Frenado asistido eléctricamente mediante motores de polipasto de CC

Este artículo explora algunos de los problemas relacionados con el rendimiento de frenado en la parada de emergencia de los ascensores.

por Nick Marchitto

Este artículo explora algunos de los problemas relacionados con el rendimiento de frenado en la parada de emergencia de los ascensores.

Frenado asistido eléctricamente mediante motores de polipasto de CC

Los motores de CC tienen la capacidad de regenerar energía cuando operan en la condición de revisión (carga negativa) (es decir, impulsados ​​por la carga - Figura 1). El motor del polipasto de CC actúa como un generador si tiene excitación de campo del motor y suficiente potencia mecánica gira el eje del motor. Ejemplos de condiciones de revisión que, a su vez (acopladas mecánicamente al motor de accionamiento de CA del conjunto MG), accionan el motor de accionamiento de CA como un alternador, bombeando energía de regreso a las líneas de CA. Si el motor de accionamiento de CA se acciona por encima de su velocidad síncrona nominal, proporcionará frenado regenerativo e intentará contener la carga del elevador (limitar cualquier aumento de velocidad del motor de elevación de CC) y, por lo tanto, limitar la velocidad de la cabina. Esta operación puede ocurrir siempre que el circuito de bucle no esté abierto y el motor impulsor de CA del conjunto MG permanezca conectado a la línea de CA. (La desconexión de la línea principal o el fusible no están abiertos). También se proporciona amortiguación de los campos del generador para ralentizar la respuesta del generador y proporcionar un frenado regenerativo más suave. Algunos diseños de control de ascensores de Ward Leonard abren el circuito de bucle al hacer una parada de emergencia y mientras el ascensor está inactivo en un rellano, desactivando la ruta regenerativa pero proporcionando frenado dinámico en su lugar.

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

Después de leer este artículo, debería haber aprendido:
♦ Los motores de CA y CC de ascensores, cuando se aplican a varios tipos diferentes de diseños de accionamiento / control, tienen la capacidad de regenerar energía eléctrica.
♦ La regeneración de energía eléctrica puede proporcionar un "par de frenado" tanto de un motor de CA como de un motor de CC para desacelerar la carga mecánica en el eje del motor.
♦ Para el control de CC, los diseños típicos del "circuito de bucle" y los efectos en la parada de emergencia cuando el circuito de bucle se mantiene cerrado y se abre durante la parada.
♦ La diferencia entre frenado regenerativo y dinámico aplicado a motores / variadores / sistemas de control de CA y CC
♦ Los métodos de control mediante los cuales los motores de CA del ascensor pueden proporcionar un par de frenado
♦ Durante las típicas paradas de emergencia del ascensor (paradas de emergencia), tanto el freno de la máquina del ascensor como el frenado regenerativo o dinámico contribuyen al esfuerzo total de frenado del sistema.
♦ La secuencia de eventos durante una parada de emergencia típica.
♦ Que hay muchos parámetros del sistema de ascensores en juego en el momento de la parada de emergencia y que influyen en la velocidad de desaceleración de la parada.
♦ Puede haber conflictos de diseño mecánico y eléctrico para los sistemas de frenado de parada de emergencia cuando se consideran los problemas de equilibrio de la calidad de conducción durante la parada con la eficacia de la parada.
♦ De cara al futuro, existen muchos desafíos de diseño para desarrollar los sistemas óptimos de frenado de ascensores que proporcionen un rendimiento aceptable durante una parada de emergencia en todas las condiciones de funcionamiento del ascensor.

Para los variadores DC-SCR (tiristores) que utilizan un "convertidor dual", la regeneración de regreso a la fuente de alimentación de CA (construcción de líneas de CA) es posible siempre que el circuito de bucle de CC no esté abierto. Sin embargo, el código ASME A17.1 / CSA B44 requiere que dos medios para desconectar la energía de un motor de polipasto de CC

suministrados por un variador DC-SCR. Un medio debe ser a través de contactores o un sistema eléctrico / electrónico / electrónico programable (E / E / PES) con un nivel de integridad de seguridad (SIL) no menor que el SIL más alto del dispositivo de protección eléctrica (EPD) involucrado en la eliminación de energía del motor del polipasto de CC. En algunos diseños de control, estos contactores o dispositivos SIL abren el circuito de bucle; otros abren la alimentación de CA a la entrada del variador DC-SCR (Figura 3). Independientemente de cómo se implemente, la ruta regenerativa está desactivada y la energía regenerativa no puede fluir de regreso a las líneas de CA durante una parada de emergencia.

El frenado dinámico se puede utilizar para superar la pérdida de frenado regenerativo siempre que se abre el circuito de bucle. El frenado dinámico se obtiene gracias al motor del elevador que actúa como generador (si el campo del motor se mantiene activado) y al disipar la energía mecánica del sistema en forma de calor en las resistencias de frenado dinámico (DBR). Se inserta un valor bajo de resistencia a través del inducido del motor del polipasto de CC cuando se abre el circuito de bucle. Los DBR se conectan automáticamente cuando es necesario mediante el uso de los contactos de los polos de potencia "traseros" o "rotos" de los contactores que abren el circuito de bucle (contactos normalmente abiertos "DD" en la Figura 3).

El valor de la resistencia de frenado dinámico (DBR) se elige para establecer la cantidad de par de frenado que proporciona el motor de elevación de CC durante el frenado dinámico. La cantidad inicial de corriente continua se calcula usando la ley de Ohm (I = E / R). Tenga en cuenta que la corriente disminuirá a medida que el voltaje generado (E) del motor del polipasto disminuya al disminuir las rotaciones del motor por minuto (RPM) durante la parada, y también un poco a medida que el valor DBR (R) aumenta con el calentamiento de la resistencia durante el flujo de corriente a través las resistencias. Cuanto menor sea el DBR, más corriente CC inicial fluirá y mayor será el par de frenado general que aplicará el motor del polipasto de CC. Un DBR demasiado bajo, acercándose al de un cortocircuito a través del inducido del motor del polipasto de CC, dará como resultado la corriente máxima y el par de frenado máximo, posiblemente causando daños al conmutador y las escobillas del motor del polipasto de CC. Se producirá una parada casi instantánea del inducido del motor (lo que provocará una pérdida de tracción del cable en la polea motriz). Esto puede causar el desgaste de los cables de suspensión y las ranuras de las poleas de la máquina motriz. También existe la posibilidad de que los ejes y / o acoplamientos y otros componentes de la máquina se sobrecarguen mecánicamente y se dañen.

Cuando ocurre la pérdida de voltaje de la línea de CA debido a un corte de energía de la red pública o del edificio, el elevador hará una parada de emergencia automáticamente. La excitación de campo del motor de polipasto de CC procedente del suministro del controlador decaerá cuando se pierda la potencia de la línea de CA, lo que evitará cualquier frenado dinámico efectivo. Para los ascensores de baja velocidad, el automóvil está en camino de detenerse cuando el campo del motor colapsa. Para ascensores de alta velocidad, se puede usar un circuito de "retención" del campo del motor para mantener la excitación del campo del motor durante todo o la mayor parte de la parada de emergencia. El campo del motor del polipasto de CC se “autoexcita” al tener el circuito del campo del motor alimentado a través de diodos de dirección y contactos X e Y para suministrar la polaridad correcta del voltaje de salida del inducido durante la parada de emergencia (Figura 4).

Para los diseños de variador DC-SCR que abren la alimentación de CA al variador DC-SCR, el frenado dinámico podría implementarse (con un enclavamiento cuidadoso de los modos de operación) usando un contactor o dispositivo de conmutación de estado sólido para insertar una resistencia a través del motor del polipasto de CC. armadura. Esta operación ocurriría mientras el motor permanece conectado al variador DC-SCR, pero esto no se hace a menudo, ya que tales sistemas de transmisión generalmente se aplican a tareas de ascensores de baja velocidad y baja capacidad donde el freno mecánico de la máquina es capaz de absorber todo de la energía de frenado.

Para los variadores con modulación de ancho de pulso de CC (PWM), un puente completamente regenerativo proporciona CC al motor del polipasto. Se proporcionan contactores de CC para desconectar el motor de elevación de CC del variador e insertar DBR que proporcionan el par de frenado del motor de elevación de CC. Para ascensores de mayor velocidad, un circuito de retención del campo del motor mantiene la excitación del campo del motor durante la parada de emergencia.

Frenado asistido eléctricamente mediante motores de elevación de CA

Los motores de elevación de CA pueden regenerar energía cuando operan en la condición de revisión (es decir, cuando son impulsados ​​por la carga de manera que el motor es impulsado por encima de su velocidad síncrona, mientras está conectado a la línea de CA). Cuanto mayor sea la velocidad del motor por encima de la velocidad síncrona, mayor será el par de frenado del motor disponible. Esta condición existe hasta el punto de arranque o ruptura del par en la región de velocidad síncrona anterior del funcionamiento del motor. El par de arranque o ruptura es la capacidad de par máximo del motor de CA y ocurre a una velocidad muy por debajo de la velocidad síncrona (típicamente, al inicio, alrededor del 0-10% de la velocidad síncrona para los motores de tipo NEMA D de elevadores de CA utilizados con motores simples y control de resistencia de CA de dos velocidades) cuando se opera en el modo de motor, y en una "imagen de espejo" por encima de la velocidad síncrona cuando se opera en el modo de freno de motor.

El control de motor de CA de una y dos velocidades y el control de resistencia de CA (Figura 5) generalmente detienen el elevador en el freno para una parada normal y de emergencia. Los motores de dos velocidades proporcionan cierto frenado eléctrico durante la transición de alta a baja velocidad. Durante la conmutación desde el devanado de alta velocidad, en el momento en que el devanado de baja velocidad se conecta a la fuente de alimentación de CA, las RPM reales del motor están por encima de la velocidad síncrona del devanado de baja velocidad y se genera un par de frenado del motor como descrito anteriormente hasta que las RPM del motor caigan por debajo de su velocidad síncrona del devanado de baja velocidad.

Algunos controles de motor de voltaje variable (ACVV / VVAC) (Figura 6) usan "enchufes" para controlar la velocidad del motor al cambiar el flujo de corriente en el estator del motor de CA (conexiones de fase intercambiables) para invertir la dirección del flujo del estator, mientras el motor sigue girando en su dirección actual. Esta inversión del flujo del estator interactúa con el flujo del rotor y proporciona un par de frenado del motor. En realidad, el motor extrae una mayor corriente del estator de la línea de CA durante esta operación de taponamiento y genera una gran cantidad de calor en el rotor, así como elevadas tensiones mecánicas en el rotor y el estator. Se puede implementar una parada de emergencia utilizando este modo de operación de "conexión", siempre que la línea de alimentación de CA esté conectada al variador y al motor (Figura 6a).

Algunos controles de motor ACVV / VVAC utilizan el frenado por inyección de CC para reducir la velocidad del elevador hasta que se detenga al suministrar una cantidad controlada de corriente CC al mismo devanado del motor de CA oa uno separado (generalmente el devanado de baja velocidad en un devanado de dos velocidades, dos velocidades). motor de bobinado) durante la desaceleración del ascensor. El suministro de voltaje de CA se desconecta del estator del motor y se aplica un voltaje de CC a una fase del devanado del estator para crear un campo magnético de CC en el motor. Este campo de CC induce corrientes de rotor que se oponen al campo y crean una fuerza de frenado del rotor o una resistencia de retardo que ralentiza el motor. En una parada de emergencia, esta corriente de inyección de CC puede aumentarse para proporcionar más par de frenado del motor de elevación de CA. La magnitud del par de frenado varía como el cuadrado del valor de la corriente CC inyectada (Figura 6b).

Los controles de motor ACVF y de voltaje variable, frecuencia variable (VVVF) (Figura 7) están disponibles en diseños regenerativos y no regenerativos. Los últimos diseños cambian en un DBR para absorber la energía regenerativa del motor cuando la etapa del variador de frecuencia envía energía de regreso al bus de CC. En una parada de emergencia, los dispositivos de potencia del inversor del transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) se apagan para desconectar la energía del motor del polipasto y, a medida que el flujo del motor de CA decae, cualquier contribución de frenado dinámico disminuye y cesa. En el caso de una pérdida de voltaje de la línea de CA durante la revisión de las cargas del motor (corte de energía, interruptor de desconexión de la línea principal abierta o fusibles de línea de CA múltiples fundidos), antes de que el flujo del motor de CA decaiga, un variador ACVF puede autoalimentar los medios de conmutación DBR , proporcionando una operación de "una sola vez" para insertar los DBR. Los condensadores del bus de enlace de CC también están disponibles para absorber parte de la energía regenerativa durante la parada, y el freno de la máquina puede disipar cualquier energía restante.

Los accionamientos regenerativos ACVF / VVVF normalmente no proporcionan DBR. En cambio, en el caso de una parada de emergencia o una desconexión de la línea de CA durante la revisión de las cargas del motor, antes de que el flujo del motor de CA decaiga, los condensadores del bus de enlace de CC absorben parte de la energía regenerativa y el freno de la máquina debe disipar el energía restante.

Paradas de emergencia

Los sistemas de ascensores realizan paradas de emergencia siempre que se activa un EPD enumerado en A17.1 / B44 (2.26.2). Una parada de emergencia ocurre cuando se corta la energía eléctrica del motor del elevador y del freno de la máquina, mientras el elevador está en movimiento. En general, la energía se quita del motor de elevación del ascensor abriendo el circuito de bucle (la conexión entre la fuente de alimentación del motor de elevación y el motor de elevación) con un contactor electromecánico, dispositivos SIL o una combinación del uso de contactores electromecánicos en junto con una operación de "apagado" de la unidad. La energía también se quita del freno de la máquina de elevación usando contactores o relés electromecánicos para desconectar las líneas de alimentación de energía al freno. Las excepciones a estos métodos para quitar la energía del motor del polipasto son:

• Una versión de un sistema de equipo Ward Leonard MG en el que las conexiones entre la salida del generador y el motor del polipasto (circuito de bucle) son permanentes y no están abiertas. En cambio, la energía se quita del inducido del motor de elevación abriendo la alimentación de CA al motor impulsor del conjunto MG.
• Una versión de un sistema de variador DC-SCR donde las conexiones entre el variador y el motor del polipasto (circuito de bucle) son permanentes y no están abiertas. En cambio, se quita energía del motor del polipasto abriendo la alimentación de CA a la entrada del variador DC-SCR.

Un sistema de control de motor típico tiene los siguientes eventos que ocurren simultáneamente o en secuencia durante una parada de emergencia:

1. Activación de una EPD
2. Si hay control de CC, fortalecimiento del campo del motor del polipasto (condición de campo completo)
3. Si controla CC utilizando un variador DC-SCR, apagando el puente SCR del variador y abriendo el circuito de bucle, o abriendo la alimentación de CA a la entrada del variador DC-SCR
4. Si el control de CC se utiliza con un equipo MG, al abrir el circuito de bucle o al abrir la alimentación de CA al motor de accionamiento de CA del equipo MG
5. Frenado dinámico del motor de elevación del ascensor, si se incluye, para el artículo 3) o 4) cuando se abre el circuito de bucle.
6. Eliminación de energía de los campos del generador para el elemento 4)
7. Si el control de resistencia de CA o el control de CA de una o dos velocidades, al abrir la alimentación de energía al motor del polipasto de CA
8. Si el control de CA utiliza un variador de estado sólido, abriendo la conexión del variador al motor de elevación de CA o abriendo la alimentación de CA al variador y apagando los dispositivos conductores de energía de estado sólido del variador (IGBT, transistores de potencia o tiristores)
9. Eliminación de energía de la bobina del freno de la máquina abriendo el (los) contactor (es) o relé (s) de alimentación del freno
10. Aplicación del material de fricción del freno a la superficie de frenado

El propósito de una parada de emergencia es, ante todo, proteger a los pasajeros de daños y, en segundo lugar, si es posible, evitar daños en el equipo del ascensor. Idealmente, los pasajeros no deberían sufrir lesiones o molestias traumáticas durante las paradas de emergencia. Durante una parada de emergencia típica, existe una combinación de fuerzas de frenado de los sistemas eléctricos y mecánicos. Para algunos sistemas de control de ascensores, solo se usan fuerzas de retardo producidas mecánicamente para desacelerar la cabina (es decir, toda la parada se realiza usando solo el freno de la máquina).

Para otros sistemas de control de ascensores, las fuerzas de retardo producidas eléctricamente, como el frenado dinámico, se combinan con la fuerza de frenado de la máquina mecánica para desacelerar las masas del sistema. Los diseños de control de ascensores que utilizan frenado dinámico pueden no coordinar completamente los sistemas de frenado eléctrico (frenado dinámico) y mecánico (freno de la máquina), y la parada de emergencia resultante variará con la carga en el automóvil, la dirección de desplazamiento y la velocidad. La mayoría de los diseños de control de ascensores utilizan un valor fijo de resistencia de frenado dinámico (DBR), generalmente establecido para la condición de baja carga completa. Este valor fijo de DBR no será óptimo para otras cargas y / o direcciones de viaje. Por ejemplo, el valor de resistencia utilizado para bajar al 100% a plena carga será demasiado bajo para menos de un automóvil completamente cargado que viaja en la dirección descendente o un automóvil con una carga ligera que viaja en la dirección ascendente, y se producirá una mayor tasa de desaceleración durante estas condiciones. de parar.

Para aquellos sistemas Ward Leonard que no abren el circuito de bucle durante una parada de emergencia cuando se desconecta la energía del motor de accionamiento de CA del conjunto MG, la armadura de CC del generador aparecerá como un cortocircuito a través de la armadura del motor del polipasto, lo que provocará una parada abrupta. a menos que se controle la eliminación de energía de los campos del generador (eliminación gradual) durante la parada.

Una desaceleración demasiado alta (una parada brusca) puede provocar:

• Pérdida de tracción en la polea de la máquina de elevación
• Corrientes excesivas en el motor del polipasto de CC y el sistema de transmisión del elevador, que provocan fusibles quemados, disparos por sobrecorriente, daños a los conmutadores y escobillas del motor, formación de arco o soldadura de los contactos del circuito de bucle, etc.
• Aplicación involuntaria de la cabina del ascensor y / o seguridad del contrapeso
• Accionamiento involuntario del interruptor de desplazamiento de la polea de compensación
• Diversos efectos en los pasajeros influenciados por su condición física, edad, peso, etc.
• Daños a los cables de suspensión, ranuras de las poleas, ejes, acoplamientos, etc.

Una desaceleración demasiado baja (una parada "suave") puede resultar en:

• Distancias de frenado excesivas
• Si la parada se inicia demasiado cerca de la terminal inferior, el automóvil golpea el búfer a una velocidad de golpe superior a la nominal.
• Si la parada se inicia demasiado cerca de la terminal superior, el automóvil corre hacia el área superior del hueco del ascensor, posiblemente causando lesiones a los pasajeros, atrapamientos o daños al equipo.
• Lesión o muerte si se produce pellizco, cizallamiento o aplastamiento por no detenerse lo suficientemente pronto

A17.1 / B44 tiene como objetivo "garantizar la seguridad de la vida y la integridad física y promover el bienestar público". Los requisitos para proporcionar un rendimiento seguro durante las paradas de emergencia deben considerar combinaciones de carga, velocidad y dirección de desplazamiento, y la coordinación de las fuerzas que producen el retardo tanto eléctrico como mecánico. Se sugieren los siguientes objetivos para mejorar el rendimiento de frenado durante las paradas de emergencia:

1. La desaceleración permitida durante una parada de emergencia proporcionaría:
   1. Una parada que protege a los pasajeros de la emergencia.
   1. Una mínima ocurrencia de pérdida de tracción.
   1. Poco o ningún daño al equipo
2. La distancia de parada medida desde el inicio de la activación de un EPD debe ser lo más corta posible (una situación de emergencia generalmente implica detener el ascensor en la menor distancia y tiempo posible), idealmente satisfaciendo los objetivos de 1) a), b) yc).
3. Una parada de emergencia que permite que el sistema de ascensores se recupere automáticamente o se mueva lentamente hasta el rellano más cercano para permitir que los pasajeros salgan de la cabina si se soluciona la falla que activó el EPD. Se debe proporcionar una estrategia de gestión de fallas de este tipo si no se requiere un reinicio manual de la EPD según A17.1 / B44 y si se puede determinar que no existe una condición peligrosa por daño del equipo como resultado de la parada de emergencia. ( Ver 1) c).)
4. La distancia de parada debe estar limitada por unos valores máximos y mínimos, ya que más allá de la distancia máxima, la parada resultante ya no puede considerarse una parada de emergencia válida. Tenga en cuenta que existen otros tipos de paradas “que no son de emergencia” que se pueden implementar, como una parada controlada (deceleración programada) utilizada para Bomberos en marcha atrás del vehículo o una debida a la activación del dispositivo de parada terminal normal. Además, existen otros tipos de paradas que normalmente no son fáciles de controlar, como las que resultan de una pérdida de voltaje de línea de CA debido a un corte de energía o fusibles quemados.

La parada de emergencia realizada por el ascensor está determinada e influenciada por:

1. Las masas del hueco del sistema (lado de la cabina y lado del contrapeso de la polea de la máquina), incluida la carga en ese momento en la cabina del ascensor y la inercia de la máquina.
2. La dirección del viaje del ascensor (hacia arriba o hacia abajo)
3. La velocidad, aceleración o desaceleración del ascensor en el momento en que se activa un EPD.
4. El estado físico del freno mecánico (pérdida de movimiento debido al desgaste en los puntos de pivote, atascamiento por falta de lubricación, núcleos pegajosos, etc.), el material de fricción de la zapata de freno, la superficie de frenado y el coeficiente de fricción entre las superficies de frenado. .
5. El tiempo que tarda el material de fricción en entrar en contacto con la superficie de frenado y, una vez que lo hace, el tiempo que tarda en desarrollar la fuerza de retardo de fricción máxima. Ajustes de los resortes del freno, recorrido del varillaje y estado de ambas superficies de frenado (limpias, aceitosas, lisas, rugosas, etc.); el tipo de material de fricción de los frenos; más las condiciones ambientales (la humedad y la temperatura ambiente pueden afectar el coeficiente de fricción)
6. Tiempo de desactivación del freno, incluida la caída del flujo de la bobina del freno (tiempo de respuesta eléctrica del freno)
7. Tiempo de desconexión del contactor / relés utilizados para iniciar e implementar la desconexión de energía del motor de elevación del ascensor y el freno de la máquina.
8. El tiempo de respuesta del sistema de control a un comando de paro de emergencia
9. La tasa de desaceleración debida al frenado asistido eléctricamente por motor (dinámico, regenerativo o inyección / obturación)
10. La posición de la cabina del ascensor en el hueco del ascensor y el efecto de la compensación de cuerda o cadena (si se incluye) en el desequilibrio del sistema del hueco del ascensor.
11. La tracción disponible entre la polea y los cables de elevación: la tracción insuficiente provoca que el cable se deslice y el automóvil experimente un movimiento incontrolado durante la parada de emergencia. El deslizamiento puede ser iniciado por la tasa de desaceleración instantánea determinada por la tasa de tirones, donde el deslizamiento comienza cuando se excede algún límite máximo de tasa de desaceleración de tracción.
12. Condiciones ambientales (por ejemplo, temperatura, humedad, polvo, aceite, etc.) que pueden afectar los elementos 4) y 11).

Paradas de emergencia con motores de CC

Durante la parada de emergencia con frenado dinámico, hay una combinación de fuerzas de frenado producidas eléctrica y mecánicamente. La Figura 8 es una representación gráfica "nominal" de las fuerzas de retardo del motor y la máquina en función del tiempo para detener el ascensor durante una parada de emergencia. Este gráfico se presenta solo como un ejemplo con fines de discusión para ilustrar los problemas que existen con el rendimiento del ascensor durante una parada de emergencia. Las fuerzas reales de retardo del sistema de ascensores en función del tiempo dependen de muchas variables, principalmente con la constante de tiempo de caída del flujo eléctrico de la bobina del freno de la máquina, la constante de tiempo eléctrica del circuito DBR, incluido el motor, la caída del flujo de campo del motor y la respuesta de par del motor. freno de la máquina cuando el material de fricción entra en contacto con la superficie de frenado. La siguiente discusión se basa en las características de torque versus tiempo (Figura 8).

Por lo general, para un sistema de motor de CC, al quitar la energía del motor de la máquina impulsora y el freno, la primera acción es la inserción de los DBR a través del inducido del motor. Dado que el motor de CC está girando a o cerca de sus RPM nominales y ahora está siendo impulsado como un generador por la carga (impulso del sistema), se genera una salida de voltaje de CC en los terminales del motor. Cuando se conecta un DBR de baja resistencia a través de esta fuente de voltaje de CC en los terminales del inducido del motor, se acumula rápidamente una corriente de CC y el par de frenado del motor correspondiente, por lo general, en 500 ms. El solenoide del freno de la máquina, que también se ha desconectado de su fuente de alimentación, comienza a reducir su fuerza de sujeción a medida que el flujo magnético de la bobina del freno decae, lo que permite que los resortes del freno muevan el material de fricción sobre la superficie de frenado giratoria. La caída del flujo en la bobina del freno generalmente toma alrededor de 500 ms, con otros 500 ms para que los resortes muevan los brazos del freno y la superficie de fricción para hacer contacto completo con la superficie de frenado. El freno es completamente efectivo en aproximadamente 1 segundo y se supone que permanece constante al 125% de su ajuste de par de carga completa. Por lo tanto, 1 segundo después de que se inicia la parada de emergencia, tanto el frenado dinámico como el eléctrico están retardando la carga. Antes del período de medio segundo, la fuerza de frenado dinámica se está acumulando; después de medio segundo, comienza a disminuir; y en 1 segundo, ha disminuido a una parte (ilustrada como 50%) de su valor máximo, ya que tanto el freno mecánico como las fuerzas de frenado dinámico continúan reduciendo la velocidad del motor. La fuerza de frenado mecánico en un segundo ha alcanzado su máximo (ya que el freno está configurado para sostener el 125% de la carga completa). Este par de frenado, combinado con el par de frenado dinámico disponible (50%), crea un par máximo momentáneo (impulso) del 175% del par a plena carga. Este “pico” de par de retardo podría ser motivo de preocupación debido a su efecto sobre los pasajeros en la cabina del ascensor y sobre el sistema del ascensor. Esto debería evaluarse a la luz de la respuesta de la inercia del sistema a un pico de par de corta duración.

Como se ilustra en la Figura 8, la parada después de un segundo se realiza cada vez más en el freno mecánico a medida que disminuye el efecto del frenado dinámico. Se supone entonces que el par de frenado mecánico permanece constante, pero en realidad cambiará. Los efectos del calor deben considerarse completamente.

Para contrarrestar el colapso del campo del motor y ampliar la contribución del DBR a la parada del ascensor, se utiliza un circuito de retención del campo del motor para los ascensores de alta velocidad. El campo del motor se conmuta temporalmente a través del inducido del motor en un modo de autoexcitación para utilizar el voltaje generado por el inducido del motor durante la parada de emergencia. Con este enfoque, la fuerza de frenado dinámico permanecerá durante un período de tiempo más largo en el motor y en la región del par de frenado mecánico, proporcionando un par adicional que se agregará al par del freno mecánico para detener los ascensores de alta velocidad.

Como se muestra en la Figura 8, un área de preocupación es el motor y la región del par de frenado mecánico. La combinación de los dos pares no está controlada, ya que depende de las respuestas del sistema eléctrico y mecánico, y da como resultado un par de frenado máximo que podría afectar el rendimiento de la parada. Como se indica, con los motores de polipasto de CC, la parada está influenciada por:

• El tiempo necesario para que se acumule la fuerza de frenado dinámico. El tiempo se ve afectado por la inductancia (L) del motor (incluye la armadura del motor más cualquier contribución interpolos, si el motor tiene interpolos) y el valor de la resistencia (R) (armadura del motor, interpolos del motor y los DBR externos). La constante de tiempo eléctrica para el circuito es igual a L / R, y en un tiempo igual a cuatro constantes de tiempo, la corriente de frenado dinámico y la fuerza de frenado dinámico estarán en aproximadamente el 98% de su valor máximo. También se debe considerar el tiempo para la desactivación (apertura) del contactor de bucle de CC y el cierre de su contacto trasero para conectar los DBR a través del inducido del motor.
• El tiempo que dura la fuerza de frenado dinámico a medida que las RPM del motor disminuyen y el flujo del campo del motor disminuye. La inductancia del campo del motor y la resistencia del circuito del campo del motor determinan la constante de tiempo para la caída de la corriente de campo (flujo). El uso del circuito de retención de campo autoexcitado extenderá el tiempo efectivo del frenado dinámico.
• La cantidad total de par de retardo en cualquier momento proporcionado mediante la combinación de las fuerzas de frenado dinámico y mecánico.

Paradas de emergencia con motores de CA

Una parada de emergencia con un control de resistencia de CA de una y dos velocidades y un sistema de elevador de voltaje variable de CA (ACVV / VVAC) se logra únicamente mediante fuerzas de frenado mecánico. Por lo general, para un sistema de motor de CA, al eliminar la energía del motor de la máquina impulsora y el freno, el flujo del motor decae en aproximadamente 250 ms para los motores con clasificación de 15 hp y hasta 750 ms para las clasificaciones de 45 hp. Con la eliminación completa de la excitación del estator del motor, el flujo del motor desaparece rápidamente y no hay frenado eléctrico del motor (dinámico o regenerativo) disponible. Simultáneamente, el solenoide del freno de la máquina comienza a reducir su fuerza de sujeción a medida que decae el flujo magnético de la bobina del freno, lo que permite que los resortes del freno muevan el material de fricción sobre la superficie de frenado. Como se mencionó anteriormente, el tiempo de caída del flujo en la bobina del freno varía con el tamaño del freno y generalmente toma alrededor de 500 ms, además de otros 500 ms para que los resortes muevan los brazos del freno y el material de fricción, por lo que este último entrará en contacto con el superficie de frenado en aproximadamente un segundo. Por lo tanto, un segundo después de que se inicie la parada de emergencia, la fuerza de frenado mecánico seguirá aumentando hasta el máximo disponible. Sin freno eléctrico del motor, la parada se realiza íntegramente con el freno mecánico.

El frenado por inyección de CC (como se usa con algunos controles ACVV / VVAC) puede proporcionar cierta fuerza de frenado del motor durante una parada de emergencia cuando se desconecta la alimentación de CA del motor. El campo magnético de CC introducido en el estator creará un arrastre en el rotor giratorio y proporcionará una fuerza adicional de frenado del motor que se agregará a la fuerza de frenado mecánico.
Para el control ACVF / VVVF, la parada de emergencia corta la energía del motor del polipasto de CA para que el freno del motor eléctrico no esté disponible. Sin excitación del estator del motor, el flujo del motor no está presente, no hay frenado dinámico ni regenerativo y la parada se realiza íntegramente con el freno mecánico.

Resumen

Las cuestiones relativas a la parada de emergencia de los ascensores son complejas; algunas de las que se contrarrestan se resumen a continuación:

1. Para detenerse en la distancia más corta posible
2. No romper la tracción, provocando una parada incontrolada que aumentará la distancia de frenado.
3. Limitar la desaceleración para minimizar el efecto en los pasajeros.
4. Limite la desaceleración para no sobrecargar el equipo, causando daños aparentes o latentes (ocultos) que pueden causar un problema de seguridad.

Los problemas a) yb) se abordan en los automóviles modernos mediante el uso de sistemas de frenos antibloqueo para evitar bloquear las ruedas y evitar que los neumáticos patinen con una distancia de frenado correspondientemente más larga. El problema c) puede mitigar b) yd), pero resultará en una distancia de frenado más larga, contrariamente al problema a).

El "frenado" del motor del polipasto disponible en los diversos sistemas de control se tabula en la Tabla 1.

Recommendations

Existe una tecnología que puede ser de alguna utilidad para mejorar el rendimiento de frenado en los sistemas de control de tracción y frenos antibloqueo que se utilizan ahora en las industrias de transporte ferroviario y automotriz. Una diferencia importante para los ascensores es que en la actualidad, el inicio del frenado en la aplicación automotriz es por intervención humana (aunque esto está cambiando), mientras que se implementa mediante sensores (EPD) en un sistema de ascensores moderno y completamente automático, excluyendo el interruptor de parada de emergencia del automóvil (donde esté permitido).

Usando el código basado en el desempeño A17.7 / B44.7-2007, el desafío será diseñar e implementar sistemas de frenado efectivos para los diversos tipos de transmisiones y controles usados ​​en los ascensores, y poder cumplir consistentemente con los requisitos de retardo deseados. . Esta tarea se vuelve más compleja por la naturaleza de la operación del ascensor, que incluye una carga variable en la cabina, desplazamiento bidireccional, transporte y revisión de cargas, una amplia gama de velocidades de contrato de ascensor disponibles, tasas de aceleración y desaceleración de contrato y la amplia gama de masas móviles de caja de ascensor y configuraciones de caja de ascensor. Además, el mantenimiento del equipo, la confiabilidad del equipo y los efectos ambientales (temperatura, humedad, suciedad, contaminación, etc.) en el sistema de frenado también afectarán el desempeño del e-stop.

Una solución sugerida es un sistema de frenado "inteligente" que tiene la capacidad de ajustar su respuesta en tiempo real. Un sistema de retroalimentación que, para garantizar la seguridad, sea independiente del sistema de control, monitorearía la respuesta del sistema de frenado. La aplicación de dispositivos con clasificación SIL (E / E / PES) también se puede considerar en el diseño para proporcionar el nivel requerido de seguridad y alta confiabilidad. La detección de los parámetros que influyen en el rendimiento de la parada se utilizaría para iniciar cambios en el dictado del perfil de parada, un perfil que cumpliría con los requisitos del código.

Glosario de Términos

• Control de resistencia de CA: método de control mediante el cual la entrada de corriente y la salida de par del motor del polipasto de CA se varían insertando o quitando la resistencia externa en serie con los devanados del estator del motor.
• CA de velocidad única (AC1): Un motor de polipasto de CA con un estator enrollado para un número fijo de polos que produce una velocidad de motor síncrono (RPM) para una frecuencia de línea de CA determinada.
• CA de dos velocidades (AC2): Un motor de polipasto de CA con un estator enrollado para dos polos fijos que produce dos velocidades de motor síncrono (RPM) (alta / baja velocidad o rápida / lenta) para una frecuencia de línea de CA determinada. Algunos diseños usan dos devanados de estator separados, mientras que otros usan una reconexión de un solo devanado de estator para producir las dos velocidades.
• ACVF / VVVF: Un variador que utiliza dispositivos IGBT conectados y operados (conmutados eléctricamente "encendido y apagado") de manera que se cree una fuente de frecuencia, corriente y voltaje de salida CA variable cuando se suministra mediante una fuente de voltaje CC fijo.
• ACVV / VVAC: un variador que utiliza dispositivos de tiristores conectados y operados (eléctricamente activados y desactivados) de manera que se cree un voltaje y corriente de salida de CA variable a una frecuencia de línea de CA fija cuando se alimenta con la misma CA de frecuencia fija fuente de voltaje de línea.
• DBR: Una resistencia externa que, cuando se conecta a través del inducido del motor de CC, produce un frenado dinámico.
• DC-PWM: Un variador que usa dispositivos IGBT conectados y operados (conmutados eléctricamente "encendido y apagado") de una manera para crear un voltaje de salida de CC variable y una fuente de corriente cuando se suministra mediante una fuente de voltaje de CC fijo.
• DC-SCR: variador que utiliza un convertidor de estado sólido controlable para rectificar el voltaje de CA entrante en un voltaje de salida de CC variable.
• Convertidor doble: un variador DC-SCR de estado sólido diseñado para aceptar flujo de energía eléctrica en ambas direcciones, desde la fuente de suministro al motor de elevación de CC y desde el motor de elevación de CC a la fuente de suministro.
• Frenado dinámico: Un par de eje retardador proporcionado por el motor de elevación de CC cuando se conecta un valor de resistencia externa (DBR) a través del inducido del motor después de que el inducido del motor de CC se desconecta de su fuente de alimentación.
• Frenado asistido eléctricamente: Retraso del ascensor por par del eje del motor de elevación, asistido por la energía generada por el motor de la máquina de accionamiento (regenerativa, dinámica o inyección / obturación).
• Constante de tiempo eléctrica: El tiempo que tarda un voltaje o una corriente en aumentar o disminuir una cantidad específica, dada por la relación entre la inductancia del circuito y la resistencia del circuito (L / R).
• EPD: Dispositivo cuya respuesta a una condición potencialmente insegura del ascensor se inicia automáticamente o por intervención humana. El código A17.1 / B44 (2.26.2) requiere la respuesta de un EPD, cuando se activa, es hacer que se desconecte la energía del motor de la máquina impulsora del ascensor y del freno.
• Parada de emergencia: parada de emergencia del ascensor, normalmente iniciada por un EPD.
• Campo completo: el valor máximo de diseño de la corriente de entrada para el campo del motor de polipasto de CC para producir el par de salida máximo por amperio de corriente del inducido.
• IGBT: Dispositivos de estado sólido conectados y operados (conmutados eléctricamente "encendido y apagado") de una manera para crear un voltaje de salida de CA variable, corriente y frecuencia cuando son alimentados por una fuente de voltaje de CC fijo.
• Tasa de sacudidas: El cambio en la tasa de aceleración o tasa de desaceleración; en esta discusión sobre la parada de emergencia, determina el tiempo desde una tasa de desaceleración cero hasta la tasa de desaceleración total.
• SCR: un dispositivo de estado sólido conectado y operado de una manera que rectifica el voltaje y la corriente CA para crear un suministro de corriente y voltaje variable CC controlable.
• SIL: una medida de la confiabilidad de un dispositivo o sistema. Uno es el valor más bajo (menor confiabilidad) y cuatro es el valor más alto (mayor confiabilidad).
• L: valor de inductancia de un componente eléctrico (por ejemplo, una bobina o devanado) o de un circuito. Las unidades son Henries.
• Circuito de bucle: las conexiones del inducido (dos conductores) entre el motor del polipasto de CC y su fuente de alimentación de CC.
• Conjunto MG: un dispositivo giratorio (generador) que se utiliza para producir una tensión y una corriente de salida de CC variable controlable, impulsada por un motor de accionamiento de CA alimentado por las líneas de CA del edificio.
• Obstrucción: Un par de torsión retardado del eje del motor producido al reconectar eléctricamente un devanado del estator del motor de CA, mientras se opera en una dirección de rotación para operar en la dirección de rotación opuesta.
• Frenado regenerativo: Un par de torsión del eje del motor retardador proporcionado por un motor de elevación de CA o CC cuando la energía fluye desde el motor de elevación de regreso a la fuente de alimentación del motor.
• R: Valor de resistencia de un componente eléctrico (por ejemplo, una bobina o devanado) o circuito. Las unidades son ohmios.
• Control de Ward Leonard: el método de control que utiliza conjuntos MG, donde la excitación del campo del generador se varía para ajustar el voltaje de CC de salida de la armadura del generador para controlar la velocidad del motor de CC (polipasto de ascensor).

Preguntas de refuerzo del aprendizaje

Utilice las preguntas de refuerzo del aprendizaje a continuación para estudiar para el Examen de evaluación de educación continua disponible en línea en www.elevatorbooks.com o en la página 115 de este número.
♦ ¿Cuándo tienen los motores de CC la capacidad de regenerar energía?
♦ ¿En qué punto los motores de polipasto de CC actúan como generadores?
♦ ¿Cuáles son ejemplos de condiciones de reacondicionamiento de ascensores de interacción?
♦ ¿Qué es el proceso de frenado regenerativo?
♦ ¿Qué implica el modo de regeneración de control de conjuntos de Ward Leonard MG?
♦ ¿Qué se requiere para que los variadores DC-SCR (tiristores) regeneren energía?
♦ ¿Qué se puede superar la pérdida de frenado regenerativo?
♦ ¿Qué implica DBR?
♦ ¿Qué ocurrirá inmediatamente después de la pérdida de voltaje de la línea de CA durante un corte de energía?
♦ ¿Cómo se proporciona CC al motor del polipasto en los variadores DC-PWM?