plik

omijajàc dêwigi hydrauliczne i dêwigi
z przestarza∏ym, stycznikowym nap´-

dem 2-biegowego silnika pràdu zmienne-
go, na ca∏ym Êwiecie stosuje si´ obecnie
dwa rodzaje rozwiàzaƒ nap´dów:

■

falowniki cz´stotliwoÊciowe,

■

pó∏przewodnikowe, sterowane uk∏ady
prostowania – tzw. SCR.

Falowniki
cz´stotliwoÊciowe

Falowniki  cz´stotliwoÊciowe  s∏u˝à  do  bez-
stopniowej,  p∏ynnej  regulacji  obrotami
asynchronicznego, klatkowego silnika prà-
du  zmiennego.  W bran˝y  dêwigowej  zna-
ne  sà  one  jako  tzw.  systemy  VVVF  (ang.

variable voltage, variable frequency

– zmien-

ne napi´cie, zmienna cz´stotliwoÊç). W na-
p´dach dêwigów mo˝na je podzieliç na
dwa rodzaje:

■

falowniki inwertorowe

■

falowniki wektorowe

Falowniki inwertorowe posiadajà praktycz-
nà mo˝liwoÊç regulacji w zakresie od 10%
obrotów nominalnych wzwy˝ i nie dajàcych
100%  momentu  obrotowego  poni˝ej  10%
obrotów.  Majà  one  zastosowanie  w uk∏a-
dach dêwigowych o pr´dkoÊci jazdy do 0,6
m/s,  lub  przy  zastosowaniu  sprz´˝enia
zwrotnego do maksimum 0,7 m/s.

Falowniki wektorowe zapewniajà regu-

lacj´  obrotów  w zakresie  od  0  do  max
obr./min  i 100%  momentu  przy  zerowej
pr´dkoÊci, co jest wa˝ne dla komfortu jaz-
dy  dêwigów  elektrycznych.  Majà  zastoso-
wanie przy pr´dkoÊci jazdy do 2 m/s. Przy
takim  zakresie  pr´dkoÊci  system  ten  jest
znacznie taƒszy ni˝ rozwiàzania z zastoso-
waniem silnika pràdu sta∏ego.

Obydwa systemy falowników, inwerto-

rowy i wektorowy, posiadajà ten sam spo-
sób wytwarzania i sterowania cz´stotliwo-
Êcià  napi´cia  sinusoidalnego  dostarczane-
go  do  silnika  3-fazowego  pràdu  zmienne-
go. W uproszczeniu, pràd zmienny 3-fazo-
wy  dostarczany  z sieci  jest  prostowany
i kierowany  do  obwodu  g∏ównego  pràdu
sta∏ego falownika. Nast´pnie obwody blo-
ku  tzw.  PWM  (

Puls Width Modulation

–

modulowanie  szerokoÊci  impulsów)  wy-
twarzajà  impulsy  o regulowanej  zmiennej
cz´stotliwoÊci,  których  szerokoÊç  jest  od-
powiednio modulowana i w ten sposób sil-
nik otrzymuje symulowanà, zsyntetyzowa-
nà  form´  sinusoidalnà  napi´cia  z dowol-
nie regulowanà cz´stotliwoÊcià.

Obwody falownika wektorowego sà

bardziej  z∏o˝one  i wymagajà  znacznie
wi´cej  informacji  o silniku.  Nazwa  „fa-
lownik wektorowy” pochodzi od matema-
tycznej analizy linii si∏ pola magnetyczne-
go  silnika,  kalkulujàcej  wektory  si∏  pola,
a nie ich wypadkowe. Analiza ta i w kon-
sekwencji  opracowanie  w∏asnego  mate-
matycznego  algorytmu,  da∏o  baz´  nowej
technologii  nazwanej  „

Flux Vector

” (Wek-

tor  Strumienia  Pola  Magnetycznego).  Na
jej  podstawie  zaprojektowane  zosta∏y
uk∏ady  i obwody  elektroniczne  kontrolu-
jàce  i sterujàce  osiàgami  silnika  pràdu
zmiennego.

Poprzez ciàg∏e monitorowanie wzgl´d-

nego po∏o˝enia kàtowego wirnika w sto-
sunku do stojana, uk∏ad mo˝e okreÊliç, jaka
cz´Êç dostarczanego do stojana pràdu zo-
stanie przetworzona na moment obrotowy,
a jaka zostanie wytracona w postaci ciep∏a.

Precyzyjne okreÊlenie po∏o˝enia uzys-

kane  jest  poprzez  monitorowanie  wirnika
sprz´˝onego  zwrotnie  z obwodami  falow-
nika. Do tego celu s∏u˝y najcz´Êciej enko-
der  optyczny,  zainstalowany  bezpoÊrednio
na  wale  silnika  i generujàcy  (w tym  przy-
padku)  1024  pulsy  na  1  obrót  wa∏u.  Po-
przez  zastosowanie  opisanego  sprz´˝enia
zwrotnego  osiàga  si´  regulacj´  pr´dkoÊci
w zakresie 0,1% za∏o˝onej pr´dkoÊci.

Generalnie falownik wektorowy jest

3-fazowym  uk∏adem  sterujàcym  wielko-
Êcià  napi´cia,  cz´stotliwoÊci  i sk∏adowych
pràdu  zmiennego  dostarczanych  do  silni-
ka  asynchronicznego,  klatkowego.  W od-
ró˝nieniu od inwertora, uk∏ad wektorowy
precyzyjnie steruje wielkoÊcià sk∏adowych
pràdu podawanego na silnik, zapewniajàc
du˝o  mniejsze  nagrzewanie  si´  uzwojeƒ
i w wyniku tego – sta∏y moment obrotowy.
Wspomniana wczeÊniej technologia „Flux
Vector”  polega  na  wykorzystaniu  infor-
macji z enkodera do analizy i kontrolowa-
nia  wielkoÊci  dwóch  sk∏adowych  pràdu
silnika:

■

prostopad∏ej, która jest strumieniem

pola magnetycznego, powodujàcym
wzbudzenie,

■

stycznej, która „produkuje” moment

obrotowy.

Uk∏ad analizuje niezale˝nie strumieƒ po-
la  magnetycznego  (Flux)  oraz  elementy
wytwarzajàce moment. Elementy te sà re-
gulowane  oddzielnie  i dodawane  wekto-
rowo, tak aby utrzymaç kàt 90° w stosun-
ku  do  siebie.  Taka  analiza  i synteza  po-
zwala  na  osiàganie  maksymalnego  mo-
mentu  w zakresie  od  maksymalnej  pr´d-
koÊci do zera.

Cz´stotliwoÊç jest wyliczana na pod-

stawie poÊlizgu i aktualnych obrotów wir-
nika. Zapewnia to ciàg∏à regulacj´ napi´-
cia i nat´˝enia pràdu w odpowiedzi na in-
formacje  o silniku  dostarczane  przez  en-
koder  optyczny.  PoÊlizg  jest  wprost  pro-
porcjonalny  do  stosunku  sk∏adowej  mo-
mentu  i sk∏adowej  strumienia  pola  ma-
gnetycznego. Dodawany jest do cz´stotli-
woÊci  wirnika,  w celu  okreÊlenia  cz´sto-
tliwoÊci  napi´cia  i nat´˝enia.  Cz´stotli-
woÊç ta jest u˝yta tak˝e do analizy pràdu
zmiennego, na jego dwie, brane pod uwa-
g´, sk∏adowe i do syntezy sk∏adowych na-
pi´cia na napi´cie dostarczane silnikowi.

Falownik mo˝e byç skonfigurowany ja-

ko regulator pr´dkoÊci lub jako regulator
momentu. Wektor strumienia pola jest

Nr 4 99

Sterowania nap´dem
dêwigów i dêwignic

Dobry

nap´d dêwigu oznacza
komfort jazdy, nieodczuwal-
ne przyspieszenia, dok∏ad-
noÊç zatrzymywania si´ na
przystankach i oszcz´d-
noÊç energii elektrycznej.

Maciej Lubaszka

T E C H N I K A I T E C H N O L O G I A

utrzymywany jako wartoÊç sta∏a w zakresie
od  0  do  obrotów  synchronicznych.  Powy-
˝ej obrotów synchronicznych wartoÊç wek-
tora  strumienia  jest  redukowana  w miar´
przyrostu  pr´dkoÊci.  Moment  obrotowy
jest  proporcjonalny  do  b∏´du  pr´dkoÊci,
kiedy  falownik  pracuje  jako  regulator
pr´dkoÊci  lub  proporcjonalny  do  sygna∏u
wejÊciowego, kiedy falownik jest regulato-
rem momentu. Powy˝ej obrotów synchro-
nicznych  uk∏ad  zamiast  sta∏ego  momentu
zapewnia  prac´  przy  zachowaniu  sta∏ej
mocy i sta∏ej pr´dkoÊci.

Wszystkie kalkulacje i obliczenia sà

wykonywane  zgodnie  z za∏o˝onym  algo-
rytmem  na  podstawie  informacji  wejÊcio-
wych  przez  mikroprocesor  i jako  decyzje
logiczne  w formie  wyjÊç  wyprowadzone
do odpowiednich bloków uk∏adu.

SCR – pó∏przewodnikowy,
sterowany uk∏ad prostowania

Najstarszym  i do  dziÊ  pracujàcym  na
dêwigach  nap´dzanych  silnikiem  pràdu
sta∏ego  jest  uk∏ad  Ward-Leonarda,  pole-
gajàcy  na  po∏àczeniu  równoleg∏ym  wirni-
ka silnika pràdu sta∏ego z wirnikiem pràd-
nicy  i jednoczesnym  w∏àczeniu  przeciw-
sobnie  w ten  obwód  uzwojenia  szerego-
wego pràdnicy.

Regulacja obrotów silnika pràdu sta∏e-

go polega na sterowaniu napi´ciem do-
starczanym na stojan pràdnicy. Natomiast
utrzymanie sta∏ej pr´dkoÊci w kierunku

Góra

Dó∏

, przy ró˝nym obcià˝eniu, pole-

ga na r´cznej regulacji wartoÊci opornoÊci
uzwojenia bocznikowego stojana pràdnicy
co pewien czas.

Wszystkie wi´ksze firmy dêwigowe na

swój sposób urozmaica∏y ten obwód w ce-
lu uzyskania równych pr´dkoÊci, mi´kkie-
go  zatrzymania,  uzyskania  ma∏ych  i rów-
nych  pr´dkoÊci  dojazdowych.  A przede
wszystkim  w celu  uniemo˝liwienia  samo-
istnego  ruchu  silnika  przy  zamkni´tym
hamulcu  i otwartych  drzwiach,  wskutek
niew∏aÊciwej  regulacji,  zu˝ycia  szczotek
lub nawet wadliwie dzia∏ajàcych pewnych
styczników.  Ten  niezamierzony  i niebez-
pieczny  ruch  mo˝e  byç  spowodowany
równie˝ magnetyzmem szczàtkowym, ró˝-
nym dla ró˝nych silników.

W miar´ rozwoju technologii pó∏prze-

wodnikowej  pojawia∏y  si´  ró˝ne  uspraw-
nienia tego systemu. Pod koniec lat 80. fir-
ma  IPC  Automation  z USA  opracowa∏a
pó∏przewodnikowy  regulator,  dowolnie
kszta∏tujàcy  sygna∏  wejÊciowy  i wzmacnia-

jàcy go do wartoÊci napi´cia dostarczanego
na  stojan  pràdnicy  w uk∏adzie  sprz´˝enia
zwrotnego  z pràdniczkà  tachometrycznà.
Regulator  ten  zapewni∏  systemowi  stabil-
noÊç i bezpieczeƒstwo.

Prawdziwy przewrót, a w∏aÊciwie elimi-

nacj´ uk∏adu Ward-Leonarda, spowodo-
wa∏o opracowanie systemu pó∏przewodni-
kowego opartego na komponencie SCR
(

Silicon Controlled Rectified

– Silikonowy

Prostownik  Sterowany).  Od  jego  nazwy
przyj´∏a  si´  w terminologii  technicznej
USA  nazwa  SCR,  jako  okreÊlenie  ca∏ego
sterowania  silnikiem  pràdu  sta∏ego  z wy-
eliminowaniem z uk∏adu pràdnica – silnik
pràdu zmiennego.

Najbardziej niezawodne obecnie syste-

my SCR projektuje i produkuje amerykaƒ-
ska firma „Baldor Motors & Drives”, za-
równo w wersji analogowej jak i cyfrowej.

SCR jako komponent

SCR  nale˝y  do  rodziny  tyrystorów  i jest
prostownikiem,  który  mo˝e  byç  sterowa-
ny. Je˝eli sta∏y sygna∏ napi´cia DC jest do-
starczony do bramki SCR-u, b´dzie si´ on
zachowywa∏  jak  normalny  prostownik  tak
d∏ugo,  dopóki  wartoÊç  pràdu  nie  spadnie
do zera.

W∏àczenie i wy∏àczenie SCR nie jest

zbyt skomplikowane, pod warunkiem spe∏-
nienia pewnych wymogów. SCR w∏àcza si´
je˝eli  jest  dostarczone  tzw.  napi´cie  prze-
wodzenia  i bramka  SCR-u jest otwarta.
SCR  nie  wy∏àczy  si´  pod  warunkiem,  ˝e
pràd wzroÊnie do wartoÊci tzw. pràdu trzy-
mania  (znamionowego).  Je˝eli  wartoÊç
pràdu  nie  osiàgnie  wartoÊci  trzymania

przed zdj´ciem sygna∏u z bramki, SCR zo-
stanie  wy∏àczony.  Stabilizacj´  pràdu  trzy-
mania zapewnia tzw. uk∏ad trzymania (sieç
oporników  i kondensatorów)  w∏àczonych
równolegle  na  wyjÊcie  mocy  uk∏adu;  SCR
wy∏àczy si´, gdy wartoÊç pràdu osiàga zero,
a sygna∏  napi´cia  przewodzàcego  nie  jest
ponownie  dostarczony  w tzw.  czasie  wy∏à-
czenia SCR.

SCR jako uk∏ad
sterujàcy silnikiem

SCR  jest  3-fazowym,  2-po∏ówkowym,
2-kierunkowym systemem sterowania prà-
du i napi´cia podawanego na wirnik silni-
ka  pràdu  sta∏ego  w sposób  bezstopniowy,
zgodnie  z kszta∏towanym  i wzmacnianym
sygna∏em  wejÊciowym  za∏o˝onej  krzywej
ruchu dêwigu.

System pracuje w uk∏adzie sprz´˝enia

zwrotnego, pochodzàcego od enkodera
optycznego, zamontowanego na wale silni-
ka, z regulacjà pr´dkoÊci w zakresie 0,1%
lub tacho-generatora przy u˝yciu analogo-
wego SCR-u.

Jest to uk∏ad regenerujàcy, tzn. ener-

gia  oddawana  jest  do  sieci.  I tylko  z po-
wodu oddawanych do sieci w czasie rege-
neracji  zniekszta∏ceƒ  harmonicznych,  za-
lecane jest u˝ycie transformatorów izola-
cyjnych  pomi´dzy  linià  zasilajàcà  i wej-
Êciem do SCR-u.

Mostki prostownicze SCR-ów prostujà

dostarczany pràd zmienny na kontrolowa-
ny pràd sta∏y. To samo napi´cie u˝yte jest
przez transformator podajàcy napi´cie na
zasilacze. Impulsy sterujàce sà dostarcza-
ne do bramek SCR-ów poprzez wzmacnia-

Nr 4 99

T E C H N I K A I T E C H N O L O G I A

Wektorowy falownik cz´stotliwoÊciowy

oparty na technologii cyfrowej moêe

sterowaç obrotami kaêdego silnika

asynchronicznego pràdu zmiennego

cze i transformatory. Napi´cie stojana sil-
nika jest sterowane równie˝ przez SCR
i posiada ono zazwyczaj 3 wartoÊci:

■

wartoÊç ja∏owà (dêwig nie jest w ruchu),

■

wartoÊç ruchowà (dêwig jedzie ze sta∏à

pr´dkoÊcià),

■

wartoÊç maksymalnà (w czasie przyspie-

szania, zwalniania i w trakcie pr´dkoÊci
dojazdowej).

Diagnostyka
i bezpieczeƒstwo eksploatacji

Falowniki  i SCR-y wyposa˝one sà  w pro-
gramator  po∏àczony  z mikroprocesorem
poprzez  z∏àcze  RS232.  Przy  pomocy  pro-
gramatora u˝ytkownik mo˝e wprowadzaç
i zmieniaç dane dotyczàce silnika, progra-
mowaç  pewne  wejÊcia  i wyjÊcia,  zmieniaç
lub ustawiaç funkcje operacyjne, monito-
rowaç pràd, napi´cie i obroty silnika oraz
u˝ywajàc systemów diagnostycznych mieç
wglàd  do  wszystkich  ewentualnych  uste-
rek funkcjonowania.

Falowniki i SCR-y dêwigowe wyposa˝o-

ne  sà  w szereg  obwodów  bezpieczeƒstwa
i obwodów wykrywajàcych nieprawid∏owo-
Êci,  mogàce  doprowadziç  do  zagro˝enia
eksploatacji  czy  nieprawid∏owoÊci  ruchu.
Usterki  sà  wykrywane,  wpisywane  do  pa-
mi´ci  mikroprocesora  i sygnalizowane  na
ekranie  programatora  po  przywo∏aniu  je-
go funkcji diagnostycznej. U˝ytkownik ma
wybór, co do iloÊci wykrytych nieprawid∏o-
woÊci w czasie jednej godziny, po których
SCR  jest  unieruchomiony,  a˝  do  urucho-
mienia  go  manualnie  (reset)  lub  pozosta-
wienia tej funkcji mikroprocesorowi g∏ów-
nemu,  tablicy  sterowej.  Uk∏ad  wybiera

usterki  niebezpieczne  (nie  pozwala  wów-
czas  na  ponowne  automatyczne  urucho-
mienie) i usterki chwilowe, po których sys-
tem  mo˝e  byç  uruchomiony  automatycz-
nie.

I na koniec kilka s∏ów o mo˝liwoÊciach

komunikowania  si´  dêwigów  ze  Êwiatem
zewn´trznym. Funkcje te nie majà wp∏ywu
na prac´ dêwigu, ale mogà bardzo u∏atwiç
˝ycie.  Ka˝dy  wysokiej  klasy  sterownik
posiada  mo˝liwoÊci  komunikowania  si´
z komputerem  PC  wg  swojego  w∏asnego
protoko∏u  komunikacyjnego.  Protoko∏y  te
sà  udost´pniane  przez  producentów  ste-
rowników  i nic  ju˝  nie  stoi  na  przeszko-
dzie,  aby  program  komputerowy  prze-
kszta∏ci∏ dane pobrane z procesora sterow-
nika w dowolny kszta∏t i tekst.

Monitorowanie i diagnostyka
ruchu dêwigów

Monitorowanie  i diagnostyka  przy  u˝yciu
komputera  osobistego  polegajà  na  pobie-
raniu danych z mikroprocesora g∏ównego,
przetwarzaniu  ich  na  kszta∏t  graficzny
i tekstowy  oraz  wyÊwietlaniu  ich  na  ekra-
nie monitora. Samodzielny program kom-
puterowy  wspó∏pracuje  ze  sterownikiem
wyposa˝onym w dodatkowe z∏àcze RS322
lub RS422. Program sterownika rozpozna-
je  wszystkie  usterki  i nieprawid∏owoÊci
dzia∏ania  dêwigu  lub  dêwigów,  które  sà
przewidziane  do  wykrycia.  Znaczy  to,  ˝e
do  programu  ciàgle  mo˝na  wprowadzaç
nowe  sytuacje,  które  u˝ytkownik  chcia∏by
rozpoznaç i odczytaç na ekranie.

Program komputerowy, opierajàc si´

na konkretnym protokole komunikacyj-

nym danego typu mikroprocesora, odczy-
tuje te dane i wyÊwietla w swoim formacie
na  ekranie.  W systemie  monitorowania
i diagnostyki,  program  komputerowy  od-
czytuje  jedynie  dane  z programu  mikro-
procesora bez ˝adnej ingerencji w funkcje
sterowania.

W celu obni˝enia kosztów system wy-

korzystuje  typowy  komputer  osobisty  PC,
poczàwszy ju˝ od 486DX/ 80 MHz, z kolo-
rowym  lub  nawet  czarno-bia∏ym  monito-
rem. System jest ∏atwo adaptowany i regu-
lowany  do  dowolnego  uk∏adu  dêwigów
(bez  potrzeby  zmiany  oprogramowania,
do 6 dêwigów w grupie i 32 pi´ter z dowol-
nà  kombinacjà  przednich  i tylnych  drzwi
szybowych na dowolnych pi´trach).

Monitory mogà byç umieszczone

w maszynowni  oraz/lub  w oddalonych  do
500  m pomieszczeniach  biurowych  lub
w g∏ównym  hallu.  System  pokazuje  na
ekranie komputera pozycj´ ka˝dego dêwi-
gu  w grupie,  kierunek  jazdy,  po∏o˝enie
drzwi, jazd´ lub postój, przydzia∏ i zmian´
przydzia∏u  wezwaƒ  do  poszczególnych
dêwigów,  otwarcie  lub  zamkni´cie  drzwi
oraz  aktualny  stan  operacji.  W sposób
graficzny  pokazany  jest  status  wejÊç
i wyjÊç  wraz  z opisami.  System  wyÊwietla
status  poszczególnych,  wybranych  przez
u˝ytkownika bloków programu, stany ele-
mentów  czasowych  oraz  stany  liczników
w programie,  które  mogà  byç  ustawiane
i regulowane równie˝ zewn´trznie z tabli-
cà  sterowà.  System  ma  mo˝liwoÊç  wykry-
wania  usterek,  których  opis  wyÊwietlany
jest na monitorze.

Przy po∏àczeniu modemem dêwigu

z komputerem, umieszczonym w oddalo-
nej firmie dêwigowej, ju˝ przed wyjazdem
na miejsce awarii konserwator dowiaduje
si´ co jest uszkodzone i jakie cz´Êci powi-
nien zabraç ze sobà.

Sterowany z klawiatury komputera sys-

tem  umo˝liwia  wy∏àczenie  lub  w∏àczenie
poszczególnych pi´ter do ruchu w zakresie
wezwaƒ i dyspozycji, w celu uniemo˝liwie-
nia  jazdy  dêwigiem  do  poszczególnych
pi´ter  osobom  nieupowa˝nionym.  System
wyposa˝ony  jest  kod,  który  uniemo˝liwia
operowanie dêwigiem przez osoby nieupo-
wa˝nione.  Program  mo˝na  zainstalowaç
na  typowym  komputerze  PC  w pomiesz-
czeniu biurowym.

Opisane systemy sà ju˝ dost´pne na ryn-

ku dêwigowym w rodzimym wykonaniu i co
wa˝ne, potrafià komunikowaç si´ z u˝yt-
kownikiem w j´zyku polskim.

■

Nr 4 99

T E C H N I K A I T E C H N O L O G I A

SCR – wymiennik

uk∏adu Ward-Leonarda

Cyfrowy SCR