CN1200349A

CN1200349A - 用于控制援解操作及改善功率因数的装置

Info

Publication number: CN1200349A
Application number: CN98115411A
Authority: CN
Inventors: 张喆浩
Original assignee: LG Industrial Systems Co Ltd
Current assignee: Otis Elevator Korea Co Ltd
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1998-04-10
Publication date: 1998-12-02
Anticipated expiration: 2018-04-10
Also published as: MY119570A; KR19980076454A; KR100214686B1; ID20995A; US5864474A; SG63836A1; CN1083391C

Abstract

用于改善功率因数,控制援解操作的装置包括控制单元,由三相AC电压源驱动感应电动机来控制电梯轿厢操作;ALP装置,当电源发生故障时通过提供由备用逆变器将电池的DC电压变换的三相AC电压来控制应急模式;开/关触头,正常供电状态时打开,故障状态时闭合;DC电压检测器,检测提供给备用逆变器的DC电压;有功电流检测器;电源电压检测器;自动援解操作控制器,在电源故障状态时控制ALP装置执行自动援解操作,正常供电状态时作为有源功率补偿滤波器工作。

Description

用于控制援解操作及改善功率因数的装置

本发明涉及一种援解(rescue)装置，它使用电源故障自动登层装置(以下称为ALP装置)改善功率因数，特别涉及一种ALP装置，它能在正常供电期间以改善的控制屏功率因数提供有源滤波功能，而当发生电源故障时仍能提供自身功能。

通常，一种电梯***包括ALP装置，用于援解操作，以使得当电梯轿厢因电源故障突然停止时援解关在电梯轿厢中的多位乘客。

当发生电源故障时，ALP装置在将其电池电压调节到适于控制屏的输入端子的预定值时将其电池电压提供给控制屏。但是，除非电源故障或失效时该ALP装置才工作。

图1表示包括在援解装置中的控制屏1A及ALP装置1B的结构。参照图1，该控制屏1A包含AC/DC变换器3，用于将由三相电压源1经接触器2供给的AC电源进行转换，接触器2在对电梯装置供电时闭合；电容器4，它起平波电路的作用，用于减小由AC/DC变换器3输出的DC电源的纹波；逆变器7，用于将电容上的DC电压转换成可变电压VV及可变频率VF的三相AC电压；电流安培表8，用于读出逆变器的输出电流；感应电动机9，用于对电梯轿厢13提供动力；速度表14，用于读转动的感应电动机的角速度；负载检测器15，用于检测电梯轿厢12的负载；中央处理单元(以下称为CPU)16，用于控制逆变器7的操作，以使得在接收到安培表8、速度表14及负载检测器15的输出信号时使感应电动机以目标速度转动，并用于控制操作元件6的导通，导致当感应电动机开始旋转到再生功率区域时可使感应电动机产生的功率通过电阻5消耗；及一个变压器17，用于以固定变比对CPU提供合适的电压。

ALP装置1B包含电池24，用于将预定电平的备用DC电源供给***；电容23，用于平滑由电池输出的DC电压的纹波；备用逆变器22，用于将电容上的DC电压转换成可变电压VV及可变频率VF的三相AC电压；安培表21，用于读出备用逆变器的输出电流；电抗器20，用于对由备用逆变器提供给变压器18的输出电流进行平波；滤波器19，用于对由逆变器22经电抗器供给控制屏1A的输出电压进行滤波；变压器18，用于将逆变器22的输出电压变化到适于CPU1A的电平；AC电压表25，用于从滤波器读AC电压；自动援解模式控制器26，用于当接收到安培表21及AC电压表25的输出信号时控制启动备用逆变器22。这里，标号10、11及13分别表示牵引机械、制动器及配重。

将参照图1及2来描述如上构成的援解装置的操作。当三相AC电压源正常供给电力时，接触器2处于导通状态，以使预定电平的三相AC电压通过接触器2及变压器供给到CPU16。三相电压也通过变换器3及电容4供给逆变器7。

然后，逆变器7根据由CPU输入的AC电压信号通过向感应电动机输出三相AC电力来控制感应电动机的转矩及转数。

CPU16也确定是否由感应电动机产生出再生功率。如果确定产生了再生功率，CPU输出控制信号给元件6，以使得该元件导通，使再生功率通过该元件传送并接着经电阻5消耗掉。

但是，如果三相AC电压、即正常电源有故障或失灵，接触器2处于关断状态。在此时，来自电池24的DC电压被传送到备用逆变器22。备用逆变器22当收到来自CPU的信号时将电容23上的DC电压转换成具有可变电压和可变变频的三相AC电压。电抗器20使备用逆变器输出电压的纹波平滑，并将平滑的电压传送到滤波器。滤波器19对输入电压滤波并将滤波电压传送到变压器18。变压器18将输入电压变换到预定电平。另一方面，AC电压表25读来自滤波器的电压，并将它传送给援解模式控制器26。变压器18将其输出电压提供给设在控制屏1A中的变换器3。

因此，甚至当发生电源故障时CPU16可在相同状态下工作。但是，CPU已识别出电源不是从逆变器7而是从备用逆变器22供给的，因此CPU将***设置为援解模式，并相应地操作以援解关在电梯轿厢中的乘客。

CPU也发送控制信号，以使元件6导通。由此使从感应电动机9产生的再生功率能通过导通的元件6及电阻5被消耗及排除。

但是，当感应电动机9响应于由乘客产生的电梯轿厢呼叫信号或楼厅呼叫信号由变换器3及逆变器7驱动以使电梯轿厢12移动到目标楼层时，变换器3的电流将是脉冲类型的，如图2b中所示。

当电流脉冲反向地通过三相AC电压源1时，总功率因数cos可用基波功率因数cos1及失真系数μ按下列等式1及2来表示：

式中及1是基波及包括基波及谐波的所有波的电流及电压之间的相位差。

如式1)及式2)可见，当电流的失真系数变差时总功率因数下降(通常在0.6～0.75的范围中)。因此，传统的援解装置具有功率损耗及控制屏输入端复杂性增加，以及在输入端出现严重的谐波失真的缺点。

传统的援解装置还具有另外的缺点，即仅当电源故障发生时ALP装置才可进行工作，因此与其成本相比ALP装置的效率低下。

本发明是为了克服上述相关技术的缺点而作出的。

因此，本发明的目的是提供一种援解操作控制装置，它能通过对ALP装置提供附加的有源电源滤波功能改善控制屏输入端的功率因数，以使得当正常供电期间备用电源不对控制屏供电时、ALP装置能在控制屏输入端提供补偿的正弦电流。

为了实现上述目的，提供了一种具有改善的功率因数的用于控制援解操作的装置，它具有控制单元，用于通过用三相AC电压源驱动感应电动机控制电梯轿厢的操作；及ALP装置，用于当发生电源故障时借助备用逆变器提供由从电池的DC电压变换的三相AC电压来控制应急模式，该装置包含：开/闭触头，它在正常供电状态下打开(关断)、以使ALP装置不连接到控制单元，及在电源故障状态下闭合(导通)、以使ALP装置连接到控制单元以便供电；DC电压检测器，用于检测供给备用逆变器的DC电压；有功(real)电流检测器，用于检测在正常供电状态下提供给控制单元的电流；电源电压检测器30，用于检测供给到控制单元的电源电压；及自动援解操作控制器，用于在根据DC电压检测器输出信号确定出的电源故障状态时控制ALP装置执行自动援解操作，及在根据负载电流检测器、DC电压检测器及电源电压检测器的输出信号确定出的正常供电状态时作为有源功率补偿滤波器工作。

通过参照附图对优选实施例的详细描述，可使本发明的上述目的及另外的优点变得更为明显。

图1是电梯***中传统援解装置的框图；

图2A、2B是表示在图1的控制屏的电源输入端上输入电压及输入电流波形的图；

图3是根据本发明的用于控制援解操作及改善功率因数的装置的框图；

图4是图3中ALP装置的有源补偿滤波器的框图；

图5是表示根据本发明设置的电梯操作模式的主要操作步骤的流程图；

图6A及6B是表示流过图3中控制屏的有功电流、参考电流及补偿电流的波形的图。

现在将参照附图来详细地描述本发明的优选实施例。

图3是根据本发明的用于控制援解操作及改善功率因数的装置的框图。参照图3，根据本发明的用于控制应急模式及改善功率因数的装置包括控制单元3A，用于通过驱动感应电动机9来控制电梯轿厢的操作，它的输入级的电源是三相AC电压源1；及ALP装置3B，用于当电源发生故障时借助备用逆变器22在将来自电池24的DC电压变换成三相AC电压后将电力提供给控制单元3A的电源输入级，并在正常供电状态时执行补偿功能，以使通过电梯***电源输入级的电流被控制成正弦波形状。这里，ALP装置3B包含电池24，用于供给一定电平的备用电力；常开触头29，它在正常供电状态时打开(OFF)，及在电源故障状态或ALP装置3B作为电源滤波的有源滤波器的模式时关闭(ON)；电容器23，用于使包含在由电池输出的DC电源中的纹波整平；备用逆变器22，用于将电容器上的DC电压转换成可变电压VV及可变频率VF的三相AC电压；变压器18，用于当由AC电压源供电时将备用逆变器22的输出电压变换成适合控制单元3A电平的电压；滤波器19，用于对从备用逆变器22供给变压器18的电力进行滤波；电抗器20，用于整平从备用逆变器22供给滤波器19的电流；电流安培表21，用于检测备用逆变器22的输出电流；AC电压检测器25，用于检测由辅助电源供给变压器的AC电压；DC电压检测器27，用于检测供给备用逆变器22的DC电压；有功电流检测器28，用于在常规供电状态下检测供给控制单元3A的电流；及自动援解操作控制单元26A，用于当发生电源故障时根据各个装置21、25的输出信号通过控制备用逆变器22执行其自身的自动援解操作，并通过有功电流检测器28检测供给控制单元3A的有功电流，及用于接收由并通过有功电流检测器28检测供给控制单元3A的有功电流，及用于接收由电源电压检测器30检测的电压信号，以计算包含在有功电流中的无功电源，然后提供补偿电流，以补偿供给备用逆变器22的无功电流，由此在正常供电状态时作为有源功率补偿滤波器工作。

图4是图3中ALP装置的有源补偿滤波器的框图。参照图4，该有源补偿滤波器最好包含模式控制单元261，用于在自动援解操作控制单元26A通过检测电压检测器27的输出信号确定是否发生电源故障后选择正常供电状态下的有源滤波模式或电源故障状态下的ALP操作模式；及无功电流计算部分262，用于当ALP装置工作在模式控制单元控制下的有源滤波模式时，根据电源电压检测器30输出的电压Vs(t)、DC电压检测器27输出的DC电压Vdc及负载电流检测器28输出的负载电流I_L(t)来计算有效电流，并通过从有效电流加或减负载电流来计算补偿电流I_com ^*，以使得将补偿电流控制值(I_com.alp ^*)提供给备用逆变器22。这里，为了得到用于补偿无功电流的补偿电流I_com ^*，无功电流计算部分262根据通过控制单元3A的负载电流I_L(t)计算与有效电流对应的值，将由DC电压检测器27获得的DC电压加到计算出的与有效电流对应的值上，以得到与总有效电流对应的值，将由电源电压检测器30检测出的Vs(t)乘以与总有效电流对应的计算值，然后从Vs(t)乘以总有效电流获得的值中加上或减去负载电流。这可由通用有源滤波器的补偿理论来解释。

为了解释上述有源滤波器的补偿理论，假定在电路的电源级上供给负载的电压是正弦的，该正弦电压可表达为V(t)＝V_m×sin(ωt)，而通过非线性负载如二极管的瞬时电流表达为：

式中第一项是参考电流分量，及第二项相应与谐滤电流分量。

该如上所述的瞬时电流可用付里叶级数表示为：I(t)＝I_masin(ωt)+I_mbcos(ωt)+Ih，式中第一项是正弦波分量，第二项是余弦波分量，及第三项是直流DC分量。

因此，瞬时功率可表达为：

P＝V(t)I(t)＝1/2V_mI_ma(1-cos2ωt)+1/2V_mI_mbsin2ωt+V_mIh sinωt式中第一项为1/2V_mI_ma并总为正值，但第二及第三项的平均值总为0。

因而，第一项代表有效电流分量，而第二及第三项相应于瞬时无功电流。

可以理解为，有效电流分量为Ia(t)＝I_masin(ωt)，及无功电流分量为I_rb(ωt)＝I_mbcos(ωt)+Ih。

现在参照图5，来解释根据本发明的在自动援解操作控制单元26A中编程的ALP装置3B的操作程序。如果正常电源未供给，则在步骤S1上通过检验DC电压检测器27的输出，这可由使常开触点处于闭合状态来获得，以确定是否发生电源故障。在步骤S2上如果确定了发生电源故障则选择ALP模式。但是，如果确定了未发生电源故障，则在步骤S3上选择有源补偿滤波模式，以便控制流过控制单元电源输入级的电流。

然后在步骤S4上通过检测由负载电流检测器输出的负载电流来计算无功电流。最后在步骤S5上在计算了无功电流后控制备用逆变器，并由此计算了补偿电流。

图6A表示供给控制单元3A的负载电流(有功电流及参考电流的波形，参考电流、即为当有源补偿滤波器在***中既不被供电又不操作时，最好用于对控制单元3A供电。图6B表示由有功电流及参考电流两者确定的补偿电流的波形。

现在将根据图3-6B来解释如上构成的装置的操作。如果作为由自动援解操作控制单元26A检验的三相AC电压输入的结果，三相AC电压源故障不能供电(当步骤S1上确定为“是”时)，则在步骤S2上设置成ALP模式，然后以与相关技术中相同的模式执行应急援解操作。换句话说，主控制单元16在自动援解操作控制单元26A的控制下正常地工作，及主控制单元16确定***操作是否因电源故障而停止。如果确定了***因电源故障而停止工作，则再确定电梯轿厢12是否位于门可打开的区间中。如果确定出电梯轿厢位于门可打开的区间中，则将门打开以便援救其中的乘客。如果确定出电梯轿厢不位于门可打开的区间中，则***操作以使电梯轿厢12移动到最接近的楼层，然后使门打开以援救乘客。逆变器以与相关技术中相同的方式工作。但是，如果由自动援解操作控制单元26A确定出电梯轿厢工作正常(当在步骤S1上确定为“否”时)，则在步骤S3上设置有源补偿滤波模式，及在步骤S4和S5上ALP装置3B执行有源电源滤波功能。现在参照图6A、6B，自动援解操作控制单元26A中的模式控制单元261根据DC电压检测器27的输出检验是否发生电源故障，并当检验出发生电源故障时设置成在正常方式时执行有源电源补偿滤波的操作模式。

然后，无功电流计算部分262根据负载电流I_L(t)计算与流过控制单元3A的有效电流相对应的电流，通过将DC电压检测器27输出的DC电压V_dc加到预先计算出的值上来计算总有效电流，将预先计算出的总有效电流乘以由电源检测器30检测的电源电压Vs(t)的相位，并从预先计算出的值中加上或减去负载电流，以获得补偿电流I_com ^*。接着无功电流计算部分262获得将提供给备用逆变器22用于补偿无功电流的补偿电流控制值I_com.alp ^*。

换言之，当装置工作在借助模式控制单元261的有源滤波模式时，无功电流计算部分262检测由负载电流检测器28输出的负载电流I_L(t)，使检测的图6A中所示的有功电流I_real供给控制单元3A，然后当从电源电压检测器30接收到电源电压Vs(t)及从DC电压检测器27接收到DC电压V_dc时计算如图6A中正弦波所示的参考电流I_ref ^*，该电流是负载所希望的。最后，通过比较如图6B中所示的两个电流可获得补偿电流I_com ^*并能表达为：

I_com ^*＝I_real-I_ref ^* ……(式3)

通过将补偿电流乘以预定系数(由有源补偿滤波器的电压控制器确定的常数：K_vdc.trans)来计算应供给备用逆变器的补偿电流控制值I_com.alp ^*并可表达为：

I_com.alp ^*＝I_com ^*×K_vdc.trans ……(式4)(式中K_vdc.trans是由变压器及DC电压确定的)。

该计算的补偿电流控制值被提供给备用逆变器22。然后在接收到根据式4计算出的补偿电流I_com.alp ^*时，ALP装置3B的备用逆变器22被启动，与此同时，自动援解操作控制单元26A启动备用逆变器，以使得经电流安培表21流过电抗器的电流等于补偿电流I_com.alp ^*。

根据本发明的装置，依据电池的DC电压及由自动援解操作控制单元提供给控制单元的电流获得了补偿电流，并供给控制单元的电源输入级，由此能提供正弦电流，谐波频率分量被从其中消除，因此改善了***的总效率，结果使电源输入级的体积及功耗大为下降。此外，本发明具有的优点是可以提供上述附加的功能，而不增加***的成本及体积也不使用分开的装置，而仅使用已有的用于应急操作的ALP装置。

Claims

1.一种用于控制援解操作和改善功率因数的装置，它具有控制单元，用于通过用三相AC电压源驱动感应电动机控制电梯轿厢的操作；及ALP装置，用于当发生电源故障时借助备用逆变器提供电池的DC电压变换的三相AC电压来控制应急模式，该装置包含：

开/闭触头，它在正常供电状态下打开(OFF)，以使ALP装置不连接到控制单元，及在电源故障状态下闭合(ON)，以使ALP装置连接到控制单元以便供电；

DC电压检测器，用于检测供给备用逆变器的DC电压；

负载电流检测器，用于检测在正常供电状态下供给控制单元的电流；

电源电压检测器，用于检测供给到控制单元的电源电压；及

自动援解操作控制器，用于在根据DC电压检测器输出信号确定出的电源故障状态时控制ALP装置执行自动援解操作，及在根据负载电流检测器、DC电压检测器及电源电压检测器的输出信号确定出的正常供电状态时作为有源功率补偿滤波器工作。

2.根据权利要求1所述的装置，其中自动援解操作控制器包含：

模式控制单元，用于在根据DC电压检测器的输出信号确定是电源故障状态还是正常供电状态后，当电源故障状态时将ALP装置的操作模式设置成ALP操作模式，或在正常供电状态时设置成有源滤波模式；及无功电流计算部分，用于在接收到负载电流检测器的负载电流、DC电压检测器的DC电压，及电源电压检测器的电源电压时计算有效电流，及通过对有效电流加上或减去负载电流来计算补偿电流，由此对备用逆变器提供补偿电流控制值。

3.根据权利要求2所述的装置，其中无功电流计算部分根据流过控制单元的负载电流计算有效电流，将DC值加到该有效电流上，以便得到总有效电流，将总有效电流乘以由电压检测器检测的电源电压，然后对相乘的积值加上或减去负载电流，以致获得用于补偿无功电流的补偿电流。