Ausgabe 5/2004
09/01/04
Faszination Gleichstrom-Technologie: Fahrkomfort bleibt einfach unschlagbar!
Mechatronik für Aufzugsmonteure und Antriebstechniker
Dipl.-Ing. Götz Benczek
Auf Wunsch vieler Leser greifen wir das Thema „Altumrüstung von Gleichstrom-Gearless-Winden” nochmals auf. Inzwischen ist die Erfahrung mit den bürstenbehafteten Winden stark gewachsen. Die moderne Antriebstechnik auf IGBT-Basis, kombiniert mit den alten DC-Winden, generiert einen ausgezeichneten Fahrkomfort bei höchstem Wirkungsgrad.
Kategorie: Fachaufsaetze Ausgabe 5/2004
Erstellt von: Editor
Doch vorher sind ein paar Dinge zu beachten, damit die Anlage viele weitere Jahre in der gewohnten Zuverlässigkeit arbeiten kann. Insbesondere die oft niedrige Ankerspannung und die Spannungsfestigkeit aller Wicklungen gegen Erde ist zu beachten. Nur wenige Fabrikate vertragen die Zwischenkreis-Spannung oder hohes dU/dt moderner Umrichter.
Liegt die Ankerspannung deutlich unter 300 V, ist in der Regel ein Trenn-Transformator vor dem Umrichter notwendig, der auch die Spannungsfestigkeit gegen Erde sicherstellt. Es sind hochwertige Schütze im Ankerkreis vorzusehen, die im Notfall – also bei hohem DC-Strom und hoher DC-Spannung – die Energie zum Ankerkreis unterbrechen können. Die Schütze brauchen dabei aber nicht mehr für eine ständig wiederkehrende Trennung unter Last dimensioniert werden. Besonders wichtig ist der Leistungs-Varistor am Anker des DC-Motors: Er verhindert einen Kollektorschaden beim Öffnen des Sicherheitskreises. Der Varistor hat – je nach Leistung des Motors – eine Tablettengröße von 40 bis 80 und eine Spannung passend zum wirksamen Zwischenkreis. Ein Umrichter mit 3 AC 230 V-Netz benötigt daher einen Varistor an der Ankerwicklung von 300 V (z. B. Typ SIOV B60K300).
Bild 147 zeigt den Schaltvorschlag zum Leistungsteil (R3 = 2kΩ 0,5 W Kohleschicht).
Bild 147
Wichtig: Im Feld-Kreis darf kein Schütz eingebaut sein. Nur im Anker-Kreis gibt es zwei Schütze, deren drei Kontaktpaare jeweils in obigem Beispiel in Reihe geschaltet wurden.
Bild 148 zeigt, dass die typischen Parameter und Variablen sich nicht sehr von den konventionellen „bürstenlosen” Antrieben (asynchron oder synchron) unterscheiden.
Bild 148
Neu sind dagegen die Parameter „F1” und „F2“, sowie die Variablen „0E6A” und „0E6E“:
„F1” (Nnenn – Imax) ist die Drehzahl, bis zu welcher mit vollem Ankerstrom gefahren wird. Ab „F1” wird der Ankerstrom über die Kommutierungsgrenze „0E6E” bis zur Drehzahl „F2” begrenzt.
„F1” (Nnenn – Imax) ist die Drehzahl, bis zu welcher mit vollem Ankerstrom gefahren wird. Ab „F1” wird der Ankerstrom über die Kommutierungsgrenze „0E6E” bis zur Drehzahl „F2” begrenzt.
„F2” (Nmax – Inenn) ist die Drehzahl, bis zu der die Kommutierungsgrenze „0E6E” laufen soll. Nach „F2” beginnt die Feldschwächung (das Feld sinkt dabei maximal auf die Hälfte).
„0E6A” (Feldstrom) gibt den Wert in „mA” für die Feldwicklung an. Sowohl Feld- als auch Anker werden im Strom geregelt, somit ist das Magnetfeld nicht temperaturabhängig.
„0E6E” (Kommutierungsgrenze) wird in Prozent vom Nennstrom angegeben. Zwischen den Drehzahlen „F1” und „F2” wird der Strom z. B. auf 90 % des Nennstroms begrenzt.
Das Bild 149 veranschaulicht nochmals den Zusammenhang von „F1”, „F2” und „0E6E“.
Das Bild 149 veranschaulicht nochmals den Zusammenhang von „F1”, „F2” und „0E6E“.
Bild 149
Bis zur Drehzahl „F1” steht die volle Dynamik des DC-Umrichters zur Verfügung. Von der Drehzahl „F1” bis zur Drehzahl „F2” besteht die Möglichkeit, den Ankerstrom zum Schutz des Kommutators zu begrenzen. In Zelle „0E6E” wird angegeben um welchen Prozentsatz (bezogen auf Imax-Typenschild des Motors) der Strom heruntergenommen werden soll.
Ab „F2” wird bis 2 x „F2” linear in die Feldschwächung gefahren. Es ist allerdings hier zu beachten, dass nicht in jedem Fall beide Funktionen parallel zur Verfügung stehen. Man kann dann entweder eine Feldschwächung wählen oder die Kommutierungsgrenzkurve einstellen:
Beispiel 1 (Kommutierungsgrenzkurve ab 135 rpm bis End-Drehzahl 159 rpm):
F1 = 135
F2 = 159
F2 = 159
0E6E = 70 %
Im Beispiel 1 entspricht die Drehzahl „F2” der maximalen Arbeitsdrehzahl der Winde (z. B. für 2,5 m/s).
Beispiel 2 (Feldschwächung ab 110 rpm bis z. B. 220 rpm im Verhältnis 1 zu 2):
F1 = 109
F2 = 110
F2 = 110
0E6E = 90 %
Im Beispiel 2 soll der Motor ebenfalls bis 159 rpm drehen, dabei aber im Feld um den Faktor 1,34 geschwächt werden (der Feldstrom soll z. B. von 8 A auf 6 A sinken). Mit der oben genannten Einstellung wird von „F1” = 110 rpm bis 2 x „F2” = 220 rpm auf 50 % des Feldstroms geschwächt. Bei 159 rpm ergeben sich somit 75 %. Der Wert in „0E6E” wirkt sich dagegen praktisch nicht aus, da „F1” und „F2” zwangsläufig dicht beieinander liegen.
Wie auch bei bürstenlosen Gearless-Antrieben, werden die bürstenbehafteten DC-Winden mit Inkrementalgebern (statt dem alten Tacho) ausgerüstet, welche 2048 Pulse (mit vier 1 Vss-Pegeln) pro Motor-Umdrehung liefern müssen. Bild 150 und Bild 151 zeigen jene typischen Fahrkurven einer DC-Winde vom Fabrikat „Dover” (leer aufwärts, leer abwärts):
Bild 150 zeigt deutlich den wachsenden Einfluss des Seilgewichts auf dem Ankerstrom.
Bild 151 zeigt höchsten Drehmomentbedarf beim Wegfahren aus oberster Haltestelle.
Bild 152 zeigt eine Winde vom Fabrikat Siemens, die ohne Transformator auskommt.
Bild 153 zeigt den Drehgeber-Anbau an einem DC-Motor vom Fabrikat Dover.
Bild 154 zeigt die Anker-Schrägnutung des Dover-Motors (Feldwicklung demontiert).
Bild 155 zeigt die innenliegende Trommelbremse eines DC-Motors vom Fabrikat Otis.
Bild 156 zeigt zwei der vier Kohlebürsten auf dem Kollektor in der Otis-DC-Maschine.
Bild 157 zeigt zwei der vier Feldwicklung mit einer der vier Wendepolwicklungen (Otis).
Bild 158 zeigt die Seilführung der doppelten Umschlingung bei der DC-Winde von Otis.
1) Siehe auch frühere Beiträge LR 1/2001. S. 46 – LR 2/2001, S. 40 – LR 3/2001, S. 30 – LR 4/2001, S. 48 – LR 5/2001, S. 80 – LR 6/2001, S. 91 – LR 1/2002, S. 56 – LR 2/2002, S. 32 – LR 3/2002, S. 42 – LR 4/2002, S. 66 – LR 5/2002, S. 44 – LR 6/2002, S. 38 – LR 2/2003, S. 10 – LR 5/2003, S. 134 – LR 6/2003, S. 26 – LR 1/2004, S. 20 – LR 3/2004, S. 16 – LR 4/2004, S. 46.
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