FR2551276A1 - METHOD FOR PRODUCING THE CONTROL VOLTAGE OF THE DIRECT CURRENT MOTOR OF AN ELEVATOR AND DEVICE FOR CARRYING OUT SAID METHOD - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING THE CONTROL VOLTAGE OF THE DIRECT CURRENT MOTOR OF AN ELEVATOR AND DEVICE FOR CARRYING OUT SAID METHOD Download PDFInfo
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION EST RELATIVE A UN PROCEDE D'ELABORATION DE LA TENSION DE COMMANDE DU MOTEUR A COURANT CONTINU D'UN ASCENSEUR. CE PROCEDE SE CARACTERISE EN CE QUE LA TENSION CONTINUE EST CONDUITE A UN STOCKAGE D'ENERGIE 2 FOURNISSANT L'ENERGIE PRINCIPALE D'ENTRAINEMENT DU MOTEUR 3 A COURANT CONTINU, ET EN CE QU'UN SIGNAL DE COMMANDE POUR LE MOTEUR 3 A COURANT CONTINU EST ELABORE A PARTIR DE LA TENSION CONSTANTE OU INTERMEDIAIRE U DU STOCKAGE D'ENERGIE 2, PAR MODULATION DE LARGEUR D'IMPULSION DE CETTE TENSION AU MOYEN D'ELEMENTS DE COMMUTATION 4, 5 6, 7 CONNUS, CE QUI PERMET DE COMMANDER LE MOTEUR 3 DANS QUATRE QUADRANTS. APPLICATION AU DISPOSITIF DE COMMANDE D'UN MOTEUR D'ENTRAINEMENT D'UN ASCENSEUR.THE PRESENT INVENTION RELATES TO A PROCESS FOR DEVELOPING THE CONTROL VOLTAGE OF THE DIRECT CURRENT MOTOR OF AN ELEVATOR. THIS PROCESS IS CHARACTERIZED IN THAT THE CONTINUOUS VOLTAGE IS CONDUCTED TO AN ENERGY STORAGE 2 PROVIDING THE MAIN DRIVING ENERGY OF THE CONTINUOUS CURRENT MOTOR 3, AND IN THAT A COMMAND SIGNAL FOR THE CONTINUOUS CURRENT MOTOR 3 IS DEVELOPED FROM THE CONSTANT OR INTERMEDIATE VOLTAGE U OF ENERGY STORAGE 2, BY MODULATION OF THE PULSE WIDTH OF THIS VOLTAGE BY MEANS OF SWITCHING ELEMENTS 4, 5 6, 7 KNOWN, WHICH ALLOWS TO CONTROL THE MOTOR 3 IN FOUR QUADRANTS. APPLICATION TO THE CONTROL DEVICE OF A DRIVE MOTOR OF A LIFT.
Description
La présente invention se rapporte à un procédé d'élaboration de la tensionThe present invention relates to a method for generating voltage
de commande du moteur à courant continu d'un ascenseur, dans lequel le courant alternatif for controlling the DC motor of an elevator, wherein the alternating current
d'alimentation est redressé de façon connue; elle vise éga5 lement un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. feeding is rectified in a known manner; it also aims a device for the implementation of this method.
Dans la technologie des ascenseurs, les caractéristiques du moteur à courant continu rendent celui-ci avantageux par rapport à un moteur à courant alternatif Dans cette application, l'avantage tient à l'absence de vibration 10 et à la précision du réglage de vitesse Par conséquent,en In elevator technology, the characteristics of the DC motor make it advantageous with respect to an AC motor. In this application, the advantage lies in the absence of vibration and in the precision of the speed control. therefore,
particulier les ascenseurs à grande vitesse sans transmission à engrenages sont construits avec utilisation de moteurs à courant continu exclusivement. In particular, high-speed elevators without a gear transmission are constructed using DC motors exclusively.
Dans la technologie des ascenseurs, le système classique Ward-Leonard a été remplacé, dans la commande des moteurs à courant continu, par le pont à thyristors à quatre quadrants La nouvelle technologie est avantageuse, en utilisation, par exemple du fait de son rendement élevé Toutefois, les inconvénients qui touchent particulièrement les 20 ascenseurs à grande vitesse sont un mauvais facteur de puissance, des courants de démarrage élevés et le passage d'harmoniques dans le réseau En outre, les installations d'ascenseur à commande de moteur à courant continu réalisées avec des semi-conducteurs de puissance, prélevant l'énergie 25 sur le réseau, présentent l'inconvénient qu'une défaillance du réseau peut provoquer le fonctionnement des fusibles, les passagers étant alors emprisonnés dans l'ascenseur entre In elevator technology, the conventional Ward-Leonard system has been replaced in the control of DC motors by the four-quadrant thyristor bridge. The new technology is advantageous in use, for example because of its high efficiency. However, the drawbacks which particularly affect high speed elevators are a poor power factor, high starting currents and the passage of harmonics in the network. In addition, the DC motor controlled elevator installations performed With power semiconductors, taking power from the grid, there is the disadvantage that a grid failure can cause the fuses to operate, the passengers being trapped in the elevator between
deux niveaux.two levels.
La présente invention a pour objet d'éviter les inconvénients d'un ascenseur à moteur à courant continu, indiqués ci-dessus Pour obtenir cet effet avantageux, le procéeé suivant l'inventior est principalerent caractérise en ce que la tension continue produite par un redresseur est envoyée à un stockage d'énergie fournissant l'énergie prin35 cipale d'alimentation du moteur à courant continu, et en ce que le signal de commande pour le moteur à courant continu est obtenu à partir de la tension constante ou intermédiaire du stockage d'énergie, par modulation de largeur d'impulsion, au moyen d'éléments de commutation connus en eux5 mêmes qui permettent la commande du moteur dans quatre quadrants Les avantages essentiels de l'invention sont les suivants: la puissance nominale requise du secteur est faible, car l'énergie arrive également au stockage d'énergie lors10 que l'ascenseur est immobile Puisque ce courant de charge du stockage est relativement faible, ni le facteur de puissance ni la superposition d'harmoniques ne créent de difficultés; le courant de démarrage n'impose pas de charge sur le 15 secteur, de sorte que le secteur fournit seulement au système le courant constant de charge du stockage d'énergie; The object of the present invention is to avoid the drawbacks of a DC motor lift, indicated above. In order to obtain this advantageous effect, the process according to the invention is principally characterized in that the DC voltage produced by a rectifier is sent to a power storage supplying the main power supply of the DC motor, and in that the control signal for the DC motor is obtained from the constant or intermediate voltage of the DC storage. By means of switching elements known in themselves which enable the control of the motor in four quadrants, the essential advantages of the invention are as follows: the required power of the sector is low because the energy also arrives at the storage of energy when the elevator is stationary Since this charging current of the storage is relatively low, neither the power generator and the superposition of harmonics do not create difficulties; the start current does not impose a load on the mains, so that the sector only supplies the system with the constant load current of the energy storage;
l'ascenseur possède constamment une réserve de puissance (le stockage d'énergie) et par conséquent les fusibles ne sautent pas dans le cas d'une défaillance du sec20 teur et les passagers ne restent pas emprisonnés dans l'ascenseur. the elevator constantly has a power reserve (energy storage) and therefore the fuses do not jump in the event of a solar failure and the passengers do not remain trapped in the elevator.
Un mode avantageux de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est également caractérisé en ce que de l'énergie est envoyée du moteur à courant continu au stocka25 ge pendant le freinage du moteur, à toute vitesse de rotation, à des vitesses réduites, par utilisation de l'inductance du circuit du rotor et/ou utilisation d'une inductance supplémentaire Lorsque la vitesse du moteur à courant An advantageous mode of implementation of the process according to the invention is also characterized in that energy is sent from the DC motor to the storage during braking of the motor, at any rotational speed, at reduced speeds, by use of the inductance of the rotor circuit and / or use of additional inductance When the speed of the current motor
continu est faible, par exemple au commencement du freinage, 30 de sorte que la tension entre les bornes est également faible (inférieure à la tension constante du stockage d'énergie), l'énergie libérée par le freinage du moteur peut même dans ce cas être envoyée dans le stockage par relèvement du niveau de l'énergie à renvoyer,dans l'inductance élevée du 35 circuit de rotor, de sorte que la tension-aux bornes du mo- continuous is weak, for example at the beginning of the braking, so that the voltage between the terminals is also low (lower than the constant voltage of the energy storage), the energy released by the braking of the motor can even in this case to be sent into the storage by raising the level of the energy to be returned, in the high inductance of the rotor circuit, so that the voltage-at the terminals of the motor
teur augmente et devient assez grande pour permettre le passage d'un courant vers le stockage d'énergie. It increases and becomes large enough to allow a current to flow to the energy storage.
Le dispositif de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, comprenant un groupe redresseur à cir5 cuit électronique de commande connu en soi, est caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs batteries de stockage, servant de stockage d'énergie, et un circuit de modulation d'impulsion commandant le moteur à courant continu, à l'aide duquel la tension de commande du moteur à cou10 rant continu est élaborée Il est facile, par modulation d'impulsion, de régler la puissance moyenne du courant continu sous tension constante envoyé aux organes consommateurs, sans modifier le niveau de la tension En outre, une batterie de stockage est un stockage d'énergie simple 15 et facilement disponible Il faut souligner qu'une très petite batterie de stockage, prévue pour usage industriel, The device for implementing the method according to the invention, comprising an electronically controlled control rectifier group known per se, is characterized in that it comprises one or more storage batteries, serving as energy storage, and a pulse modulating circuit controlling the DC motor, by which the control voltage of the DC motor is developed. It is easy, by pulse modulation, to adjust the average DC power under constant voltage sent to the consumer organs, without changing the voltage level In addition, a storage battery is a simple energy storage 15 and easily available It should be noted that a very small storage battery, intended for industrial use,
convient tout à fait pour ce travail. is quite suitable for this job.
Un mode avantageux de mise en oeuvre du procédé An advantageous mode of implementation of the method
suivant l'invention est caractérisé en ce que le circuit de 20 modulation d'impulsion est réalisé sous la forme d'un circuit à thyristor du type connu sous le nom de McMurray. according to the invention is characterized in that the pulse modulation circuit is in the form of a thyristor circuit of the type known as McMurray.
Avec ce circuit de McMurray, il est possible de constituer un dispositif simple et sûr de modulation d'impulsion, ne With this McMurray circuit, it is possible to build a simple and safe pulse modulation device, only
nécessitant pas de composants spéciaux. not requiring special components.
Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions qui ressortiront de la In addition to the foregoing, the invention also includes other provisions which will emerge from the
description qui va suivre.description that will follow.
L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description ciaprès qui se réfère aux dessins 30 annexés dans lesquels: The invention will be better understood with the aid of the following additional description which refers to the appended drawings in which:
la figure 1 illustre un circuit de mise en oeuvre de l'invxention; la figure 2 illustre un dispositif suivant l'art antérieur; la figure 3 a illustre le principe de la modulation d'impulsion et la figure 3 b montre l'utilisation d'un commutateur à semi-conducteur pour la mise en oeuvre du principe; et la figure 4 est un schéma d'un mode préféré de réalisation du circuit de modulation d'impulsion. FIG. 1 illustrates a circuit for implementing the invocation; Figure 2 illustrates a device according to the prior art; Figure 3a illustrates the principle of pulse modulation and Figure 3b shows the use of a semiconductor switch for implementing the principle; and FIG. 4 is a diagram of a preferred embodiment of the pulse modulation circuit.
Il doit être bien entendu, toutefois,que ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention dont ils ne constituent en aucune manière une limi10 tation. It should be understood, however, that these drawings and the corresponding descriptive parts are given solely by way of illustration of the object of the invention of which they in no way constitute a limitation.
La figure 1 représente un dispositif de commande de moteur à courant continu conforme à l'invention Le réseau ou secteur de distribution Us fournit un courant alternatif monophasé ou multiphasé à un-redresseur 1, dont la 15 sortie est une tension intermédiaire constante Uv Une batterie de stockage 2, servant de stockage d'énergie, est raccordée en parallèle avec le redresseur 1 A partir de la tension intermédiaire Uv et au moyen d'éléments de commutation 4,5,6,7 à semi-conducteurs, on obtient la tension de 20 commande pour le moteur 3 à courant continu Les éléments FIG. 1 shows a DC motor control device according to the invention. The distribution network or sector Us supplies a single-phase or multiphase alternating current to a rectifier 1, the output of which is a constant intermediate voltage Uv. storage 2, is used as energy storage, is connected in parallel with the rectifier 1 From the intermediate voltage Uv and by means of switching elements 4,5,6,7 to semiconductors, the voltage is obtained of control for the DC motor 3 The elements
4 à 7 constituent un circuit de modulation de largeur-d'impulsion qui est couramment utilisé dans la commande d'un moteur à courant continu. 4 to 7 constitute a pulse-width modulation circuit which is commonly used in the control of a DC motor.
La figure 2 illustre la commande d'un moteur à courant continu d'entraînement d'un ascenseur, suivant l'art antérieur L'alimentation en énergie provient d'un réseau triphasé RST Les thyristors constituent un pont redresseur à quatre quadrants, par lequel le moteur 3 de l'ascenseur est commandé Les thyristors sont des thyristors du type à 30 réglage d'angle et ils sont commutés au moyen de la tension d réseau et, par consécuent, la composante continue de la tersion de ccr -nde Ul de l'ascenseur peut être réglée par commande du temps d'amorçage Le groupe 10 de trois thyristors Tl, T 2 et T 3, entouré en pointillé, constitue une moi35 tié de l'un des deux ponts à six thyristors nécessaires pour un fonctionnement à quatre quadrants En fonction du sens du courant, un seul des deux ponts est conducteur, ses différentes moitiés (par exemple 10) étant conductrices sur les différentes demi-ondes du courant d'alimentation 5 RST Puisque la tension U 2 obtenue à la sortie du pont à thyristors est alternative, il n'est pas possible de la FIG. 2 illustrates the control of a DC motor driving an elevator, according to the prior art. The power supply comes from a three-phase RST network. The thyristors constitute a four-quadrant rectifying bridge, by which The motor 3 of the elevator is controlled. The thyristors are thyristors of the angle adjustment type and are switched by means of the mains voltage and, consequently, the DC component the elevator can be adjusted by controlling the firing time The group 10 of three thyristors Tl, T 2 and T 3, surrounded by a dashed line, constitutes a half of one of the two bridges with six thyristors required for operation with four quadrants Depending on the direction of the current, only one of the two bridges is conductive, its different halves (for example 10) being conductive on the different halfwaves of the supply current 5 RST Since the voltage U 2 obtained at random ie the thyristor bridge is alternative, it is not possible to
raccorder par exemple à une batterie de stockage. connect for example to a storage battery.
La figure 3 a illustre la façon dont la modulation de largeur d'impulsion peut être appliquée pour permettre 10 le réglage de la tension constante continue Avec une longueur de cycle de travail, déterminée par la largeur d'impulsion, égale à T, et avec k représentant le degré de modulation, proportionnel à la puissance requise, dans le cas présent, on obtient à partir de la tension intermédiaire 15 Uv,par modulation de largeur d'impulsion, une tension moyenne U 2 qui est en même temps la tension de réglage de charge On voit donc que la valeur de U 2 peut être réglée Figure 3a illustrates how the pulse width modulation can be applied to enable the setting of the constant constant voltage. With a duty cycle length, determined by the pulse width, equal to T, and with k representing the degree of modulation, proportional to the power required, in this case, from the intermediate voltage 15 Uv is obtained, by pulse width modulation, a mean voltage U 2 which is at the same time the voltage of load setting So we see that the value of U 2 can be set
par modification du degré de modulation k Puisque la tension intermédiaire Uv est maintenant fixe, il est possible 20 de raccorder une batterie de stockage à cette tension. By changing the degree of modulation k Since the intermediate voltage Uv is now fixed, it is possible to connect a storage battery to this voltage.
La figure 3 b montre de façon simplifiée comment une modulation suivant le principe de la figure 3 a peut FIG. 3b shows in a simplified way how modulation according to the principle of FIG.
êtreeffectuée avec un commutateur. be performed with a switch.
La figure 4 représente le circuit connu,dit de McMurray,qui peut être utilisé comme modulateur de largeur d'impulsion,à base de thyristors Il est composé de thyristors T 4 à Tll, de diodes D 1 à D 4, de condensateurs C 1 et C 2 et d'inductances L 1 et L 2 La batterie de stockage 2 et le moteur 3 à courant continu sont raccordés au modulateur, com30 représenté sur la figure Avec référence à la figure 1, par exemple les éléments de commutation 5 et 7 peuvent être séparés du ci Xcuit, co-e indiaqué en pointillé Il faut noter que les composants C 2 et L 2 sont communs aux deux éléments L'état du circuit d'aimantation M du moteur 3 n'est 35 pas un élément essentiel dans ce cas: on peut supposer par FIG. 4 represents the known circuit, known as McMurray, which can be used as a pulse width modulator, based on thyristors. It is composed of thyristors T 4 to T11, diodes D 1 to D 4, capacitors C 1 and C 2 and inductors L 1 and L 2 The storage battery 2 and the DC motor 3 are connected to the modulator, com30 shown in the Figure With reference to Figure 1, for example the switching elements 5 and 7 can be separated from ci Xcuit, co-e dotted india It should be noted that the components C 2 and L 2 are common to both elements The state of the magnetization circuit M of the motor 3 is not an essential element in this case: we can assume by
exemple que sa tension est constante. example that its tension is constant.
Il est commode que le moteur à courant continu fonctionne dans quatre quadrants,car on peut alors faire tourner le moteur dans les deux sens et on obtient dans chaque sens de rotation un couple positif ou négatif lorsque cela est demandé par la charge Sur la figure 4, les éléments de commutation 4 à 7 peuvent alors comprendre, dans ce cas, des circuits de puissance à transistor, thyristor ou thyristor à commande de gâchette Dans le circuit 10 à thyristor de la figure 4, on utilise une commutation forcée dans laquelle la coupure du thyristor est effectuée avec un circuit de résonance composé d'un condensateur et d'une inductance (par exemple C 2 et L 2) La technologie des circuits de commutation forcée est bien connue des hom15 mes de l'art et,par conséquent,le fonctionnement du circuit It is convenient for the DC motor to operate in four quadrants, since the motor can then be rotated in both directions and a positive or negative torque is obtained in each direction of rotation when requested by the load. , switching elements 4 to 7 can then include, in this case, transistor power circuits, thyristor or gate controlled thyristor In thyristor circuit 10 of FIG. 4, a forced commutation is used in which the breaking the thyristor is performed with a resonance circuit composed of a capacitor and an inductor (for example C 2 and L 2). The technology of the forced switching circuits is well known to those skilled in the art and, therefore, the operation of the circuit
de la figure 4 n'est pas décrit ici en détail. of Figure 4 is not described here in detail.
On décrit maintenant le fonctionnement d'un dispositif conforme à l'invention, dans ses conditions de travail particulières. We now describe the operation of a device according to the invention, in its particular working conditions.
Lorsque l'ascenseur commence à se déplacer vers le haut, le moteur 3 à courant continu demande un fort courant de démarrage,que la batterie de stockage ou un autre stockage d'énergie équivalent doit être capable de fournir Aucun courant n'est prélevé sur le réseau alternatif à travers 25 le pont redresseur 1,pour alimenter le moteur, toute l'énergie dont le moteur a besoin étant au contraire fournie par la batterie de stockage 2 On a toutefois constaté qu'une batterie de stockage industrielle, même de très petite taille, convient parfaitement bien pour cet usage et il n'y a 30 donc pas de difficulté à trouver un stockage d'énergie approprié Le prélèvement d'énergie du réseau alternatif est se-uement nécessaire pour charger le stockage d'énergie, de manière à compenser les diverses pertes, puisque le moteur 3 fonctionne en générateur, restituant l'énergie con35 sommée lors du levage, de la même façon qu'il fonctionne en moteur, lorsque l'ascenseur est en mouvement de montée et When the elevator begins to move upwards, the DC motor 3 requires a high starting current, which the storage battery or other equivalent energy storage must be able to provide. the alternating network through the rectifier bridge 1, to supply the motor, all the energy that the engine needs is instead provided by the storage battery 2 However, it has been found that an industrial storage battery, even very small size, is ideally suited for this purpose and there is therefore no difficulty in finding adequate energy storage The withdrawal of energy from the alternative network is necessary to load the energy storage, in order to compensate for the various losses, since the motor 3 operates as a generator, restoring the energy con35 summed during the lifting, in the same way that it operates in motor, when the elevator is e n climb movement and
de descente.downhill.
On suppose que le courant traverse le moteur 3 à courant continupar l'intermédiaire des éléments redres5 seurs 4 et 5 sur la figure 1, lorsque le moteur déplace l'ascenseur vers le haut Les éléments 6 et 7 sont alors à l'état non conducteur et la modulation de largeur d'impulsion s'effectue dans les éléments 4 et 5 Lorsque l'ascenseur descend, le moteur 3 commence à fonctionner en gé10 nérateur Dès que la tension du moteur est assez élevée, les éléments de commutation 4 et 5 commencent à fonctionner en alternateurs à l'aide des diodes D 1 et D 4 et le circuit de modulation de largeur d'impulsion envoie alors l'énergie de la charge à la batterie de stockage 2, par l'in15 termédiaire du moteur 3 On voit donc que le dispositif ne renvoie jamais d'énergie au réseau, comme c'est le cas avec It is assumed that the current passes through the DC motor 3 via the rectifying elements 4 and 5 in FIG. 1, when the motor moves the elevator upwards. The elements 6 and 7 are then in the non-conducting state. and the pulse width modulation is effected in the elements 4 and 5 When the elevator goes down, the motor 3 starts to operate in generator As soon as the motor voltage is high enough, the switching elements 4 and 5 begin to operate as alternators using the diodes D 1 and D 4 and the pulse width modulation circuit then sends the energy of the load to the storage battery 2, through the intermediary of the motor 3 We see therefore the device never returns energy to the network, as is the case with
les circuits suivant l'art antérieur. the circuits according to the prior art.
La tension du moteur est toujours inférieure à la tension Uv de la batterie de stockage Indépendamment 20 de la faible tension du moteur, le courant est obligé de traverser l'inductance élevée du circuit de rotor, o la valeur de la tension augmente de telle sorte que les éléments de commutation 4 et 5 passent en mode alternatif Ainsi, on obtient l'avantage que le moteur 3 à courant continu 25 est capable, à n'importe quelle vitesse, d'injecter de l'énergie dans la batterie de stockage 2, ce qui peut sembler singulier, sachant que d'une manière générale le courant ne The voltage of the motor is always lower than the voltage Uv of the storage battery Independently of the low voltage of the motor, the current is forced to pass through the high inductance of the rotor circuit, where the value of the voltage increases so that that the switching elements 4 and 5 switch to alternating mode Thus, we obtain the advantage that the DC motor 3 is capable, at any speed, of injecting energy into the storage battery 2 , which may seem singular, knowing that in a general way the current does not
peut pas circuler d'un potentiel inférieur vers un potentiel supérieur. can not flow from lower potential to higher potential.
Si la batterie de stockage 2 est complètement If the storage battery 2 is completely
chargée, il est prévu,dans le mode de réalisation de la figure 1, une résistance R branchée de part et d'autre de la batterie de stockage et un interrupteur C qui met en circuit la résistance R, pour dissiper l'énergie de charge en 35 excès, si nécessaire. charged, there is provided, in the embodiment of Figure 1, a resistor R connected on either side of the storage battery and a switch C which switches on the resistor R, to dissipate the charge energy in excess, if necessary.
Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre qui viennent d'&tre décrits de façon plus explicite; elle en embrasse au contraire toutes les variantes 5 qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, As is apparent from the foregoing, the invention is not limited to those of its modes of implementation which have just been described more explicitly; on the contrary, it embraces all the variants which may come to the mind of the technician in the field,
sans s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention. without departing from the scope and scope of the present invention.
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