Elektrisch unterstütztes Bremsen mit Gleichstrom-Hebezeugmotoren

In diesem Artikel werden einige der Probleme im Zusammenhang mit der Bremsleistung beim Notstopp von Aufzügen untersucht.

von Nick Marchitto

In diesem Artikel werden einige der Probleme im Zusammenhang mit der Bremsleistung beim Notstopp von Aufzügen untersucht.

Elektrisch unterstütztes Bremsen mit Gleichstrom-Hebezeugmotoren

Gleichstrommotoren haben die Fähigkeit, Energie zu regenerieren, wenn sie im Überholungszustand (negative Last) betrieben werden (dh durch die Last angetrieben werden – Abbildung 1). Der Gleichstrom-Hubmotor verhält sich wie ein Generator, wenn er über eine Motorfelderregung verfügt und ausreichend mechanische Leistung seine Motorwelle dreht. Beispiele für Überholungsbedingungen, die wiederum (mechanisch mit dem Wechselstromantriebsmotor des MG-Sets gekoppelt) den Wechselstromantriebsmotor als Wechselstromgenerator antreiben und Strom zurück in die Wechselstromleitungen pumpen. Wenn der AC-Antriebsmotor über seine synchrone Nenndrehzahl hinaus angetrieben wird, sorgt er für regeneratives Bremsen und versucht, die Aufzugslast zurückzuhalten (begrenzt jegliche Geschwindigkeitserhöhung des DC-Hebezeugmotors) und begrenzt somit die Fahrkorbgeschwindigkeit. Dieser Vorgang kann erfolgen, solange der Schleifenkreis nicht geöffnet ist und der AC-Antriebsmotor des MG-Sets mit der AC-Leitung verbunden bleibt. (Hauptleitungstrenner oder Sicherung ist nicht geöffnet.) Eine Dämpfung der Generatorfelder wird ebenfalls bereitgestellt, um das Ansprechen des Generators zu verlangsamen und für ein sanfteres regeneratives Bremsen zu sorgen. Einige Ward Leonard-Aufzugssteuerungsdesigns öffnen den Schleifenkreis, wenn ein Notstopp ausgeführt wird und der Aufzug an einer Haltestelle im Leerlauf ist, wodurch der regenerative Pfad deaktiviert, aber stattdessen dynamisches Bremsen bereitgestellt wird.

Lernziele

Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, sollten Sie Folgendes gelernt haben:
♦ Aufzugs-AC- und -DC-Motoren können, wenn sie auf verschiedene Arten von Antriebs-/Steuerungsdesigns angewendet werden, elektrische Energie zurückgewinnen.
♦ Die Rückgewinnung elektrischer Energie kann sowohl von einem Wechselstrom- als auch von einem Gleichstrommotor ein „Bremsmoment“ bereitstellen, um die mechanische Belastung der Motorwelle abzubremsen.
♦ Bei der DC-Steuerung die typischen Aufbauten des „Schleifenkreises“ und die Auswirkungen auf den Not-Halt, wenn der Kreiskreis geschlossen gehalten und während des Stopps geöffnet wird
♦ Der Unterschied zwischen regenerativem und dynamischem Bremsen in Bezug auf AC- und DC-Motoren/Antriebe/Steuerungssysteme
♦ Die Steuerungsmethoden, mit denen Aufzugs-Wechselstrommotoren ein Bremsmoment bereitstellen können
♦ Während typischer Notstopps (E-Stops) von Aufzugsanlagen tragen sowohl die Aufzugsmaschinenbremse als auch die regenerative oder dynamische Bremsung zur Gesamtbremskraft des Systems bei.
♦ Der Ablauf der Ereignisse während eines typischen Notstopps.
♦ Dass zum Zeitpunkt des Notstopps viele Parameter der Aufzugsanlage im Spiel sind und die Verzögerungsrate des Stopps beeinflussen.
♦ Bei Notbremssystemen kann es zu mechanischen und elektrischen Konstruktionskonflikten kommen, wenn es darum geht, Fahrqualitätsprobleme während des Stopps mit der Effektivität des Stoppens in Einklang zu bringen.
♦ Mit Blick auf die Zukunft gibt es viele konstruktive Herausforderungen bei der Entwicklung optimaler Aufzugsbremssysteme, die während eines Notstopps unter allen Aufzugsbetriebsbedingungen eine akzeptable Leistung bieten.

Bei DC-SCR- (Thyristor-)Antrieben mit „Dual Converter“ ist eine Rückspeisung in die Wechselstromquelle (Gebäude-Wechselstromleitungen) möglich, solange der DC-Schleifenkreis nicht geöffnet wird. Der ASME A17.1/CSA B44-Code erfordert jedoch zwei Möglichkeiten, um die Stromversorgung von einem Gleichstrom-Hebezeugmotor zu trennen

von einem DC-SCR-Antrieb versorgt werden. Ein Mittel muss entweder über Schütz(e) oder ein elektrisches/elektronisches/programmierbares elektronisches System (E/E/PES) mit einem Sicherheitsintegritätslevel (SIL) von mindestens dem höchsten SIL der beteiligten elektrischen Schutzeinrichtung (EPD) sein die Stromentnahme des Gleichstrom-Hebezeugmotors. Bei einigen Steuerungsdesigns öffnen diese Schütze oder SIL-Geräte den Schleifenkreis; andere öffnen die AC-Zufuhr zum Eingang des DC-SCR-Antriebs (Abbildung 3). Unabhängig davon, wie dies realisiert ist, wird der regenerative Pfad gesperrt und während eines Notstopps kann keine regenerative Energie in die Wechselstromleitungen zurückfließen.

Dynamisches Bremsen kann verwendet werden, um den Verlust des regenerativen Bremsens zu überwinden, wenn der Schleifenkreis geöffnet wird. Dynamisches Bremsen wird erreicht, indem der Aufzugsmotor als Generator wirkt (wenn das Motorfeld mit Strom versorgt wird) und indem die mechanische Energie des Systems als Wärme in den dynamischen Bremswiderständen (DBRs) abgeführt wird. Ein niedriger Widerstandswert wird über den Anker des Gleichstrom-Hubmotors gelegt, wenn der Schleifenkreis geöffnet wird. Die DBRs werden bei Bedarf automatisch verbunden, indem der/die „rückwärtige“ oder „unterbrechende“ Leistungspolkontakt(e) des/der Schütz(e) verwendet wird, die den Schleifenstromkreis öffnen (normalerweise offene Kontakte „DD“ in Abbildung 3).

Der Wert des dynamischen Bremswiderstands (DBR) wird gewählt, um das Bremsmoment festzulegen, das der Gleichstrom-Hubmotor während des dynamischen Bremsens bereitstellt. Die anfängliche Gleichstrommenge wird nach dem Ohmschen Gesetz (I = E/R) berechnet. Beachten Sie, dass der Strom abnimmt, wenn die vom Hubmotor erzeugte Spannung (E) mit abnehmender Motordrehzahl (U/min) während des Stopps abnimmt und auch etwas, wenn der DBR-Wert (R) mit der Widerstandserwärmung während des Stromflusses steigt die Widerstände. Je niedriger der DBR, desto mehr anfänglicher Gleichstrom fließt und desto größer ist das Gesamtbremsdrehmoment, das vom Gleichstrom-Hebezeugmotor aufgebracht wird. Ein zu niedriger DBR, der sich dem eines Kurzschlusses über dem Anker des Gleichstrom-Hubmotors nähert, führt zum maximalen Strom und zum maximalen Bremsmoment, was möglicherweise zu Schäden am Kommutator und den Bürsten des Gleichstrom-Hubmotors führt. Ein fast augenblickliches Anhalten des Motorankers (was zu einem Verlust der Seilzugkraft auf der Treibscheibe führt) wird die Folge sein. Dies kann zu einem Verschleiß der Tragseile und der Antriebsmaschinenscheibennuten führen. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass Wellen und/oder Kupplungen und andere Maschinenkomponenten mechanisch überbeansprucht und beschädigt werden.

Wenn die Netzspannung aufgrund eines Stromausfalls eines Versorgungsunternehmens oder eines Gebäudes ausfällt, macht der Aufzug automatisch einen Notstopp. Die Gleichstromerregung des Hubmotors von der Reglerversorgung wird bei Ausfall der Wechselstromleitung abklingen, wodurch ein wirksames dynamisches Bremsen verhindert wird. Bei langsamen Aufzügen ist die Kabine schon auf dem besten Weg zum Halt, wenn das Motorfeld zusammenbricht. Bei Aufzügen mit höherer Geschwindigkeit kann eine Motorfeld-"Überbrückungs"-Schaltung verwendet werden, um die Motorfelderregung während des gesamten oder des größten Teils des Notstopps aufrechtzuerhalten. Das Gleichstromfeld des Hubmotors wird „selbsterregt“, indem der Motorfeldkreis durch die Lenkdioden und die Kontakte X und Y gespeist wird, um die richtige Polarität von der Ankerausgangsspannung während des Notstopps zu liefern (Abbildung 4).

Bei DC-SCR-Antriebsdesigns, die die AC-Zufuhr zum DC-SCR-Antrieb öffnen, könnte die dynamische Bremsung (mit sorgfältiger Verriegelung der Betriebsarten) implementiert werden, indem ein Schütz oder ein Halbleiterschaltgerät verwendet wird, um einen Widerstand über den DC-Hubmotor zu schalten Anker. Dieser Vorgang würde erfolgen, während der Motor mit dem DC-SCR-Antrieb verbunden bleibt, wird jedoch nicht oft durchgeführt, da solche Antriebssysteme normalerweise für Aufzugsaufgaben mit niedriger Geschwindigkeit und geringer Kapazität verwendet werden, bei denen die mechanische Maschinenbremse in der Lage ist, alle zu absorbieren der Stoppenergie.

Bei DC-pulsweitenmodulierten (PWM) Antrieben versorgt eine vollständig regenerative Brücke den Hubmotor mit Gleichstrom. DC-Schütze werden bereitgestellt, um den DC-Hubmotor vom Antrieb zu trennen und DBRs einzufügen, die das Bremsmoment des DC-Hubmotors bereitstellen. Bei Aufzügen mit höherer Geschwindigkeit hält eine Motorfeld-Überbrückungsschaltung die Motorfelderregung während des Notstopps aufrecht.

Elektrisch unterstütztes Bremsen mit Wechselstrom-Hebezeugmotoren

Wechselstrom-Hebezeugmotoren können Energie regenerieren, wenn sie im Überholungszustand betrieben werden (dh wenn sie von der Last angetrieben werden, so dass der Motor über seine Synchrondrehzahl angetrieben wird, während er an die Wechselstromleitung angeschlossen ist). Je höher die Motordrehzahl über der Synchrondrehzahl liegt, desto größer ist das verfügbare Motorbremsmoment. Diese Bedingung besteht bis zum Auszieh- oder Kippmomentpunkt im übersynchronen Drehzahlbereich des Motorbetriebs. Das Auszieh- oder Kippdrehmoment ist die maximale Drehmomentkapazität des Wechselstrommotors und tritt bei einer Drehzahl deutlich unterhalb der Synchrondrehzahl auf (normalerweise beim Start etwa 0-10 % der Synchrondrehzahl für Wechselstromaufzugsmotoren vom Typ NEMA D, die mit Einfach- und Wechselstrom-Widerstandsregelung mit zwei Geschwindigkeiten) beim Betrieb im Motormodus und in einem „Spiegelbild“ über der Synchrondrehzahl beim Betrieb im Motorbremsmodus.

Ein- und zweistufige AC-Motorsteuerung und AC-Widerstandssteuerung (Abbildung 5) stoppen den Aufzug in der Regel sowohl beim normalen als auch beim Notstopp an der Bremse. Zwei-Gang-Motoren sorgen beim Übergang von hoher zu niedriger Drehzahl für eine gewisse elektrische Bremswirkung. Während des Umschaltens von der Hochgeschwindigkeitswicklung liegt die tatsächliche Motordrehzahl zu dem Zeitpunkt, zu dem die Niedriggeschwindigkeitswicklung an die Wechselstromversorgung angeschlossen wird, über der Synchrondrehzahl der Niedriggeschwindigkeitswicklung, und ein gewisses Motorbremsdrehmoment wird erzeugt, da oben beschrieben, bis die Motordrehzahl unter seine synchrone Wicklungsgeschwindigkeit bei niedriger Geschwindigkeit abfällt.

Einige Motorsteuerungen mit variabler Spannung (ACVV/VVAC) (Abbildung 6) verwenden „Plugging“, um die Motordrehzahl zu steuern, indem der Stromfluss im Stator des AC-Motors (vertauschte Phasenanschlüsse) umgeschaltet wird, um die Richtung des Statorflusses umzukehren. während der Motor noch in die aktuelle Richtung dreht. Diese Statorflussumkehr interagiert mit dem Rotorfluss und liefert ein Bremsdrehmoment vom Motor. Der Motor entnimmt während dieses Steckvorgangs tatsächlich einen erhöhten Statorstrom aus der Wechselstromleitung und erzeugt eine große Wärmemenge im Rotor sowie hohe mechanische Belastungen auf Rotor und Stator. Mit dieser Betriebsart „Plugging“ kann ein Not-Aus realisiert werden, solange das Wechselstromnetz an Antrieb und Motor angeschlossen ist (Abbildung 6a).

Einige ACVV/VVAC-Motorsteuerungen verwenden eine Gleichstrombremsung, um den Aufzug bis zum Stillstand zu verlangsamen, indem eine kontrollierte Gleichstrommenge entweder an dieselbe oder eine separate Wechselstrommotorwicklung geliefert wird (normalerweise die langsame Wicklung bei einer zweistufigen, zweistufigen Wickelmotor) beim Abbremsen des Aufzugs. Die Wechselspannungsversorgung wird vom Motorstator getrennt und eine Gleichspannung wird an eine Phase der Statorwicklung angelegt, um im Motor ein magnetisches Gleichfeld zu erzeugen. Dieses Gleichstromfeld induziert Rotorströme, die dem Feld entgegenwirken und eine Rotorbremskraft oder einen Verzögerungswiderstand erzeugen, der den Motor verlangsamt. Bei einem Notstopp kann dieser Gleichstrom-Injektionsstrom erhöht werden, um mehr Bremsdrehmoment vom Wechselstrom-Hebezeugmotor bereitzustellen. Die Größe des Bremsmoments variiert quadratisch mit dem eingespeisten Gleichstromwert (Abbildung 6b).

ACVF und AC-Motorsteuerungen mit variabler Spannung und variabler Frequenz (VVVF) (Abbildung 7) sind sowohl in regenerativen als auch in nicht-regenerativen Ausführungen erhältlich. Die letztgenannten Ausführungen schalten einen DBR ein, um die regenerative Energie des Motors zu absorbieren, wenn die Umrichterstufe Leistung zurück in den DC-Bus sendet. Bei einem Notstopp werden die Wechselrichter-Leistungsvorrichtungen mit Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) abgeschaltet, um die Leistung vom Hubmotor zu trennen, und wenn der Wechselstrommotorfluss abnimmt, nimmt jeglicher dynamischer Bremsbeitrag ab und hört auf. Im Falle eines Ausfalls der AC-Netzspannung während der Überholung von Motorlasten (Stromausfall, offener Haupttrennschalter oder mehrere durchgebrannte AC-Netzsicherungen), bevor der AC-Motorfluss nachlässt, kann ein ACVF-Antrieb die DBR-Schalteinrichtung selbst versorgen , was einen „one-shot“-Vorgang zum Einfügen der DBRs ermöglicht. Die Zwischenkreiskondensatoren stehen auch zur Verfügung, um einen Teil der generatorischen Energie während des Stopps aufzunehmen, und die Maschinenbremse kann die verbleibende Energie abbauen.

ACVF/VVVF-Rückgewinnungsantriebe liefern normalerweise keine DBRs. Stattdessen wird im Falle eines Notstopps oder einer Unterbrechung der Wechselstromleitung während der Überholung von Motorlasten, bevor der Wechselstrommotorfluss abklingt, ein Teil der generatorischen Energie von den Zwischenkreiskondensatoren aufgenommen und die Maschinenbremse muss die verbleibende Energie.

Not-Aus

Aufzugssysteme führen immer dann Notstopps durch, wenn eine in A17.1/B44 (2.26.2) aufgeführte EPD ausgelöst wird. Ein Not-Halt tritt auf, wenn die elektrische Energie vom Aufzugsmotor und der Maschinenbremse getrennt wird, während der Aufzug in Bewegung ist. Im Allgemeinen wird die Stromversorgung des Aufzugsmotors durch Öffnen des Schleifenstromkreises (der Verbindung zwischen der Stromquelle des Aufzugsmotors und dem Aufzugsmotor) mit einem elektromechanischen Schütz, SIL-Geräten oder einer Kombination aus der Verwendung von elektromechanischen Schütz(en) in . unterbrochen in Verbindung mit einem Antrieb „Ausschalten“. Die Stromabschaltung der Hubwerksbremse erfolgt auch über elektromechanische Schütze oder Relais, um die Stromzuleitungen zur Bremse zu trennen. Ausnahmen von diesen Methoden zum Unterbrechen der Stromversorgung des Hubmotors sind:

• Eine Ausführung eines Ward Leonard MG-Set-Systems, bei dem die Verbindungen zwischen Generatorausgang und Hubmotor (Schleifenkreis) permanent sind und nicht geöffnet werden. Stattdessen wird der Anker des Hubmotors durch Öffnen der Wechselstromzufuhr zum Antriebsmotor des MG-Sets stromlos gemacht.
• Eine Version eines DC-SCR-Antriebssystems, bei der die Verbindungen zwischen Antrieb und Hubmotor (Schleifenkreis) permanent sind und nicht geöffnet werden. Die Stromversorgung des Hubmotors wird stattdessen durch Öffnen der Wechselstromzufuhr zum DC-SCR-Antriebseingang unterbrochen.

Bei einem typischen Motorsteuerungssystem treten die folgenden Ereignisse entweder gleichzeitig oder nacheinander während eines Not-Halts auf:

1. Ansteuerung einer EPD
2. Bei DC-Steuerung Verstärkung des Hubmotorfeldes (Vollfeldbedingung)
3. Bei DC-Steuerung mit einem DC-SCR-Antrieb durch Ausschalten der SCR-Brücke des Antriebs und Öffnen des Schleifenkreises oder durch Öffnen der AC-Einspeisung zum DC-SCR-Antriebseingang
4. Bei DC-Steuerung mit einem MG-Set, durch Öffnen des Schleifenkreises oder durch Öffnen der AC-Zufuhr zum MG-Set AC-Antriebsmotor
5. Dynamische Bremsung des Aufzugsmotors, falls vorhanden, entweder für Punkt 3) oder 4), wenn der Schleifenkreis geöffnet wird
6. Stromentnahme aus den Generatorfeldern für Punkt 4)
7. Bei Wechselstrom-Widerstandssteuerung oder Wechselstrom-Ein- oder Zwei-Geschwindigkeits-Steuerung durch Öffnen der Stromzufuhr zum Wechselstrom-Hebezeugmotor
8. Wenn die AC-Steuerung mit einem Solid-State-Laufwerk erfolgt, indem Sie die Verbindung vom Laufwerk zum AC-Hebezeugmotor öffnen oder die AC-Stromversorgung zum Laufwerk öffnen und die stromleitenden Solid-State-Geräte (IGBTs, Leistungstransistoren oder Thyristoren)
9. Unterbrechen der Stromversorgung von der Maschinenbremsspule durch Öffnen des/der Bremsspeiseschütz(e) oder Relais(s)
10. Auftragen des Bremsbelagmaterials auf die Bremsfläche

Der Zweck eines Not-Halts besteht in erster Linie darin, die Fahrgäste vor Schäden zu schützen und in zweiter Linie Schäden an der Aufzugsanlage möglichst zu vermeiden. Im Idealfall sollten Fahrgäste bei Notstopps keinen Verletzungen oder traumatischen Beschwerden ausgesetzt sein. Bei einem typischen Notstopp kommt es zu einer Kombination von Bremskräften sowohl des elektrischen als auch des mechanischen Systems. Bei einigen Aufzugssteuerungen werden nur mechanisch erzeugte Verzögerungskräfte verwendet, um die Kabine abzubremsen (dh der gesamte Halt erfolgt nur mit der Maschinenbremse).

Bei anderen Aufzugssteuerungen werden elektrisch erzeugte Verzögerungskräfte wie dynamisches Bremsen mit der mechanischen Maschinenbremskraft kombiniert, um die Systemmassen abzubremsen. Fahrstuhlsteuerungskonzepte mit dynamischem Bremsen koordinieren die elektrischen (dynamischen Bremsen) und mechanischen (Maschinenbremsen) Bremssysteme möglicherweise nicht vollständig, und der resultierende Notstopp variiert je nach Beladung im Fahrkorb, Fahrtrichtung und Geschwindigkeit. Die meisten Aufzugssteuerungskonstruktionen verwenden einen festen Wert des dynamischen Bremswiderstands (DBR), der normalerweise für den Volllast-Abwärtszustand eingestellt wird. Dieser feste DBR-Wert ist für andere Lasten und/oder Fahrtrichtungen nicht optimal. Zum Beispiel ist der Widerstandswert, der für 100 % Volllast-Abwärtsfahrt verwendet wird, zu niedrig für weniger als eine voll beladene Kabine, die in Abwärtsrichtung fährt, oder eine leicht beladene Kabine, die in Aufwärtsrichtung fährt, und unter diesen Bedingungen tritt eine höhere Verzögerungsrate auf des Aufhörens.

Bei Ward Leonard-Systemen, die den Schleifenkreis während eines Notstopps nicht öffnen, wenn die Stromversorgung vom Wechselstromantriebsmotor des MG-Sets unterbrochen wird, erscheint der Gleichstromanker des Generators als Kurzschluss über dem Anker des Hubmotors, was zu einem abrupten Stopp führt. es sei denn, die Energieentnahme aus den Generatorfeldern wird während des Stopps gesteuert (stufenweises Entfernen).

Eine zu hohe Verzögerung (ein abrupter Stopp) kann folgende Folgen haben:

• Zugkraftverlust an der Seilscheibe der Hubmaschine
• Übermäßige Ströme im Gleichstrommotor und Antriebssystem des Aufzugs, die durchgebrannte Sicherungen, Überstromauslösungen, Schäden an den Motorkommutatoren und Bürsten, Lichtbogenbildung oder Schweißen von Schleifenstromkreiskontakten usw. verursachen.
• Versehentliches Ansetzen der Aufzugskabine und/oder Gegengewichtssicherung
• Versehentliche Betätigung des Ausgleichsscheiben-Wegschalters
• Verschiedene Auswirkungen auf Passagiere, beeinflusst durch deren körperliche Verfassung, Alter, Gewicht usw.
• Schäden an Tragseilen, Scheibenrillen, Wellen, Kupplungen etc.

Eine zu geringe Verzögerung (ein „sanfter“ Stopp) kann zu Folgendem führen:

• Zu lange Bremswege
• Wird der Stopp zu nahe an der unteren Endstation eingeleitet, prallt die Kabine mit größerer als der Nennanfahrgeschwindigkeit auf den Puffer.
• Wird der Halt zu nahe an der oberen Endstation eingeleitet, fährt der Fahrkorb in den Schachtkopfbereich auf, was zu Verletzungen von Fahrgästen, Einklemmungen oder Sachschäden führen kann.
• Verletzung oder Tod durch Quetschen, Scheren oder Quetschen durch nicht frühzeitiges Aufhören

A17.1/B44 soll „für die Sicherheit von Leib und Leben sorgen und das Gemeinwohl fördern“. Anforderungen an eine sichere Leistung bei Not-Halt müssen Kombinationen von Last, Geschwindigkeit und Fahrtrichtung sowie die Koordination sowohl der elektrischen als auch der mechanischen Verzögerungskräfte berücksichtigen. Zur Verbesserung der Bremsleistung bei Notbremsungen werden folgende Ziele vorgeschlagen:

1. Die während eines Notstopps zulässige Verzögerung würde Folgendes bieten:
   1. Eine Haltestelle, die die Fahrgäste vor dem Notfall schützt
   1. Ein minimales Auftreten von Traktionsverlusten
   1. Geringer oder kein Schaden an der Ausrüstung
2. Der gemessene Anhalteweg ab dem Beginn der Betätigung einer EPD muss so kurz wie möglich sein (eine Notsituation bedeutet typischerweise ein Anhalten des Aufzugs in möglichst kurzer Distanz und Zeit), idealerweise erfüllen sie die Ziele von 1) a), b) und c).
3. Ein Notstopp, der es dem Aufzugssystem ermöglicht, sich automatisch zu erholen oder sich langsam zur nächsten Haltestelle zu bewegen, damit die Passagiere die Kabine verlassen können, wenn der Fehler, der die EPD ausgelöst hat, behoben ist. Eine solche Fehlermanagementstrategie sollte vorgesehen werden, wenn ein manuelles Zurücksetzen der EPD gemäß A17.1/B44 nicht erforderlich ist und wenn festgestellt werden kann, dass kein gefährlicher Zustand durch einen Geräteschaden infolge des Not-Aus vorliegt.( Siehe 1) c).)
4. Der Anhalteweg sollte durch einige Höchst- und Mindestwerte begrenzt werden, da jenseits der Höchststrecke der resultierende Stopp möglicherweise nicht mehr als gültiger Notstopp angesehen werden kann. Bedenken Sie, dass es andere Arten von „Nicht-Not“-Stopps gibt, die implementiert werden können, wie z. Außerdem gibt es andere Arten von Stopps, die typischerweise nicht leicht kontrollierbar sind, wie beispielsweise solche, die aus einem Verlust der AC-Netzspannung aufgrund eines Stromausfalls oder durchgebrannter Sicherungen resultieren.

Der Notstopp durch den Aufzug wird bestimmt und beeinflusst durch:

1. Die Systemschachtmassen (Kabinenseite und Gegengewichtsseite der Maschinenscheibe), einschließlich der momentanen Last in der Aufzugskabine und der Maschinenträgheit
2. Die Fahrtrichtung des Aufzugs (nach oben oder unten)
3. Die Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Verzögerung des Aufzugs zum Zeitpunkt der Betätigung einer EPD
4. Der physikalische Zustand der mechanischen Bremse (Verlust durch Verschleiß an Drehpunkten, Blockieren durch Mangelschmierung, klebrige Kerne usw.), das Bremsbacken-Reibungsmaterial, die Bremsfläche und der Reibungskoeffizient zwischen den Bremsflächen .
5. Die Zeit, die das Reibmaterial benötigt, um die Bremsfläche zu berühren, und, wenn dies der Fall ist, die Zeit, die benötigt wird, um die maximale Reibungsverzögerungskraft zu entwickeln. Einstellungen der Bremsfeder, Hub des Gestänges und Zustand beider Bremsflächen (sauber, ölig, glatt, rau usw.); die Art des Bremsbelagmaterials; plus Umgebungsbedingungen (Feuchtigkeit und Umgebungstemperatur können den Reibwert beeinflussen)
6. Abfallzeit der Bremse, einschließlich Flussabfall der Bremsspule (elektrische Reaktionszeit der Bremse)
7. Abfallzeit der Schütze/Relais, die beim Einleiten und Durchführen der Stromabschaltung des Aufzugsmotors und der Maschinenbremse verwendet werden
8. Die Reaktionszeit der Steuerung auf einen Not-Aus-Befehl
9. Die Verzögerungsrate aufgrund der motorelektrisch unterstützten Bremsung (dynamisch, regenerativ oder Einspritzung/Plugging)
10. Die Position der Aufzugskabine im Schacht und die Wirkung des Seil- oder Kettenausgleichs (falls vorhanden) auf die Unwucht der Aufzugsschachtanlage
11. Die vorhandene Traktion zwischen der Seilscheibe und den Hubseilen: Eine unzureichende Traktion führt zu einem Durchrutschen des Seils und einer unkontrollierten Bewegung der Kabine während des Notstopps. Der Schlupf kann durch die augenblickliche Verzögerungsrate eingeleitet werden, die durch die Ruckrate bestimmt wird, wobei der Schlupf beginnt, wenn ein bestimmter Grenzwert der maximalen Traktionsverzögerungsrate überschritten wird.
12. Umgebungsbedingungen (z. B. Temperatur, Feuchtigkeit, Staub, Öl usw.), die die Punkte 4) und 11) beeinflussen können.

Not-Aus mit Gleichstrommotoren

Beim Notstopp mit dynamischer Bremsung kommt es zu einer Kombination aus elektrisch und mechanisch erzeugten Bremskräften. Abbildung 8 ist eine „nominale“ grafische Darstellung der Motor- und Maschinenverzögerungskräfte über der Zeit, um den Aufzug während eines Notstopps anzuhalten. Diese Grafik dient nur als Beispiel für Diskussionszwecke, um die Probleme zu veranschaulichen, die mit der Leistung des Aufzugs während eines Notstopps bestehen. Die tatsächlichen Verzögerungskräfte des Aufzugssystems über der Zeit hängen von vielen Variablen ab, hauptsächlich von der Abklingzeitkonstante des elektrischen Flusses der Maschinenbremsspule, der elektrischen Zeitkonstante der DBR-Schaltung einschließlich des Motors, dem Abfall des Motorfeldflusses und der Drehmomentantwort des Maschinenbremse, da das Reibmaterial die Bremsfläche berührt. Die folgende Diskussion basiert auf der Drehmoment-Zeit-Kennlinie (Abbildung 8).

Typischerweise für ein Gleichstrommotorsystem besteht die erste Aktion nach dem Abschalten der Leistung vom Antriebsmaschinenmotor und der Bremse darin, die DBRs über den Motoranker einzufügen. Da sich der Gleichstrommotor mit oder nahe seiner Nenndrehzahl dreht und nun von der Last (Systemmomentum) als Generator angetrieben wird, wird an den Motorklemmen ein Gleichspannungsausgang erzeugt. Wenn ein niederohmiger DBR über diese Gleichspannungsquelle an die Ankerklemmen des Motors geschaltet wird, baut sich schnell ein Gleichstrom und ein entsprechendes Motorbremsmoment auf – typischerweise innerhalb von 500 ms. Der Maschinenbremsmagnet, der ebenfalls von seiner Stromquelle getrennt wurde, beginnt seine Haltekraft zu reduzieren, wenn der Magnetfluss der Bremsspule nachlässt, wodurch die Bremsfedern das Reibmaterial auf die rotierende Bremsfläche bewegen können. Das Abklingen des Flusses in der Bremsspule dauert typischerweise etwa 500 ms, mit weiteren 500 ms für die Federn, um die Bremsarme und die Reibfläche zu bewegen, um die Bremsfläche vollständig zu berühren. Die Bremse ist nach ca. 1 Sekunde voll wirksam und bleibt bei 125 % ihres Volllastdrehmoments konstant. Daher verzögern sowohl das dynamische als auch das elektrische Bremsen 1 Sekunde nach dem Einleiten des Notstopps die Last. Vor der halben Sekunde baut sich die dynamische Bremskraft auf; nach einer halben Sekunde beginnt es abzunehmen; und nach 1 Sekunde hat sie sich auf einen Teil (dargestellt als 50%) ihres Maximalwerts verringert, da sowohl die mechanischen Bremskräfte als auch die dynamischen Bremskräfte die Motordrehzahl weiter reduzieren. Die mechanische Bremskraft hat bei einer Sekunde ihr Maximum erreicht (da die Bremse so eingestellt ist, dass sie 125% der Volllast hält). Dieses Bremsmoment, kombiniert mit dem verfügbaren dynamischen Bremsmoment (50%), erzeugt ein momentanes Spitzen-(Impuls-)Moment von 175% des Volllastmoments. Dieser bremsende Drehmoment-"Spike" könnte aufgrund seiner Wirkung auf die Passagiere in der Aufzugskabine und auf das Aufzugssystem von Bedeutung sein. Dies müsste im Lichte der Reaktion der Systemträgheit auf eine kurzzeitige Drehmomentspitze bewertet werden.

Wie in Bild 8 dargestellt, erfolgt das Anhalten nach einer Sekunde immer mehr an der mechanischen Bremse, da die Wirkung der dynamischen Bremsung nachlässt. Das mechanische Bremsmoment wird dann als konstant angenommen, ändert sich aber in Wirklichkeit. Die Auswirkungen von Hitze müssen vollständig berücksichtigt werden.

Um dem kollabierenden Motorfeld entgegenzuwirken und den DBR-Beitrag zum Anhalten des Aufzugs zu erweitern, wird für Hochgeschwindigkeitsaufzüge eine Motorfeld-Überbrückungsschaltung verwendet. Das Motorfeld wird temporär in einen selbsterregenden Modus über den Motoranker geschaltet, um die während des Notstopps erzeugte Spannung des Motorankers zu verwenden. Bei diesem Ansatz bleibt die dynamische Bremskraft über einen längeren Zeitraum im Bereich des Motors und des mechanischen Bremsdrehmoments, wodurch zusätzliches Drehmoment zum mechanischen Bremsdrehmoment zum Anhalten von Hochgeschwindigkeitsaufzügen hinzugefügt wird.

Wie in Abbildung 8 gezeigt, ist ein Problembereich der Bereich des Motors und des mechanischen Bremsmoments. Die Kombination der beiden Drehmomente wird nicht gesteuert, da sie von den Reaktionen des elektrischen und mechanischen Systems abhängt und zu einem Spitzenbremsdrehmoment führt, das die Leistung des Stopps beeinträchtigen könnte. Wie angegeben, wird der Stopp bei Gleichstrom-Hubmotoren beeinflusst durch:

• Die Zeit für den Aufbau der dynamischen Bremskraft. Die Zeit wird durch die Induktivität (L) des Motors (einschließlich Motoranker plus etwaiger Zwischenpolbeitrag, wenn der Motor Zwischenpole hat) und den Widerstandswert (R) (Motoranker, Motorzwischenpole und externe DBRs) beeinflusst. Die elektrische Zeitkonstante für die Schaltung ist gleich L/R, und zu einem Zeitpunkt gleich vier Zeitkonstanten liegen der dynamische Bremsstrom und die dynamische Bremskraft bei ungefähr 98% ihres Maximalwertes. Die Zeit für das Abschalten (Öffnen) des DC-Schleifenschützes und das Schließen seines Rückkontakts zum Verbinden der DBRs über den Motoranker sollte ebenfalls berücksichtigt werden.
• Die Zeit, die die dynamische Bremskraft anhält, wenn die Motordrehzahl abnimmt und der Motorfeldfluss abnimmt. Die Motorfeldinduktivität und der Motorfeldkreiswiderstand bestimmen die Zeitkonstante für das Abklingen des Feldstroms (Fluss). Die Verwendung der selbsterregten Feldhalteschaltung verlängert die effektive Zeit der dynamischen Bremsung.
• Der Gesamtbetrag des Verzögerungsdrehmoments zu einem beliebigen Zeitpunkt, der durch die Kombination sowohl der dynamischen als auch der mechanischen Bremskräfte bereitgestellt wird.

Not-Aus mit AC-Motoren

Ein Notstopp mit einer ein- und zweistufigen AC-Widerstandssteuerung und einem ACV/VVAC-Aufzugssystem mit variabler Spannung (ACVV/VVAC) wird nur durch mechanische Bremskräfte erreicht. Typischerweise fällt bei einem Wechselstrommotorsystem nach dem Abschalten der Leistung von dem Antriebsmaschinenmotor und der Bremse der Motorfluss in ungefähr 250 ms für 15-PS-Motoren und bis zu 750 ms für 45-PS-Nennwerte ab. Wenn die Statorerregung des Motors vollständig entfernt wird, verschwindet der Motorfluss schnell, und es steht keine elektrische Motorbremsung (dynamisch oder regenerative) zur Verfügung. Gleichzeitig beginnt das Magnetventil der Maschinenbremse, seine Haltekraft zu verringern, wenn der Magnetfluss der Bremsspule nachlässt, wodurch die Bremsfedern das Reibmaterial auf die Bremsfläche bewegen können. Wie bereits erwähnt, variiert die Flussabklingzeit in der Bremsspule mit der Größe der Bremse und dauert in der Regel etwa 500 ms, zusätzlich zu weiteren 500 ms für die Federn, um die Bremsarme und das Reibmaterial zu bewegen, sodass letztere effektiv mit den Bremsen in Kontakt kommen Bremsfläche in etwa einer Sekunde. Daher baut sich die mechanische Bremskraft eine Sekunde nach dem Einleiten des Notstopps immer noch auf das verfügbare Maximum auf. Ohne elektrische Motorbremsung erfolgt der Stopp vollständig mit der mechanischen Bremse.

Die Gleichstrombremsung (wie bei einigen ACVV/VVAC-Steuerungen verwendet) kann während eines Notstopps eine gewisse Motorbremskraft bereitstellen, wenn der Wechselstrom vom Motor getrennt wird. Das in den Stator eingeführte Gleichstrom-Magnetfeld erzeugt einen Widerstand am sich drehenden Rotor und stellt eine zusätzliche Motorbremskraft bereit, die der mechanischen Bremskraft hinzugefügt wird.
Bei der ACVF/VVVF-Steuerung unterbricht der Not-Aus die Stromversorgung des AC-Hebezeugmotors, sodass keine elektrische Motorbremsung verfügbar ist. Ohne Motorstatorerregung ist der Motorfluss nicht vorhanden, es gibt kein dynamisches oder regeneratives Bremsen und der Stopp erfolgt vollständig mit der mechanischen Bremse.

Zusammenfassung

Die Probleme beim Notstopp von Aufzügen sind komplex; einige von denen, die sich gegenseitig entgegenwirken, sind wie folgt zusammengefasst:

1. So kurz wie möglich anhalten
2. Die Traktion nicht zu unterbrechen, was zu einem unkontrollierten Stopp führt, der den Bremsweg verlängert
3. Begrenzen Sie die Verzögerung, um die Auswirkungen auf die Passagiere zu minimieren
4. Begrenzen Sie die Verzögerung, um die Ausrüstung nicht zu überlasten, was zu offensichtlichen oder latenten (versteckten) Schäden führt, die ein Sicherheitsproblem verursachen können

Den Problemen a) und b) wird in modernen Automobilen durch den Einsatz von Antiblockiersystemen begegnet, um ein Blockieren der Räder und ein Schleudern der Reifen bei entsprechend längerem Bremsweg zu vermeiden. Problem c) kann b) und d) mildern, führt jedoch im Gegensatz zu Punkt a) zu einem längeren Bremsweg.

Die von den verschiedenen Steuerungen verfügbare „Bremsung“ des Hubmotors ist in Tabelle 1 aufgeführt.

Empfehlungen

Eine Technologie, die bei der Verbesserung der Bremsleistung von Nutzen sein kann, existiert in den Antiblockierbrems- und Traktionssteuersystemen, die jetzt in der Automobil- und Schienenverkehrsindustrie verwendet werden. Ein wesentlicher Unterschied bei Aufzügen besteht darin, dass die Bremseinleitung in der Automobilanwendung derzeit durch menschliches Eingreifen erfolgt (dies ändert sich jedoch), während sie in einem modernen, vollautomatischen Aufzugssystem durch Sensoren (EPDs) realisiert wird, ausgenommen den Not-Aus-Schalter im Auto (sofern zulässig).

Mit dem leistungsbasierten Code A17.7/B44.7-2007 besteht die Herausforderung darin, effektive Bremssysteme für die unterschiedlichen Antriebs- und Steuerungsarten in Aufzügen zu konzipieren und zu realisieren und die gewünschten Verzögerungsanforderungen konsequent erfüllen zu können . Diese Aufgabe wird durch die Art des Aufzugsbetriebs komplexer, der eine variable Last in der Kabine, bidirektionale Fahrt, das Ziehen und Überholen von Lasten, eine breite Palette verfügbarer Aufzugsgeschwindigkeiten, Beschleunigungs- und Verzögerungsraten für die Kontraktion und die breite Palette von Schachtbewegungsmassen und Schachtkonfigurationen. Darüber hinaus wirken sich auch die Wartung der Ausrüstung, die Zuverlässigkeit der Ausrüstung und Umwelteinflüsse (Temperatur, Feuchtigkeit, Schmutz, Verschmutzung usw.) auf die Bremsanlage auf die Leistung des Notstopps aus.

Eine vorgeschlagene Lösung ist ein „intelligentes“ Bremssystem, das seine Reaktion in Echtzeit anpassen kann. Ein Rückmeldesystem, das aus Sicherheitsgründen unabhängig vom Steuersystem ist, würde die Reaktion des Bremssystems überwachen. Die Verwendung von SIL-bewerteten Geräten (E/E/PES) kann auch bei der Konstruktion berücksichtigt werden, um das erforderliche Maß an Sicherheit und hohe Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Durch das Erfassen der Parameter, die das Halteverhalten beeinflussen, könnten Änderungen am Diktat des Halteprofils eingeleitet werden – ein Profil, das den Anforderungen des Codes entspricht.

Fachglossar

• AC-Widerstandssteuerung: Ein Steuerungsverfahren, bei dem die Stromaufnahme und die Drehmomentabgabe des AC-Hebezeugmotors durch Einfügen oder Entfernen eines externen Widerstands in Reihe mit den Motorstatorwicklungen variiert werden.
• AC Single Speed ​​(AC1): Ein AC-Hubmotor mit einem Stator, der für eine feste Polzahl gewickelt ist und eine Synchronmotordrehzahl (U/min) für eine gegebene AC-Netzfrequenz erzeugt.
• Wechselstrom mit zwei Geschwindigkeiten (AC2): Ein Wechselstrom-Hubmotor mit einem Stator, der für zwei feste Polzahlen gewickelt ist und zwei (hohe/langsame oder schnelle/langsame) Synchronmotordrehzahlen (U/min) für eine gegebene Wechselstromnetzfrequenz erzeugt. Einige Konstruktionen verwenden zwei separate Statorwicklungen, während andere eine Wiederverbindung einer einzelnen Statorwicklung verwenden, um die beiden Geschwindigkeiten zu erzeugen.
• ACVF/VVVF: Ein Antrieb, der mit IGBT-Geräten verbunden und betrieben (elektrisch „ein- und ausgeschaltet“) so betrieben wird, dass er eine variable AC-Ausgangsspannung, Strom- und Frequenzquelle erzeugt, wenn er von einer festen DC-Spannungsquelle versorgt wird.
• ACVV/VVAC: Ein Antrieb, der Thyristorgeräte verwendet, die so verbunden und betrieben (elektrisch „ein- und ausgeschaltet“) werden, dass eine variable AC-Ausgangsspannung und -strom bei einer festen AC-Netzfrequenz erzeugt wird, wenn sie von derselben AC-Festfrequenz versorgt wird Netzspannungsquelle.
• DBR: Ein externer Widerstand, der, wenn er über den Anker des Gleichstrommotors geschaltet wird, eine dynamische Bremsung erzeugt.
• DC-PWM: Ein Antrieb, der IGBT-Geräte verwendet und so angeschlossen und betrieben (elektrisch „ein- und ausgeschaltet“) wird, dass eine variable DC-Ausgangsspannung und Stromquelle erzeugt wird, wenn er von einer festen DC-Spannungsquelle versorgt wird.
• DC-SCR: Ein Antrieb, der einen steuerbaren Halbleiterwandler verwendet, um die eingehende Wechselspannung in eine variable Ausgangsgleichspannung umzuwandeln.
• Dualer Wandler: Ein Halbleiter-DC-SCR-Antrieb, der für den Stromfluss in beide Richtungen ausgelegt ist, von der Versorgungsquelle zum DC-Hubmotor und vom DC-Hubmotor zurück zur Versorgungsquelle.
• Dynamisches Bremsen: Ein bremsendes Wellendrehmoment, das vom Gleichstrom-Hubmotor bereitgestellt wird, wenn ein externer Widerstandswert (DBR) über den Motoranker geschaltet wird, nachdem der Gleichstrommotoranker von seiner Stromquelle getrennt wurde.
• Elektrisch unterstütztes Bremsen: Verzögerung des Aufzugs durch das Hubmotorwellendrehmoment, unterstützt durch die vom Antriebsmaschinenmotor erzeugte Energie (regenerativ, dynamisch oder Einspritzung/Stöpsel).
• Elektrische Zeitkonstante: Die Zeit, die eine Spannung oder ein Strom benötigt, um einen bestimmten Betrag zu erhöhen oder zu verringern, gegeben durch das Verhältnis von Stromkreisinduktivität zu Stromkreiswiderstand (L/R).
• EPD: Ein Gerät, dessen Reaktion auf einen potenziell unsicheren Zustand des Aufzugs automatisch oder durch menschliches Eingreifen eingeleitet wird. Die gemäß A17.1/B44-Code (2.26.2) erforderliche Reaktion einer EPD, wenn sie betätigt wird, soll bewirken, dass die Leistung von dem Aufzugsantriebsmaschinenmotor und der Bremse unterbrochen wird.
• E-Stop: Ein Notstopp des Aufzugs, der normalerweise von einer EPD eingeleitet wird.
• Vollfeld: Der maximale Bemessungswert des Eingangsstroms für das Gleichstrom-Hubmotorfeld, um ein maximales Ausgangsdrehmoment pro Ampere Ankerstrom zu erzeugen.
• IGBT: Halbleitergeräte, die so angeschlossen und betrieben werden (elektrisch „ein- und ausgeschaltet“), dass sie bei Versorgung mit einer festen Gleichspannungsquelle eine variable AC-Ausgangsspannung, -strom und -frequenz erzeugen.
• Ruckrate: Die Änderung der Beschleunigungsrate oder Verzögerungsrate; in dieser Not-Halt-Diskussion bestimmt es die Zeit von einer Null-Verzögerungsrate bis zur vollen Verzögerungsrate.
• SCR: Ein Halbleitergerät, das so angeschlossen und betrieben wird, dass Wechselspannung und -strom gleichgerichtet werden, um eine steuerbare variable Gleichspannung und Stromversorgung zu erzeugen.
• SIL: Ein Maß für die Zuverlässigkeit eines Geräts oder Systems. Eins ist der niedrigste Wert (geringste Zuverlässigkeit) und vier ist der höchste Wert (höchste Zuverlässigkeit).
• L: Induktivitätswert eines elektrischen Bauteils (zB einer Spule oder Wicklung) oder einer Schaltung. Einheiten sind Henries.
• Schleifenschaltung: Die Ankerverbindungen (zwei Leitungen) zwischen dem Gleichstrom-Hebezeugmotor und seiner Gleichstromquelle.
• MG-Set: Ein rotierendes Gerät (Generator), das verwendet wird, um eine regelbare variable DC-Ausgangsspannung und -strom zu erzeugen, angetrieben von einem AC-Antriebsmotor, der von den AC-Leitungen des Gebäudes gespeist wird.
• Stopfen: Ein verzögerndes Motorwellendrehmoment, das durch elektrisches Wiederverbinden einer Statorwicklung eines Wechselstrommotors erzeugt wird, während in einer Drehrichtung betrieben wird, um in der entgegengesetzten Drehrichtung zu arbeiten.
• Regeneratives Bremsen: Ein bremsendes Motorwellendrehmoment, das entweder von einem AC- oder einem DC-Hubmotor bereitgestellt wird, wenn Energie vom Hubmotor zurück in die Stromversorgung des Motors fließt.
• R: Widerstandswert eines elektrischen Bauteils (zB einer Spule oder Wicklung) oder eines Stromkreises. Einheiten sind Ohm.
• Ward Leonard-Steuerung: die Steuermethode unter Verwendung von MG-Sets, bei der die Generatorfelderregung variiert wird, um die Ausgangsgleichspannung des Generatorankers anzupassen, um die Geschwindigkeit des Gleichstrommotors (Aufzugshubwerk) zu steuern.

Fragen zur Lernverstärkung

Verwenden Sie die unten stehenden Fragen zur Lernverstärkung, um für die Assessment-Prüfung zur Weiterbildung zu lernen, die online unter www.elevatorbooks.com oder auf Seite 115 dieser Ausgabe verfügbar ist.
♦ Wann haben Gleichstrommotoren die Fähigkeit zur Energierückgewinnung?
♦ Ab wann wirken Gleichstrom-Hubmotoren wie Generatoren?
♦ Was sind Beispiele für die Überholung von Aufzügen mit Wechselwirkung?
♦ Was ist der regenerative Bremsprozess?
♦ Was beinhaltet der Ward Leonard MG Set Control Regenerationsmodus?
♦ Was wird für DC-SCR (Thyristor) Antriebe zur Energierückgewinnung benötigt?
♦ Was kann den Verlust des regenerativen Bremsens überwinden?
♦ Was beinhaltet DBR?
♦ Was passiert unmittelbar nach dem Ausfall der Netzwechselspannung bei einem Stromausfall?
♦ Wie wird der Hubmotor bei DC-PWM-Antrieben mit Gleichstrom versorgt?