"Helt enkelt mobil"

Under detta motto transporterar Münchner Verkehrsgesellschaft mbH (MVG), ett dotterbolag till Stadtwerke München GmbH (SWM), varje år över en halv miljard människor genom den tyska metropolen. På sina resor använder passagerarna inte bara tåg och bussar, utan också cirka 770 rulltrappor i tunnelbane- och spårvagnsstationer. Detta gör SWM och MVG till den största rulltrappsoperatören i Tyskland.

En hög nivå av tillförlitlighet

Mario Princip från MVG ser med hjälp av sitt team till att systemen fungerar dygnet runt och utan avbrott. "En hög tillförlitlighet är oerhört viktigt för oss och är även strategiskt betydelsefullt", förklarar den tekniska experten. "Det handlar inte bara om att tillgodose passagerarnas behov av komfort och bekvämlighet, utan det är också en viktig driftsfråga: Utan rulltrappor kan passagerarna inte ta sig in och ut från stationerna i den hastighet som krävs."

Innovation i egen regi

Med höga krav på säkerhet och tillgänglighet och många hundra system att ta hand om kan varje teknisk förändring medföra betydande kostnader eller besparingar. Därför är rulltrappsexperterna noggranna i sin bedömning av nya optimeringsmöjligheter. Resultatet är en fortlöpande moderniseringsprocess i en miljö som är mycket motståndskraftig mot standardisering. En rulltrappa har trots allt en livslängd på cirka 30 år. Vid varje tidpunkt används flera generationer och modeller från olika tillverkare i hela nätverket, samtidigt som de individuella rumsliga förhållandena är lika varierande. "I ett nötskal är varje system unikt", säger Daniel Mayer, som ansvarar för rulltrappornas elektroteknik. 

MVG hanterar denna enorma utmaning genom att dra nytta av sin egen innovationskraft. Ett aktuellt exempel är det tillverkaroberoende styrsystemet för rulltrappor, som företaget har utvecklat själv. Det innebär att det kan underhållas av egen personal och att fel kan åtgärdas snabbare. Kostnaderna för reservdelar och ombyggnader hålls också på ett minimum. "Sådana innovationer kommer ofta från München och vi har redan gjort oss ett namn i den här branschen", säger Princip.

MVG har använt frekvensomriktare redan före utvecklingen av det nya styrsystemet. De fördelar som de erbjuder jämfört med konventionella frekvensomriktare blir snabbt uppenbara i den dagliga driften: De flesta rulltrapporna körs bara vid behov och aktiveras av en ljusbom. Omriktarstyrningen möjliggör variabel start och stopp, vilket inte bara gör det bekvämare för användarna utan också skyddar mekanismerna. 

Men även om de ansvariga på MVG är imponerade av dessa fördelar vid motoriserad drift, har de länge letat efter en lämplig lösning för nedåtgående rulltrappor. Många system arbetar med konventionella bromsmotstånd. Den spillvärme som uppstår måste ledas bort på ett säkert men ändå genomtänkt sätt, inte minst av brandsäkerhetsskäl. Motorlindningarna kan också fungera som "bromsmotstånd" och omvandla energi till värme, men endast i begränsad omfattning och inte kontinuerligt. Det skulle också vara möjligt att komplettera en omriktardrift med ytterligare en regenerativ enhet, men detta är inte genomförbart i alla fall på grund av det begränsade utrymmet i rulltrappornas styrskåp.

Till slut hittade man lösningen i form av en teknik som fortfarande sällan används i lågspänningsapplikationer: en matrisomvandlare som kombinerar växelriktaren och den regenerativa enheten i en och samma enhet. Under våren 2016 testade Mario Princip och hans kollegor kapaciteten hos de få tillgängliga, marknadsklara modellerna med hjälp av sin egen simulator. 

Ett viktigt, rulltrappsspecifikt krav var en funktion för flygande omstart för att säkerställa synkroniserad start efter automatisk avaktivering. Dessutom måste alla elektriska komponenter kunna användas året runt vid utomhustemperaturer. Yaskawas nyutvecklade U1000 var en av de komponenter som testades.

U1000 matrisomvandlare

Matrisomvandlaren U1000 från Yaskawa introducerades 2014 och är en högeffektiv, regenerativ direktomvandlare för induktions- och permanentmagnetmaskiner med eller utan hastighetssensorer. Ett stort antal modeller finns tillgängliga för att täcka ett brett effektområde från 2,2 till 500 kW. Tack vare sin speciella topologi kan U1000 regenerera direkt och kräver inga DC-busskondensatorer. Det behövs inget utrymme för en extra regenereringsenhet. Som alla Yaskawas frekvensomriktare i 1000-serien är även U1000 konstruerad för tio års underhållsfri, kontinuerlig drift.

Den återvinningsenergi som matas tillbaka in i systemet är tillgänglig för andra förbrukare i byggnaden, t.ex. belysningen, vilket innebär att den inte behöver tas från elnätet. Detta var dock inte huvudargumentet som fick MVG att utsätta matrisomvandlaren U1000 för rigorösa tester under verkliga förhållanden som en del av en pilotinstallation.

Applikationsspecifika argument

Av större betydelse var det faktum att U1000 gjorde regenereringsmotstånd onödiga, vilket avsevärt förenklade kylningen eller ventilationen av systemet, eller tog bort behovet av det helt och hållet. En annan fördel med Yaskawa-systemet var att nätkvaliteten bibehölls under regenereringen: Linjeströmmarna under drift av U1000 är nästan sinusformade, både i motor- och regenereringsläge, och övertoner reduceras till ett minimum. Å ena sidan minskar detta förlusterna i nätkomponenter, som transformatorer eller kablar och ledningar, och ökar därmed effektiviteten i systemet som helhet. Å andra sidan minskar potentiella störningar med andra systemkomponenter avsevärt. Detta förhindrar i sin tur fel och därmed de komplicerade procedurer och oundvikliga driftstopp som är förknippade med att identifiera orsaken.

U1000 har redan ett integrerat EMC-filter, vilket gör att det inte behövs några externa komponenter som annars skulle behövas, t.ex. DC-reaktorer eller LC-filter. Trots detta är utrymmesbehovet fortfarande upp till 50% mindre än med konventionella integrerade lösningar med sinusformad ingång och regenerering. Matrisomvandlaren har också en inbyggd SIL3 STO-ingång, vilket gör att de höga maskinsäkerhetskraven kan uppfyllas enkelt och med minimala komponenter. Optionskort finns tillgängliga för alla vanliga fältbussar. Detta gör anslutningen till EtherCAT, Powerlink, Profinet, Profibus, Ethernet IP och andra system extremt okomplicerad.

Inledande praktiska erfarenheter och utsikter

Efter de positiva resultaten i simulatorn har MVG testat U1000 i fält sedan våren 2016, särskilt i en rulltrappa på tunnelbanestationen Fraunhoferstrasse. Denna plats valdes på grund av de typiska utrymmesförhållandena i kontrollskåpet, vilket innebär att utrymmet verkligen är mycket begränsat. Därför kanalmonterades U1000 på styrskåpets sidovägg så att kylmodulen sitter på utsidan. Enheten är ansluten till MVG:s styrsystem, vilket innebär att den aktuella driftstatusen kan övervakas i realtid. Dessutom finns tillförlitliga testdata tillgängliga hela tiden.

Baserat på de första empiriska resultaten är Mario Princip mycket nöjd med lösningen: "Vi har löst de viktigaste problemen och U1000 fungerar precis som den ska!" Som ett resultat utrustas nu alla lämpliga rulltrappor gradvis med Yaskawas matrisomvandlare. Dessutom ingår modellen nu i alla regelbundna nya anbudsförfaranden.