DE3429722A1 - METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE DC MOTOR OF AN ELEVATOR - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE DC MOTOR OF AN ELEVATORInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Gleichstrommotors eines AufzugesMethod and device for controlling the direct current motor of an elevator
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung der Steuerspannung für den Gleichstrommotor eines Aufzuges, wobei bei dem genannten Verfahren der Netz-Wechselstrom in einem nach dem Stand der Technik an sich bekannten Verfahren gleichgerichtet wird.The present invention relates to a method and a device for forming the control voltage for the direct current motor of an elevator, wherein in said method the mains alternating current in one after the prior art method known per se is rectified.
In der Lift- bzw. Aufzugtechnik ist der Gleichstrommotor durch seine Charakteristika einem Wechselstrommotor in der Qualität überlegen. Mit Qualität ist in diesem Zusammenhang gemeint: vibrationsfrei und Genauigkeit der Drehzahlregelung. Daher werden insbesondere die getriebelosen Hochgeschwindigkeitsaufzüge so konstruiert und gebaut, daß ausschließlich Gleichstrommotoren verwendet werden.In lift and elevator technology, the characteristics of the direct current motor make it an alternating current motor superior in quality. In this context, quality means: vibration-free and accuracy of the Speed control. Therefore, the gearless high-speed elevators in particular are designed and built in such a way that that only DC motors are used.
In der Aufzugtechnik wurde die klassische Ward-Leonard-Technik bei der Regelung von Gleichstrommotoren durch die Vierquadranten-Thyristorbrücke ersetzt. Die neuartige Technologie ist vorteilhaft bei der Anwendung, zum Beispiel durch ihren hohen Wirkungsgrad und ihre hohe Leistungsfähigkeit. Nachteile, die insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsaufzügen auftreten, sind jedoch: schlechter Leistungsfaktor, hohe Anlaufströme und Harmonische, die in die Zuleitungen gelangen. Ferner haben Gleichstrommotorsteuerungs-AufZugsbetriebssysteme, die mit Strom-Halbleitern durchgeführt werden, welche Strom vom Netz entnehmen, den Nachteil, daß Netzausfall ein Durchbrennen der Sicherungen mit sich bringen kann und Menschen in dem Aufzug zwischen den Stockwerken eingeschlossen werden können.The classic Ward-Leonard technique was used in elevator technology Replaced by the four-quadrant thyristor bridge in the regulation of DC motors. the novel technology is advantageous in the application, for example by its high efficiency and its high Efficiency. Disadvantages, especially with high-speed elevators occur, however, are: poor power factor, high starting currents and harmonics, which get into the supply lines. Furthermore, DC motor control elevator operating systems have which are carried out with current semiconductors, which draw current from the network, the disadvantage that a power failure causes a burnout which can bring fuses and people get trapped in the elevator between floors can.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die voraufgeführten Nachteile eines Aufzugs mit Gleichstrommotor zu beseitigen. Um die genannte vorteilhafte Wirkung herbeizuführen, ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, daß die durch Gleichrichtung gebildete Gleichspannung nach einem Energiespeicher hin geleitet wird, der die Hauptantriebsenergie des Gleichstrommotors liefert, und daß das Steuersignal für den Gleichstrommotor durch die Konstant- oder Zwischenspannung des Energiespeichers durch Impulsbreitenmodulation bzw. Pulsbreitenmodulation vorgesehen ist, unter Verwendung von in der Technik an sich bekannter Schaltelemente, die es ermöglichen, den Motor in vier Quadranten zu steuern und zu regeln. Die wichtigsten Vorteile und Vorzüge der Erfindung sind folgende:The object of the present invention is to overcome the above-mentioned disadvantages of an elevator with a direct current motor to eliminate. In order to bring about the aforementioned beneficial effect, the method of the present invention is mainly characterized in that the direct voltage formed by rectification after an energy store is directed out, which supplies the main drive power of the DC motor, and that the control signal for the DC motor through the constant or intermediate voltage of the energy store through pulse width modulation or pulse width modulation is provided using methods known per se in the art Switching elements that make it possible to control and regulate the motor in four quadrants. The main advantages and advantages of the invention are as follows:
- Die Netzstromauslegung, die benötigt wird, ist gering, da Energie auch an den Energiespeicher geht,- The grid current rating that is required is low, as energy also goes to the energy store,
wenn der Aufzug stationär ist. Da dieser Ladestrom für den Speicher ziemlich gering ist, werden weder der Leistungsfaktor noch Superharmonische zu einem Problem.when the elevator is stationary. Since this charging current for the storage is quite low, neither will the power factor still superharmonics become a problem.
- Der Anlaufstrom übt keine belastung auf die Netzzuleitung aus, wobei das Netz dem System nur den gleichmäßigen Energiespeicher-Ladestrom liefert.- The starting current does not put any load on the power supply line off, whereby the network only supplies the system with the uniform energy storage charging current.
- Der Aufzug besitzt jederzeit Reserveleistung (der Energiespeicher), und daher brennen bei Netzausfall keine Sicherungen durch noch werden Menschen in dem Aufzug eingeschlossen.- The elevator has reserve power (the energy storage) at all times, and therefore burn in the event of a power failure no fuses nor people are trapped in the elevator.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß von dem Gleichstrommotor her Energie nach dem Speicher hin geliefert wird, wenn der Motor bremst, bei jeder Drehzahl, bei niedrigen Drehzahlen dadurch, daß die Induktanz des Läuferkreises ausgenutzt wird und/ oder eine Extra-Induktanz benutzt wird. Wenn die Drehzahl des Gleichstrommotors niedrig ist, zum Beispiel bei Beginn der Abbremsung, wobei die Spannung an den Anschlüssen ebenfalls niedrig ist, (niedriger als die konstante Spannung des Energiespeichers), kann die Energie, die beim Abbremsen des Motors freigegeben wird, selbst in diesem Fall dadurch in den Speicher geliefert werden, daß die rückzuführende Energie in der hohen Induktanz des Läuferkreises erhöht wird, wodurch die Spannung an dem Motor zunimmt und hoch genug ist, um den Strom dazu zu bringen, zum Energiespeicher zu fließen.An advantageous embodiment of the method of the present invention is further characterized in that that the direct current motor delivers energy to the accumulator when the motor brakes, at any speed, at low speeds in that the inductance of the rotor circuit is used and / or an extra inductance is used. When the speed of the DC motor is low, for example at the start of deceleration, the voltage on the terminals is also low, (lower than the constant voltage of the energy storage), the energy used in Braking of the motor is released, even in this case by being supplied to the memory in that the energy to be returned in the high inductance of the armature circuit is increased, reducing the voltage on the motor increases and is high enough to get the current to flow to the energy storage.
Das Gerät, welches das Verfahren der vorliegenden Erfindung anwendet, umfaßt eine Gleichrichtungseinheit mit in der Technik an sich bekannter Steuer^ungselektro-The apparatus employing the method of the present invention comprises a rectification unit with control electronics known per se in technology
nik und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät aus einer oder mehreren Speicherungsbatterien besteht, die als Energiespeicher dienen,und aus einem Pulsmodulationskreis, welcher den Gleichstrommotor steuert, mit deren Hilfe die Steuerspannung für den Gleichstrommotor erzeugt wird. Mit Hilfe der Pulsmodulation ist es einfach, die mittlere Leistung des Konstantspannungsgleichstroms, der nach den Verbrauchereinrichtungen hin geliefert wird, ohne Änderung der Spannungshöhe zu regeln. Darüber hinaus ist eine Speicherbatterie ein allgemein verfügbarer und einfacher Energiespeicher. Es sei darauf hingewiesen, daß eine sehr kleine Speicherbatterie, für industrielle Zwecke vorgesehen, völlig ausreicht, um die Arbeit durchzuführen οnik and is characterized in that the device is made of consists of one or more storage batteries that serve as energy stores and a pulse modulation circuit, which controls the DC motor, with the help of which the control voltage for the DC motor is generated will. With the help of pulse modulation, it is easy to determine the mean power of the constant voltage direct current that is after is supplied to the consumer equipment without changing the voltage level. In addition, is a storage battery is a generally available and simple energy storage device. It should be noted that a very small storage battery, intended for industrial use, is quite sufficient to carry out the work ο
Eine vorteilhafte Ausführungsform, welche das Verfahren der vorliegenden Erfindung anwendet, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsmodulationskreis als Thyristorkreis des sogenannten McMurray-Typs, der in der Technik bekannt ist, ausgeführt ist. Durch den McMurray-Kreis ist es möglich, ein einfaches und zuverlässiges Impulsmodulationssystem vorzusehen, das keine speziellen Komponenten benötigt.An advantageous embodiment, which the method Applies the present invention, is characterized in that the pulse modulation circuit as a thyristor circuit of the so-called McMurray type known in the art. Through the McMurray Circle it is possible to provide a simple and reliable pulse modulation system that does not require special Components required.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels im folgenden naher erläutert, und zwar zeigtThe invention is illustrated by means of an exemplary embodiment in FIG the following is explained in more detail, namely shows
Fig. 1 einen Stromkreis, bei dem die Erfindung zur Anwendung kommt,Fig. 1 shows a circuit in which the invention is used,
Fig. 2 einen Plan, der den Stand der -Technik erkennen läßt,Fig. 2 is a plan showing the prior art leaves,
Fig. 3a veranschaulicht das Prinzip der Impulsmodulation und3a illustrates the principle of pulse modulation and
Fig. 3b zeigt die Verwendung eines Halbleiterschalters unter Anwendung des Prinzips,Fig. 3b shows the use of a semiconductor switch using the principle
währendwhile
Fig. 4 eine vorteilhafte Ausführungsform des Impulsmodulationskreises erkennen läßt. 104 shows an advantageous embodiment of the pulse modulation circuit reveals. 10
Es sei darauf hingewiesen, daß Fig. 1 eine Gleichstrommotor-Steuerungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Zuleitungsnetz U liefert Einphasen-It should be noted that FIG. 1 shows a DC motor control device according to the present invention. The supply network U supplies single-phase
oder Mehrphasenwechselstrom nach einem Gleichrichter 1 hin, dessen Ausgang eine konstante Zwischenspannung U ist. Die als Energiespeicher dienende Speicherbatterie wurde mit dem Gleichrichter 1 parallelZgeschaltet. Aus der Zwischenspannung U wird mit Hilfe der Halbleiter-Schaltelemente k, 5» 6, 7 die Steuerspannung für den Gleichstrommotor 5 erzeugt. Die Elemente k bis 7 bilden einen Impulsbreitenmodulationskreis, der bei der Steuerung eines Gleichstrommotors üblicherweise verwendet wird.or polyphase alternating current to a rectifier 1, the output of which is a constant intermediate voltage U. The storage battery serving as an energy store was connected in parallel with the rectifier 1. The control voltage for the direct current motor 5 is generated from the intermediate voltage U with the aid of the semiconductor switching elements k, 5 »6, 7. The elements k to 7 form a pulse width modulation circuit which is commonly used in controlling a DC motor.
Die Fig. 2 veranschaulicht die Steuerung eines Gleichstrommotors für den Betrieb eines Aufzuges mittels des Standes der Technik. Die Stromzuführung kommt vom Dreiphasennetz RST. Die Thyristoren bilden eine Vierquadrantengleichrichtungsbrücke, durch welche der Liftbzw. Aufzugmotor 3 gesteuert wird. Die Thyristoren sind sogenannte winkelgesteuerte Thyristoren, und sie werden mit Hilfe der Netzspannung kommutiert, und daher kann die Gleichstrom-Komponente der Steuerspannung U1 des Aufzuges dadurch gesteuert werden, daß die Zündungszeit gesteuert wird. Die Gruppe 10 der drei Thyristoren Tl, T2 und T3FIG. 2 illustrates the control of a direct current motor for operating an elevator by means of the prior art. The power supply comes from the three-phase network RST. The thyristors form a four-quadrant rectification bridge, through which the lift or. Elevator motor 3 is controlled. The thyristors are so-called angle-controlled thyristors and they are commutated with the help of the mains voltage, and therefore the direct current component of the control voltage U 1 of the elevator can be controlled by controlling the ignition time. The group 10 of the three thyristors T1, T2 and T3
durch gestrichelte Linien abgegrenzt, bildet eine Hälfte der zwei Sechsthyristorbrücken, die für Vierquadrantenbetrieb benötigt werden. Abhängig von der Stromrichtung ist nur eine der zwei Brücken an, wobei ihre verschiedenen Hälften (zum Beispiel 10) leitend sind bei den verschiedenen Halbwellen des Zuleitungsstromes RST. Da die Spannung U1, von der Thyristorbrücke her erhalten, wechselnd' ist, ist es nicht möglich, beispielsweise eine Speicherbatterie daran anzuschließen.delimited by dashed lines, forms one half of the two sixth thyristor bridges that are required for four-quadrant operation. Depending on the direction of the current, only one of the two bridges is on, with its different halves (for example 10) conducting during the different half-waves of the supply current RST. Since the voltage U 1 , obtained from the thyristor bridge, is “changing”, it is not possible to connect a storage battery to it, for example.
Die Fig. 3a läßt erkennen, wie Impulsbreitenmodulation angewendet werden kann, um die konstante Gleichstromspannung regelbar zu machen. Mit der Arbeitszykluslänge, durch die Impulsbreite bestimmt, T gleichkommend, und wobei k das Ausmaß der Modulation repräsentiert, der verlangten Leistung proportional, erhält man bei dem vorliegenden Beispiel aus der ^wischenspannung U durch Impulsbreitenmodulation eine mittlere Spannung U0, bei weleher es sich gleichzeitig um die laststeuernde Spannung handelt. Es ist nunmehr ersichtlich, daß der Wert von U0 dadurch kontrolliert werden kann, daß das Ausmaß derFIG. 3a shows how pulse width modulation can be used in order to make the constant direct current voltage controllable. With the duty cycle length, determined by the pulse width, equal to T, and where k represents the extent of the modulation, proportional to the required power, in the present example one obtains an average voltage U 0 , which is simultaneous, from the intermediate voltage U by means of pulse width modulation is the load controlling voltage. It can now be seen that the value of U 0 can be controlled by checking the extent of the
dtGerman
Modulation k kontrolliert wird. Da nunmehr die Zwischenspannung U fixiert ist, ist es möglich, eine Speicherbatterie an diese Spannung anzulegen.Modulation k is controlled. Since the intermediate voltage U is now fixed, it is possible to use a storage battery to apply to this voltage.
In Fig. 3b ist in vereinfachter Weise dargestellt,In Fig. 3b is shown in a simplified manner,
wie Modulation, wie in Fig. 3a, mit einem (einzigen) Schalter bewirkt werden kann.how modulation, as in Fig. 3a, can be effected with a (single) switch.
In ^1Xg. h ist der herkömmliche sogenannte McMurray-Stromkreis dargestellt, der als thyristorbasierter Impulsbreitenmodulator benutzt werden kann. Er besteht aus den Thyristoren T^ bis TIl, den Dioden Dl bis D^, den Kondensatoren Cl und C2 und den Induktanzen Ll und L2.In ^ 1 Xg. h the conventional so-called McMurray circuit is shown, which can be used as a thyristor-based pulse width modulator. It consists of the thyristors T ^ to TIl, the diodes Dl to D ^, the capacitors Cl and C2 and the inductances Ll and L2.
Die Speicherbatterie 2 und der Gleichstrommotor 3 sind an dem Modulator angeschlossen, wie in der Figur dargestellt. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 können zum Beispiel die Schaltelemente 5 -. und 7 von dem Schaltungsdiagramm separiert werden, wie durch gestrichelte Linien angedeutet. Es sei darauf hingewiesen, daß die Komponenten C2 und L2 beiden Elementen gemeinsam sind. Der Zustand des magnetisierenden Stromkreises M des Motors 3 ist in diesem Zusammenhang keine wesentliche Angelegenheit: seine Spannung kann beispielsweise als konstant angenommen werden.The storage battery 2 and the DC motor 3 are connected to the modulator as shown in the figure. For example, referring to FIG. 1, the switching elements 5- . and 7 are separated from the circuit diagram as indicated by dashed lines. It should be noted that components C2 and L2 are common to both elements. The state of the magnetizing circuit M of the motor 3 is not an essential matter in this context: its voltage can be assumed to be constant, for example.
Es ist zweckmäßig, daß der Gleichstrommotor in vier Quadranten arbeitet, weil der Motor dann so vorgesehen werden kann, daß er in beiden Richtungen rotiert, und in jeder Drehrichtung ein positives wie auch ein negatives Drehmoment erzielt wird, wenn dieses durch die Last benötigt wird. In *ig. 4 können die Schaltelemente 4 bis 7 dann in diesem Fall aus Leistungstransistor, Thyristor oder GTO-Thyristor-Kreisen bestehen. Bei der Thyristor-Schaltung der ^ig. k wurde erzwungene Kommutation verwendet, bei welcher das Abschalten des Thyristors mit einem Resonanz-Stromkreis bewerkstelligt wird, der aus einem Kondensator und einer Drosselung (zum Beispiel C2, L2) besteht. Die erzwungene Kommutierungschaltungstechnologie ist dem einschlägigen Fachmann wohlbekannt, und daher sind in bezug auf den Einsatz der Schaltung in Fig. 4 hierin keine weiteren Erläuterungen erforderlich. It is desirable that the DC motor operate in four quadrants because the motor can then be made to rotate in both directions and both positive and negative torque is achieved in each direction of rotation when required by the load. In * ig. 4, the switching elements 4 to 7 can then consist of power transistors, thyristors or GTO thyristor circuits in this case. In the thyristor circuit of the ^ ig. k Forced commutation was used, in which the thyristor is switched off with a resonance circuit consisting of a capacitor and a choke (for example C2, L2). Forced commutation circuit technology is well known to those skilled in the art and therefore no further explanation is required herein with respect to the use of the circuit in FIG. 4.
Im folgenden soll der Einsatz einer VorrichtungThe following is the use of a device
gemäß der vorliegenden Erfindung in ihrem entsprechenden Anwendungsbereich untersucht werden.according to the present invention in its corresponding Scope to be examined.
Wenn der Aufzug sich aufwärts zu bewegen beginnt, benötigt der Gleichstrommotor 3 einen starken Anlaufstrom, den die Speicherbatterie oder ein anderer gleichwertiger Energiespeicher in jedem Fall zu liefern hat. Von der Wechselstrom-Zuleitung her wird überhaupt kein Strom entnommen über die Gleichrichtungsbrücke 1 für das Antreiben des Motors; stattdessen wird die gesamte Energie, die der Motor benötigt, von der Speicherbatterie 2 her geliefert. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß eine industrielle Speicherbatterie mit sogar sehr kleinen Abmessungen völlig adäquat ist, um die Aufgabe zu erfüllen, und daher werden keine Schwierigkeiten auftreten, einen geeigneten Energiespeicher zu finden. Die Energie, die dem Wechselstrom-Netz entnommen wird, wird lediglich für das Aufladen des Energiespeichers benötigt, um verschiedene Verluste auszugleichen, da der Motor 3 als Generator wirksam ist, der die Energie wiedergewinnt, die bei dem Aufzug- bzw. Beförderungsvorgang verbraucht wird, gerade so viel wie er für die Betätigung als Motor benötigt, wenn sich der Aufzug oder Lift auf und ab bewegt.When the elevator starts moving upwards, the DC motor 3 needs a strong starting current, which the storage battery or another equivalent energy storage device has to deliver in any case. No current at all is drawn from the AC supply line via the rectification bridge 1 for the Driving the engine; instead, all of the energy that the motor needs comes from the storage battery 2 delivered. However, it has been found that an industrial storage battery is even very small in size is entirely adequate to accomplish the task and therefore no difficulty will arise in finding one to find suitable energy storage. The energy that is taken from the alternating current network is only used for the charging of the energy store is required to compensate for various losses, since the motor 3 acts as a generator is effective, which recovers the energy that is consumed in the elevator or transportation process, just as much as it takes to operate as a motor when the elevator or elevator is moving up and down.
Es sei angenommen, daß der Strom durch den Gleichstrommotor 3 durch die gleichrichtenden Schaltelemente k und 5 in Fig. 1 fließt, wenn der Motor den Aufzug aufwärts bewegt. Die Elemente 6 und 7 sind dann in nichtleitendem Zustand, und Puls-Code-Modulation findet in den Elementen 4 und 5 statt. Wenn der Aufzug abwärts fährt, beginnt der Motor 3 als Generator zu arbeiten. Sobald die Spannung des Motors hoch genug ist, beginnen die Schaltelemente k und 5 mit Hilfe der Dioden Dl und d4 als Wechselstromgeneratoren zu arbeiten, und der Impulsbreitenmodulationskreis liefert dann Energie von der Last bzw. Belastung her durch den Motor 3 hindurch nach der Speicherbatterie 2 hin. Es ist somit deutlich erkennbar, daß das Gerät niemals Energie an das ZulieferungsnetzAssume that the current through the DC motor 3 flows through the rectifying switching elements k and 5 in Fig. 1 when the motor is moving up the elevator. The elements 6 and 7 are then in the non-conductive state, and pulse code modulation takes place in the elements 4 and 5. When the elevator goes down, the motor 3 starts to work as a generator. As soon as the voltage of the motor is high enough, the switching elements k and 5 begin to work as alternators with the aid of the diodes Dl and d4, and the pulse width modulation circuit then supplies energy from the load through the motor 3 to the storage battery 2 . It can thus be clearly seen that the device never sends energy to the supply network
zurückspeist, wie es bei den Schaltungen nach dem Stand der Technik der Fall ist.feeds back, as is the case with the circuits according to the prior art.
Die Spannung des Motors ist immer geringer als die Spannung U der Speicherbatterie. Unabhängig von der geringen Motorspannung wird der Strom dazu gebracht, durch die hohe Induktanz des Läuferkreises hindurch zu fließen, wo der Spannungswert erhöht wird, derart, daß die Schaltelemente k und 5 in den Wechselmodus übergehen. Hierdurch wird.der Vorteil erzielt, daß der Gleichstrommotor 3 bei jeder Drehzahl fähig ist, Energie in die Speicherbatterie 2 hineinzubringen; dies mag merkwürdig erscheinen, wenn man sich vergegenwärtigt, daß normalerweise Strom nicht von einer niedrigeren Spannung in eine höhere Spannung geleitet werden kann.The voltage of the motor is always lower than the voltage U of the storage battery. Regardless of the low motor voltage, the current is made to flow through the high inductance of the armature circuit, where the voltage value is increased in such a way that the switching elements k and 5 go into the alternating mode. This has the advantage that the direct current motor 3 is capable of bringing energy into the storage battery 2 at any speed; this may seem strange considering that normally current cannot be passed from a lower voltage to a higher voltage.
Falls die Speicherbatterie 2 völlig aufgeladen ist, ist bei der Ausführungsform der Fig. 1 ein Widerstand R vorhanden, über die Speicherbatterie und einen Schalter c angeschlossen, welcher den Widerstand R einschaltet, um die Extraladeenergie zu dissipieren, wie erforderlich.If the storage battery 2 is fully charged, there is a resistor R in the embodiment of FIG present, connected via the storage battery and a switch c, which turns on the resistor R to dissipate the extra charge energy as required.
Für den Fachmann ist erkennbar, daß verschiedene Ausführungsformen der Erfindung nicht ausschließlich auf das oben aufgeführte Beispiel beschränkt sind, sondern im Rahmen der Patentansprüche variieren können.Those skilled in the art will recognize that various embodiments of the invention are not limited to the above example are limited, but may vary within the scope of the claims.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |