Regelbarer Antrieb mit eintourigem oder polumschaltbarem Drehstromasynchronmotor Es ist eine Steuerung für polumschaltbare Dreh- strom-Aufzugsmotoren bekannt, bei welcher die Bremsmomente der hochpoligen Motorenwicklungen in Abhängigkeit von der Belastung der Aufzüge durch veränderbare unsymmetrische Schaltungen variierbar sind, die Variation der Ursymmetrie durch regelbare Glieder, wie z.
B. vormagnetisierte Drosseln, ab gleichbare Resonanzkreise oder Regelwiderstände, erfolgt und die Beeinflussung der Regelglieder durch die Höhe der unmittelbar vor Einleitung des-Brems- vorganges vorhandenen Fahrgeschwindigkeit oder eine zu derselben in definiertem Verhältnis stehende Grösse, z.
B. Drehzahl oder dergleichen, erfolgt. Durch diese Steuerung wird erreicht, dass die Ein- fahrwege in die Langsamlaufgeschwindigkeit durch entsprechende Variation der Bremsverzögerungen unabhängig von der Fahrkorbbelastung eingestellt werden können.
Weiterhin kann auch der Stoss beim Abbremsen des Aufzuges für den Fahrgast wesent lich angenehmer gestaltet werden, als dies bei einem normal polumschaltbaren Motor der Fall ist, da hier die normalüblichen Spitzenwerte der Verzögerungen beträchtlich reduziert werden können.
Somit nähern sich die kinetischen Eigenschaften eines Aufzuges mit dieser gesteuerten Abbremsung denjenigen eines mit Leonardantrieb ausgestatteten Aufzuges.
Die- Kosten der Herstellung sind jedoch um ein Viel faches geringer. Bei allen Vorteilen dieser bekannten Einrichtung bleibt sie allerdings immer lediglich eine Steuerungseinrichtung zur belastungsabhängigen Än derung des Motorbremsmomentes.
Bekanntlich empfindet der Aufzugsfahrgast plötz lich einsetzende Beschleunigungen oder plötzlich ein setzende Veränderungen derselben als unangenehm, so dass sogenannte schwellende Beschleunigungen, das heisst langsam ansteigende und abklingende Be schleunigungen, anzustreben sind.
Mit Leonardantrie- ben ausgerüstete Aufzugsanlagen besitzen bereits diese schwellenden Beschleunigungen und Verzöge rungen, weil die Magnetfelder der Generatoren bei jeder Fahrt nach Massgabe der Zeitkonstanten der Regelkreise und der Erregerwicklungen auf- und ab gebaut werden.
Von den Reglern werden dabei un mittelbar die Fahrgeschwindigkeiten beeinflusst, wäh rend die Beschleunigungen und deren Änderungen nur mittelbar geregelt werden. Durch die relativ gro- ssen Zeitkonstanten der Erregerwicklungen in den Generatoren werden die A.usregelzeiten der Regel kreise relativ gross.
Sowohl die mittelbare Regelung der Beschleunigung als auch die grossen Regelzeit- konstanten machen die Regeleinrichtungen für Leo- nardanlagen aufwendig und kompliziert.
Die geschilderten Nachteile sind durch die Erfin- dung behoben, indem bei einem regelbaren Antrieb mit eintourigem oder polumschaltbarem Drehstrom- @asynchronmotor, insbesondere für Aufzüge, Kräne, Pressen, Lüfter, Kompressoren oder Zentrifugen,
bei welchem durch eine Regelvorrichtung zur Verände- rung der motorischen und generatorischen Momente des Antriebsmotors eine Variation der Ursymmetrie der Motorspeisespannung durchgeführt wird, und erfindungsgemäss die Ursymmetrie der Motorspeise- spannung in Abhängigkeit von der Beschleunigung bzw.
Verzögerung dies Antriebs variiert wird, so dass die Beschleunigung bzw. Verzögerung von der je weiligen Aufzugsbelastung unabhängig ist. Dadurch können die physiologischen Wünsche des Fahrgastes berücksichtigt werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird für die Regeleinrichtung als Istwert- geber vorteilhaft ein Messgerät verwendet, welches eine beschleunigungsproportionale Grösse, z.
B. eine Spannung, erzeugt, so dass die Einrichtung in bezug auf die Beschleunigung eine Regelstrecke erster Ord nung (Steilregler) und in bezug auf die Beschleuni gungsänderung eine Regelstrecke zweiter Ordnung (Potentialregler) ist. Durch einen Antrieb gemäss der Erfindung ist auch der Vorteil vermittelt, dass dank der vernachlässigbaren Zeitkonstanten der Motor wicklungen die Regelung praktisch trägheitslos er folgt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Antriebes sieht vor, dass zu Be ginn des Abbremsvorganges durch ein Steuerglied; eine derartige Störgrössenaufschaltung durchgeführt wird, dass die Verzögerungswerte in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit, aus der her aus der Bremsvorgang eingeleitet wird, verändert werden,
so dass die Abbremswege bei der elektri schen Abbremsung bei jeder Belastung konstant sind.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Er findung wird der Motor mit unsymmetrischen Wick lungen ausgerüstet, so dass er bei vollständig aus gesteuerten Regelgliedern trotz des Restspannungs abfalles an letzteren Kreisdrehfelder besitzt.
Wie nachstehend näher gezeigt wird, verringern sich also die Regelprobleme bei der erfindungsgemä ssen Einrichtung durch die vorteilhafte Zuordnung von Regelgrösse und Steilgrösse und durch die ver- nachlässigbaren Regelzeitkonstanten gegenüber denen bei Leonardanlagen wesentlich.
Bei einem beispielsweisen polumschaltbaren Drehstrommotor werden die den beiden Motordreh zahlen zugeordneten Fahrgeschwindigkeiten eindeu tig durch die Polzahlen des Motors festgelegt. Das gesamte Fahrdiagramm des Aufzuges ist also gewis sermassen zwischen den beiden Synchrondrehzahlen des Motors aufgehängt.
Eine Regeleinrichtung hat so mit bei der Kombination mit einem polumschaltbaren Drehstrom-Aufzugsmotor die Aufgabe, die Motor momente während der nicht stationären Fahrvor gänge an die jeweilige Fahrkorbbelastung und an die physiologischen Wünsche des Fahrgastes anzupassen.
Da GDW <I>= c X b</I>ist, wird für die Beschleuni gungsregelung eine Regelstrecke erster Ordnung (Steilregler) und für die Beschleunigungsänderungs- regelung eine Regelstrecke zweiter Ordnung (Poten tialregler) benötigt.
Beim Leonardantrieb hingegen liegen die Fahr geschwindigkeiten von vornherein fest. Es ist viel mehr Aufgabe der Regeleinrichtung, den Aufzug auf der gewünschten Fahrgeschwindigkeit zu halten. Hieraus folgt aber notwendig, dass bereits für die Fahrgeschwindigkeit eine Regelstrecke erster Ord nung erforderlich ist. Die Regelung der Beschleuni gung bedingt damit eine Regelstrecke zweiter Ord nung und die Regelung der Beschleunigungsänderung eine solche dritter Ordnung (Potentialintegralregler).
Die Regeleinrichtung für einen polumschaltbaren Drehstrom Aufzugsmotor gemäss der Erfindung be- nötigt also eine um eine Ordnungszahl niedrigere Regelstrecke als eine Regeleinrichtung für einen Leonardantrieb. Wenn man noch die unterschied lichen Zeitkonstanten der Regelkreise in Rechnung stellt, so wird ohne weiteres verständlich, dass die Regler für Drehstrommotoren einfacher und billiger sein müssen als solche für Leonardantriebe, so dass neben der beträchtlichen Kostenersparnis für die Antriebsmotoren auch noch sichere und billigere Regler verwendet werden können.
Der erfindungsgemässe Antrieb kann in Anlagen Verwendung finden, wo schweranlaufende Aggregate eingesetzt werden, also z. B. im Zentrifugenbau, Pressenbau, Kranbau, Lüfterbau, Kompressorenbau usw. Der Antrieb nach der Erfindung kann aber bei spielsweise auch dort mit Erfolg eingesetzt werden, wo, bei unterschiedlichen Losbrechmomenten sanfte und ruckfreie Anläufe gefordert werden.
Das An wendungsgebiet des erfindungsgemässen Antriebes ist also .praktisch unbegrenzt.
Die Anwendungsmöglichkeit des Abtriebes nach ,der Erfindung erstreckt sich sowohl auf eintourige Motoren, bei denen nur der Hochlauf geregelt wird, als auch auf polumschaltbare Motoren, bei denen so wohl der Hochlauf als auch das Abbremsen geregelt werden.
Es ist somit durch die Erfindung dem Bedarf nach solchen Regelantrieben überall dort Rechnung getragen, wo die Drehmomente von Asynchronmoto- ren in Abhängigkeit von der Hochlaufbeschleunigung oder Bremsverzögerung geregelt werden sollen.
Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschrei bung anhand der Zeichnung in einer Ausführungs- form beispielhaft an einem Aufzugsantrieb erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine graphische Darstellung der Dreh- moment-Drehzahlkennlinien eines polumschaltbaren Aufzugsmotors. Auf der Abszisse ist die hochtourige Drehzahl n/n,AT, auf der Ordinate das Drehmoment MIM" des Motors aufgetragen.
Mit MUa'ra ist das hochtourige, mit MnzVTa das niedertourige motorische Moment und mit MUNTa, das niedertourige generato- rische Moment des Motors bei symmetrischer drei- phasiger Speisung bezeichnet, während der Index b die jeweiligen Momente bei Speisung zweier Phasen kennzeichnet;
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild des Aufzugs- antriebes und Fig. 3 schematisch die graphische Darstellung des Hochlaufvorganges eines Aufzuges.
Durch die Regeleinrichtung für polumschaltbare Drehstrom-Aufzugsmotoren kann jedes Drehmoment innerhalb der schraffierten Fläche der in Fig. 1 wie dergegebenen Drehmoment Drehzahlkennlinien eines polumschaltbaren Drehstrom-Aufzugsmotors reali siert werden. Dabei ist die Beschleunigung selbst Regelgrösse.
In Fig. 2 sind ein Aufzugsmotor DASM, Lang sam-, Schnell- und Wendeschütze der Aufzugssteue rung mit LS, <I>SS, WS,</I> Hilfskontakte der genannten Schütze mit SSK und LSK, ein in Selbstsättigungs- schaltung geschalteter Transduktor mit Wechsel stromausgang mit Tr, Steuerwicklungen des Trans- duktors mit Stl, St2, St3 und St4,
ein Zeitglied, z. B. R-C-Glied, mit<I>T,</I> ein Tachodynamo mit TD, ein Steuerglied zur Störgrössenaufschaltung, welches die Belastungsabhängigkeit der stationären Fahrgeschwin digkeit berücksichtigt mit K und ein Beschleuni- gungsmessgerät, welches eine beschleunigungspropor tionale Spannung abgibt, mit B bezeichnet, Steht der Aufzug, so ist der Transduktor Tr durch einen Strom in der Vorstromwicklung Stl ge sperrt.
Der Motor wird deshalb beim Einschalten des Schützes S über zwei Phasen gespeist und gibt demgemäss kein Drehmoment ab. Im gleichen Augen blick erhält aber das Zeitglied T über die Hilfskon- takte SSK Spannung und steuert den Transduktor Tr über die Steuerwicklung St-, entsprechend den Fahr bedingungen langsam durch.
Der Motor baut damit langsam ein Drehmoment auf, und der Aufzug wird in dem Augenblick, in dem das Motormoment grö sser als das Losbrechmoment der Anlage ist, schwel lend beschleunigt. In St3 wird nun durch die Span nung des Beschleunigungsmessgerätes eine beschleuni- gungsproportionale Gegendurchflutung erzeugt, die der Durchsteuerung des Transduktors durch Zeit glied<I>T</I> und Steuerwicklung St2 entgegenwirkt.
Ist b = brenn erreicht, halten sich öffnungsdurchflutun- gen in St2 und Gegendurchflutung in St3 die Waage. Eine weitere Durchsteuerung des Transduktors Tr wird damit unterbunden, bis das Motormoment ab nimmt und die Beschleunigung zurückgeht.
Nun wird die Gegendurchflutung in St3 nach Massgabe der Beschleunigungsabnahme reduziert und der Trans- duktor weiter durchgesteuert. Ist die Nennfahr- geschwindigkeit erreicht, so ist die Beschleunigung und damit auch die Gegendurchflutung Null.
Der Transduktor Tr ist jetzt völlig ausgesteuert. Fig. 3 zeigt schematisch den Verlauf von Motormoment M, Gegenmoment<I>W,</I> Beschleunigung <I>b,</I> Steuerstrom Ist2 und Ist3 für einen Hochlaufvorgang eines Aufzuges.
In dem Augenblick, in dem das Steuerkommando zum Abbremsen des Aufzuges erteilt wird, wird das Zeitglied T augenblicklich auf Null zurückgestellt und der Transduktor Tr gesperrt. Bei Brems beginn ist somit zunächst das in Fig. 1 durch Kurve MGNTb dargestellte minimale .generatorische Bremsmoment vorhanden, das einen weichen und doch sicheren Bremsbeginn gewährleistet.
Gleichzeitig mit dem Bremsbeginn wird das Zeitglied T über die Hilfskon- takte LSK an Spannung gelegt, so dass der Trans- duktor Tr <I>-</I> genau wie beim Hochlauf des Auf zuges - wieder langsam durchgesteuert wird, und zwar bis - b = - bN,an ist.
Eine weitere Durchsteuerung von Transduktor Tr findet nicht statt, bis die Verzögerung abzuneh men beginnt. Bei - b = 0 und Ist3 = 0 ist dann der Transduktor Tr wieder voll ausgesteuert.
Das Steuerglied K erfasst die jeweilige Belastung durch Messung der Geschwindigkeitsdifferenz zwi- sehen der Leerfahrgeschwindigkeit und der jeweils vorhandenenGeschwindigkeifundführ tüberd eSteuer- wicklung St4 eine Störgrössenaufschaltung in Abhän- gigkeit von der Belastung durch,
und zwar solange der Kontakt LSK geschlossen ist, das heisst solange der Bremsvorgang andauert.
Infolge der Lastabhängigkeit der hochtourigen Motordrehzahl wird der Abbremsvorgang in Abhän gigkeit von der Belastung, wie bekannt ist, aus ver schiedenen Fahrgeschwindigkeiten eingeleitet. Da die Abbremswege aber immer gleich gross sein sollen, müssen demgemäss die Verzögerungswerte in<B>Ab-</B> hängigkeit von der Belastung verändert werden.
Ge mäss Fig. 2 kann dies wie beschrieben in Abhängig- keit von der jeweils vor dem Bremsvorgang vorhan- denen Motordrehzahl erfolgen. Natürlich kann zur Erfahrung der Belastung auch jede andere von der Aufzugbelastung abhängige Grösse, so z. B. der Motorstrom, herangezogen werden.
Selbstverständ lich können auch an Stelle des Transduktors Tr an dere steuerbare Glieder verwendet werden. Nachdem sämtliche steuerbaren Glieder :
auch bei voller Aus- steuerung noch einen gewissen Restspannungsabfall besitzen, erhält ein nach Fig.2 gespeister Motor auch bei ausgesteuertem Regelglied keine vollkom men symmetrische Spannung. Da der Motor aber bei ausgesteuertem Regelglied ein reines Kreisdreh feldbesitzen soll,
muss seine Wicklung entsprechend dem Restspannungsabfall unsymmetrisch ausgelegt werden.
Controllable drive with single-speed or pole-changing three-phase asynchronous motor A control system for pole-changing three-phase elevator motors is known in which the braking torques of the high-pole motor windings can be varied depending on the load on the elevators by means of variable asymmetrical circuits z.
B. premagnetized chokes, from equivalent resonance circuits or control resistors, and the influencing of the control elements by the level of the driving speed present immediately before the braking process is initiated or a variable in a defined ratio to the same, e.g.
B. speed or the like takes place. This control ensures that the entry paths to the slow speed can be set independently of the car load by varying the braking decelerations accordingly.
Furthermore, the shock when braking the elevator for the passenger can be made wesent Lich more pleasant than is the case with a normal pole-changing motor, since here the normal peak values of the delays can be reduced considerably.
Thus, the kinetic properties of an elevator with this controlled braking approach those of an elevator equipped with a Leonard drive.
However, the cost of production is many times lower. With all the advantages of this known device, however, it always remains just a control device for load-dependent change in the engine braking torque.
As is well known, the elevator passenger perceives sudden acceleration or sudden changes in the same as unpleasant, so that so-called swelling accelerations, that is slowly increasing and decaying acceleration, are to be aimed for.
Elevators equipped with Leonard drives already have these swelling accelerations and decelerations, because the magnetic fields of the generators are built up and down with every trip according to the time constants of the control loops and the exciter windings.
The driving speeds are directly influenced by the controllers, while the accelerations and their changes are only indirectly controlled. Due to the relatively large time constants of the excitation windings in the generators, the regulation times of the control loops are relatively large.
Both the indirect control of the acceleration and the large control time constants make the control systems for Leonard systems expensive and complicated.
The described disadvantages are remedied by the invention in that with a controllable drive with a single-speed or pole-changing three-phase asynchronous motor, in particular for elevators, cranes, presses, fans, compressors or centrifuges,
in which a control device for changing the motor and generator torques of the drive motor is used to vary the basic symmetry of the motor supply voltage, and according to the invention the basic symmetry of the motor supply voltage as a function of the acceleration or
Delay this drive is varied so that the acceleration or deceleration is independent of the respective elevator load. This allows the passenger's physiological wishes to be taken into account. In a further embodiment of the invention, a measuring device is advantageously used as the actual value transmitter for the control device, which has a variable proportional to the acceleration, e.g.
B. a voltage is generated, so that the device with respect to the acceleration is a controlled system of the first order (steep controller) and with respect to the acceleration change a second order controlled system (potential controller). A drive according to the invention also provides the advantage that, thanks to the negligible time constants of the motor windings, the control is practically inertia.
A particularly advantageous embodiment of the drive according to the invention provides that at the beginning of the braking process by a control member; such a disturbance variable feed-in is carried out that the deceleration values are changed as a function of the respective driving speed from which the braking process is initiated,
so that the braking distances during electrical braking are constant with every load.
According to a further embodiment of the invention, the motor is equipped with asymmetrical windings, so that it has circular rotating fields in spite of the residual voltage drop on the latter when fully controlled regulating elements.
As will be shown in more detail below, the control problems with the device according to the invention are significantly reduced by the advantageous assignment of controlled variable and steep variable and by the negligible control time constants compared to those in Leonard systems.
In an example of a pole-changing three-phase motor, the driving speeds assigned to the two motor speeds are clearly defined by the number of poles of the motor. The entire travel diagram of the elevator is therefore suspended between the two synchronous speeds of the motor.
When combined with a pole-changing three-phase elevator motor, a control device has the task of adapting the motor torques during the non-stationary Fahrvor gears to the respective car load and the physiological wishes of the passenger.
Since GDW <I> = c X b </I>, a first-order controlled system (steep controller) is required for the acceleration control and a second-order controlled system (potential controller) for the acceleration change control.
With the Leonard drive, however, the driving speeds are fixed from the start. It is much more the task of the control system to keep the elevator at the desired travel speed. From this, however, it necessarily follows that a first-order controlled system is required for the driving speed. The regulation of the acceleration thus requires a controlled system of the second order and the regulation of the change in acceleration requires a third order (potential integral controller).
The control device for a pole-changing three-phase elevator motor according to the invention therefore requires a control system that is one ordinal number lower than a control device for a Leonard drive. If you also take into account the different time constants of the control loops, it is easy to understand that the controllers for three-phase motors have to be simpler and cheaper than those for Leonard drives, so that in addition to the considerable cost savings for the drive motors, safe and cheaper controllers are also used can be.
The drive according to the invention can be used in systems where heavy-duty units are used, e.g. B. in centrifuge construction, press construction, crane construction, fan construction, compressor construction, etc. The drive according to the invention can also be used with success, for example, where, with different breakaway torques, gentle and jerk-free starts are required.
The field of application of the drive according to the invention is practically unlimited.
The possible application of the output according to the invention extends to single-speed motors, in which only acceleration is controlled, and to pole-changing motors, in which both acceleration and braking are controlled.
The invention thus takes into account the need for such variable speed drives wherever the torques of asynchronous motors are to be controlled as a function of the run-up acceleration or braking deceleration.
The invention is explained in the following description with reference to the drawing in one embodiment using an elevator drive as an example. 1 shows a graphic representation of the torque-speed characteristics of a pole-changing elevator motor. The high-speed speed n / n, AT is plotted on the abscissa, and the torque MIM "of the motor is plotted on the ordinate.
MUa'ra denotes the high-speed motor torque, MnzVTa the low-speed motor torque and MUNTa, the low-speed generating torque of the motor with symmetrical three-phase supply, while the index b denotes the respective moments when two phases are supplied;
FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of the elevator drive and FIG. 3 shows a schematic diagram of the run-up process of an elevator.
Through the control device for pole-changing three-phase elevator motors, any torque can be realized within the hatched area of the torque characteristics of a pole-changing three-phase elevator motor as shown in FIG. 1. The acceleration itself is a controlled variable.
In Fig. 2 an elevator motor DASM, slow, fast and reversing contactors of the elevator control with LS, <I> SS, WS, </I> auxiliary contacts of the mentioned contactors with SSK and LSK, a transductor switched in self-saturation circuit with alternating current output with Tr, control windings of the transducer with Stl, St2, St3 and St4,
a timer, e.g. B. RC element, with <I> T, </I> a tachodynamo with TD, a control element for interfering variables, which takes into account the load dependency of the stationary speed with K and an accelerometer, which emits a voltage proportional to acceleration, with B, when the elevator is at a standstill, the transductor Tr is blocked by a current in the bias winding Stl.
When the contactor S is switched on, the motor is therefore fed via two phases and accordingly does not emit any torque. At the same time, however, the timing element T receives voltage via the auxiliary contacts SSK and slowly controls the transducer Tr via the control winding St- according to the driving conditions.
The motor slowly builds up a torque and the elevator is accelerated to a simmering moment at the moment when the motor torque is greater than the breakaway torque of the system. In St3, the voltage of the accelerometer generates an acceleration-proportional counterflow, which counteracts the control of the transductor by timing element <I> T </I> and control winding St2.
If b = burn is reached, the opening flow in St2 and counter flow in St3 are balanced. A further control of the transducer Tr is thus prevented until the engine torque decreases and the acceleration decreases.
The counterflow in St3 is now reduced in accordance with the decrease in acceleration and the transducer is further controlled. Once the nominal travel speed has been reached, the acceleration and thus also the counterflow is zero.
The transducer Tr is now fully controlled. 3 shows schematically the course of motor torque M, counter torque <I> W, </I> acceleration <I> b, </I> control current Ist2 and Ist3 for a run-up process of an elevator.
At the moment when the control command to brake the elevator is issued, the timer T is immediately reset to zero and the transducer Tr is blocked. At the start of braking, the minimum .generational braking torque shown in Fig. 1 by curve MGNTb is thus initially available, which ensures a smooth but safe braking start.
At the same time as the start of braking, the timing element T is connected to voltage via the auxiliary contacts LSK, so that the transducer Tr <I> - </I> is controlled slowly again, exactly as when the opening was started, until - b = - bN, an is.
Another through-control of transductor Tr does not take place until the delay begins to decrease. When - b = 0 and Ist3 = 0, the transductor Tr is fully controlled again.
The control element K detects the respective load by measuring the speed difference between the idle speed and the respective existing speed, and uses the control winding St4 to apply a disturbance variable depending on the load,
as long as the LSK contact is closed, i.e. as long as the braking process lasts.
As a result of the load dependency of the high-speed engine speed, the braking process is initiated as a function of the load, as is known, from different driving speeds. However, since the braking distances should always be the same, the deceleration values must be changed as a function of the load.
According to FIG. 2, this can take place, as described, as a function of the respective engine speed prior to the braking process. Of course, any other variable depending on the elevator load can also be used to experience the load, e.g. B. the motor current can be used.
Of course, other controllable members can also be used instead of the transducer Tr. After all controllable elements:
have a certain residual voltage drop even with full modulation, a motor fed according to FIG. 2 does not receive a fully symmetrical voltage even when the control element is modulated. However, since the motor should have a pure circular rotary field when the control element is activated,
its winding must be designed asymmetrically according to the residual voltage drop.