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Die Erfindung bezieht sich auf einen regelbaren Antrieb für Aufzüge
mit einem eintourigen oder polumschaltbaren Drehstromasynchronmotor mit Kurzschlußläufer
und mit eines Regeleinrichtung zur Veränderung der motorischen und generatorischen
Momente des Antriebsmotors.
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Es ist ein regelbarer Antrieb mit eintourigem oder polumschaltbarem
Drehstromasynchronmotor, insbesondere für Aufzüge, Kräne, Pressen, Lüfter, Kompressoren
oder Zentrifugen, bekannt, bei welchem durch eine Regelvorrichtung zur Veränderung
der motorischen und generatorischen Momente des Antriebsmotors eine Variation der
Unsymmetrie der Motorspeisespannung vorgenommen wird, indem die Unsymmetrie der
Motorspeisespannung in Abhängigkeit von der Beschleunigung bzw. Verzögerung des
Antriebs variiert wird, so daß die Beschleunigung bzw. Verzögerung von der jeweiligen
Motorbelastung unabhängig ist (österreichische Patentschrift 241065).
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Es ist ferner aus der schweizerischen Patentschrift 365 845 bekannt,
einen polumschaltbaren Drehstromaufzugmotor mit einer gleichstromerregten Wirbelstrombremse
zu kombinieren, wobei unter anderem eine Wicklung des polumschaltbaren Motors selbst
mit Gleichstrom erregt wird. Dort bleibt während des Bremsbetriebs neben der gleichstromerregten
Wicklung auch noch die hochpolige Wicklung (Langsamlauf-Wicklung) an das Netz angeschaltet.
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Bei Hebezeugen im allgemeinen gehört es auch bereits zum Stand der
Technik, zur Bremsung allein die Ständerwicklung eines Drehstromschleifringläufermotors
mit Gleichstrom zu erregen.. Dabei kann die Bremswirkung auch geregelt werden. So
ist z. B. ein Antrieb für Förderhaspeln mit Schleifringläufermotoren bekannt, der
beim Hochlauf durch Ändern der Rotorkreiswiderstände und beim Bremsen durch Ändern
der Rotorkreiswiderstände und zusätzliche Gleichstromerregung (Wirbelstrombremsung
mit veränderlichem Rotorkreiswiderstand) gesteuert wird und der eine Schleichgeschwindigkeit
benötigt, die durch wahlweisen motorischen Betrieb oder Gleichstrombremsbetrieb
auf äußerst komplizierte Weise realisiert werden muß.
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Die Anwendung eines Geschwindigkeits-Weg-Reglers mit digitaler Wegerfassung
während der Bremsphase ist bei elektrischen Fördermaschinen aus der deutschen Auslegeschrift
1169 094 bekannt. Zum Stand der Technik gehört es ferner, Thyristoren zum Steuern
von Drehstrommotoren zu verwenden (AEG-Mitteilung, 1965, Heft 2, S. 135 bis 140).
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Schließlich gehört zum Stand der. Technik eine Einrichtung an Aufzügen
zur Erreichung einer stoßfreien Verzögerung des Förderorgans und zum genauen Anhalten
auf Stockwerkshöhe, bei welcher mit der Aufzugswinde ein Rotor gekuppelt ist, welcher
beim Abbremsen des Förderorgans in einem Magnetfeld rotiert, das von einem Strom
erregt wird, dessen Größe von der Größe der Differenz zwischen der Spannung einer
mit der Aufzugsantriebsmaschine gekuppelten Tachometerdynamo und der Spannung an
einem Kondensator abhängt, welcher Kondensator während der Fahrt auf einen bestimmten
Wert aufgeladen und während der Bremsperiode entladen wird (schweizerische Patentschrift
329 492). Diese Einrichtung benötigt zumindest zwei Aggregate, nämlich einen Antriebsmotor
und eine Bremsmaschine bzw. einen niederpoligen Motor und einen hochpoligen Motor.
Diesem Stand der Technik gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter
Verwendung eines einfachen Kurzschlußläufermotors einen regelbaren Antrieb für Aufzüge
zu vermitteln, welcher es ermöglicht, bei stetig abnehmender Fahrgeschwindigkeit
ohne Zwischenschaltung einer Schleichgeschwindigkeit direkt bündig in die Haltestelle
einzufahren.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe durch die Erfindung besteht bei
einem regelbaren Antrieb der eingangs geschilderten Art darin, daß erfindungsgemäß
das generatorische Moment in Abhängigkeit von der Verzögerung des Antriebs durch
an sich bekannte Gleichstrombremsung geregelt wird und daß der Verzögerungsregelung
im Laufe der Bremsphase eine Geschwindigkeits-Wecr-Regelung mit digitaler Wegerfassung
überlagert wird. Dem erfindungsgemäßen Antrieb liegt somit eine Verzögerungsregelung
mit einer an sich bekannten Gleichstrombremsung zugrunde, mit welcher an sich nur
monoton abgebremst werden kann. Allein mit Hilfe der bekannten Gleichstrombremsung
könnte der Aufzug also niemals in die Bündigstellung der Haltestelle zum Stehen
kommen. Es würde vielmehr ein so großer Wegfehler auftreten, daß die Einführung
einer Schleichgeschwindigkeit unumgänglich wäre, wie dies auch bei den bekannten
Lösungen vorgesehen ist. Darüber hinaus ist die Umschaltung von einer reinen Gleichstrombremsung
auf eine Schleichgeschwindigkeit bekanntlich technisch nicht einwandfrei, d. h.
nicht ruckfrei zu realisieren. Mit Rücksicht auf die Aufgabenstellung des Erfindungsgegenstandes,
ohne Zwischenschaltung einer Schleichgeschwindigkeit den Aufzug direkt in die Haltestelle
einzufahren, war also die Verwendung der an sich bekannten reinen Gleichstrombremsung
erst denkbar, nachdem gleichzeitig ein Weg gefunden worden war, wie ein Regelvorgang
für die Bremsphase durchgeführt werden kann. Der Regelvorgang für die Bremsphase
ist erfindungsgemäß durch die Kombination einer Verzögerungsregelung mit einer digital
arbeitenden Geschwindigkeits-Weg-Regelung herbeigeführt. Diese Kombination war auch
durch die bekannte Anwendung einer Geschwindigkeits-Weg-Regelung mit digitaler Wegerfassung
während der Bremsphase bei elektrischen Fördermaschinen nicht nahegelegt, weil diese
bekannte Einrichtung viel zu kompliziert und aufwendig ist, als daß sie für den
Aufzugbau verwendbar wäre, zumal im Rahmen der Erfindung die Verwendung des Kurzschlußläufermotors
darauf abzielt, einen regelbaren Antrieb für Aufzüge zu vermitteln, welcher selbst
dem bekannten Leonard-Antrieb überlegen ist, weil eine einfachere und bessere Regelung
erzielt ist.
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Wendet man beim Bremsen erfindungsgemäß die an sich bekannte Gleichstrombremsung
an und steuert den Erregerstrom für diese mit einer Regeleinrichtung der geschilderten
Art, so kann bei der Bremsung des Motors jedwedes negative Moment zwischen einem
Maximalwert und Null, und zwar bis zum Stillstand des Motors, eingestellt werden.
Eine graphische Darstellung der Drehmoment-Drehzahlkennlinien bei unsymmetrischer
Bremsung und bei Wirbelstrombremsung ist in F i g. 1 gegenübergestellt. Die doppelt
schraffierte Fläche ist dabei gleich dem aussteuerbaren Drehmoment-Drehzahlbereich,
der bei der unsymmetrischen Bremsung zur Verfügung steht, während die einfach schraffierte
Fläche zusammen mit der doppelt schraffierten Fläche den bei
Gleichstrombremsung
zur Verfügung stehenden Drehmoment-Drehzahlbereich kennzeichnet.
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Der erfindungsgemäße Antrieb ist auch deshalb besonders vorteilhaft,
weil er in eine konventionelle Aufzuganlage eingebaut werden kann. Durch einen Umschalter
ist es möglich, den Aufzug auf den konventionellen Antrieb mit einem polumschaltbaren
Aufzugmotor umzustellen. Infolgedessen ist der Aufzug stets betriebsbereit, selbst
wenn die Regelvorrichtung einmal aus irgendwelchem Grund unvorherhergesehen ausfallen
sollte.
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In F i g. 2 ist ein schematisches Schaltbild für eine Regeleinrichtung
mit Variation der Motorsymmetrie für den Hochlauf und Gleichstrombremsung mit dem
erfindungsgemäßen neuen Regler dargestellt. Für die Steuerung des Motors sind dabei
beispielhaft zwei Thyristoren Thy in Antiparallelschaltung und eine einphasige Gleichrichterbrücke
Gl vorgesehen. U", VQ, W" sind die drei Stränge der Langsamlauf-Wicklung des Motors,
Ub, Vb, Wb die der Schnellauf-Wicklung. Mit WS sind die Fahrtrichtungsschütze,
mit SS das Schütz für die Schnellfährt und mit BS das für das Bremsen bezeichnet.
StTh,, ist das Ansteuergerät für die Thyristoren, Rb der Beschleunigungsregler,
Ib der Istwertgeber und Sb der Sollwertgeber für die Beschleunigung. R," S" und
L,, sind die für den Bremsvorgang benötigten entsprechenden Bausteine eines dem
Beschleunigungsregler überlagerten Geschwindigkeits-Weg-Reglers mit digitaler Wegerfassung.
Schließlich ist St" Hall eine Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von Kabinenbelastung
und Fahrgeschwindigkeit die Erregung der Wirbelstromabbremsung so steuert, daß der
Aufzug in der Haltestelle bündig hält. S ist ein mehrfach unterbrochener Schleifring
auf der Welle der Tachomaschine TD, während eH Hilfskontakte aus der konventionellen
Aufzugssteuerung sind.
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Die Funktionsweise der Einrichtung ist dabei folgende: Beim Anfahren
wird die Schnellauf-Wicklung des Motors zweiphasig über Schütz WS und
SS
an Spannung gelegt. Da gleichzeitig die Sollwertvorgabe schwellend einsetzt,
werden Regler Rb, Ansteuergerät StTh,, und die Thyristoren Thy schwellend durchgesteuert.
Im Motor baut sich damit langsam ein Drehmoment aus, so daß sich der Aufzug nach
Erreichen seines Losbrechmoments von der Beschleunigung Null aus schwellend beschleunigt.
Die Beschleunigung des Antriebs wird dabei vom Istwertgeber 1b erfaßt und dem Beschleunigungsregler
Rb zugeführt. Ist die Sollbeschleunigung erreicht, d. h. der Regler in seinen Arbeitspunkt
hineingelaufen, so wird die Beschleunigung so lange konstant gehalten, bis sie,
durch die Drehmoment-Drehzahlkennlinie des Motors bedingt, bei Erreichen der Nennfahrgeschwindigkeit
auf Null zurückgeht. Infolge der Abweichung vom Istwert werden dabei Regler, Ansteuergerät
und Thyristoren voll aufgesteuert, so daß der Motor bis auf die kleine Unsymmetrie
infolge des Restspannungsabfalls an den Thyristoren symmetrisch betrieben wird.
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Zu Beginn der Bremsung wird der Regler kurzzeitig gesperrt, damit
sich das vorhandene Motormoment abbauen kann. Sodann setzt die Gleichstrombremsung
schwellend ein, bis die Nennverzögerung erreicht ist. Nun besitzt der Beschleunigungsregler
die nachteilige Eigenschaft, daß seine Regelabweichungen in bezug auf den Bremsweg
integriert werden. Würde dieser Regler also allein wirksam sein, so würde der Aufzug,
je nach Größe der Regelabweichungen, mehr oder weniger weit von der Sollhaltestelle
entfernt zum Stehen kommen. Es wird deshalb im Laufe des Bremsvorganges dem Beschleunigungsregler
ein Fahrgeschwindigkeits-Weg-Regler mit digitaler Wegerfassung übergeordnet. Zur
digitalen Wegerfassung kann dabei der Sollwertgeber für die Fahrgeschwindigkeit
z. B. eine Anzahl bistabiler Kippstufen, die in Form einer Zählkette angeordnet
sind, beinhalten, wobei diese beispielsweise durch einen auf der Tachomaschine angeordneten,
mehrfach unterbrochenen Schleifring S angesteuert werden. Weiterhin können die Ausgänge
aller Stufen der Zählkette über Widerstandskombinationen so zusammengefaßt werden,
daß sich die Spannung an einem abschließenden Lastwiderstand von Zählstufe zu Zählstufe
um einen betimmten Betrag ändert. Am Ausgang des Geschwindigkeits-Sollwertgebers
erscheint somit eine »Geschwindigkeits-Leitlinie«. Durch Vergleich mit dem Geschwindigkeits-Istwert
im übergeordneten Regler R,, ist es damit möglich, den Aufzug entlang dieser Leitlinie
in die Haltestelle zu ziehen.
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Nachdem jeder digitale Wert um ± eine Zähleinheit schwanken kann und
der Regler R,, Regelabweichungen besitzt, ist die Genauigkeit der beschriebenen
Leitlinienregelung im allgemeinen auch noch nicht ausreichend, um eine einwandfreie
Haltegenauigkeit zu erzielen. Kurz vor der Bündigstellung des Aufzuges löst deshalb
ein Kommando aus der Aufzugsteuerung den elektrischen Haltevorgang aus. Dabei wird
der Beschleunigungsregler Rb durch den Kontakt eH vom Thyristor-Ansteuergerät abgeschaltet
und die Steuereinrichtung für den elektrischen Haltevorgang SteIHall durch einen
weiteren Kontakt eH zugeschaltet. Das Steuergerät für den elektrischen Haltevorgang
steuert nun die Erregung für die Gleichstrombremsung in Abhängigkeit von der vorhandenen
Fahrgeschwindigkeit und Belastung so aus, daß der Aufzug unabhängig von Belastung
und Fahrgeschwindigkeit genau in die Bündigstellung zum Stillstand kommt. Die mechanische
Aufzugbremse schließt erst, wenn der Aufzug steht, sie wird also nur noch als reine
Haltebremse verwendet.
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An Hand der Schaltskizze F i g. 3 sei das Prinzip der erfindungsgemäßen
elektrischen Haltesteuerung näher erläutert. Transformator Tr ist mit seiner Primärseite
auf der Wechselstromseite des Gleichrichters Gl für die Gleichstrombremsung angeschlossen
(siehe auch F i g. 2). An seiner Sekundärseite liegt die Diode D, ein RC-Glied,
bestehend aus Einstellwiderstand R und Kondensator C, sowie Widerstand R1, der seinerseits
über Gleichrichter Gll an der Tachomaschine angeschlossen ist. An Widerstand R2
kann ein Teil der Summenspannung, die an Kondensator C und Widerstand R1 ansteht,
abgenommen werden. Da der Kondensator C integrierende Wirkung besitzt, ist die an
ihm auftretende Spannung proportional der Stromzeitfläche des während der Bremsphase
geflossenen Erregerstromes für die Wirbelstrombremsung, also proportional der für
den Bremsvorgang erforderlichen Drehmoment-Zeitfläche, während die an Widerstand
R1 anstehende Spannung proportional der Fährgeschwindigkeit ist. Gibt man die an
R2 anstehende Spannung in den Eingang des Ansteuergerätes für die Thyristoren, so
kann bei richtiger Einstellung der Schaltglieder das elektrische
Halten
so gesteuert werden, daß der Aufzug wie gewünscht in seiner Bündigstellung zum Stehen
kommt.