CH660473A5 - Aufzugsanlage mit mehrphasenmotor. - Google Patents

Description

65 Die Erfindung bezieht sich auf Aufzüge, insbesondere auf eine Aufzugsanlage mit Mehrphasenmotor. Es ist wohlbekannt, dass die Drehzahl und das Drehmoment eines mehrphasigen Induktionsmotors eine Funktion der Fre

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quenz des ihm zugeführten Wechselstromes und der zugehörigen Wechselspannung ist, welche an die Wicklungen angelegt wird.

Es ist auch wohlbekannt, dass der Motor entweder synchron laufen kann, d.h. mit derselben Frequenz wie die angelegte Leistung, oder asynchron, d.h. schneller oder langsamer als dieser Frequenz entspricht. Der Motor arbeitet mit synchroner Geschwindigkeit, wenn er unbelastet ist, und mit asynchroner Geschwindigkeit, wenn er entweder unter Last steht, oder angetrieben wird. Der Geschwindigkeitsunterschied wird als Schlupf bezeichnet und seine Grösse hat einen enormen Einfluss auf den Wirkungsgrad und die Leistung des Motors.

Die Hersteller von Mehrphasenmotoren setzen daher oft Grenzwerte für den Schlupf fest, üblicherweise etwa + 1 Hz., in Abhängigkeit der Konstruktionsweise des Motors, und davon, ob dieser antreibt, Strom wiedergewinnt, oder bremst. Um ein maximales Drehmoment zu erhalten und den Wirkungsgrad des Motors möglichst hoch zu halten, sollte der Schlupf im belasteten Zustand den angegebenen Wert nicht überschreiten. Wenn beispielsweise ein zweipoliger Motor während des Antriebes mit einer 60 Hz-Quelle ge-spiesen wird, beträgt die Drehzahl beim Nenn-Drehmoment etwa 3540 U/min, was einem positiven Schlupf von +1 Hz entspricht.

Bei umgekehrter Betrachtungsweise, aber Verwendung derselben Kriterien, kann eine elektrische Leistung durch den Motor abgegeben werden, oder in die Quelle zurückge-spiesen werden, wenn der Motor mit einer Geschwindigkeit rotiert, welche grösser ist als die Frequenz. Auch in diesem Fall sollte der Schlupf innerhalb jener Grenze gehalten werden, es kann jedoch zum Zwecke der Stromwiedergewinnung oder des Bremsens, die Drehzahl des Motores beim Nenn-Drehmoment etwa 3660 U/min betragen. In diesem Fall ist der negative Schlupf — 1 Hz.

Es ist daher nicht überraschend, dass viele Verfahren ausprobiert wurden, um den Schlupf genau zu beherrschen; die Mehrzahl dieser Versuche waren jedoch nicht ausgesprochen erfolgreich, weil entweder zu kostspielig, zu kompliziert, oder zu wenig leistungsfähig.

Bei Aufzügen ist das Beherrschen des Schlupfes besonders wichtig und anspruchsvoll, weil bei dieser Anwendung die Motorleistung höher sein muss als bei den meisten anderen Anwendungsarten. Um eine komfortable Fahrt zu gewährleisten, muss der Motor ruckfrei beschleunigt und gebremst werden, ohne Vibrationen oder Geräusche; gleichzeitig muss er rasch laufen, um die Schnelligkeit der Anlage zu gewährleisten. Ausserdem sollte der Motor wirkungsvoll sein, d.h. dass er Energie wiedergewinnen können soll, und er muss natürlich auch noch so betrieben werden, dass ein genaues Ausrichten des Fahrstuhles bei den verschiedenen Stockwerken stattfindet. Dabei ist besonders wichtig, dass der Motor oft mit einer Drehzahl betrieben werden muss, die fast gleich null ist, ein Zustand bei dem eine exakte Steuerung der Frequenz für einen ruhigen Lauf absolut notwendig ist.

Es ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, eine von einem Mehrphasenmotor getriebene Aufzugsanlage mit einer Steuerung der Drehzahl und des Drehmomentes zu schaffen. Zu diesem Zweck ist die Erfindung, wie im Anspruch 1 beschrieben, definiert.

Die Erfindung gestattet eine sehr exakte Steuerung des Schlupfes, weil die Stellung der Welle mit einer sehr hohen Zählrate festgestellt wird, welche Rate viel höher ist als die Drehzahl des Motors, was bedeutet, dass für jede Umdrehung viele Bestimmungen stattfinden.

Die Steuerung ist universell; sie kann für alle Mehrphasenmotoren verwendet werden. Bei entsprechenden Polanordnungen kann die Zählung für die Motordrehzahl erhöht werden, und da sie nicht grundsätzlich durch eine Frequenz beschränkt ist, kann man damit Motoren über einen sehr grossen Drehzahlbereich steuern, insbesondere bei niedriger oder sogar fast verschwindender Drehzahl. Dadurch ist die Steuerung für Aufzüge sehr geeignet. Da sie gleichzeitig eine sehr genaue Steuerung des Schlupfes gestattet, optimiert die Erfindung die Wiedergewinnung elektrischer Energie und ihre Rückspeisung in die Batterie. Diese Eigenschaft ist bei Aufzügen besonders nützlich, weil während etwa 30% der Zeit eine Rückgewinnung stattfindet, da die Last durch ein Gegengewicht ausgeglichen ist.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen derselben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschema einer Aufzugssteuerung, weiche einen Wechselrichter zum Antreiben eines 3-Phasenmotores verwendet, wobei der Wechselrichter durch eine Batterie ge-spiesen wird,

Fig. 2 ein Blockschema einer Amplituden- und Frequenzsteuerung, welche in der Steuerung der Figur 1 zur Speisung des Wechselrichters verwendet wird, um den Schlupf, das Drehmoment, und die Drehzahl zu steuern; und

Fig. 3 mehrere, auf dieselbe Zeitachse bezogene Kurvenformen.

Die Figur 1 zeigt eine Steuerung für einen Aufzug, welche eine Anzahl Komponenten enthält, die wohlbekannt und für die Erfindung nicht wesentlich sind. Es werden daher diese Bestandteile nicht im einzelnen beschrieben, ausser wenn es für die Beschreibung der Erfindung notwendig ist. Diese Bestandteile umfassen einen Bewegungsüberwacher, Profilerzeuger, und Drehzahl- und Drehmomentüberwacher. sowie andere im folgenden identifizierten Teile.

In Figur 1 ist ein Fahrstuhl 10 durch ein Kabel 11 mit einem Gegengewicht 12 verbunden. Der Fahrstuhl ist mit einem Mehrphasen-Induktionsmotor 13 verbunden, welcher Energie von einem Wechselrichter 14 bezieht. Der Motor treibt ein Tachometer 15 an, welcher ein Tachometersignal TACH 1 erzeugt und in die Leitung 15a einspeist. Dieses Signal stellt die momentane Drehzahl des Motors dar. Der Wechselrichter bezieht Gleichstrom von einer Batterie 16, und die Batterie wird durch ein Ladegerät 17 geladen, das mit einer Stromquelle verbunden ist. Es kann der Gleichstrom von der Batterie zum Wechselrichter und umgekehrt fliessen. Infolge Wiedergewinnung von Energie durch den Motor, kann Strom zur Batterie fliessen, und zwar infolge der Bewegung des Fahrstuhles in eine bestimmte Richtung, beispielsweise abwärts. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche Aufladung, neben der durch das Ladegerät erzeugten. Der Grossteil der Spitzenleistung für den Wechselrichter wird durch die Batterie geliefert, so dass die Anlage praktisch von der Stromquelle isoliert ist, wodurch eine Quelle von elektrischen Störungen im Netz vermieden wird, welche sonst andere angeschlossene Geräte stören könnte.

Ein Überwachungsgerät 18 empfangt die Überwachungssignale des Fahrstuhles sowie die Aufrufe, und verkehrt über eine Mehrzahl von Leitungen 19a mit einem Bewegungsüberwachungsgerät 19. Letzteres sendet Signale über Leitungen 19b zu einem Profilerzeuger 20, welcher auf vorbestimmte oder programmierte Weise einen bestimmten Bewegungsoder Geschwindigkeitsablauf für den Fahrstuhl aufstellt. Dadurch wird der Fahrstuhl in Abhängigkeit des Bewegungsüberwachungsgerätes bewegt, wie in zahlreichen Patenten beschrieben ist. Der Profilerzeuger erzeugt ein Ausgangssignal PROF 1, das über eine Leitung 20a einer Drehzahl- und Drehmomentsteuerung zugeführt wird. Diese Drehzahl- und Drehmoment-Steuerungseinheit erzeugt in Abhängigkeit des PROF 1-Signales ein erstes Gleichstromsi5

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gnal, das Signal SLIP 1 auf der Leitung 21a, welches Signal einem bestimmten Schlupf entspricht, der für das durch den Profilgenerator erzeugte Signal PROF 1 gewünscht wird. Auf der Leitung 21b erzeugt der Profilgenerator ein zweites Gleichstromsignal, das Signal AMPLITUDE 1, welches die gewünschte Strom- (oder Spannungs-) Amplitude darstellt, die für die gewünschte Bewegung den Wicklungen des Moto-res zugeführt werden soll.

Die gegenseitige Beziehung zwischen den Signalen SLIP 1 und AMPLITUDE 1 bestimmt das Drehmoment und die Drehzahl des Motores und wird durch eine Rückkopplungssteuerung bestimmt. Diese beruht auf einer Abtastung des durch das Tachometer gelieferten Signales TACH 1, welches dem Bewegungsüberwacher, an dem Profilgenerator, dem Drehzahl- und dem Drehmomentüberwacher zugeführt wird. Diese verwenden das Signal um ihre jeweiligen Ausgangssignale zu erzeugen, und um schliesslich die Signale SLIP 1 und AMPLITUDE 1 zu erzeugen, welche dazu dienen in jedem Augenblick eine gewünschte Motorleistung zu erhalten, um den Fahrstuhl nach Wunsch zu bewegen.

Es wird das TACH 1-Signal auch einer Amplituden-Frequenzsteuerungsschaltung (AFCL) 22 zugeführt, welche ausserdem die Signale SLIP 1 und AMPLITUDE 1 erhält. Die Schaltung AFCL verwendet diese Signale um die Signale PHASE 1,2 und 3 zu erzeugen und an die Leitungen 22a abzugeben, wobei jedes dieser Signale eine hochaufgelöste, stufenförmige Sinuswelle darstellt, deren Amplitude in bestimmter Beziehung zum Signal AMPLITUDE 1 steht, um die Bewegungen des Fahrstuhles auf bestimmte Weise zu steuern.

Die Signale PHASE 1—3 sind so phasenverschoben, wie es die Phasen des Motores verlangen (z.B. um 0°, 120°, 240°, für den im Beispiel gezeigten 3-Phasenmotor) und ihre Frequenz entspricht der gewünschten Motordrehzahl und dem Schlupf entsprechend einem ausgewählten Signal SLIP 1. Die Amplitude der Signale entspricht dem gewünschten Motorstrom, und wird durch das Signal AMPLITUDE 1 bestimmt.

Die Signale PHASE 1 — 3 am Ausgang des AFCL werden einem Stromregler (CR) 23 zugeführt, welcher ebenfalls sinusförmige Ausgangssignale erzeugt und in seine Ausgangsleitungen 23a speist, die die Signale einem pulsbreiten Modulator (PWM) 24 zuführen. Der PWM liefert entsprechende Ausgangssignale, PWM-Signale genannt, wobei jedes Signal einen Impuls umfasst, dessen Dauer sich proportional zur Grösse des entsprechenden CR-Signales ändert. Die PWM-Signale werden über eine Leitung 24a dem Wechselrichter zugeführt. Der Stromregler bewirkt eine Rück-kopplungs-Uberwachung des Motorstromes, um sicherzustellen, dass er den PHASE 1—3 Signalen genau folgt. Diese Steuerungsart ist den Fachleuten wohlbekannt.

Die vom PWM an den Wechselrichter gelieferten PWM-Signale schalten einzelne Teile des Wechselrichters ein und aus, und zwar proportional zur Dauer der Impulse im PWM-Signal. Der Wechselrichter schaltet die Batteriespannung proportional zur Dauer der Pulse des PWM-Signales ein und aus, wobei diese Spannung über die Leitungen 14a an die Motorwicklungen angelegt wird. Da die Dauer dieser den Wechselstrom treibenden Impulse durch die AFCL-Schaltung sinusförmig zusammenhängen, sind die Mittelwerte der Impulse am Ausgang des Wechselrichters ebenfalls sinusförmig. Obwohl die Ausgangssignale auf jeder der Leitungen 14a am Ausgang des Wechselrichters Spannungsimpulse aufweisen, fliesst infolge der induktiven Charakteristiken des Motors ein sinusförmiger Strom (I) über jede der Leitungen 14a und durch den Motor, wobei die Frequenz dieses Stromes die primäre Frequenz der Signale PHASE 1, 2, 3 ist. Durch die Induktanz des Motores werden die harmonischen Frequenzen äusserst wirksam unterdrückt und es liefert demzufolge der Wechselrichter im Endeffekt dem Motor einen sinusförmigen 3-Phasenstrom. Dieser Strom folgt digitalen Impulsen, welche die Frequenz und die Grösse des 5 Stromes, sowie die Phasenbeziehungen zwischen den Wicklungen des Motores wiederspiegeln. Die Frequenz und die Grösse dieses Stromes I sind einstellbar, wodurch die Drehzahl, der Drehmoment und der Schlupf des Motores eingestellt werden. Diese Einstellung wird durch die AFCL-Schal-io tung 22 bewirkt, deren ausführliche Beschreibung nun folgt.

Figur 2 zeigt die AFCL-Schaltung 22. Die AFCL-Schal-tung empfängt das SLIP 1-Signal und auch das AMPLITUDE 1 Signal. Es wird das SLIP 1-Signal an einen spannungsgesteuerten Oscillator (VCO) 30 angelegt, welcher auf der 15 Leitung 30a ein VCO-Ausgangssignal erzeugt. Das dem Flip-Flop zugeführte VCO-Signal besteht aus einer Folge von Impulsen, deren Frequenz (VCO-Frequenz) Fl proportional zum Gleichstrompegel des SLIP-Signales variiert, wobei letzteres zwischen vorbestimmten positiven und negati-20 ven Werten eingestellt werden kann. Diese Werte bestimmen einen Intervall von Motordrehzahlen über welche die Frequenz des VCO variieren kann, um den Motorschlupf zu steuern.

Das Flip-Flop 32 erhält auch ein Taktsignal CLK von ei-25 nem Takter 33; dieses Signal taktet das Signal vom VCO an den Ausgang des Flip-Flopes, und erzeugt so ein FLip-Flop-Ausgangssignal, sowie eine Folge von Impulsen in Fl, welche über die Leitung 32a einem SLIP-Zähler 34 zugeführt werden, der diese Impulse zählt. Der SLIP-Zähler zählt stän-30 dig aufwärts, und fangt wieder von vorne an, wenn er seinen maximalen Stand (z.B. N bits) erreicht hat. Sein Ausgangssignal ist demnach ein Signal COUNT 1, das die Zählung in jedem Augenblick wiedergibt.

Die Figur 3 zeigt diese Art von sich in der Zeit wiederho-35 lender Zählung, wobei die Y-Koordinate das digitale Ausgangssignal COUNT 1, und die X-Koordinate die Zeit darstellt.

Das Signal SLIP 1 wird auch einem zweiten Flip-Flop 36 zugeführt. Dieses, ebenfalls durch das CLK-getaktete Flip-40 Flop reagiert auf die Polarität des Signales SLIP 1, indem es in Abhängigkeit dieser Polarität seinen Zustand von hoch auf niedrig verändert, um ein Zählrichtungssignal CD zu erzeugen. Dieses steuert den SLIP-Counter um auf- oder abwärts zu zählen. Das Signal COUNT 1 aus dem SLIP-Zähler 45 wird über die Leitungen 34a einem Addierer 35 für die Motordrehzahl zugeführt, welcher über die Leitungen 40a auch das Ausgangssignal eines weiteren Zählers 40 für die Drehzahl (SPEED) erhält.

Der SPEED-Zähler erhält das Ausgangssignal einer so Schaltung 42, welche ein Flip-Flop 42a enthält. Dieses Flip-Flop erzeugt auf seinen Ausgangsleitungen 42b eine Folge von Rechteckimpulsen. Diese werden aufgrund des Ausgangssignales einer Tellerschaltung 42e geliefert, welche das auf der Leitung 15a verfügbare Signal TACH erhält. Diese 55 Leitung umfasst zwei Leitungen, von denen jede eine zu derjenigen der andern Leitung orthogonale Rechteckwelle liefert, wobei die Impulse auf diesen Leitern gegenseitig um 90 verschoben sind.

Die Tellerschaltung 42e erhält die Rechteckwelle über ei-60 nen dieser Leiter, und erzeugt an ihrem Ausgang Auslöselmpulse, deren Wiederholungsfrequenz gleich oder kleiner ist als die Wiederholungsfrequenz der an ihrem Eingang empfangenen Rechteckwelle. Das Ausgangssignal des Flip-Flopes 42a wird dem Eingang des SPEED-Zählers 40 zuge-65 führt.

Beide Signale, aus denen sich das TACH-Signal zusammensetzt, werden ausserdem einer Vergleichsschaltung 42c zugeführt, welche daraufhin ein Ausgangssignal erzeugt, das

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in Abhängigkeit der Beziehung zwischen diesen zwei Impulsen (d.h. in Abhängigkeit davon welcher von beiden führt und welcher nachhinkt) die Richtung darstellt in der der Motor dreht. Es wird dann das Ausgangssignal des Kompa-rators 42c einem Flip-Flop 42d zugeführt, welcher daraufhin ein Ausgangssignal erzeugt, das entweder hoch oder tief ist. Dieses Signal wird der Zähl-Steuerungsklemme des Zählers 40 zugeführt, um ihn so zu steuern, dass er die Impulse des Flip-Flopes 42a auf- oder abwärts zählt, je nachdem das Signal hoch oder tief ist. Genau wie der SLIP-Zähler zählt der SPEED-Zähler auch kontinuierlich aufwärts, wird dann neu gesetzt, und zählt wiederum aufwärts. Er kann also in Abhängigkeit des Ausgangssignals des FLip-Flopes 42d abwärts zählen. Das Ergebnis ist ein Ausgangssignal COUNT 2 des Zählers 40. Dieses Signal ist auch in Figur 2 gezeigt. Die Wiederholungsrate für COUNT 2 ist F2, welches proportional zur Motordrehzahl ist, da die Signale durch die Drehung des Motores erzeugt werden. Die das TACH 1-Si-gnal bildenden Impulse werden während jeder Drehung des Motores sehr rasch erzeugt, so dass die Winkellage sehr hoch aufgelöst wird. Der Zweck des Teilers besteht dann darin, die Zählung mit der Drehzahl des Motores in Zusammenhang zu bringen, was nötig ist, um die Anzahl Pole des Motores zu berücksichtigen, da diese Anzahl von Polen die Drehzahl des Motores bestimmt. Dieser Zusammenhang ist darum wichtig, weil die Wiederholungsrate F2 der Drehzahl entsprechen sollte. Wenn man beispielsweise einen 4-poligen und einen 2-poligen Motor vergleicht, so muss die Lage der Welle bei dem 4-poligen Motor so aufgelöst werden, dass das Signal COUNT 2 für jede Umdrehung öfter erzeugt wird. Demzufolge muss das Signal TACH 1 beim 2-poligen Motor durch Zwei geteilt werden, da sonst F2 zu hoch würde und der Motor nicht innerhalb des Schlupfintervalles synchronisiert würde. (Dies setzt voraus, dass dasselbe Tachometer verwendet wird, und weiterhin, dass die Zählung pro Umdrehung dieselbe wäre, unabhängig von der Motordrehzahl). Der Grund dafür ergibt sich noch deutlicher aus dem folgenden Teil dieser Beschreibung, welcher zeigt, dass für die Grundfrequenz F2 aus dem COUNT 1-Signal eine höhere oder tiefere Frequenz gebildet werden kann, um die Antriebsfrequenz gegenüber derjenigen der effektiven Motordrehzahl zu ändern, um den Schlupf zu steuern, wie aus Fig. 3 für positive und negative Werte des Schlupfes ersichtlich ist.

Der Addierer 35 addiert COUNT 1 und COUNT 2 und erzeugt auf seinen Ausgangsleitungen 35a eine Ausgangszählung COUNT 3 (Linienzug A in Fig. 3), welche die Summe der beiden ist. Die Wirkung der Addition COUNT 1 und COUNT 2 besteht in einer Kürzung der Zeit, die notwendig ist, um eine bestimmte Zählung COUNT 3 zu erhalten. Das Zeitintervall T (siehe Fig. 3) zwischen Anfang und Ende der Zählung wird dadurch verkleinert. Anders gesagt wird während des Aufwärtszählens des SLIP-Zählers die Steigung der dargestellten Kurve grösser werden, weil T kleiner wird. Wenn die Zählung langsamer wird, wird die Steigung geringer werden, weil T zunimmt. Es kann also durch ändern der VCO-Frequenz T proportional zu COUNT 1 erhöht und erniedrigt werden, und zwar über ein mit AT bezeichnetes Intervall. Dieses definiert eine Frequenzverschiebung zwischen Fl, d.h. der Frequenz COUNT 1, und F2, d.h., diejenige von COUNT 2.

Wie weiter unten im Einzelnen erklärt, wird zum Aufrechterhalten eines bestimmten Schlupfes COUNT 1 gesteuert, so dass es um einen dem gewünschten Schlupf gleichen Wert höher oder niedriger als COUNT 2 ist (der gewünschte Schlupf kann beispielsweise für einen bestimmten Motor festgelegt sein). Die globale Wirkung der Schaltung

AFCL auf den Betrieb des Motores wird durch folgende Gleichung bestimmt:

F SYNCH = ± F (MOTOR) ± F (SLIP) (I)

Es bezeichnet hier F SYNCH demnach die Frequenz (F3) der Signale PHASE 1 — 3, welches die Antriebsfrequenz des Wechselrichters ist. F (MOTOR) bezeichnet die Motordrehzahl, und COUNT 2 ist eine Funktion davon, die jedoch je nach dem Drehsinn positiv oder negativ sein kann, weil COUNT 2 eine Aufwärts- oder Abwärtszählung sein kann. Der Wert F (SLIP), derselbe wie die VCO-Frequenz. kann positiv oder negativ sein, in Abhängigkeit des SLIP-Signales, welches selbst positiv oder negativ sein kann, um einen positiven oder negativen Schlupf zu bewirken. Es wird so ein weicher Übergang zwischen den Gangarten des Motores erreicht, was für den Höhenausgleich im Nahbereich wichtig ist, d.h. bei nahezu verschwindender Drehzahl.

Zusätzlich zu COUNT 3 erzeugt der Addierer 35 auch ein digitales Ausgangssignal QC, welches die Anzahl (0 — 4) von Zyklen darstellt, die COUNT 2 durchgeführt hat. Jeder Zyklus ist ein Quadrant, und stellt 90 innerhalb einer vollen Umdrehung von 360° dar. Zu diesem Zweck kann das Ausgangssignal des MS-Addierers N Bits aufweisen, jedoch effektiv N Bits für COUNT 3 benützen und den übrigen Teil der N Bits verwenden, um den Quadrant sowie das Vorzeichnen der Sinuskurve in diesem Quadranten anzugeben.

Es wird das vom MS-Addierer gelieferte Signal COUNT 3 einem zweiten Addierer, dem PHASE-Addierer 44 zugeführt. Der PHASE-Addierer 44 erhält über die Leitungen 46a ausserdem einen Phasenidentifikationssignal (PC) von einem Ringzähler 46, wobei dieses Signal durch das CLK-Signal ausgelöst wird. In jedem Augenblick identifiziert das PC-Signal eine der gewünschten Phasen, d.h. Wicklungen (z.B. 0°, 120°, 240°). Dieses PC ist eine Zahl, die, wenn sie zu COUNT 3 addiert würde, den Wert von COUNT 3 in dieser Phase wiedergeben würde; dies wäre eine um einen gewissen, im PC-Signal dargestellten, Wert verschobene Phase. Anders gesagt erzeugt der Ringzähler ständig eine umlaufende digitale Zahl, die, wenn sie zu COUNT 3 hinzu addiert würde, eine Zählung für eine der Phasen wiedergeben würde. Im Addierer PHASE wird das PC-Signal auch mit dem QC-Signal addiert, und dadurch ein PQ-Signal erzeugt, das für die Phase des PC-Signals den richtigen Quadranten darstellt, da der Quadrant für eine andere Phase ein anderer sein kann. Es umfasst also das Ausgangssignal des Phaseaddierers 44:(1) eine momentane, digitale Darstellung COUNT 4 der Zählung für einen bestimmten Punkt X, oder Zählungen für eine Phase, und 2 eine digitale Darstellung des Quadranten für das PQ-Signal und seines Vorzeichens.

COUNT 4 stellt die Koordinate für jeden Punkt der Sinuskurve der Figur 3 dar, jedoch nur im Intervall 0 —90 . Aus beiden wird jeden Augenblick der richtige Punkt auf der Sinuskurve für diese Koordinate erzeugt. Dies wird für jede Phase in der AFCL-Schaltung durchgeführt, und zwar jedes Mal wenn das PC-Signal ändert, was mit der Frequenz CLK geschieht.

Es werden über die Leitungen 44a die Signale COUNT 4 und PQ einer Subtraktionseinheit 48 zugeführt. Aufgrund des PQ-Signales liefert die Subtraktionseinheit ein Ausgangssignal IC, das den richtigen Koordinatenwert für den im PQ-Signal für COUNT 3 angegebenen Quadranten liefert. Die Subtraktionseinheit zählt vom Signal COUNT 4 abwärts, und zwar für andere Quadranten solange ein PQ-Signal vorhanden ist, das jenen Quadranten identifiziert, welcher bei Abwesenheit die Subtraktionseinheit ausser Betrieb setzt. Man sieht also, dass die Wirkung des PC-Signales darin besteht, das IC-Signal zwischen 0 , 120 und 240 zu verschieben.

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Das IC-Signal der Subtraktionseinheit ist eine Koordinate (z. B. X) und wird über die Leitungen 48a einer Tabelle ROM 50 zugeführt. Dieses IC-Signal adressiert eine bestimmte Zahl in der Tabelle, wobei diese Zahl dem Wert des Sinus eines zwischen 0° und 90° liegenden Punkt der Sinuskurve entspricht. Es erzeugt das ROM auf seinen Ausgangsleitungen 50a ein digitales Ausgangssignal SIG 1, welches der Sinuswert für die durch COUNT 3 identifizierte Koordinate ist, wobei dieser Wert jeder für die Polarität ihres Quadranten noch nicht korrigiert ist. Das Signal SIG 1 wird einem Digital-Analogwandler 52 zugeführt, der ein analoges Ausgangssignal DRIVE 1 auf die Leitung 52a gibt. Dieses Signal DRIVE 1 wird einem Schaltkreis 54 zugeführt, welcher auch das PQ-Signal empfängt und, je nachdem welcher Quadrant dadurch identifiziert wird, das Signal DRIVE 1 auf einen positiven oder negativen Wert schaltet, der diesem Signal die für den Quadranten richtige Polarität gibt. Es würde beispielsweise das Signal SIG 1 (und ebenso DRIVE 1) in den Quadranten 3 und 4 negativ sein, wie durch die gestrichelte Sinuskurve in Fig. 3 angedeutet ist, die SIG Y enthält (SIG Y ist SIG 1 auf der effektiven Sinuskurve). Es wird also innerhalb der vier gezeigten Quadranten im Laufe der Zeit eine volle Sinuskurve erzeugt, indem verschiedene SIG 1-Signale produziert und mit der richtigen Polarität versehen werden.

Über die Leitung 54a wird das Signal DRIVE 1 vom Schaltkreis zu einem Verstärker (G) 56 geführt, dessen Verstärkung in Abhängigkeit der Grösse des Signales AMPLITUDE 1 gesteuert wird, um ein Ausgangssignal DRIVE 2 zu erzeugen, dessen Grösse proportional zum Signal AMPLITUDE 1 ist. Dieses Ausgangssignal DRIVE 2 wird gleichzeitig drei Schaltern 60,62,64 zugeführt, von denen jeder einem Phasenantrieb des Wechselrichters entspricht, und je eines der Signale PHASE 1,2, 3 liefert. Es erhalten diese drei Schalter von dem Ringzähler 46 das PC-Signal, welches für das Signal DRIVE 2 die Phase identifiziert, und in Abhängigkeit dieses Signales wird einer der Schalter betätigt. Dadurch wird das Signal DRIVE 2 übertragen, um eine der Aufzeichnungsschaltungen 55 zu korrigieren, die ein stufenweises Sinussignal erzeugen, während das Signal DRIVE 2 erzeugt wird. Die Ausgangssignale von SH sind die Signale PHASE 1, PHASE 2 und PHASE 3.

Es sind also die Signale PHASE 1, PHASE 2, PHASE 3 in Abhängigkeit des Signales PC phasenverschoben, und sie besitzen eine gemeinsame Frequenz F SYNCH (siehe Gleichung 1).

Es sei ein Beispiel aufgeführt, um die Schlupfkontrolle zu erläutern. Es sei ein zweipoliger Wechselstrommotor mit 3600 Touren betrieben, respektive wie hier beschrieben mit einer wechselnden Frequenz angetrieben; welches sind dann die notwendigen Frequenzen des VCO-Ausgangssignals (Fl) sowie des Signals TACH, und welche Schlupfcharakteristiken sind dann für die folgenden Fälle notwendig: 1. kein Drehmoment; 2. positiv antreibender Drehmoment; 3. Bremsen oder negative Wiedergewinnung von Strom unter Verwendung eines konstanten Signales AMPLITUDE 1? Falli: FM = 60 Hz.

F SLIP = 0 F SYNCH = 60 Hz.

VCO Frequenz = 0 TACH Frequenz: 1024 Pulse/Sekunde Fall 2: FM = 60 Hz.

F SLIP = +1 Hz.

F SYNCH: 61 Hz.

VCO Frequenz = +170 TACH Frequenz: 1024 Pulse/Sekunde Fall 3: FM = 60 Hz.

F SLIP = — 1 Hz.

F SYNCH = 59 Hz.

VCO Frequenz = —170 TACH Frequenz = 1024 Pulse/Sekunde

Es kann daher mit diesem Verfahren der Aufzug vom Stillstand bis zur Höchstgeschwindigkeit gebracht werden, und zwar mit einer gesteuerten Beschleunigung und einem gesteuerten Schlupf, nämlich durch die Steuerung der Signale SLIP 1 und AMPLITUDE 1.

Es können offensichtlich verschiedene Operationen dieser Anlage mittels auf Computer basierenden Vorrichtungen durchgeführt werden. Zur Veranschaulichung, und um eine Ausführungsform der Erfindung zu erläutern, wurden in vorliegender Beschreibung getrennte Bestandteile verwendet. Ein Fachmann kann sich Änderungen und Varianten der beschriebenen Ausführung ausdenken, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen. Gewisse solche Variationen können die Verwendung eines Computers beinhalten, um eine Anzahl der Aufgaben zu erfüllen, die in dem AFCL-Schaltung enthaltenden System ausgeführt werden.

Es versteht sich, dass andere Anwendungen für die Erfindung existieren. Es kann beispielsweise dazu verwendet werden, um anstatt eines Wechselrichters einen Zyklokonverter zu speisen, um den Motor anzutreiben. Dies bedeutet, dass die AFCL-Schaltung verwendet werden kann, um sinusähnliche Signale zu erzeugen, die dem Zyklokonverter zugeführt werden, um einen Mehrphasenmotor mit Wechselstrom zu betreiben.

Die Verwendung der Erfindung zur Steuerung eines 3-Phasenmotores wurde für die Beschreibung gewählt, weil dadurch das Verständnis der Erfindung erleichtert wird. Es sollte aber auch so für einen Fachmann klar sein, dass die Erfindung zur Steuerung anderer Motoren, beispielsweise eines Zweiphasenmotors, verwendet werden könnte. Dazu ist nur nötig, die richtige Phasenverschiebung der Signale zu wählen, um sowohl die einzelnen Phasenwicklungen zu identifizieren, als auch um auf der Sinuskurve die richtigen Koordinaten für die Wicklungen zu erhalten, und für diese die passende Polarität zu bestimmen.

Obwohl die Beschreibung sich auf die Steuerung des Motorstromes bezieht, könnte die Erfindung zur Steuerung der Motorspannung verwendet werden. Durch die Einführung einer Beziehung zwischen der Amplitude und dem Schlupf können auch verschiedene Motor- und Schlupfsteuerungen durchgeführt werden, es kann z.B. ein Signal den Drehmoment des Motores bestimmen.

Aus dem Gesagten ergibt sich, dass die Erfindung auf viele Weisen zur Steuerung von Induktionsmotoren verwendet werden kann, und dass viele Ausführungsformen möglich sind. So könnten verschiedene, durch die beschriebenen einzelnen Schaltungsteile durchgeführte Operationen, die Rechnungscharakter haben, mittels computerartiger Schaltungen durchgeführt werden. Es kann dies sogar ohne weiteres wirtschaftlich vorteilhafter sein als die Verwendung von solchen Teilen wie Addierer, Zähler und Flip-Flops, die nur eine bequeme und verhältnismässig billige Art der Durchführung gewisser Operationen ermöglichen, aber ebensogut durch einen einen Mikroprozessor verwendenden Computer durchgeführt werden könnten.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Aufzugsanlage mit

   — einem elektrischen Mehrphasenmotor mit N Phasen und einer entsprechenden Zahl von Stator-Wicklungen, wobei N grösser als eins ist;

   — eine Gleichstromquelle;

   — einen durch diese Quelle gespiesenen Wechselrichter, um Spannung oder Strom für jede Stator-Wicklung des Motors zu liefern, wobei der Wechselrichter für jede Wicklung einen Eingang und einen zugehörigen Ausgang aufweist;

   — einen Positionsanzeiger, zum Erzeugen eines Lagesignals, das die Stellung der Motorwelle anzeigt;

   — eine durch den Motor bewegte Kabine;

   — eine Aufzugssteuerung um den Wechselrichter so zu steuern, dass er zur Regelung von Motordrehzahl, Schlupf und Drehrichtung einen N-Phasen-Wechselstrom oder eine N-Phasen-Wechselspannung für die Wicklungen des Motors erzeugt, wobei die Anlage durch folgende Bestandteile gekennzeichnet ist:

   — Mittel, um in Abhängigkeit des Lagesignals ein weiteres Signal zur Steuerung der Motordrehzahl zu erzeugen;

   — Mittel, um in Abhängigkeit des Lagesignals ein Schlupfsignal zur Steuerung der Differenz zwischen der Motordrehzahl und der Speisefrequenz des Wechselstromes oder der Wechselspannung, welche der Wechselrichter dem Motor zuführt, zu erzeugen;

   — auf das Schlupfsignal und das Lagesignal ansprechende Mittel, um mit besagter Speisefrequenz ein Signal zu erzeugen, welches eine Winkelstellung auf einer Sinuskurve kennzeichnet, sowie um N zweite Signale zu erzeugen, welche je die y-Koordinate dieser Sinuskurven bei verschiede-

   a w ♦ 360o nen, um den Wert ^

   auseinanderliegenden Winkelstellungen darstellt, wobei dieses N zweiten Signale im Verlauf jeder Motordrehung eine Folge bilden, die die Umkehrung der bei entgegengesetztem Drehsinn erzeugten Folgen ist;

   — Mittel, um die Grösse aller zweiten Signale in Abhängigkeit des weiteren Signales zu verändern, und

   — Mittel um jedes zweite Signal in Abhängigkeit der Folge einem anderen der Eingänge des Wechselrichters zuzuführen.
2. 2. Aufzugsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen der N zweiten Signale folgende Teile aufweist:

   — Mittel, um in Abhängigkeit des Schlupfsignales und des Lagesignales ein drittes Signal zu erzeugen, welches auf einer die Frequenz der Speisung aufweisenden Sinuskurve die Stellung der Welle innerhalb eines von vier möglichen Quadranten kennzeichnet und bei jeder Wellenumdrehung eine Anzahl von Malen wiederholt wird, sowie um in Abhängigkeit des dritten Signales ein viertes Signal zu erzeugen, welches eine Stellung innerhalb des Bereiches von 0°—180° auf der Sinuskurve darstellt, wobei die Anzahl eine Funktion der Grösse des Schlupfsignales und proportional zu dem durch dieses dargestellten Motorschlupf ist.
3. 3. Aufzugsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen der N Signale folgende Teile aufweisen:

   — Mittel, um in Abhängigkeit des vierten Signales entsprechende Paare von fünften und sechsten Signalen zu erzeugen, wobei jedes der fünften Signale eine Winkelstellung im Intervall von 0° —180° der Sinuskurve darstellt und jede

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   dieser Stellungen entfernt von derjenigen jedes vierten Signals ist, und wobei jedes sechste Signal das korrekte Vorzeichen, plus oder minus, des zugehörigen fünften Signales darstellt, und

   — Mittel, um in Abhängigkeit jedes fünften Signales ein zugehöriges siebtes, den Sinus von x darstellendes Signal zu erzeugen, wobei x eine durch das fünfte Signal identifizierte Winkelstellung zwischen 0: und 180° ist.

   s 4. Aufzugsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen der N Signale folgende Teile aufweisen:

   — Mittel, um in Abhängigkeit der aus einem sechsten io und dem zugehörigen siebten Signal bestehenden Signalpaare ein achtes Signal zu erzeugen, dessen Grösse durch den sinus x gegeben ist, wobei x zwischen 0° und 360° liegt und durch eine bestimmte Kombination jedes fünften und des zu ihm gehörigen sechsten Signal definiert ist.

   15 5. Aufzugsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung des siebten Signals einen Lesespeicher umfassen, und dass die Mittel zur Erzeugung des achten Signals einen Digital-Analog-Wandler, um anhand des siebten Signals ein analoges Signal zu bilden, so-

   20 wie einen Schaltkreis, um aus diesem analogen Signal ein Ausgangssignal zu bilden, welches in Abhängigkeit des sechsten Signals entweder positiv oder negativ ist, aufweisen.
4. 6. Aufzugsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen der

   25 N zweiten Signale folgende Teile aufweisen:

   — Mittel um in Abhängigkeit des Lagesignals ein Signal zu erzeugen, welches die augenblickliche Lage der Motorwelle innerhalb eines der vier Quadranten, sowie eine die Drehrichtung des Motors charakterisierende Kennzeichnung

   30 ihrer zeitlichen Änderung darstellt.

   — Mittel um in Abhängigkeit des Schlupfsignales ein Signal zu erzeugen, welches sowohl die Frequenz des Schlupfes wie auch eine die Richtung des Schlupfes darstellende, zeitliche Charakteristik derselben darstellt, und

   35 — Mittel, um ein Signal zu erzeugen, welches der Summe des der Frequenz des Schlupfes entsprechenden Signals und des die Lage der Welle darstellenden Signals entspricht.
5. 7. Aufzugsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung der

   40 N zweiten Signale Mittel aufweisen, um ein Signal zu erzeugen, das progressiv zunimmt, während die Motorwelle einen Quadranten durchläuft, und beim Durchlaufen des darauffolgenden Quadranten abnimmt.
6. 8. Aufzugsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

   45 zeichnet, dass die Mittel zur Veränderung aller zweiten Signale ein Analogsignale empfangenden Verstärker umfassen, dessen Verstärkungsfaktor als Funktion des Amplitudensignals einstellbar ist und dass die Mittel um jedes zweite Signal einer der N Wicklungen zuzuführen einen Schaltkreis so mit N steuerbaren Schaltern aufweisen, die alle mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden sind, wobei jeder Schalter auf ein bestimmtes unter N gleichzeitig an alle Schalter angelegten Steuersignalen anspricht, wobei für jedes zweite Signal ein eigenes Steuersignal vorgesehen ist.

   55 9. Aufzugsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromquelle durch eine von einem Ladegerät gespiesene Batterie gebildet wird.