CN1161933A - 调节电梯停靠水平的装置 - Google Patents

Abstract

在由感应电机操作的电梯的速度控制器中用于调节电梯停靠水平的装置，它能够精确和快速地调节电梯的停止位置，通过对感应电机的磁通进行矢量控制，即使在电梯停止时或是乘客上下轿厢时电梯的负载发生变化，也能使电梯轿厢的地板与电梯停靠的楼层对准。

Description

调节电梯停靠水平的装置

本发明涉及由感应电机操作的电梯的一种速度控制器，特别是涉及一种用于调节电梯停靠水平的装置，它能够精确和快速地调节电梯的停止位置，通过对驱动电梯的感应电机磁通进行矢量控制，在电梯停止时或是乘客上下轿厢时，如果电梯的负载发生变化，也能使到达的电梯轿厢的地板与电梯停靠的楼层对准。

如图1所示，现有技术的电梯速度控制器包括一个电源装置30，用于把三相交流(AC)电压转换成具有特定频率和脉宽的AC电压，一个由电源装置30输出的AC电压来操作的感应电机101，一个用于检测感应电机101转速的转速检测器102，一个速度控制器103，用于把转速检测器102输出的检测速度(ωr)与速度指令信号(ωr^*)相比较，一个加法器104用于把速度控制器103输出的速度控制信号(ωs)与检测速度(ωr)相加，一个用于检测感应电机101输入电流的电流检测器107，一个电压指令信号发生器105，用于接收电流检测器107检测的电流和加法器104输出的频率(ωe)，并且输出一个电压指令信号(Vr^*)，以及一个开关脉冲发生器106，用于接收电压指令信号发生器105输出的电压指令信号(Vr^*)，并且向电源装置30输出开关脉冲信号(Sp)。

电源装置30包括把三相AC电压转换成脉动DC电压的转换器31，一个平波电容器32，用于平滑从转换器31输出的DC电压中的脉动并且输出平滑的直流(DC)电压，以及用于把平滑的DC电压转换成AC电压的逆变器33。

通过缆绳22连接的电梯轿厢20和配重23被悬挂在由电机101驱动的滚筒21上。

以下要参照相应的附图详细说明具有上述结构的现有技术的电梯速度控制器的操作方式。

感应电机的惯用速度控制方式包括第一电压控制和转差频率控制，并且在控制电梯速度时通常要采用转差频率控制，以便在电机的低频操作范围内防止磁饱和，并且产生大的转矩。

以下要具体说明控制上述转差频率的方法。

首先，由感应电机产生的磁通(λ)可以由以下公开来表示： $\mathrm{\λ}=K\left(\frac{E}{f}\right)\…\…\left(1\right)$

其中的K表示比例常数，E表示电压，而f表示频率。

为了控制速度，在按照公式(1)的关系控制频率时必须同时控制电压，以便防止磁饱和。也就是说，为了能保持电压/频率(E/f)恒定，必须要同时改变电压和频率，这种方法被称为转差频率控制方式。

以下以图1所示的惯用电梯速度控制装置为例来说明转差频率控制方法的操作方式。

首先，速度控制器103接收速度指令信号(ωr^*)和转速检测器102输出的检测速度(ωr)，输出一个速度控制信号。速度控制信号(ωs)在加法器104中与转速检测器102输出的检测速度(ωr)相加。

接着，电压指令信号发生器105接收电流检测器107输出的电流和加法器104输出的数值，由于加法器104输出的值构成了第一频率(ωf)，电压指令信号发生器105输出的电压指令信号(Vr^*)与采用的频率(ωf)成正比，具有电压/频率(E/f)恒定的特性。电压指令信号(Vr^*)在开关脉冲信号发生器106中被转换成开关脉冲信号(Sp)并且输出。

电源装置30中的逆变器33接收开关脉冲信号发生器6输出的开关脉冲信号(Sp)，把通过转换器31和平波电容器32输出的DC电压转换成具有一定频率和脉宽的AC电压，用于控制感应电机101，并且把AC电压提供给感应电机101使其工作。

如上所述，如果在电梯速度控制装置中采用转差频率控制方式，在由于轿厢停止或是乘客上下轿厢时出现的负载变化就会使转矩改变，并且响应会受到延迟，直到与转差频率变换相应的转矩产生时为止。

因此，本发明的目的就是提供一种改进的装置，用于调节电梯的停靠水平，并且精确和快速地调节电梯的停止位置，在通过对驱动电梯的感应电机磁通进行矢量控制，使电梯停靠在大楼的楼层上时，即使在轿厢停止时或是乘客上下轿厢时发生负载的变化，也能使停靠电梯的轿厢地板对准楼层。

为了实现上述目的，本发明提供了一种调节电梯停靠水平的改进的装置，该装置包括一个水平检测器，用于检测轿厢和楼层之间的水平差，一个低速指令发生器，用于在水平检测器中检测到水平差别时产生一个低速指令信号，一个负载检测器，用于检测轿厢的负载并且输出负载信号，一个转速检测器用于检测感应电机的实际速度，一个速度控制器用于接收由转速检测器检测的实际速度和一个用于补偿低速指令信号或速度指令信号的值，并且输出磁通指令信号，多个加法器，用于补偿负载和磁通指令信号，并且输出转矩电流指令信号，一个电流检测器用于检测感应电机的输入电流，一个转换器用于把电流检测器检测的电流转换成彼此正交的转矩电流和磁通电流，一个磁通变换器用于把来自转换器的磁通电流变换成磁通，一个用于控制磁通的磁通控制器接收磁通变换器输出的磁通和一个用来补偿磁通指令信号的值，并且产生磁通电流指令信号，以及一个电流控制器，它接收来自转换器的磁通电流和转矩电流以及磁通电流指令信号和转矩电流指令信号，从而控制提供给电机的电流。

通过以下结合附图以举例而并非限制的方式对本发明的详细说明可以更加充分地了解本发明，在附图中：

图1是现有技术电梯速度控制器的框图；

图2是按照本发明用于调节电梯停靠水平的装置的框图；

图3是一条关系曲线，表示把感应电机旋转磁场的原边电流(primarycurrent)分隔成磁通方向和与其垂直的方向；以及

图4是一个流程图，表示按照本发明的电梯停靠水平调节装置的操作方式。

以下要参照附图详细说明本发明的电梯停靠水平调节装置。

如图2所示，本发明的电梯停靠水平调节装置包括一个电源装置30，用于把三相交流(AC)电压转换成具有所需频率和脉宽的AC电压，一个感应电机1在操作时接收来自电源装置30的AC电压，一个水平检测器12用于检测轿厢20和楼层之间的水平，一个低速指令发生器2用于按照水平检测器12输出的水平检测信号(ωd)输出一个低速指令信号(ωn^*)，一个第一开关14用于有选择地输出从低速指令装置2输出的低速指令信号(ωn^*)或是速度指令信号(ωr^*)，一个第一加法器16用于把第一开关14输出的低速指令信号(ωn^*)或是速度指令信号(ωr^*)与感应电机1的实际检测速度(ωr)相加，一个速度控制器3根据第一加法器14的输出值输出一个磁通指令信号(λ^*)，一个负载检测器13用于检测轿厢的重量并且输出一个负载值(L)，第二加法器17用于把负载检测器13输出的负载值(L)与速度控制器3输出的磁通指令信号(λ^*)相加，第二开关15用于有选择地把磁通指令信号(λ^*)输出到第二加法器17或是第三加法器18，一个电流检测器10用于检测提供给感应电机1的电流，一个三相-两相转换器6用于把电流检测器10检测的三相电流转换成两相电流，一个磁通变换器7用于把三相一两相转换器6输出的转矩电流变换成磁通值(λ)，第三加法器18用于把磁通变换器7输出的磁通值(λ)与开关15输出的磁通指令信号(λ^*)相加，磁通控制器4根据第三加法器18输出的值输出一个磁通电流指令信号(Id^*)，一个电流控制器5用于接收从磁通控制器4输出的磁通电流指令信号(λ^*)，从第二加法器17输出的转矩电流指令信号(Iq^*)，以及从三相-两相转换器6输出的转矩电流(Iq)和磁通电流(Id)，并且输出一个两相电流，一个两相-三相转换器8用于把电流控制器5输出的两相电流转换成三相电流，以及一个开关脉冲发生器9用于接收从两相-三相转换器8输出的三相电流，并且向电源装置30输出一个开关脉冲信号(Sp)。

电源装置30的结构与现有技术的电梯速度控制器相同，因此省略了对其结构的说明。

电梯轿厢20和配重23通过缆绳22连接在一起，缆绳22缠绕在由电机1驱动的滚筒21上。

首先要说明在本发明中采用的电梯速度控制方式。

如图3所示，原边电流矢量(11)的矢量分量可以分隔成磁通方向和与其垂直的方向，其中的磁通方向对应着励磁磁通电流矢量(Im)，而与其垂直的方向对应着反抗副边电流(secondary current)磁动力的转矩电流矢量(Iq)。这种关系可以用以下公式表示：

Il＝Im+Iq..........(2)

如果把第一电流矢量(Il)分隔成励磁磁通电流矢量(Im)和转矩电流矢量(Iq)，这些分量就可以受到独立的矢量控制，以便能精确和快速地调节电梯停靠位置。

相应地，如果能补偿水平差，就能在速度接近于‘0’时减少低速指令信号(ωn^*)与检测速度(ωr)之间的误差，从速度控制器7输出转矩值(Id^*)，因此，磁通(λ)和转矩(Te)可以由下式表示：

Te＝Kt^*λ^*Iq..........(3)

其中的K是转矩常数。

相应地，由于转矩(Te)是通过磁通(λ)与转矩电流矢量(Iq)的乘积获得的，如果在保持转矩电流指令信号(Iq^*)的值恒定时控制磁通(λ)，就可以实现停靠水平差为‘0’的速度控制。

以下按照上述的电梯速度控制方式来说明本发明的电梯停靠水平调节装置的操作方式。

首先，如图4所示，当轿厢20到达一个楼层，并且轿厢20与楼层不能对应时，就会产生水平差，水平检测器12检测到这一水平差，并且输出水平检测信号(ωd)。

然后，低速指令发生器2接收从水平检测器输出的水平检测信号(ωd)，并且输出与水平差成正比的低速控制指令信号(ωn^*)。此时，第一开关14被连接到低速指令装置2。

相应地，第一加法器16把低速控制指令信号(ωn^*)与转速检测器11输出的检测速度(ωr)相加。

然后，速度控制器7接收从第一加法器16输出的值，并且输出磁通指令信号(λ^*)。磁通指令信号(λ^*)被第二开关15输入到第三加法器18。在此时，第二开关15被连接到第三加法器18。

电流检测器10检测从电源装置30输出的三相电流，并且向三相-两相转换器6输出检测到的电流，而三相-两相转换器6把输入的三相电流转换成两相电流，并且输出磁通电流(Id)和转矩电流(Iq)。

接着，磁通变换器7把三相-两相转换器6输出的磁通电流(Id)变换成磁通值(λ)，并且输出磁通值(λ)。输出的磁通值(λ)被加在通过第二开关15输出到第三加法器18的磁通指令信号(λ^*)上，并且被提供给磁通控制器4。

相应地，磁通控制器4把第三加法器18输出的值变换成磁通电流指令信号(Id^*)，也就是说，磁通值(λ)与磁通指令信号(λ^*)之间的误差被提供给电流控制器5。电流控制器5接收从磁通控制器4输出的磁通电流指令信号(Id^*)，从第二加法器17输出的转矩电流指令信号(Iq^*)，从三相-两相转换器6输出的转矩电流(Iq)以及磁通电流(Id)，从而产生和输出两相的电流。此处的转矩电流指令信号(Iq^*)被保持在一个恒定值。

然后，两相-三相转换器8接收从电流控制器5输出的两相电流，并将其转换成三相电流。开关脉冲发生器9接收从两相-三相转换器8输出的三相电流，并将其转换成开关脉冲信号(Sp)提供给电源装置30。

接着，电源装置30接收从开关脉冲发生器9输出开关脉冲信号(Sp)，并且输入到感应电机1的电流，从而使电梯轿厢的地板与电梯停靠的楼层对齐。

然后，如图4所示，由于在轿厢停止并且与楼层对齐时没有出现水平差，第一开关14就连接到速度指令信号(ωr^*)。

相应地，第一加法器16把速度指令信号(ωr^*)与转速检测器11输出的检测速度(ωr)相加。

然后，速度控制器7接收从第一加法器16输出的值，并且输出磁通指令信号(λ^*)。

第二加法器17接收磁通指令信号(λ^*)和通过第二开关15从负载检测器13输出的负载值(L)，并且将其相加，从而输出转矩电流指令信号(Iq^*)。第二开关15在此时连接到第二加法器17。

电流检测器10检测从电源装置30输出的三相电流，并且将其输出到三相-两相转换器6，三相-两相转换器6把输入的三相电流转换成两相电流，并且输出磁通电流(Id)和转矩电流(Iq)。

然后，磁通变换器7把三相-两相转换器6输出的磁通电流(Id)变换成磁通值(λ)，并由第三加法器18把输出的磁通值(λ)与磁通指令信号(λ^*)相加，再提供给磁通控制器4。此时的磁通指令信号(λ^*)被设定为成额定的磁通。

相应地，磁通控制器4把第三加法器18输出的值，也就是磁通值(λ)与磁通指令信号(λ^*)之间的误差变换成磁通电流指令信号(Id^*)，并将其提供给电流控制器5。电流控制器5接收从磁通控制器4输出的磁通电流指令信号(Id^*)，从第二开关15输出的转矩电流指令信号(Iq^*)，以及从三相-两相转换器6输出的转矩电流(Iq)和励磁电流(Id)，从而产生和输出两相的电流。

接着，两相-三相转换器8接收从电流控制器5输出的两相电流，并将其转换成三相电流，另外，开关脉冲发生器9接收从两相-三相转换器8输出的三相电流，并且将其转换成开关脉冲信号(Sp)并提供给电源装置30。

相应地，电源装置30接收从开关脉冲发生器9输出的开关脉冲信号(Sp)，从而控制输入到感应电机1的电流，使电梯轿厢的地板与电梯停靠的楼层保持对齐。

按照以上的详细说明，本发明可以产生低速指令信号(ωr^*)，用于执行采用矢量控制方式的速度控制，从而在轿厢停靠在一个楼层上并且出现轿厢20与楼层之间的水平差时控制感应电机1的速度。

另外，本发明可以精确和快速地补偿负载转矩的变换，可以检测出在轿厢停靠时或是乘客上下轿厢时发生的负载值(L)的变化，并且相应地控制转矩电流。

在本发明中，由于感应电机1的磁通(λ)是受到控制的，就能实现精确和快速的水平调节。

尽管以上为了说明而公开了本发明的特定实施例，本领域的普通技术人员显然可以在不脱离由权利要求书限定的本发明的范围和精神的条件下实现各种变更和增删。

Claims (3)

1、一种调节电梯停靠水平的装置，包括：

水平检测装置，用于检测轿厢和楼层之间的水平差；

低速指令发生装置，用于在水平检测装置检测到水平差时产生一个低速指令信号；

负载检测装置，用于检测轿厢的重量并且输出负载值；

转速检测装置，用于检测感应电机的实际速度；

速度控制装置，用于接收由转速检测装置检测的实际速度和一个用于补偿低速指令信号或速度指令信号的值，并且输出磁通指令信号；

加法装置，用于补偿负载值和磁通指令信号，并且输出转矩电流指令信号；

电流检测装置，用于检测提供给感应电机的电流；

转换装置，用于把电流检测装置检测的电流转换成彼此正交的转矩电流和磁通电流；

磁通变换装置，用于把来自转换装置的磁通电流变换成磁通值；

用于控制磁通的磁通控制装置，它接收磁通变换装置输出的磁通和一个用来补偿磁通指令信号的值，并且产生磁通电流指令信号；以及

电流控制装置，它按照来自转换装置的磁通电流和转矩电流以及磁通电流指令信号和转矩电流指令信号，从而控制提供给电机的电流。

2、按照权利要求1的装置，还包括第一开关，用于在水平检测装置检测到水平差时有选择地向速度控制装置输出低速指令信号，或是在没有检测到水平差时输出速度指令信号。

3、按照权利要求1的装置，其中，在向速度控制装置输入低速指令信号时把转矩电流指令信号保持在一个恒定值，而在向速度控制装置输入速度指令信号时把磁通指令信号设定在额定磁通。

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