CN1014969B - 控制交流电梯的装置 - Google Patents
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Abstract
一种电梯控制装置，包括供给驱动电梯轿厢的感应电动机以可变电压和频率的交流电力的逆变装置和响应各楼层和电梯轿厢中所产生的信号控制逆变装置的输出电压和频率的控制设备。逆变装置由将交流电变换为直流电的变换器，其输入端有电容器与交流电源并联；将上述直流电逆变为交流电的逆变器，其输出有电容器与感应电动机并联；及连接在变换器和逆变器间的直流电抗器构成。本控制装置对建筑物中的电气设备不造成干扰。
Description
本发明涉及一种控制交流电梯的装置，更具体的是涉及交流电梯的控制装置，其中驱动电梯轿厢的感应电动机通过使用频率变换器进行控制。
最近，如在日本实用新案公开公报56-132274号中所揭示的那样，已发明有一种电梯控制系统，根据该系统，驱动电梯轿厢的感应电动机使用了频率变换器（下文称逆变装置）控制。通常这种逆变装置具有能将交流电变换为直流电的变换器，跨接在变换器输出端以平滑变换输出电压的平滑电容器和连接到变换器将变换后的直流电逆变为交流电的逆变器。从市电电源供给逆变装置的恒定频率的交流电被变换为馈送给感应电动机的可变频率的交流电。
用此装置后，通过改变逆变装置的输出电压和频率能对感应电机从电梯的启动到停止很有效地进行控制。因而电力的消耗改善很大，且能实现高精度控制。
众所周知，由逆变装置所控制的电压和电流包含大量的各种谐波，这些谐波导致噪声。特别是，就电梯设备来说，逆变装置和不同种类的控制设备通常装在整体的控制箱内，因而存在着下列可能性即逆变装置中所产生的噪声很容易地进入控制装置，且该噪声经由尾部电缆和各种导线发射到建筑物内部的每个地方。尾部电缆把电梯轿厢和控制设备连接起来并在他们之间传输信号和电力。铺设在建筑物中的导线则在控制设备和安装在电梯各楼层的诸如呼叫按纽开关和指示器等装置之间提供信号通信。
发出的噪音对放在建筑物内的其他电气设备如
音响设备、计算机等产生干扰。此问题甚为严重，因为电梯通常在靠近办公室或起居室处工作。
本发明的目的是提供一种控制交流电梯的装置，该装置能将所产生的电磁噪声抑制在很低的电平上。
根据本发明的特征，控制交流电梯的装置包括将交流电转变为直流电的变换器，在其输入端有电容器与向该变换器提供交流电的电源相并联，将在变换器中变换出来的直流电逆变成交流电的逆变器，在其输出端有电容器与驱动电梯轿厢的感应电动机相并联，连在变换器和逆变器之间的直流电抗器，及响应在使用电梯的各楼中和在电梯轿厢中所产生的信号对变换器和逆变器进行控制的装置。
根据上述特征，逆变装置的输入侧和输出侧的波形有很大改善，因而电磁噪声波的幅度显著降低。
然而，在上述逆变装置中，由于在变换器和逆变器之间装有直流电抗器，噪声的产生还可能影响逆变装置本身的可靠运行。因此，本发明的另一个特征在于为了确保逆变装置因而也是电梯的可靠运行而产生了变换器和/或逆变器的控制信号（门信号或基极信号）。
本发明的其他目的和特征在阅读说明书和看了附图之后将会明显看出，且在权利要求中会特别指出。
图1示意地表示根据已有技术的电梯控制装置;
图2粗略地图示在建筑物内电梯设备的安装方式;
图3（a）和图3（b）是说明图1的装置的运行情况的图;
图4示意地表示根据本发明的实施例的电梯控制装置;
图5（a）和图5（b）为说明图4装置运行情况的图;
图6表示在电梯控制箱内安装不同装置和设备的方式的例子;
图7表示根据本发明的效果的曲线图;
图8示意地表示根据本发明的另一实施例的逆变器控制器;
图9表示在图8的逆变器控制器中所用的分配/合成电路的详细结构;及
图10为说明图8的逆变器控制器的工作情况的波形图。
在说明本发明之前，先参照图1到图3对已有技术和其问题进行说明。
图1示意地表示已有技术的电梯控制系统一个典型例子的结构，由感应电动机4驱动的电梯轿厢1经缆绳与平衡铁2相连。电动机4从交流电源5经逆变装置6供以交流电。逆变装置6包括将交流电变换为直流电的变换器61，平滑电容器62和将变换来的直流电逆变为交流电的逆变器63。在变换器61的两端，装有放电电路24，其电导由放电控制器25控制。放电电路24用来保护电容器62防止过充电，过充电的产生是由于当电梯再生运行时，即电梯轿厢1无负载向上运行或满载向下运行时，变换器61没有再生功能。
逆变装置6的控制装置包括运行控制器11，速度指令装置12，速度控制器13和逆变器控制器15。运行控制器11根据大厅呼叫信号和轿厢呼叫信号管理电梯的服务，大厅呼叫信号从装在楼层的大厅中的呼叫按钮开关9经导线10传送，在电梯轿厢1中产生的轿厢呼叫信号则经其尾部的电缆8传送。速度指令装置12响应从运行控制器11来的信号产生速度指令。速度控制器13根据从速度指令装置12来的速度指令控制电梯轿厢1的运行速度。为此目的，实际的速度信号和电流信号也分别从速度检测器16和电流检测器17加到速度控制器13。逆变器控制器15根据从速度控制器13来的信号控制逆变器63。此外，代号18是控制接触器，该接触器在运行期间维持闭合，代号19指在紧急时会断开的断路器。
图2表示电梯设备在建筑物内安装的一个例子。图中，控制箱31内紧密地安装着逆变装置6及控制设备如象上述的装置和控制器。电力经电源线32从电源设备33加到控制箱31。再者，如上所述电缆8从控制箱31中的运行控制器11延伸到电梯轿厢1，并在电梯孔道内与电梯轿厢一起上下运动。而且导线10从控制箱31出来装在电梯孔道内，并使运行控制器11与装在每个楼层大厅中的呼叫按钮开关9相连。
下面将讨论逆变装置6工作时所产生的电磁噪声波的影响。
在图1中逆变装置6的逆变器63通过脉冲宽
度调制（PWM）控制将出现在电容器62两端的恒定直流电压逆变成交流电压。图3（a）表示由脉冲宽度调制所产生的电压波形。恒定的直流电压以这样的方式进行高频斩波：以致当斩波电压脉冲被平滑后，平滑后的电流变化几乎是正弦形的，如图3（b）中所示，当该电压加到感应电动机4上时，则含有谐波的正弦波形的电流经电动机4流动。
虽然由于逆变器63和电动机4之间的电抗器和感应电机4自身的电抗的作用使电流呈现正弦波，但是加到电机4上的电压仍保留脉宽调制控制的脉冲形式，因而包含谐波纹波。通常为了消除电压中的纹波，使用平滑电容。然而如果这一电容如图1所示连接在逆变器63的输出端，突变充电电流流入电容，会使逆变器63的晶体管损坏。因而，这一电容器不可能使用。再者，电抗器26的电抗也不可能做得太大，因为电抗器26两端的电压降会使电动机4的输入电压不足。
以此方式，因为上述逆变装置6不能装备有足够的对谐波的防范措施，故输出电压和电流包含大量的和各种谐波。由于这些谐波，会使装在紧靠逆变装置6的控制箱31中的控制设备感应谐波噪声。在控制箱31中所产生的噪声经电缆8和连到控制设备的导线10发射到建筑物的内部。特别是，电缆8有效地起着发射噪声电磁波的天线作用。
另一方面，在变换器61一侧，因为电流间歇地流动，经变换作用还产生包含大量谐波的电流。这类谐波也感应电磁噪声，侵入到控制设备并经电缆8和导线10发射到建筑物内部。此外，谐波电流还经电源线32和电源设备33和34传送到建筑物内的电气设备35如音响电器，计算机等。当该电气设备为情报处理系统或高灵敏度的医用电子设备对其影响非常严重。
现参见图4，对本发明的一实施例进行说明。在图中同样的部件由图1中的同一代号指示。
在该实施例中的逆变装置7包括变换器71和逆变器73，两者经直流电抗器72相连。本实施例的变换器71包括晶体三极管RP、SP、TP、RN、SN和TN作为开关元件。还提供有控制这些晶体管的基极信号的变换器控制器14。因而，变换器71不仅能将交流电变换为直流电，而且可控制其输出电压。再者，在变换器71的输入端和逆变器73的输出端分别接有平滑电容器21和22。
在图中，速度控制器13接收从速度指令装置12来的速度指令和从速度检测器16来的速度反馈信号，并根据其差值产生控制信号给变换器控制器14和逆变器控制器15。变换器控制器14根据从速度控制器13来的控制信号产生晶体管RP、SP、TP、RN、SN和TN的基极信号，并用脉冲宽度调制控制来控制变换器71的输出电压。尽管此脉冲宽度调制控制在变换器71的输入侧，即在交流侧导致谐波，但交流侧的输入电流由电容器21进行平滑，因而使输入电流的波形与图1中的输入电流波形相比大为改善。
包含作为开关元件的晶体三极管UP、VP、WP、UN、VN和WN的逆变器73由PWM控制，与图1的逆变器单元63相似。其结果是，从变换器71所供给的电流以高频进行斩波如在图5（a）中代号51所示。脉冲电流用电容22加以平滑，该电容器通常比图1所示的电抗器26对纹波电流有较大的平滑作用。因而所获得的电流具有含有很小谐波的近似正弦波的波形，如图5（a）中代号52所示。出现在电容器22两端的电压也具有正弦波的波形。包含在电流中的小量谐波可用电动机4的电抗进行平滑。
在此方式中，根据本实施例，输入到逆变装置7和从其输出的电压和电流的波形可以作成几乎是正弦形波，如图5（b）所示。因而，与图1所示的已有技术相比所产生的噪声很小。而且，充电电流快速进入电容器一事可用电抗器72防止，因而逆变器73的晶体管不会由于有突然的充电电流而被损坏。
如已说明的那样供给逆变器73的直流电流可由变换器71控制。因而，在图5（a）中用代号51所示的脉冲电流的波形和用电容器22平滑电流52之间的关系不管电流的大小如何，总能加以保持。此事实意味着即使当电梯轿厢1在低于其额定速度的低速度上运行时，也能获得良好的输出液
形。
如上所述，本发明可以显著地降低在主电路中由于交流电源，逆变装置和感应电动机所产生的谐波噪声。谐波噪声不会因电磁感应侵入到控制箱31内的控制设备中，并因而能防止建筑物内的感应干扰。
如果当图4所示的设备装在控制箱31中时在图中由双点划线所包围的部件用导电材料加以屏蔽，则会进一步增强防止感应干扰的作用。图6表示其实例，其中控制设备的主要部件（在图6中只表示有运行控制器11和速度控制器13）被集中在控制箱31内的某一适当位置上，而电容器21，22，变换器71，电抗器72和逆变器73则通过用有良好导电性的金属板27对他们作整体包围来与控制设备分隔开。作此安排后，逆变装置7的主电路能相对控制设备进行电磁屏蔽，并防止电磁噪声波侵入到控制设备内。
而且，如从图5（b）明显看出的那样，因为电压和电流的波形改善，在电动机4的旋转期间所产生的声音噪声显著降低。如图7中所示，根据本发明，与已有技术相比声音噪声的水平在电动机4的整个负载情况的范围内降低约10分贝。此水平几乎和当电动机4在用具有几乎最完善的正弦波波形的市电时所产生的声音噪声水平相同。
噪声的电磁波不仅影响不同种类的外部电器，而且影响逆变装置7本身的控制工作。故为了使电梯可靠运行，变换器控制器14和逆变器控制器15必须具有防止因噪声引起逆变装置工作不正常的防范措施。下面参见图8到图10，对该防范措施进行说明。
在上述类型的逆变装置中形成三相桥式电路（桥接整流电路）正臂的晶体三极管UP、VP、WP中的任一个和形成其负臂的晶体三极管UN、VN、WN中的任一个将会处于导电状态。即在逆变装置7工作期间，直流电源电路（变换器71）-电抗器72-逆变器73的一个正臂-负载（电动机4）-逆变器73的一个负臂-直流电源必须总是闭合的。然而，如果本该导通的晶体管上的基极信号错误地消失，则上述闭合电路会断开。结果是，贮存在其电感相当大的电抗器72中的能量循环回路丧失，因而在电抗器72两端将感应出高电压;此过电压加到断开的臂的晶体管上会导致晶体管击穿。
图8表示根据本实施例的逆变器控制器15，可用以防止上述不利情况发生。在图中从速度控制器13来的控制信号以频率指令fc的形式被馈送到逆变器控制器15。图形产生器81和分配信号产生器82响应频率指令fc分别产生脉冲宽度调制（PWM）图形信号Gp和分配信号A到F。PWM图形信号Gp每60度重复一次，60度对应于逆变器73的输出电流一周的六分之一。分配信号A到F具有60度电气角的相位差。
分配/合成电路83在接收图形信号Gp和分配信号A到F后产生分别通向晶体管UP、VP、UN和VN的基极电极的基极信号Tup、Tvp和TuN、TvN。再者，基极信号Tup和Tvp耦合到“或非”门84，从而形成送到晶体管WP的基极信号Twp，与此相似，基极信号Tun和Tvp耦合到“或非”门85，从而形成送到晶体管WN的基极信号Twn。
图9表示分配/合成电路83的详细结构。此电路83由不同种类的逻辑门电路即“与”门90到93，具有反相输入端的“与”门94到97和“或”门100到103。四套产生各个基极信号的逻辑电路具有同样的逻辑门组合只不过他们接收到的输入信号的组合相互不同而已。
在这一电路中，图形信号Gp在“与”门90中与分配信号A进行“与”运算形成信号PA。而且图形信号Gp的反相信号则在“与”门94中与分配信号C进行“与”运算形式成信号PC。信号PA和PC两者在“或”门100中进行“或”运算，从而产生基极信号Tup。应用相似的逻辑运算以产生其他基极信号Tvp，TuN和TvN。如上所述基极信号Twp和TwN是由基极信号Tup和Tvp，以及TuN和TvN分别进行“或非”运算而得到的。
参见图10，此实施例的工作将在下面进行说明。图10（a）到10（f）表示以上述方式所得到的基极信号Tup，Tvp，Twp，TuN，TvN和TwN。图10（g）到10（i）表示逆变器73的输出电流iuI，ivI和iwI（脉冲组成的实线）和流经电动机4的负载电流iu，iv，和iw（正弦波形的虚线）。
仅当相应基极信号幅度高时晶体管才变为导通。因而逆变器73的输出电流iuI所具有的导电
图形在其正半周时与基极信号Tup的信号图形相同，在其负半周时则与基极信号TuN的信号图形相同。在输出电流ivI和iwI及基极信号Tvp，TvN和Twp，TwN之间的关系也是同样的。该负载电流由电容器22进行平滑，因而如图10（g）到图10（i）中的iu，iv和iw所示的负载电流流经电动机4。
此处假设在时间点X处所产生的噪声影响基极信号Tup，其结果是在信号Tup中出现宽度d的裂口。（比较图10（a））即由于噪声，在时间点X、持续时间d内基极信号Tup将变成零，因而晶体管VP在此持续时间中变得不导通。根据信号Tup变低这一事实，基极信号Twp借助于“或非”门84而变高（比较图10（c））。在正常工作时，在时间点X处不存在信号Twp。此基极信号Twp使晶体管WP导通。因而即使晶体管UP变为不导通，但由于晶体管WP导通也能得到使电抗器72中所贮存的能量进行循环的回路。即，整流变换电路的正臂的晶体管UP，VP和WP中的任一晶体管总是能够维持导通。
从图9的电路结构中可很容易地懂得，也是在噪声影响基极信号Tvp的场合，信号Twp变高。而且当噪声使负臂的晶体管UN和VN中的任一个不导通时“或非”门85的功能使晶体管WN变成导通。因而形成使电抗器72中所贮存的能量进行循环的回路。
在此方式中，因为根据本实施例总是能保持有电抗72的能量释放回路，故能防止由于过电压而引起的晶体管击穿。而且，因为基极信号Twp和TwN是由“或非”门84和85所形成的，因此，用来形成晶体管UP、VP、UN和VN基极信号的那种逻辑电路对晶体管WP和WN是不需要的，因而分配/合成电路83的结构可简化很多。
当然如上所述抗噪声的防范措施也能用于变换器控制器14，因为变换器71有着和逆变器73十分相同的电路结构。在此情况中，直流电压指令从速度控制器13被送到变换器控制器14以代替在图8中的频率指令fc。再者，必须使用与交流电源5的电压同步的信号。这些变更对于一个了解本技术的人来说是显而易见的。
如上所述，此实施例能防止晶体管被由噪声所引起的过电压所损坏。因而能实现电梯系统的可靠运行。
尽管我们在此仅仅表示和说明了体现本发明的装置的一些形式，但应懂得在所附的权利要求的范围内，不偏离我们发明的精神和范围可以做进一步的变化和变更。
Claims (4)
1、一种控制交流电梯的装置，包括：
驱动电梯轿相(1)的三相感应电动机(4)；
将交流电源(5)的交流电变换为可变电压的直流电的变换器装置(71)，该变换器装置(71)包括连接在三相桥式电路中的晶体管(RP，SP，TP，RN，SN，TN)，且该变换器装置的交流端与交流电源(5)相连；
与变换器装置(71)的三相桥式电路的交流端相连并与交流电源(5)并联的第一电容器(21)；
将变换器装置(71)所变换出的直流电逆变为可变电压可变频率的交流电以供给感应电动机(4)的逆变器装置(73)，该逆变器装置(73)包括连接在三相桥式电路中的晶体管(UP，VP，WP，UN，VN，WN)且该逆变器装置的交流端与感应电动机(4)相连；
与逆变器装置(73)的三相桥式电路的交流端相连并与感应电动机(4)并联的第二电容器(22)；
接在变换器装置(71)的三相桥式电路的直流端和逆变器装置(73)的三相桥式电路的直流端之间的直流电抗器(72)；
产生控制变换器装置(71)和逆变器装置(73)的晶体管(RP，SP，TP，RN，SN，TN，UP，VP，WP，UN，VN，WN)的控制信号的装置(11，12，13，14，15)；
其特征在于：
上述控制信号产生装置(11，12，13，14，15)具备根据在电梯所服务的楼层中和在电梯轿厢(8)中所产生的信号，产生作为三相桥式电路中两相晶体管的控制信号的基极信号的第一装置(81，82，83)及在上述第一装置所产生的基极信号的基础上形成作为三相桥式电路中其余一相的晶体管的控制信号的基极信号的第二装置(84，85)。
2、如权利要求1所述的控制交流电梯的装置，其特征在于上述变换器、上述逆变器和上述直流电抗器由导电材料所包围并与上述控制信号产生装置一起装在控制箱中。
3、如权利要求1所述的控制交流电梯的装置，其特征在于上述逆变器装置（73）中，上述其余一相的正臂的晶体管的基极信号是由上述两相的正臂的晶体管的基极信号的“或非”形成的及上述其余一相的负臂的晶体管的基极信号是由上述两相的负臂的晶体管的基极信号的“或非”形成的。
4、如权利要求1所述的控制交流电梯的装置，其特征在于在上述变换器装置（71）中，上述其余一相的正臂的晶体管的基极信号是由上述两相的正臂的晶体管的基极信号的“或非”形成的，及上述其余一相的负臂的晶体管的基极信号是由上述两相的负臂的晶体管的基极信号的“或非”形成的。
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