[0001] Die Erfindung betrifft ein mit variabler Hubgeschwindigkeit arbeitendes Hebezeug,
das von einem Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer angetrieben ist, dem ein Frequenzumrichter
vorgeschaltet ist, der netzseitig aus einem ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetz
gespeist ist und aus dem lastseitig ein Drehstromnetz gespeist ist, aus dem der das
Hebezeug antreibende Asynchronmotor versorgt ist.
[0002] Der insbesondere wegen seines einfachen Aufbaus bei weitem am häufigsten verwendete
Drehstromantrieb ist der Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer. Einer seiner Nachteile
besteht darin, daß seine Drehzahl proportional der Frequenz des speisenden Drehstromnetzes
und umgekehrt proportional seiner Polpaarzahl ist, also nicht veränderbar ist, wenn
er ohne Zwischenschaltung von Steuergliedern aus einem Drehstromnetz gespeist wird.
Hat das gespeiste Drehstromnetz eine Frequenz von 50 Hz, so ist die maximale Drehzahl
des Asynchronmotors auf 3000 U/min, die Hubgeschwindigkeit eines Hebezeugs proportional
zu dieser Drehzahl begrenzt.
[0003] Ein Hebezeug der eingangs genannten Art ist aus DE-A-3 513 773 bekannt. Bei dem bekannten
Hebezeug ist der Frequenzumrichter ein Transistorpulswechselrichter. Der Frequenzumrichter
enthält einen Teil mit Gleichrichter und Niederspannungsnetzteil. Der Gleichrichter
liefert - ohne zusätzliche Schaltelemente - an einen Transistorwechselrichter Gleichspannung.
Sowohl der Teil mit Gleichrichter und Niederspannungsnetzteil als auch der Transistorwechselrichter
werden von einer Steuer- und Regelelektronik geführt. Mit dem Transistorwechselrichter
ist ausgangsseitig ein Speisenetz für einen Drehstrommotor verbunden, bei dem es sich
um einen Asynchronmotor mit Käfigläufer handeln kann. Der bekannte Frequenzumrichter
ist ein Umrichter mit konstanter Zwischenkreisspannung. Der von ihm gespeiste Drehstrommotor
treibt einen Aufzug an. Die dabei auftretenden Probleme sind: Der Fahrkorb des Antriebs
soll positionsgenau in die Haltepunkte einfahren und zum Stillstand kommen, und zwar
auch bei unterschiedlicher Belastung. Ruckartige Einfahr- und Anfahrvorgänge sollen
vermieden werden.
[0004] Demgegenüber wird mit dem im Patentanspruch 1 beschriebenen Hebezeug die Aufgabe
gelöst, das den Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer versorgende Drehstromnetz bei
vom Hebezeug mit Nenn-Hubgeschwindigkeit zu hebender Last mit Nennfrequenz, bei reduzierter
Last zur Erhöhung der Hubgeschwindigkeit mit um das zwei- bis dreifache erhöhter Frequenz
zu speisen. Diese Aufgabe tritt bei dem bekannten Antrieb nicht auf. Sie ist dort
folglich auch nicht angesprochen, geschweige denn gelöst.
[0005] Ein Spannungszwischenkreisumrichter besteht aus einem netzseitigen und einem lastseitigen
Stromrichter, die über einen Zwischenkreis miteinander verbunden sind. Der Zwischenkreis
besteht aus einem kapazitiven und/oder induktiven Energiespeicher. Er bewirkt eine
Entkopplung zwischen Last und Netz. Der Zwischenkreis führt eine eingeprägte Spannung.
Der erfindungsgemäß verwendete Spannungszwischenkreisumrichter weist einen Eingangsstromrichter
sowie einen selbstgeführten Wechselrichter auf, die über einen Gleichspannungszwischenkreis
miteinander verbunden sind. Der Eingangsstromrichter richtet die Netzspannung aus
einem Wechselstromkreis gleich und stellt die Spannung im Zwischenkreis ein. Der Spannungszwischenkreisumrichter
ist ein Umrichter mit variabler Zwischenkreisspannung. In ihm erfolgt eine zweimalige
Energieumformung: Die Wechselspannung aus dem ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetz
wird in eine Gleichspannung umgeformt. Aus der Gleichspannung wird ein Drehstrom frequenzvariabler
Spannung erzeugt. Aus dem Drehstromnetz variabler Frequenz wird der Asynchronmotor
gespeist. Damit ist es möglich, das den Asynchronmotor speisende Drehfeld um ein Vielfaches
gegenüber der Netzfrequenz, das ist die Frequenz der Wechselspannung aus dem ein-
oder mehrphasigen Wechselstromnetz, anzuheben.
[0006] Um die mechanische Konstruktion des verwendeten Hebezeugs durch die Anhebung der
Hubgeschwindigkeit bei voller Last nicht zu überfordern, wird in Ausgestaltung der
Erfindung ein lastabhängiger überlagerter Regelkreis aktiviert:
Zwischen dem lastseitigen Drehstromnetz und dem Spannungszwischenkreisumrichter ist
ein Regler vorgesehen, über den bei über der Nennfrequenz liegender vom Spannungszwischenkreisumrichter
an das Drehstromnetz gelieferter Frequenz in Abhängigkeit von dem vom Asynchronmotor
proportional zu der zu hebenden Last geforderten Drehmoment die vom Spannungszwischenkreisumrichter
gelieferte Frequenz des Drehstromnetzes begrenzt ist, wobei deren Maximalwert deutlich
über dem Wert des ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetzes liegt.
[0007] Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden
nachfolgend im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
- Figur 1
- ein von einem Asynchronmotor angetriebenes Hebezeug mit zugehörigem Schaltbild;
- Figur 2
- ein weiteres von einem Asynchronmotor angetriebenes Hebezeug mit zugehörigem Schaltbild,
bei dem ein zusätzlicher Regelkreis vorgesehen ist.
[0008] Ein ein- oder mehrphasiges Wechselstromnetz 1 bildet das speisende Netz für die gesamte
Anordnung. Das Wechselstromnetz 1 hat konstante Spannung und konstante Frequenz. Mit
dem Wechselstromnetz 1 ist netzseitig ein Spannungszwischenkreisumrichter 2 verbunden.
Der Spannungszwischenkreisumrichter 2 weist einen Eingangsstromrichter 21 sowie einen
selbstgeführten Wechselrichter 22 auf, die über einen Gleichspannungszwischenkreis
23 miteinander verbunden sind. Der Gleichspannungszwischenkreis 23 weist in seiner
Verbindungsleitung zwischen dem Eingangsstromrichter 21 und dem selbstgeführten Wechselrichter
eine Glättungsdrossel 24; parallel zwischen den Verbindungsleitungen einen Kondensator
25 auf. Der Eingangsstromrichter 21 richtet die Netzspannung aus dem Wechselstromkreis
1 gleich und stellt die Spannung im Zwischenkreis 23 ein. Der aus dem Gleichspannungszwischenkreis
23 gespeiste selbstgeführte Wechselrichter 22 erzeugt durch Ansteuern von sechs Leistungshalbleitern
ein Drehstromnetz 3, das lastseitig mit einem Asynchronmotor 4 mit Kurzschlußläufer
verbunden ist. Die Frequenz des Drehstromnetzes 3 ist variabel. In Abhängigkeit von
der Frequenz des Drehstromnetzes 3 ändert sich die Drehzahl des Asynchronmotors 4.
[0009] Von dem Asynchronmotor 4 ist mechanisch ein Hebezeug 5 angetrieben. Die Drehrichtung
des Asynchronmotors 4 ist umkehrbar, folglich das Hebezeug 5 heb- und senkbar, und
zwar wegen der unterschiedlichen Frequenz und damit der unterschiedlichen Drehzahl
des Asynchronmotors 4 mit unterschiedlicher Hubgeschwindigkeit. Insbesondere ist es
möglich, ein Hebezeug bei gegenüber der Nennlast reduzierter Last mit deutlich über
der Nenn-Hubgeschwindigkeit liegender Hubgeschwindigkeit zu betreiben.
[0010] Bei dem in Figur 2 dargestellten Hebezeug ist zusätzlich folgender Regelkreis vorgesehen:
Der von der zu hebenden Last und damit von dem vom Motor geforderten Drehmoment abhängige
Strom I wird mit einem - einstellbaren - Strom I
max verglichen; der Differenzwert einem Zweipunktregler 6 zur Strombegrenzung zugeführt.
Dem Zweipunktregler 6 ist eine Ansteuerlogik 7 nachgeordnet, die ihrerseits mit dem
Gleichstromteil des Wechselrichters 22 verbunden ist. Weitere, der Ansteuerlogik 7
zugeführte Größen können das Ausgangssignal einer Störungsüberwachung und das Ausgangssignal
eines Zweipunkt-Flußreglers sein. Der zusätzliche Regelkreis dient dazu, die mechanische
Konstruktion des Hebezeugs durch eine Anhebung der Hubgeschwindigkeit bei voller Last
nicht zu überfordern.
1. Mit variabler Hubgeschwindigkeit arbeitendes Hebezeug (5), das von einem Asynchronmotor
(4) mit Kurzschlußläufer angetrieben ist, dem ein Frequenzumrichter vorgeschaltet
ist, der netzseitig aus einem ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetz (1) gespeist
ist und aus dem lastseitig ein Drehstromnetz (3) gespeist ist, aus dem der das Hebezeug
(5) antreibende Asynchronmotor (4) versorgt ist, gekennzeichnet durch einen Spannungszwischenkreisumrichter
(2) als Frequenzumrichter, aus dem das lastseitige Drehstromnetz (3) bei vom Hebezeug
mit Nenn-Hubgeschwindigkeit zu hebender Last mit Nennfrequenz, bei reduzierter Last
zur Erhöhung der Hubgeschwindigkeit mit um das bis zwei- bis dreifache erhöhter Frequenz
gespeist ist.
2. Hebezeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem lastseitigen Drehstromnetz
(3) und dem Spannungszwischenkreisumrichter (2) ein Regler (6) vorgesehen ist, über
den bei über der Nennfrequenz liegender vom Spannungszwischenkreisumrichter an das
Drehstromnetz gelieferter Frequenz in Abhängigkeit von dem vom Asynchronmotor (4)
proportional zu der zu hebenden Last geforderten Drehmoment die vom Spannungszwischenkreisumrichter
(2) gelieferte Frequenz des Drehstromnetzes (3) begrenzt ist, wobei deren Maximalwert
deutlich über dem Wert des ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetzes (1) liegt.
