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Dokumentenidentifikation DE69935372T2 29.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000966094
Titel Reduzierter Betrieb eines vielfach gewundenen Induktionsmotors nach einem Umrichterversagen
Anmelder Otis Elevator Co., Farmington, Conn., US
Erfinder Oshima, Kenji, Yokohama-shi, Kanagawa-prefecture, JP;
Yamada, Tetsuo, Gifu-prefecture, JP;
Kodama, Takashi, Nishikasugai-gun, Aichi-prefecture, JP;
Yoshida, Yasuhiro, Nagoya-shi, Aichi-prefecture, JP
Vertreter Klunker, Schmitt-Nilson, Hirsch, 80797 München
DE-Aktenzeichen 69935372
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 16.06.1999
EP-Aktenzeichen 991110727
EP-Offenlegungsdatum 22.12.1999
EP date of grant 07.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.11.2007
IPC-Hauptklasse B66B 1/30(2006.01)A, F, I, 20060829, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B66B 5/00(2006.01)A, L, I, 20060829, B, H, EP   B66B 1/00(2006.01)A, L, I, 20060829, B, H, EP   H02P 21/00(2006.01)A, L, I, 20060829, B, H, EP   H02P 7/24(2006.01)A, L, I, 20060829, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung des eingeschränkten Betriebs eines mehrere Wicklungen aufweisenden Asynchronmotors, der von einer entsprechenden Mehrzahl pulsweitenmodulierter (PWM-)Wechselrichtern im Anschluss an den Ausfall eines oder mehrerer Wechselrichter betrieben wird.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, mit mehreren Wicklungen versehene Drehstrommotoren einzusetzen, die von einer entsprechenden Anzahl von PWM-Wechselrichtern betrieben werden, von denen jeder Wechselrichter einen Wicklungssatz an dem Motor entspricht. Ebenfalls bekannt ist es, Wechselrichter so arbeiten zu lassen, dass sie den Motor im Anschluss an den Ausfall eines oder mehrerer Wechselrichter betreiben. In einem derartigen Fall treibt jeder Wechselrichter den Wicklungssatz, der ihm zugeordnet ist, und die ausgefallenen Wechselrichter werden von dem System abgetrennt. Es besteht die Möglichkeit, eine Tandem-Motorkonfiguration zu verwenden, so dass die funktionstüchtigen Wechselrichter den Motor ohne Umschalten betreiben können. Allerdings sind Tandemkonfigurationen kostspielig und erfordern eine übermäßig lange Achse. Bei einer Tandemkonfiguration mit doppelter Wicklung ist die Achse doppelt so lang wie bei einem Motor mit Einfachwicklung.

In der japanischen Patentanmeldung SHO 62 [1987]-64957 sind zwei getrennte Wechselrichter dargestellt, die mit einer zwischen die Phasen gelegten Drossel gekoppelt sind, um einen einzelnen Motor zu betreiben. Wenn eine Wechselrichtereinheit ausfällt, wird sie abgetrennt, und der Motor wird mit niedrigerer Drehzahl und geringerem Drehmoment von dem funktionstüchtigen Wechselrichter betrieben. In Horaki et al., "Drive System of Ultra High Speed Elevator", 1994 National Conference of the Electric Association, Nr. 551, S. 5-91 bis 5-92 wird jede der beiden unabhängigen Wicklungen eines Doppelwicklungs-Motors unabhängig mit einem zugehörigen Wechselrichter betrieben. Wenn ein Wechselrichter ausfällt, wird er abgetrennt, und der andere Wicklungssatz wird mit dem funktionstüchtigen Wechselrichter betrieben. Das japanische Kokoku-Patent Nr. HEI 7[1995]-002037 veranlasst eine Reduzierung des Sollstroms um die Hälfte, um einen Drehstrommotor mit Doppelwicklung im Anschluss an den Ausfall eines Wechselrichters zu betreiben. Wenn ein funktionierender Wechselrichter zum Betreiben eines Wicklungssatzes eines Doppelwicklungs-Motors verwendet wird im Anschluss an den Ausfall des anderen Wechselrichters, werden der Erreger-Sollstrom Io* und der Drehmoment-Sollstrom IT* innerhalb des Motors zu einem Wert, der halb so groß ist wie dann, wenn beide Wechselrichter den Motor betreiben, so dass das Motordrehmoment auf ein Viertel des normalen Drehmoments verringert wird.

Ziele der Erfindung beinhalten die Schaffung eines mehrere Wicklungen aufweisenden Drehstrommotors mit mehreren Wechselrichtereinheiten, die ein Drehmoment liefern, welches größer ist als dasjenige, welches der Motor im Normalfall ansprechend auf einzelne Wechselrichtereinheiten erzeugen würde, die im Anschluss an den Ausfall von einem oder mehreren Wechselrichtereinheiten verbleiben. Außerdem soll während des eingeschränkten Betriebs eines mehrere Wicklungen aufweisenden Drehstrommotors im Anschluss an den Ausfall von einem oder mehreren Wechselrichtern ein Motordrehmoment erzeugt werden, welches größer ist als dasjenige, welches während des eingeschränkten Betriebs im Anschluss an einen Wechselrichter-Ausfall bei einem mehrere Wicklungen aufweisenden Drehstrommotor im Stand der Technik geliefert wird.

Erfindungsgemäß wird ein Aufzugmotor-Treibersystem geschaffen, umfassend: einen mit mehreren Wicklungen versehenen Drehstrommotor veränderlicher Drehzahl, der eine Mehrzahl N von Wicklungssätzen enthält; eine Mehrzahl N von Pulsweitenmodulations-Wechselrichtern, jeweils zum Bereitstellen von Strom für einen Zugehörigen der Wicklungssätze; einen Istdrehzahldetektor, der auf die Winkelbewegung des Motors anspricht, um ein Istdrehzahlsignal zu liefern; einen Drehzahlregler, der ein Winkelgeschwindigkeits-Sollsignal empfängt und ein Drehmoment-Strom-Sollsignal als begrenzte Funktion der Differenz zwischen dem Winkelgeschwindigkeits-Sollsignal und dem Ist-Drehzahlsignal liefert; eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Erregerstrom-Sollsignals; eine erste arithmetische Funktion zum Bereitstellen eines Drehmoment-Strom-Sollgrenzwerts gleich der Quadratwurzel aus der Differenz zwischen dem Quadrat der Summe des Maximalstroms, der von sämtlichen Wechselrichtern kollektiv tolerierbar ist, und dem Quadrat des Erregerstrom-Sollwerts; gekennzeichnet durch eine Ausfallsteuerung zum Bereitstellen von Schaltsteuer-Ausgangssignalen ansprechend auf einen Ausfall bei irgendeinem der Wechselrichter und zum Trennen des ermittelten ausgefallenen Wechselrichters von dem Motor, eine zweite arithmetische Funktion zum Bereitstellen einer Drehmoment-Strom-Sollwertgrenze gleich der Quadratwurzel aus der Differenz zwischen dem Quadrat der Summe des Maximalstroms, der kollektiv von den nicht ausgefallenen Wechselrichtern kollektiv tolerierbar ist, und dem Quadrat des Erregerstrom-Sollwerts; und einen Schalter, der auf die Ausfallsteuerung anspricht, um die Stromsteuerung zu veranlassen, das Drehmoment-Strom-Sollsignal ansprechend auf die erste arithmetische Funktion zu begrenzen, wenn kein Wechselrichter ausgefallen ist, und um die Stromsteuerung zu veranlassen, das Drehmoment-Strom-Sollsignal ansprechend auf die zweite arithmetische Funktion abhängig von den Schaltsteuerungs-Ausgangssignalen zu begrenzen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden immer dann, wenn es einen Ausfall bei einem oder mehreren Wechselrichtern gibt, die einen mehrere Wicklungen aufweisenden Drehstrommotor treiben, der Erregerstrom und der Drehmoment-Strom der funktionstüchtigen Wechselrichter von 1/N auf 1/(N – M) geändert, wobei N die Gesamtanzahl von Wechselrichtern und M die Anzahl ausgefallener Wechselrichter ist, demzufolge der erforderliche Strom mit weniger Wechselrichtern bereitgestellt wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, wenn einer aus einer Mehrzahl von Wechselrichtern, die einen mehrere Wicklungen aufweisenden Drehstrommotor treiben, ausgefallen ist, der Soll-Erregerstrom, der den funktionstüchtigen Wechselrichter zugeführt wird, ein proportionaler Bruchteil des maximalen Stroms, den jeder Wechselrichter liefern kann. Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung führt der Ausfall von einem aus einer Mehrzahl von Wechselrichtern, die einen mehrere Wicklungen aufweisenden Drehstrommotor treiben, zu einer Unterbrechung der Stromrückkopplungsschleife der funktionstüchtigen Wechselrichter, so dass der Motor in einer offenen Weise übersteuert wird, indem lediglich auf die Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife zurückgegriffen wird. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Drehmoment-Strom, der von funktionstüchtigen Wechselrichtern einem mehrere Wicklungen aufweisenden Drehstrommotor nach dem Ausfall von einem oder mehreren Wechselrichtern zugeleitet wird, dadurch gesteuert, dass die Solldrehzahl begrenzt wird, demzufolge es zu einer Beschleunigung innerhalb des möglichen maximalen Drehmomentrahmens kommt, der durch die funktionstüchtigen Wechselrichter vorgegeben ist, wobei deren Stromgrenzen berücksichtigt werden.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich im Lichte der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind.

1A und 1B sind schematische Blockdiagramme eines von einem Paar Wechselrichter gemäß Stand der Technik betriebenen Doppelwicklungs-Drehstrommotors mit veränderlicher Drehzahl.

2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines von einem Paar pulsweitenmodulierter Wechselrichter gemäß der Erfindung betriebenen Doppelwicklungs-Motors, einschließlich einer Ausfall-Detektorschaltung, wobei Aspekte der Erfindung dargestellt sind.

3 ist ein Vektordiagramm, welches die Beziehung zwischen dem Drehmoment-Strom, dem Erregerstrom und der Strombegrenzung veranschaulicht.

4 ist ein schematisches Teil-Blockdiagramm und zeigt die Ausgestaltung der in 2 gezeigten Vorrichtung zum Behandeln von mehr als zwei Wechselrichtern bei einem Mehrfach-Wicklungsmotor.

5 ist ein Vektordiagramm, welches die Beziehungen zwischen Strömen in einem Doppelwicklungs-Motor veranschaulicht.

6 ist ein schematisches Teil-Blockdiagramm und zeigt einen zweiten Aspekt des erfindungsgemäßen Doppelwicklungs-Motors.

7 ist ein Vektordiagramm, welches Ströme in einem Motor mit drei oder mehr Wicklungen zeigt.

8 ist ein schematisches Teildiagramm und veranschaulicht die zweite Ausführungsform der Erfindung bei einem Motor mit mehr als zwei Wicklungssätzen.

9 bis 12 sind schematische Teil-Blockdiagramme und zeigen unterschiedliche Formen einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

13 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Aufzugsystems unter Verwendung der Erfindung.

14 ist ein Impulsdiagramm für die Beziehung zwischen Drehzahl und Drehmoment gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung.

Nunmehr auf die 1A und 1B bezugnehmend, wird ein dreiphasiger (Drehstrom-) Doppelwicklungs-Motor 1 variabler Drehzahl von einem Paar Wechselrichtern 2, 3 betrieben, die jeweils einen zugehörigen Spulensatz innerhalb des Motors 1 betreiben. Der Wechselrichter 2 enthält Wechselrichter-Schalter 2A und eine Wechselrichter-Steuerung 2B. In ähnlicher Weise enthält der Wechselrichter 3 Wechselrichter-Schalter 3A und eine Wechselrichter-Steuerung 3B. Ein Schlupffrequenz-Generator 4 spricht auf einen Erregerstrom-Befehl (Erreger-Sollstrom) Io* und einen Drehmoment-Strombefehl IT* an, um an einen Addierer 5A eine Schlupffrequenz &ohgr;s zu geben, wobei in dem Addierer die Ist-Kreisfrequenz &ohgr;r aufaddiert wird, um die Frequenz &ohgr; zu erhalten, die von einem Integrator 7 integriert wird, um einen Phasenwinkel &THgr; zu erhalten, der verschiedenen Teilen der Wechselrichter-Steuerung 2B, 3B zugeleitet wird. Die Ist-Kreisfrequenz des Motors &ohgr;r wird gewonnen aus den Signalen eines Impulsgenerators 5, die in einem Drehzahldetektor 6 in eine Frequenz umgewandelt werden. Dies Alles entspricht dem Stand der Technik. Um den Motor mit zwei Wechselrichtern zu betreiben, werden der Erreger-Befehl Io* und der Drehmoment-Befehl IT* jeweils von zugehörigen Teilern 8, 9 zur Hälfte geteilt. Dies liefert Gleichphasen-Strombefehlskomponenten i1q*, i2q* sowie i1d*, i2d* für die beiden Wechselrichter-Steuerungen 2B, 3B.

Ein Proportional-Integral-Verstärker 10 liefert ansprechend auf die Differenz zwischen der Hälfte des Soll-Erregerstroms i1d* und der Quadraturkomponente i1d der Ist-Drehstrommotorströme, die von dem Wechselrichter 2 geliefert werden, eine Drehmoment-Sollspannung &Dgr;V1d. Ein Proportional-Integral-Verstärker 11 liefert eine Soll-Drehmoment-Spannung &Dgr;V1q ansprechend auf die Differenz zwischen dem halben Soll-Drehmoment-Strom i1q* und der phasengleichen Komponente i1q der Ist-Motorströme. Die phasengleiche Komponente und die Quadraturkomponente werden von einem Dreiphasen-Zweiphasen-Wandler 12 geliefert. Die Spannungs-Sollkomponenten, die von den Verstärken 10, 11 geliefert werden, werden auf Gleichphasen- und Quadratur-Sollspannungen V1q*, V1d* addiert, die von einem herkömmlichen Sollspannungsgeber 13 bereitgestellt werden, um die Gleichphasen- und Quadratur-Spannungskomponenten V1q, V1d an eine herkömmliche Pulsweitenmodulations-Schaltung 14 zu geben, die ihrerseits die Schalter innerhalb des Wechselrichters 2A steuert.

Von der Ist-Drehzahl des Rotors, &ohgr;r wird eine Soll-Drehzahl subtrahiert, um ein Drehzahl-Fehlersignal zu erhalten, welches an einen Drehzahlverstärker 21 gegeben wird. Dessen Ausgangssignal wird an einen Begrenzer 22 gegeben, dem von einer arithmetischen Funktionseinheit 23 der Grenzwert zugeführt wird. Da zwei Wechselrichter den Motor betreiben, kann der Strom-Grenzwert der doppelten Stromobergrenze für jeden Wechselrichter, 2IILIM, entsprechen. Die Begrenzung des Soll-Drehmoment-Stroms IT* ist in 3 gezeigt.

Das von einem Mehrfach-Wicklungsmotor ansprechend auf die mehreren Wechselrichter erzeugte Drehmoment beträgt

wobei

POLE = Anzahl der Pole in dem Motor, und

M' = herkömmliche Konstante in Bezug auf die Gegeninduktivitäten der Motorspulen. Wenn ein oder mehrere Wechselrichter ausfallen, verringert sich das Drehmoment um (N – M)2/N2 aufgrund des Verlustes sowohl bei der d- als auch der q-Komponente. In einem Doppelwicklungs-Motor reduziert der Ausfall eines Wechselrichters das Drehmoment auf 1/4 des normalen Drehmoments.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist in 2 dargestellt, in der ein Paar Schalter 26, 27 die Teiler derart kurzschließen, dass das volle Maß der Soll-Ströme bei Ausfall des Wechselrichters 3 an die Wechselrichter-Steuerung 2B gelangt. Die Schalter 26 und 27 werden betrieben von einem Schaltsteuer-Ausgangssignal aus einer Ausfallsteuerung-Schaltung 30, die einen Ausfalldetektor 301, eine Wechselrichter-Schaltsteuerung 302 und eine Schaltsteuerung 303 enthält. Der Ausfalldetektor 301 ermittelt, ob es zu einem Ausfall bei dem Wechselrichter 2 oder 3 gekommen ist, beispielsweise einem Auslösen der Sicherung oder zu einer Beschädigung der Hauptschaltungselemente innerhalb der Wechselrichter. Dies gibt den vollen Erregerstrom-Sollwert Io* und den vollen Soll-Drehmomentstrom IT* an die Wechselrichter-Steuerung 26, um den Motor derart robust mit einem Wechselrichter zu betreiben, als würde er mit zwei Wechselrichtern betrieben. Darüber hinaus bewirkt das Schaltsteuer-Ausgangssignal aus den Ausfallsteuerung-Schaltungen 30, dass ein Schalter 25 die Begrenzungssteuerung aus der arithmetischen Funktionseinheit 23 an eine arithmetische Funktionseinheit 24 gibt, so dass der Drehmoment-Stromgrenzwert mit der maximalen Strombegrenzung an einen einzelnen Wechselrichter als Strom IILIM gegeben wird. Das Schaltsteuer-Ausgangssignal aus den Ausfallsteuerung-Schaltungen 30 betätigt außerdem einen ausgewählten Schalter aus einem Paar von Motorschaltern 28, 29, um den Motor 1 von dem ausgefallenen Wechselrichter abzutrennen (dies sei hier der Wechselrichter 3).

3 zeigt, dass der zulässige Drehmoment-Strom IT* bei vollem Erregerstrom Io* etwas kleiner ist als dann, wenn nur 1/2 des Erregerstroms vorhanden wäre, d.h. 1/2 Io*.

Die Beschreibung eines Aspekts der Erfindung in Verbindung mit 2 steht für einen Spezialfall eines Doppelwicklungs-Motors, der von zwei Wechselrichtern betrieben wird. In dem allgemeinen Fall eines Motors mit N Wicklungen, dargestellt in 4, lässt dieser Aspekt der Erfindung den Ausfall von M Wechselrichtern zu, indem Teilerschaltungen 31, 32 bereitgestellt werden, wobei der Teiler (N – M) beträgt. In ähnlicher Weise wird der in der arithmetischen Funktionseinheit 24 erzeugte Begrenzungsfaktor bestimmt durch die Anzahl der verbleibenden Wechselrichter N minus M. Die Werte (N – M) werden von den Wechselrichter-Schaltsteuer-Schaltungen 30 ansprechend auf die Anzahl der als ausgefallen nachgewiesenen Wechselrichter M bereitgestellt.

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 5 dargestellt. Die Beziehung zwischen dem gleichphasigen Sollstrom I1q, dem Quadratur-Sollstrom I1d und dem Grenzstrom für einen Wechselrichter IILIM zeigt, dass die phasengleiche Stromkomponente, die das Äquivalent zu dem Drehmoment-Sollstrom IT* ist, durch einfache Arithmetik dem Grenzwert über die Quadratwurzel aus 2 gleicht. Bezugnehmend auf 6 wird zum Betreiben der funktionstüchtigen Wechselrichter mit maximalem Strom, d.h. nur beschränkt durch den maximalen Wechselrichter-Strom IILIM bei dem Ausfall eines der Wechselrichter zusätzlich zu den die Teiler 8, 9 kurzschließenden Schaltern 25-27 und dem Ändern des Grenzwerts für den Drehmoment-Sollstrom von einem Schalter 34 das Eingangssignal des Erreger-Sollstroms Io* = &lgr;3d/M auf den Ausgang eines Teilers 33 gegeben, an dessen Eingang der Grenzstrom IILIM gegeben wird, und dessen Ausgang den durch die Quadratwurzel von 2 dividierten Grenzstrom liefert. Wenn nach 6 Io*2 wegen des Schalters 34 und des Teilers 33 den Wert (IILIM/√2)2 annimmt, verringert sich der Grenzwert in der arithmetischen Funktionseinheit 24 arithmetisch auf IILIM/√2. Mit dem Wert I1d* = IILIM/√2 von dem Teiler 33 und dem Maximalwert I1q* = IILIM/√2 vom Begrenzer 22 erhält man von dem einen Wechselrichter (2) das maximale Drehmoment, nachdem der andere Wechselrichter (3) ausgefallen ist. In allen übrigen Punkten ist die Ausführungsform nach 6 identisch mit der Ausführungsform nach 2. 7 zeigt den allgemeinen Fall dieses Aspekts der Erfindung, bei dem N – M funktionstüchtige Wechselrichter vorhanden sein können, wobei der Grenzstrom derjenige der N – M Wechselrichter ist. Wie in 8 gezeigt ist, liefert folglich der Teiler 33 das Signal entsprechend (N – M)IILIM, dividiert durch die Quadratwurzel von 2. In sämtlichen anderen Punkten ist die Ausführungsform nach 8 identisch mit der Ausführungsform nach 4.

In 1 liefert der Sollspannungs-Geber 13 Ausgangssignale, auf die die Werte V1q und V1d addiert sind, die von den Verstärkern 10 bzw. 11 geliefert werden. Für den Fall, dass es von dem Wandler 12 keine Stromrückkopplung gibt, sind die Ausgangssignale der Verstärker 10 und 11 deutlich größer als Ausgangssignale mit der Stromrückkopplung. Dies kann die Wirkung haben, dass die Pulsweitenmodulations-Schaltung 14 mit höheren Sollspannungen immer dann betrieben wird, wenn die Stromrückkopplung ausgeschaltet ist, was einem weiteren Aspekt der Erfindung nach 9 bis 12 entspricht.

9 ähnelt der 2 mit der Ausnahme, dass keine Schalter zum Kurzschließen der Teiler 8, 9 vorhanden sind. Stattdessen ermöglicht ein Schalter 35, dass ein Befehl "Rückkopplung aus" die Stromrückkopplung innerhalb der Wechselrichter-Steuerung 2B ausschaltet. Bezugnehmend auf 1 ist ersichtlich, dass dann, wenn die Stromrückkopplung ausgeschaltet ist, die Summierknoten an den Eingängen zu den Verstärkern 10, 11 nichts zum Subtrahieren haben, so dass die Ausgangssignale der Verstärker 11, 12 viel größer sind als im Normalfall, so dass der Motorbetrieb ausschließlich durch die Drehzahl-Rückkopplung zu dem Drehzahl-Verstärker 21 beherrscht wird. Dies hat zur Folge, dass die Pulsweitenmodulations-Schaltung 14 robuster als im Normalfall betrieben wird, um den ausgefallenen und abgeschalteten Wechselrichter zu kompensieren. Der Schalter 35 wird vom Ausgangssignal der Ausfallsteuerung-Schaltungen 30 zusammen mit dem Betrieb der übrigen Schalter betätigt. 10 zeigt, dass zusätzlich zu der Möglichkeit des Ausschaltens der Rückkopplung durch den Schalter 35 die Teiler 8, 9 von den Schaltern 26, 27 kurzgeschlossen werden können, da es kaum einen Unterschied macht, ob die Sollwertvorgaben halbiert werden oder nicht, nachdem die Stromrückkopplung ausgeschaltet wurde. 11 und 12 zeigen, dass dieser dritte Aspekt der Erfindung in die Praxis umgesetzt werden kann mit oder ohne die Kurzschließung der Teiler 31, 32 in dem allgemeinen Fall, dass mehr als zwei Wicklungssätze an dem Motor vorhanden sind, betrieben durch mehr als zwei zugehörige Wechselrichter.

In 13 treibt ein mit N Wicklungen versehener Asynchronmotor 1 eine Seilscheibe 36, die mit einem Aufzugfahrkorb 37 und einem Gegengewicht 34 über ein Seil gekoppelt ist. Der Fahrkorb 37 bewegt sich mit einer Geschwindigkeit V nach 14, außerdem mit einer Beschleunigung &agr;. Die ausgezogene Linie in der Figur zeigt eine Fahrt mit voller Geschwindigkeit, die strichpunktierte Linie veranschaulicht eine Fahrt mit verminderter Geschwindigkeit. Man sieht, dass das Lastmoment TMR (Abstützung der Last gegenüber der Schwerkraft) bei sämtlichen Geschwindigkeiten und Geschwindigkeitsänderungswerten konstant ist, außerdem unabhängig davon ist, ob von einem verminderten Geschwindigkeitsprofil Gebrauch gemacht wird oder nicht.

Um nach 14 eine Geschwindigkeit V zu erreichen, die oben in 14 dargestellt ist, ist ein Beschleunigungs-Drehmoment TA erforderlich, dargestellt in der zweiten Darstellung in 14. Das Lastmoment TMR ist konstant, was zu einem Gesamt-Drehmoment TMR + TA führt, dargestellt im untersten Teil der 14.

Nach 13 beträgt die (in Kilowatt gemessene) erforderliche Leisung PR für den Betrieb des Aufzugs:

wobei:
F
= Kraft in Kilogramm
V
= Fahrkorb- und Gegengewicht-Geschwindigkeit in Metern pro Minute, und
&eegr;
= Gesamtwirkungsgrad für den Aufzugantrieb.

Die Kraft in einem Aufzug ist der Bruchteil KU der Nenn-Last, WR, die der laufenden Belastung des Fahrkorbs gleicht. Deshalb gilt:

wobei
VR
= Fahrkorb-Nenngeschwindigkeit

Das (in Kilogramm-Metern gemessene) Motormoment T beträgt

wobei
NM
= Motor-Winkelgeschwindigkeit in UPM.

Das Drehmoment während der Beschleunigung, TA, beträgt TA = (GD2 × NM)/(375 ta) wobei

GD2
= Motorwellen-Umwandlung in Kilogramm-Metern zum Quadrat, und
ta
= Zeit zum Beschleunigen auf eine konstante Geschwindigkeit.

Die Fahrkorbgeschwindigkeit v (in Metern pro Sekunde) steht zu der Motor-Winkelgeschwindigkeit Nm wie folgt in Beziehung:

Durch Einsetzen der Motor-Geschwindigkeit,

in die Drehmoment-Gleichung erhält man das erforderliche Drehmoment: TA = (60 GD2/375&pgr;D)v/ta= (60 GD2/375&pgr;D)&agr; wobei &agr; die mittlere Beschleunigung des Aufzugfahrkorbs ist.

Wenn gemäß 2 einer der beiden Wechselrichter ausgefallen ist, ist der Soll-Drehmoment-Strom von dem Begrenzer 22 und der Begrenzer-Funktionseinheit 24 wie folgt begrenzt: IT* = (IILIM2 – IQ*2)1/2 und das maximale Drehmoment wird zu

so dass die Beschleunigung begrenzt werden muss auf &agr; = 375&pgr;D/60GD2{(POLE/2)M' Io*{[N – M)IILIM]2 – Io*2}1/2 – TMR} um das Gesamtmoment TMAX innerhalb des durch den obigen Grenzwert für IT* zugelassenen Bereichs zu halten. Bei einem Motor mit Doppelwicklung wird N – M zum Wert 1 (N – M = 1).

Diese vierte Ausführungsform der Erfindung kann auch in Kombination mit dem zweiten Aspekt der Erfindung genutzt werden, wie er oben in Verbindung mit den 5 bis 7 beschrieben wurde. In diesem Fall muss die Beschleunigung bei einem Doppelwicklungs-Motor nach Ausfall eines Wechselrichters auf folgende Werte beschränkt werden: &agr; = 375&pgr;D/60GD2{(POLE/2)M'(IILIM/√2)[IILIM2 – (IILIM/√2)2]1/2 – TMR} &agr; = 375&pgr;D/60GD2{(POLE/2)M'(IILIM/√2)[IILIM2 – (IILIM2/2)2]1/2 – TMR} &agr; = 375&pgr;D/60GD2{(POLE/2)M'(IILIM/√2)(IILIM/√2) – TMR} &agr; = 375&pgr;D/60GD2{(POLE/2)M'IILIM2/2 – TMR}

Eine ähnliche Beziehung kann für den allgemeinen Fall eines mit N Wicklungen ausgestatteten Motors mit M ausgefallenen Wechselrichtern angegeben werden: &agr; = 375&pgr;D/60GD2{(POLE/2)M'[N – M]IILIM2]/2 – TMR}

Bei einer Beschleunigung, die durch das maximale Drehmoment bei N – M funktionstüchtigen Wechselrichtern beschränkt wird, erreicht die Geschwindigkeit nicht die Nenn-Geschwindigkeit, sondern erreicht den in 14 durch die strichpunktierte Linie dargestellten Wert. Um ein solches Geschwindigkeitsprofil zu erreichen, muss die Solldrehzahl &ohgr;r* durch Integrieren des Beschleunigungsmusters, das oben angegeben wurde, bestimmt werden. In dem einfachen Fall nach 14 reduziert sich die Solldrehzahl auf &ohgr;r = &agr;tA.


Anspruch[de]
Aufzugmotor-Treibersystem umfassend:

einen mit mehreren Wicklungen versehenen Drehstrommotor (1) veränderlicher Drehzahl, der eine Mehrzahl N von Wicklungssätzen enthält;

eine Mehrzahl N von Pulsweitenmodulations-Wechselrichtern (2, 3), jeweils zum Bereitstellen von Strom für einen Zugehörigen der Wicklungssätze;

einen Istdrehzahldetektor (6), der auf die Winkelbewegung des Motors anspricht, um ein Istdrehzahlsignal zu liefern;

einen Drehzahlregler (21), der ein Winkelgeschwindigkeits-Sollsignal empfängt und ein Drehmoment-Strom-Sollsignal als begrenzte Funktion der Differenz zwischen dem Winkelgeschwindigkeits-Sollsignal und dem Ist-Drehzahlsignal liefert;

eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Erregerstrom-Sollsignals;

eine erste arithmetische Funktion (23) zum Bereitstellen eines Drehmoment-Strom-Sollgrenzwerts gleich der Quadratwurzel aus der Differenz zwischen dem Quadrat der Summe des Maximalstroms, die von sämtlichen Wechselrichtern kollektiv tolerierbar sind, und dem Quadrat des Erregerstrom-Sollwerts;

gekennzeichnet durch:

eine Ausfallsteuerung (30) zum Bereitstellen von Schaltsteuer-Ausgangssignalen ansprechend auf einen Ausfall bei irgendeinem der Wechselrichter (2, 3) und zum Trennen des ermittelten ausgefallenen Wechselrichters von dem Motor (1),

eine zweite arithmetische Funktion (24) zum Bereitstellen einer Drehmoment-Strom-Sollwertgrenze gleich der Quadratwurzel aus der Differenz zwischen dem Quadrat der Summe des Maximalstroms, der kollektiv von den nicht ausgefallenen Wechselrichtern kollektiv tolerierbar ist, und dem Quadrat des Erregerstrom-Sollwerts; und

einen Schalter (25), der auf die Ausfallsteuerung anspricht, um die Stromsteuerung zu veranlassen, das Drehmoment-Strom-Sollsignal ansprechend auf die erste arithmetische Funktion zu begrenzen, wenn kein Wechselrichter ausgefallen ist, und um die Stromsteuerung zu veranlassen, das Drehmoment-Strom-Sollsignal ansprechend auf die zweite arithmetische Funktion abhängig von den Schaltsteuerungs-Ausgangssignalen zu begrenzen.
System nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Wechselrichter:

einen ersten Spannungs-Sollwertkomponentenverstärker (8) zum Bereitstellen einer gleichphasigen Spannungs-Sollkomponente ansprechend auf die Differenz zwischen dem Drehmoment-Strom-Sollwert und einer gleichphasigen Komponente des Ist-Motor-Rückkopplungsstroms; und

einen zweiten Spannungs-Sollwertkomponentenverstärker (9) zum Bereitstellen einer Quadratur-Spannungs-Sollkomponente ansprechend auf die Differenz zwischen dem Erregerstrom-Sollwert und einer Quadraturkomponente des Ist-Motor-Rückkopplungsstroms, wobei

die Schaltsteuerungs-Ausgangssignale die gleichphasigen und die Quadraturkomponenten des Ist-Motor-Rückkopplungsstroms von dem ersten und dem zweiten Verstärker trennen.
System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend:

einen ersten Teiler (8) zum Dividieren des Erregerstrom-Sollwertsignals durch N;

einen zweiten Teiler (9) zum Dividieren des begrenzten Drehmoment-Strom-Signals durch N;

einen dritten Teiler (31) zum Dividieren des Erregerstrom-Sollsignals durch N – M, wobei M die Anzahl von Wechselrichtern ist, deren Ausfall von der Ausfallsteuerung ermittelt wurde;

einen vierten Teiler (32) zum Dividieren des begrenzten Drehmoment-Stromsignals durch N – M;

und Schalter (26, 27), die auf die Ausfallsteuerung ansprechen, indem sie Strom-Sollwerte von dem ersten und dem zweiten Teiler an N Wechselrichter geben, wenn kein Wechselrichter ausgefallen ist, und um Strom-Sollwerte von dem dritten und den vierten Teiler ansprechend auf die Schaltsteuerungs-Ausgangssignale solchen Wechselrichtern zuzuführen, die nicht ausgefallen sind.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Wechselrichter außerdem aufweist:

einen ersten Spannungs-Sollwertkomponentenverstärker (8) zum Bereitstellen einer gleichphasigen Spannungs-Sollkomponente ansprechend auf die Differenz zwischen dem Drehmoment-Strom-Sollwert und einer gleichphasigen Komponente des Ist-Motor-Rückkopplungsstroms; und

einen zweiten Spannungs-Sollwertkomponentenverstärker (9) zum Bereitstellen einer Quadratur-Spannungs-Sollkomponente ansprechend auf die Differenz zwischen dem Erregerstrom-Sollwert und einer Quadraturkomponente des Ist-Motor-Rückkopplungsstroms, wobei

die Schaltsteuerungs-Ausgangssignale die gleichphasigen und die Quadraturkomponenten des Ist-Motor-Rückkopplungsstroms von dem ersten und dem zweiten Verstärker trennen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend:

eine Einrichtung zum Bereitstellen des Erregerstrom-Sollsignals als eine Funktion des Motor-Sekundärmagnetflusses und der Gegeninduktivität, wenn kein Wechselrichter ausgefallen ist, und zum Bereitstellen des Erregerstrom-Sollwertsignals ansprechend auf das Schaltsteuer-Ausgangssignal als zusammengesetzter Maximalstrom, der von jenen Wechselrichtern toleriert werden kann, die nicht ausgefallen sind, dividiert durch die Quadratwurzel von Zwei.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend eine ansprechend auf die Schaltsteuer-Ausgangssignale arbeitende Einrichtung zum Bereitstellen des Winkelgeschwindigkeit-Sollsignals als Integration über ein Beschleunigungsintervall einer Beschleunigung, begrenzt durch das maximale Drehmoment, welches von den nicht ausgefallenen Wechselrichtern verfügbar ist, als Funktion des zusammengesetzten Maximalstroms, der von solchen Wechselrichtern toleriert werden kann, die nicht ausgefallen sind, abzüglich des Drehmoments, welches erforderlich ist, um die durch den Fahrkorb und das Gegengewicht repräsentierte Last zu halten.






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