gleichspannung bei einem generatorischen Betrieb des Antriebs und Speisen von Energie aus dem Antrieb (4) in den Gleichspannungszwischenkreis;
Unterbinden eines Energieflusses in die Stromnetzersatzanlage.
12. Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 11 , wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.
13. Verwendung eines Frequenzumrichters mit aktiver Eingangsstufe (10) zum Betrieb einer Aufzugsanlage (2) mit einer Stromnetzersatzanlage, wobei die Aufzugsanlage (2) einen Antrieb (4) aufweist und wobei die aktive Eingangsstufe (10) einen Gleichrichter (16) mit gesteuerten Schaltelementen aufweist, wobei eine Schaltelementsteuerung (52) ausgebildet ist, einen Energiefluss von der Stromnetzersatzanlage (8) zu dem Antrieb (4) zu ermöglichen und einen Energiefluss von dem Antrieb (4) in die Stromnetzersatzanlage (8) zu unterbinden.
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