CN1009185B

CN1009185B - 交流升降机的控制装置

Info

Publication number: CN1009185B
Application number: CN86103878A
Authority: CN
Inventors: 米本正志
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-06-27
Filing date: 1986-06-06
Publication date: 1990-08-15
Also published as: CN86103878A; KR870000231A; US4749932A

Abstract

本装置设置检测逆变器输入电流的电流检测装置、用其输出检测供给逆变器功率的功率检测装置及根据上述供电功率校正电动机转差率(滑动)的校正单元，或设置发生逆变器电流指令信号的电流指令发生单元、从电流指令信号和电动机电流的偏差信号中产生逆变器电压指令信号的电压指令发生装置、能检测电压指令信号相位的相位检测器及能借助该相位检测器的输出校正电动机转差率的转差校正单元，转差率S常保持在左右。

Description

该发明涉及感应电动机驱动的升降机的控制装置，特别是再生功率的处理。

在用整流器把商用交流电源变换成直流，再用逆变器把该直流变换成可变电压和可变频率的交流，然后用于驱动箱体提升用感应电动机，在这样的升降机中，升降机所产生的再生功率消耗在电动机内部。例如，昭和59-17879号专利公报所提出的方案就是如此。

图12和图13是表示上述文献中所介绍的过去的交流升降控制装置的主要部分的图，图12是结构图，图13是感应电动机的简易等效电路图。

图12中，（1）是三相交流电源，（2）是连接在交流电源（1）上的断路器，（3）是连接在断路器（2）上的，用二极管构成三相全波整流电路的整流器，（4）是连接在整流器（3）的直流侧的平滑电容器，（5）是连接在平滑电容器（4）上的、由晶体管和二极管构成的、把直流变换成可变电压和可变频率的三相交流的逆变器，（6）是连接在逆变器（5）的交流侧的三相感应电动机，（7）是由电动机（6）驱动的升降机的驱动钢丝绳滑车，（8）是绕在钢丝绳滑车（7）上的、两端分别连接箱体（9）和配重（10）的主绳索，（11）是连接在电动机（6）上的、检测电动机（6）的转速和脉冲发生器，（12）是由控制单元（13）控制的、对逆变器（5）进行驱动的逆变器驱动装置。

过去的交流升降机控制装置按上述方式构成，当断路器（2）闭合时，交流电源（1）连接到整流器（3）上，整流器（3）把三相交流变换成直流，然后通过平滑电容器使直流平滑。当向箱体（9）发出起动指令时，逆变器起动装置（12）就动作，逆变器（5）把直流变换成可变电压和可变频率的三相交流，供给电动机（6）。于是，电动机（6）旋转，箱体（9）移动。另一方面，用脉冲发生器（11）来检测电动机（6）的转速，把作为其输出的速度信号返馈回去，以此控制逆变器驱动装置（12），能准确地控制箱体（9）的移动速度。

上述控制方法，不再详细叙述，概括起来说，当升降机牵引运转时借助于所谓“转差频率控制”功能，对电动机（6）的转矩进行控制。当再生运转时再生功率消耗在电动机（6）的内部，其控制方法如下。

若从图13所示的等效电路中求电动机（6）内部所消耗的功率P₁，则

P₁＝V²go+r₁（ (V)/(Z) ）²+r₂（ (V)/(Z) ）²……（1）

Z = \sqrt{(X_{1} + X_{2})^{2} {+ (r}_{1} + r_{2} /S )^{2}}

……（2）

式中，V：交流输入电源电压

Z：电动机的综合阻抗

go：电动机的励磁电导

bo：电动机的励磁电纳

r₁：电动机的初级电阻

r₂：电动机的次级电阻（初级换算值）

X₁;电动机的初级漏抗

X₂：电动机的次级漏抗（初级换算值）

S：电动机的转差率

另一方面，作为再生功率出现的功率Pg可由下式求出：

Pg＝（ (V)/(Z) ）²·（ (1-S)/(S) ）r₂……（3）

以上关系式，若通过控制转差率S，使得

P₁-Pg＝O……（4）

则再生功率可以全部消耗在电动机内部。

若把（1）式和（3）式代入（4）式，求转差率S，则

S = - \frac{r_{2}}{r_{1} {+ goZ}^{2}} ……(5)

通常，因励磁电导go相当小，所以若将其忽略不计，则（5）式可简化如下：

S = - \frac{r_{2}}{r_{1}} ……（6）

因此，若根据（6）式来控制转差率，则再生功率可全部消耗在电动机内部。这时，把（6）式代入（3）式，可由下式求得再生功率Pg₁。

Pg₁＝-（ (V)/(Z) ）²（r₁+r₂）……（7）

（7）式的物理意义是：再生功率全部消耗在初级电阻r₁和次级电阻r₂上。

现假定求转差率S的式子为

S = - \frac{r_{2}}{R_{1} r_{1}} ＞ - \frac{r_{2}}{r_{1}} {(R}_{1} ＞1 )

，则求再生功率Pg₂的计算为：

Pg₂＝-（ (V)/(Z) ）²（R₁r₁+r₂）……（8）

，因R₁＞1，所以，再生功率，除电动机（6）内部可以消耗的部分外，其余部分返回来。

反之，若

S = - \frac{R_{2} r_{2}}{r_{1}} ＜ - \frac{r_{2}}{r_{1}} {(R}_{2} ＞ 1 )

，则求再生功率Pg₃的式子为：

{Pg}_{3} = -(\frac{V}{2})^{2} (\frac{r_{1}}{R_{2}} {+ r}_{2}) ……(9)

，因R₂＞1，所以，电动机（6）内部消耗的功率大于再生功率。

也就是说，还要从电源（1）向电动机（6）供应功率。

综上所述，当转差率S为S＞- (r2)/(r1) 时，将出现再生功率返回到到电源侧的不良现象。另外，当S＜- (r₂)/(r₁) 时，还要从电源向电动机供应功率，因此电动机（6）的发热量增大。而S=- (r₂)/(r₁) 是再生功率和电动机（6）内部消耗功率相平衡的条件。

以上所述的过去的交流升降机控制装置，很难把转差率S固定在S=- (r₂)/(r₁) 的状态下进行运转，这是因为很难测出初级电阻r₁和次级电阻r₂的准确值，阻值随温度的不同而产生很大变化。因此，转差率S难以保持S=- (r₂)/(r₁) 的条件，如果不能保持这一条件，就会出现问题，产生不良现象，即再生功率返回到电源侧，或者电动机（6）的发热量增大。

该发明正是为了解决上述问题而提供这样一种交流升降机控制装置，它能够使电动机的转差率S经常保持在S=- (r₂)/(r₁) 左右，不需要处理再生功率的装置，当再生运转时能防止向电动机输送不需要的功率。

作为本发明实施例的交流升降机控制装置，其中设置了检测逆变器输入电流的电流检测装置，借助其输出来检测输向逆变器的功率的功率检测装置以及根据上述功率对电动机转差率进行校正的校正单元。

在该实际使用示例中，借助于输向逆变器的功率进行校正，使电动机的转差率S经常保持在S=- (r₂)/(r₁) 左右，使功率达到给定值。

作为本发明的另一实施例的交流升降机控制装置，其中装有能产生逆变器电流指令信号的电流指令发生单元，根据电流指令信号和电动机电流的偏差信号来生成逆变器电压指令信号的电压指令发生装置，检测电压指令信号相位的相位检测器和借助于该相位检测器的输出对电动机转差率进行校正的转差校正单元。

在该发明的另一个实施例中，对电动机的转差率S自动进行校正，使相位检测器的输出的相位达到给定值，转差率S经常保持在S=- (r₂)/(r₁) 左右。

实施例

图1～图5是表示该发明实施例的图，图1是整体结构图。

该实施例的结构从图1中可以看出，主要有以下部分：检测逆变器（5）的输入电流的电流检测装置（15）;借助于该电流检测装置（15）的输出来检测输向逆变器（5）的功率的功率检测装置（16）;借助于该功率检测装置（16）的输出对电动机（6）的转差率进行校正的校正单元（17）;借助于该校正单元（17）的输出来控制逆变器驱动装置（12）的控制单元（13）。

图2是图1实施例中所采用的电路结构图。

图中，（15）的电流检测装置（15）的输出，是电流信号，（21）是对脉冲发生器（11）所发生的脉冲进行计数的计数器，（22）是包括图1的校正单元（17）和控制单元（13）在内的微型计算机（以下简称微型机），它具有CPU（22A）、ROM（22B）、RAM（22C）以及连接这三个部分的母线（22D）。

图3是功率检测装置（16）的电路图，图4是其工作说明图。

图中，（101）是可以复位的积分器，其结构中包括运算放大器（101A）、电容器（101）、场效应晶体管（以下简称FET）（101C）、电阻（101D）～（101F）和二极管（101G）。（102）是比较器，其结构中包括运算放大器（102A）、基准电位（102B）和电阻（102C）。（102D）。（103）是接口，当从CPU（22A）向积分器（101）发送复位指令时，就使FET（101C）导通，使电容器（101B）放电。（104）是把比较器（102）的动作输入到CPU（22A）中用的接口。另外，V₁是积分器（101）的输出电压，V₂是基准电位，V₃是比较器（102）的输出电压。

下面参照图4和图5对该实施例的动作加以说明。图5是表示存储在微型机（22）的ROM（22B）中的校正用程序的流程图。

断路器（2）闭合后箱体（9）的运转作与图12中的说明相同。

下面看一下电力的流程。当箱体（9）内装载重量进行上升运转时是牵引运转，所以从交流电源（1）供电，通过整流器（3）和逆变器（5）向电动机（6）供电。这时，借助于众所周知的“转差频率控制”功能对逆变器（5）进行控制。但是，当箱体（9）内装载重量进行下降运转时，则变成再生运转。如果按（6）式来控制转差率S，则如上所述，再生功率全部消耗在电动机（6）的内部。这时从逆变器（5）向电动机（6）供应的仅仅是无功率，而不传输有功功率。然而，如前所述，要按照（6）式准确的控制转差率S是不可能的，所以，实际上是传输有功功率。

因此，当再生运转时，按下列方法检测有效功率，校正转差率S。首先，用电流检测装置（15）检测出逆变器（5）的输入电流，借助于功率检测装置（16）内的积分器（101）进行积分。若牵引运转时的电流方向为正，则牵引运转时逆变器输入电流的平均值为正值，所以，积分器（101）的输出电压V₁为负的积分值，其斜度陡峭，与电流成正比。另外，积分值每次均按给定时间进行清除。这种情况示于图4。其次，比较器（102）对电压V₁和基准电位V₂加以比较，当V₁＜-V₂时比较器就动作，输出电压V₃变成“H”（高电压）。

另外，当再生运转时电流方向相反，电压V₁为正的积分值。并且，当仅仅供给无功功率时，逆变器输入电流的平均值为零，所以电压V₁也为零。

利用微型机（22）内的校正单元（17）进行图5所示的转差校正。因图1所示的装置中没有再生功率处理装置，所以要把转差率S的初始值设定为S＜＜- (r2)/(r1) ，以便绝对避免再生功率返回到电源一侧。与此同时还要校正转差率S，以便经常在稍许偏向牵引一侧进行运转。

首先，在流程（201）把转差率S的初始值设定为S＜＜- (r₂)/(r₁) 。在流程（202）通过接口（104）来输入电压V₃，检查比较器（102）的动作情况。如果比较器（102）动作的话，则在流程（203）把给定值K加到转差率S上，对转差率加以校正。如果比较器不动作的话，则在流程（204）从转差率S中减去给定值K。然后在流程（205）通过接口（103）使积分器（101）复位。在流程（206）计算经过时间，当给定时间过后就再次返回到流程（202），反复进行上述转差校正。这样能使转差率S经常保持在最佳值状态。

图6表示该发明的另一个实施例。

图中，（105）是比较器，它是由运算放大器（105A）、基准电位（105B）和电阻（105C）、（105D）构成的。基准电位（105B）所保持的电位与基准电位（102B）不同。另外，（106）是把比较器（105）的动作输入到CPU（22A）中去所用的接口。在上述结构中，现举例说明转差校正方法，当比较器（102）动作时可按照S-S+K来校正转差，当比较器（105）不动作时可按照S-S-K来校正转差。若采用这种结构，则因转差校正次数减少，故可以稳定地控制转矩。

另外，比较器（102）、（105）的基准电位不受上述说明的限制，根据控制装置，无论设定为多大数值，均可同样进行转差校正。

如上所述，在本发明的这一实施例中，因为是根据逆变器输入电流来检测输向逆变器的功率，以此对感应电动机的转差进行校正的，所以，产生了这样的效果，即可以把再生运转时的转差设定到最佳值，能防止再生运转时向电动机输送不必要的功率，同时不需要再生功率处理装置，可以简化控制装置。

图7～图11是表示该发明的其他实施例的图，（1）～（11）与上述过去的装置相同。

图7是整体结构图。

从图7中可以看出，该实施例采用了检测电动机（6）的电流的变流器（315），借助于该输出和电流指令发出单元（316）的输出，由电压指令发生装置（322）来发生电压指令信号，以此使脉冲宽度调制装置（323）动作，对逆变器（5）进行控制。另一方面，用相位检测器（324）检测电压指令信号的相位，借助其输出用转差校正单元（324）对电动机（6）的转差进行校正，借助于校正单元（328）的输出对电流指令信号进行控制。

图8是图7的实施例中所采用的电路结构图。

图中，（315A）～（315C）是检测电动机（6）的U相～W相的电流的变流器，（317A）～（317D）和（320A）～（320C）是构成图7的电流指令发生单元（316）和转差校正单元（328）的微型机（317）结构元件，（317A）是中央处理机（CPU），（317B）是只读存储器（RGM），（317C）是随机存取存储器（RAM），（317D）是地址、数据等的总线，（320A）～（320C）是把以数字量供给的U相～W相的电流指令信号分别转换成模拟量的数/模转换器，（321A）～（321C）是发生数/模转换器（320A）～（320C）的输出和变流器（315A）～（315C）的输出的偏差信号的加法器，（322A）～（322C）是由具有传递函数G（S）的放大器构成并能产生逆变器（5）的电压指令信号的电压指令发生装置，（322Aa）是U相的电压指令信号，（323A）～（323C）是对逆变器（5）的晶体管进行脉冲宽度调制控制的脉冲宽度调制装置，（324）是检测电压指令信号（322A Aa）的相位的相位检测器，（325）是对来自脉冲发生器（11）的脉冲进行计数的计数器。

图9是相位检测器（324）的电路图。

图中，（326）是由运算放大器（326A）和电阻（326B）、（326C）构成的比较器，（326Aa）是比较器（326A）的输出信号，（327）是把比较器信号（326Aa）输入到CPU（316）用的变换器。

下面用图10来说明该实施例的动作。图10是各部分的信号波形图。

当断路器（2）闭合时，如上所述三相交流就被整流成直流，再通过平滑电容器（4）滤除电流的波动。

现在，如果向箱体（9）发出起动指令，CPU就把U相～W相用的电流指令信号分别输送给数/模转换器（320A）～（320C）。该电流指令信号是数字量，通过数/模转换器（320A）～（320C）转换成模拟量，送入加法器（321A）～（321C），内。然后，用电压指令发生装置（322A）～（322C）对上述电流指令信号进行放大，再经过脉冲宽度调制装置（323A）～（323C）进行脉冲宽度调制，结果，作为电压指令信号发出（频率指令信号予以省略），对逆变器（5）的晶体管进行控制。于是，逆变器（5）动作，把输入的直流变换成可变电压和可变频率的交流，加到电动机（6）上，使箱体（9）移动。另一方面，电动机（6）的U相～W相的电流，分别由变流器（315A）～（315C）检测出来，作为电流反馈信号送入加法器（321A）～（321C）内。另外，用脉冲检测器（11）检测出电动机（6）的转速，用计数器（325）计算脉冲数，作为速度信号反馈到CPU（317A）内。这样即可准确地控制箱体（9）的移动速度，而且乘坐时的感觉良好。

下面看一下电力的流程。与箱体（9）中装载重量（实际使用时可装载的最大负荷）进行上升运转时，因为是牵引运转，所以从交流电源（1）供电，通过整流器（3）和逆变器（5）向电动机（6）供电。这时借助众所周知的“转差频率控制”功能对逆变器（5）进行控制。但是，当箱体（9）中装载重量进行下降运转时，变成再生运转，如果按照（6）式来控制转差率S的话，则如上所述，再生功率全部消耗在电动机（6）的内部。这时从逆变器（5）向电动机（6）传送的仅仅是无功功率。而不传送有功功率。然而，如上所述，要按照（6）式准确地控制转差率S是很困难的，所以，实际上还是传输有功功率。

因此，当再生运转时按以下方法检测出逆变器电压，以此校正转差率S。

首先，借助加法器（321A）把U相电流指令信号和变流器（315A）的输出，即U相电动机电流加以比较，计算出电流偏差。该偏差信号经电压指令发生装置（322A）进行放大，成为电压指令信号（322Aa）。电压指令信号（322Aa）被输入到相位检测器（324）的比较器（326）中，当电压指令信号（322Aa）为正半周时其输出（326Aa）为“H”（高）矩形波，负半周时输出为“L”（低）矩形波。

那么，当再生运转时在按照（6）式可以准确地给出转差率S的情况下，各种量的关系如图10所示。当可以按（6）式给出转差率S时，逆变器（5）仅供给无功功率即可，所以，U相电压指令信号（322Aa）相位比U相电流指令信号超前90度（ (π)/2 弧度）。另外，当转差S不能满足（6）式的要求时，在逆变器（5）和电动机（6）之间传输有功功率，所以，U相电压指令信号（322Aa）和U相电流指令信号的相位差偏离90度（ (π)/2 弧度）。

下面参照图11来说明再生运转时的转差校正动作。图11是表示存储在ROM（317B）中的程序的流程图。

在图8所示的装置中没有配备再生功率处理装置，所以，在流程（311）中把转差率S的初始值设定为S＜＜- (r₂)/(r₁) ，绝对避免再生功率返回到电源一侧。同时对转差率S进行校正，使得经常向电动机（6）供应少许有功功率。

在流程（322）中，对U相电流指令信号的相位θ进行判别，等待相位θ变成2nπ+ (π)/2 弧度（n为整数）。当θ＝2nπ+ (π)/2 时，进入流程（333），通过变换器（327）来输入信号（326Aa）。如果信号（326Aa）为“L”（低电平），则进入流程（334），从转差率S中减去给定值K，以此校正转差率，返回到流程（332）。如果信号（326Aa）为“H”（高电平），则进入流程（335），等待U相电流指令信号的相位θ变成2nπ+a弧度。a是能满足 (π)/2 ＜a＜π这一关系的给定相位。当θ＝2nπ+a时，进入流程（336），再次通过变换器（327）来输入信号（326Aa）。如果信号（326Aa）为“L”（低电平），则返回流程（332），如果信号为“H”（高电平），则在流程（337）把给定值K加到转差率S上，以此进行转差校正，然后返回到流程（332）。

这样，转差率S经常被校正到最佳值。

在实用示例中，根据U相电流指令信号和U相电压指令信号（322Aa）来校正转差率S。但是，不仅限于U相，根据V相或W相的相应信号来校正转差率S，也能起到同样的作用。

如上所述，在本发明的另一个实施例中，由于检测出逆变器电压的相位，将其与电流指令信号的相位加以比较，对电动机的转差进行校正，使得上述两者的相位差达到给定值。所以，能将再生运转时的转转差设定为最佳值，能防止再生运转时向电动机输送不需要的功率，同时，不需要再生功率处理装置，能简化控制装置。

附图的简单说明

图1～图5是表示本发明交流升降机控制装置的一个实施例的图，图1是整体结构图，图2是电路结构图，图3是图2的功率检测装置电路图，图4是图3的动作说明书，图5是表示图1的校正单元动作的流程图，图6是表示该发明的另一实施例的功率检测装置电路图，图7～图11是表示本发明的交流升降机控制装置的另一个实施例的图，图7是整体结构图，图8是电路结构图，图9是图8的相位检测器电路图，图10是图8的各部分信号波形图，图11是表示图8的动作的流程图，图12是表示过去的交流升降机控制装置的结构图，图13是感应电动机的简单等效电路图。

Claims

1、交流升降机控制装置，用整流器把三相交流变换成直流，再用由控制单元控制的逆变器把该直流变换成可变频率的交流，然后驱动箱体提升用感应电动机，在这样的升降机中，备有能检测上述逆变器的输入电流的电流检测装置，其特征是还具有借助该电流检测装置的输出来检测供给上述逆变器的功率的功率检测装置，以及借助上述功率检测装置的输出来校正上述电动机的转差率，使上述控制单元动作的校正单元。

2、根据权利要求1所述交流升降机控制装置，其特征是当上述感应电动机进行再生运转时由上述校正单元进行上述转差率校正。

3、根据权利要求2所述交流升降机控制装置，其特征是上述功率检测装置具有对上述电流检测装置的输出进行积分的积分器和对该积分器的输出值和预定值进行比较的比较器，并把比较器的输出供给上述校正单元。

4、根据权利要求3所述交流升降机控制装置，其特征是上述校正单元的作用是：如果上述比较器输出一个表示上述积分器输出值大于上述预定值的信号，则在转差的指令值中加上一定的校正值，进行校正;如果上述比较器输出一个表示上述积分器输出值小于上述预定值的信号，则从转差的指令值中减去上述给定的校正值，进行校正。

5、根据权利要求4所述交流升降机控制装置，其特征是上述校正单元每一个给定周期进行一次校正。

6、根据权利要求4所述交流升降机控制装置，其特征是，当上述校正单元的校正动作结束后，上述积分器即复位。

7、根据权利要求2所述交流升降机控制装置，其特征是上述功率检测装置具有对上述电流检测装置的输出进行积分的积分器、把该积分器的输出值和预定的第1值加以比较的第1比较器以及把上述积分器的输出值和预定的第2值加以比较的第2比较器，上述校正单元，对上述第1比较器的输出的响应是，在转差指令值中加上给定的校正值，进行校正，而对上述第2比较器的输出的响应是，从转差率指令值中减去给定的校正值，进行校正。

8、根据权利要求2所述交流升降机控制装置，其特征是当用r表示电动机的初级电阻值，用r表示电动机的次级电阻值时，由上述校正单元设定的转差率S的初始值比一r₂/r₁少得多。

9、交流升降机控制装置，用整流器把三相交流变换成直流，再用由电压指令信号和频率指令信号对其进行控制的逆变器，把该直流变换成可变电压和可变频率的交流，然后用来驱动箱体提升用感应电动机，在这种升降机中，具有检测上述电动机的电流的变流器、产生对应于上述逆变器的电流指令信号的电流指令发生单元、从上述电流指令信号和上述电动机电流的偏差信号中产生上述电压指令信号的电压指令发生装置，其特征还具有检测上述电压指令信号的相位的相位检测器以及借助该相位检测器的输出对上述电动机的转差进行校正，输出到上述电流指令发生单元内的转差校正单元。

10、根据权利要求9所述交流升降机控制装置，其特征是上述校正单元，当上述电流指令信号的相位为2nπ+ (π)/2 （n：整数）时，确认上述电压指令信号相位检测器的输出，如果上述相位检测器未检测出表示上述电压指令信号位于正半周的输出;则从转差指令值中减去给定的校正值，进行校正。

11、根据权利要求10所述交流升降机控制装置，其特征是上述校正单元，当上述电流指令信号的相位为2nπ+ (π)/2 （n：整数）时，如果上述相位检测器检测出了表示上述电压指令信号位于正半周的输出，则对上述电流指令信号相位超前量达到给定值时的上述电压指令信号的相位加以确认，如果电压指令信号位于正半周，则对转差指令值加上一定的校正值，进行校正。