CN101583553A - 电梯驱动系统中电源变化的管理 - Google Patents

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Abstract

一种装置(22)管理电梯系统中电源变化。该装置包括带有初级(62)和次级(64)的变压器(60)。电梯系统的输入连接到次级(64)。分接开关(66a，66b，66c，66d)连接到变压器(60)使得每个分接开关连接到变压器(60)上的分接头(68a，68b，68c，68d)。控制器(54)根据所感测的电源输出来操作分接开关(66a.66b，66c，66d)，以在次级(64)上提供在电梯系统的公差带之内的功率。

Description

电梯驱动系统中电源变化的管理
技术领域
本发明涉及电力系统(power system)领域。本发明具体涉及一种用于管理电梯系统中电源质量(power source quality)变化的装置。
背景技术
电梯驱动系统典型被设计成在来自电源的特定输入电压范围上工作。该驱动系统各组件的额定电压和额定电流允许该驱动系统在电源仍保持在所设计的输入电压范围内时连续工作。然而，在某些地区，公用电网可靠性不高，在这里，经常会出现公用电压下降或者减压状况(即，电压条件低于驱动装置公差带(tolerance band))和/或过压供电状况。电力系统中的这些电压电平的变化统称为电力质量事件。当出现公用电压下降时，驱动装置就会从电源中吸取更多的电流以保持向提升电动机提供均匀功率。在常规系统中，当从电源中吸取过多电流时，驱动装置会将停机以避免对驱动装置各个组件造成损坏。此外，当出现过压状况时，电梯系统各组件会因为被迫在高于其功率公差带的情况下工作而可能受到损坏。这能够引起组件性能衰退和故障，从而导致需要对损坏部件进行修理或更换。
发明内容
本发明针对用于管理电梯系统中电源变化的装置。该装置包括带有初级和次级的变压器。电梯系统的输入连接到次级。分接开关连接到变压器使得每个分接开关与变压器上的分接头之一连接。控制器根据所感测的电源输出来操作分接开关以在次级上提供在电梯系统的公差带之内的功率。
附图说明
图1为驱动电梯提升电动机的电力系统的示意图。
图2为用于管理电梯系统电源变化的装置的示意图。
具体实施方式
图1为驱动电梯14的提升电动机12的电力系统10的示意图，其包括电源20和电梯驱动系统，后者又包括电源调节器22、功率转换器(powerconverter)24、电源总线(power bus)26、平滑电容器(smoothing capacitor)28以及功率逆变器(power inverter)30。电源20由电气设施供电，诸如商用电源。电梯14包括电梯厢32和配重34，它们通过钢丝绳(roping)36连接到提升电动机12。电力系统10还包括滤波器(filter)38、变压器(transformer)40和AC-DC转换器42，来向电梯辅助系统和控制系统输送功率。
正如此处将描述的，电力系统10被配置成用来管理电源20的电压变化，以便输送稳定功率(regulated power)来驱动提升电动机12。例如，在一些市场地区，公用电网可靠性不高，在这里，经常出现公用电压下降或者减压供电状况(即，电压低于驱动装置公差带)。根据本发明的电力系统10在这些电压非规律性期间允许提升电动机12在正常工作条件下持续工作。尽管如下描述是针对电梯提升电动机的驱动，但应当理解的是，电源调节器22也可以被利用来向任何类型的负载输送稳定功率。
功率转换器24和功率逆变器30可以通过电源总线26来连接。平滑电容器28跨接在电源总线26上。电源20向电源调节器22供电，后者管理电源20的变化。下面关于图2将更详细地描述电源调节器22的操作。电源调节器22向功率转换器24输送稳定功率。功率转换器24可以是三相功率逆变器，用来将来自电源20的三相AC电转换成直流电。在一个实施例中，功率转换器24包括多个功率晶体管电路，该功率晶体管电路包括并联晶体管和二极管。功率转换器24向电源总线26提供DC输出功率。平滑电容器28对DC电源总线26上功率转换器24所提供的整流功率进行平滑。功率转换器24还可以将电源总线26上的功率进行逆变(invert)，返回到电源20。这种再生式(regenerative)配置减少了对电源20的需求。需要注意的是，尽管把电源20显示为三相AC电源，但电力系统10也可以适用于接收来自任何类型电源的功率，包括(但不限于)单相AC电源和DC电源。
功率逆变器30可以是三相功率逆变器，用来将来自电源总线26的DC电逆变为三相AC电。功率逆变器30可以包括多个功率晶体管电路，该功率晶体管电路包括并联晶体管和二极管。功率逆变器30可向位于功率逆变器30输出端的提升电动机12输出三相功率。此外，功率逆变器30用来对在电梯14驱动提升电动机12时所生成的功率进行整流。例如，如果提升电动机12正生成功率，则功率逆变器30对所生成的功率进行转换并把它提供给电源总线26。平滑电容器28对电源总线26上功率逆变器30所提供的转换的功率进行平滑。在可替换实施例中，功率逆变器30为单相功率逆变器，用来把来自电源总线26的DC功率逆变成单相AC功率，以输送给提升电动机12。
提升电动机12控制电梯厢32和配重34之间的移动的速度和方向。驱动提升电动机12所需要的功率会随着电梯的加速和方向而变化，也会随着电梯厢32中的负载而变化。例如，如果电梯厢32正加速，带有大于配重34的重量的负载向上运行(即，重负载)，或带有小于配重34的重量的负载向下运行(即，轻负载)，则需要最大的功率量来驱动提升电动机12。如果电梯14带有均衡负载正以固定速度平稳行进(levelling)或运行，则其使用的功率量较小。如果电梯厢32正减速，带有重负载向下运行或带有轻负载向上运行，则电梯厢32驱动提升电动机12。在这种情况下，提升电动机12生成功率，该功率由功率逆变器30转换成DC功率。所转换的DC功率可以返回到电源20和/或耗散在跨接在电源总线26的动态制动电阻器(dynamicbrake resistor)中(未示出)。
应该注意的是，尽管图中所示为单个提升电动机12连接到电力系统10，但电力系统10也可以改装成向多个提升电动机12提供功率。例如，也可以跨电源总线26并行连接多个功率逆变器30，用来向多个提升电动机12提供功率。如另一示例，多个驱动系统(包括转换器24、电源总线26、平滑电容器28和逆变器30)可以并行连接到电源调节器22上，使得每个驱动系统都可以向提升电动机12提供功率。
电力系统10还可以向其它电气系统提供功率，诸如辅助系统(例如，电梯厢32的机器风扇、照明和插座，以及安全链)和控制系统(例如，电梯系统控制板、电梯位置基准系统和乘客标识系统)。辅助系统通过瞬态滤波器(transient filter)38和变压器40连接到电源调节器22。变压器40将来自电源调节器22的阶梯式下降的功率(stepped-down power)提供给辅助系统。控制系统的各组件使用DC功率，并且因此控制系统通过瞬态滤波器38和交流-直流转换器42连接到电源调节器22。在可替换实施例中，提升电动机驱动系统被配置成用来处理电源20的变化，电源调节器22向辅助系统而不是向变压器40提供功率。在另一可替换实施例中，提升电动机驱动系统被配置成用来处理电源20的变化，电源调节器22则在滤波器38之后连接，用来向变压器40和交流-直流转换器42提供稳定功率。
图2为管理电源20变化的电源调节器22的示意图。特别是，如果电源20向电源调节器22输送的电压在电梯系统的公差带(例如，在正常工作电压的10％之内)之外，则电源调节器22对该电压进行调节以便向电梯系统提供在电梯系统的公差带之内的电压。电源调节器22包括电流传感器50、电压传感器52、驱动控制54、带有初级62和次级64的变压器60、分接开关(tap switch)66a，66b，66c和66d、分接头(tap point)68a，68b，68c和68d、瞬态滤波器70以及旁路开关72和74。为便于图示，所示电源调节器22是调节三相电源20中的单个相。另外相中的每个相可以连接到类似系统，以提供对电源20的所有三个相的调节。
电源20连接在分接开关66a-66d和接地之间。电压传感器52被连接以用来感测电源20两端的电压，而电流传感器50被连接以用来感测来自电源20的电流。电流传感器50和电压传感器52向驱动控制54提供信号。驱动控制54向分接开关66a-66d以及旁路开关72和74提供信号。分接开关66a，66b，66c和66d在初级62上分别接到分接头68a，68b，68c和68d。瞬态滤波器70连接在旁路开关72和接地之间。在所示实施例中，次级64包括单个绕组，负载(即，电梯电力系统10)就连接到该绕组。然而，次级64还可以包括多个绕组，每个绕组均可连接到不同负载，使得电源调节器22向多个系统提供稳定功率。
电压传感器52监视电源20两端的电压并向驱动控制54提供与所感测的电压有关的信号。在一个实施例中，电压传感器52在电源20的每半周期上感测电源20的电压。驱动控制器54将电压传感器52所感测的电压与所储存的期望电压进行比较，并操作分接开关66a-66d以对次级64上的电压进行调节。具体地，如果电源20两端的电压正常或者在电梯系统公差带之内，驱动控制54则闭合那个不会升高或降低电源20的电压的分接开关。例如，变压器60可以被配置成使得闭合分接开关66b会在次级64上提供来自电源20的电压。因此，当电源20在正常条件下工作时，驱动控制54闭合分接开关66b，并打开分接开关66a，66c以及66d，以把电源20连接在初级62的分接头68b和接地之间。这提供了输送给负载的、来自电源20的电压就不会在次级64上升压或降压。
如果驱动控制54接收到来自电压传感器52的信号，该信号表明电源20正在电梯系统的公差带之外工作，则驱动控制54就操作分接开关66a-66d来调节提供给负载的电压使其处在公差带之内。驱动控制54还可要求该电压在次级64上调节被提供给负载的电压之前的一段时间保持在公差带之外。例如，如果来自电压传感器52的信号表明为过压状况(即，电源20两端的电压在电梯系统公差带之上)，则驱动控制54可以控制分接开关66a-66d，以减少电源20两端所连接的初级62的匝数，从而降低在次级64上所感应的电压。在上述示例中，驱动控制54可以打开分接开关66b(该开关在正常工作期间闭合)并闭合分接开关66a，以把电源20连接在分接头68a和地之间。这减少了电源20两端所连接的初级62上的匝数，这进而降低了提供给电梯系统的电压。驱动控制54可使所述分接开关保持在这种配置中，直到电源20两端的电压改变使得需要再次控制分接开关66a-66d，以向电梯系统提供其公差带之内的电源。
如果来自电压传感器52的信号表明欠压状况(即，电源20两端的电压低于电梯系统公差带)，则驱动控制54会控制分接开关66a-66d以增加电源20两端所连接的初级62上的匝数，从而增加次级64上的电压。在上面示例中，驱动控制54可以打开分接开关66b(该开关在正常工作期间是闭合的)并闭合分接开关66c或66d，以把电源20连接在分接头68c或68d与地之间。这增加了电源20两端所连接的初级62上的匝数，这进而增加了提供给电梯系统的电压。驱动控制54根据电源20两端的电压低于公差带的量来确定是否闭合分接开关66c或66d。特别是，电源20低于公差带越多，电源20两端所连接的初级62上的匝数就越多。驱动控制54把所述分接开关保持在此配置中，直到电源20两端的电压改变，使得需要再次控制分接开关66a-66d，以向电梯系统提供在其公差带内的电压。
尽管图示电源调节器22包括了带有单个初级绕组62和单个次级绕组64的变压器60，但在不违背本发明的情况下能够对该设计方案进行改变。例如，初级62和次级64可以包括任何数目的绕组，且分接开关可以连接到沿初级62和/或次级64的任何数目的抽头上，以提供更多级别的电压调节。此外，可在自耦变压器(autotransformer)配置中提供包括单个绕组的变压器60，该变压器带有初级端(side)和次级端，使得电源20可以连接到初级端，而各分接开关沿着自耦变压器的次级端而被连接。
电源调节器22也可以包括旁路保护系统，如果电源调节器22中出现永久性故障时，该系统允许负载与变压器60断连而直接连接到电源20上。例如，在图2所示实施例中，旁路开关72和74分别连接在负载和接地之间以及次级64和负载之间。旁路开关72和74由驱动控制54根据从电流传感器50收到的信号来加以控制。电流传感器50测量来自电源20和通过初级62的电流。在正常工作条件下，驱动控制54打开旁路开关72(经由信号线B)并闭合旁路开关74(经由信号线A)，以允许通过变压器60来调节电源20。如果电流传感器50提供给驱动控制54的信号表明存在过电流状况(即，电流超过了负载的公差带)而且电源调节器22工作不正常，则驱动控制器4就会提供信号以打开旁路开关74并闭合旁路开关72，以将负载直接连接到电源20上并保护负载免受过电流故障。在一个实施例中，如果过电流状况存在有预计划的(programmed)阈值时间段长，则驱动控制54打开旁路开关74。瞬态滤波器70可以是RLC滤波器或电涌放电器(surge arrester)，用来吸收电源20可能产生的瞬态电流。在流经初级62的电流恢复到正常(如由电流传感器50所感测的)时，驱动控制54提供打开旁路开关72并闭合旁路开关74的信号。
总之，本主题发明是针对用于管理电梯系统中电源变化的装置。该装置包括带有初级和次级的变压器。电梯系统的输入连接到该次级。分接开关连接到变压器使得每个分接开关就连接到该变压器上的分接头。控制器根据感测的电源输出来操作分接开关，以在次级上提供在电梯系统的公差带内的电压。通过向电梯系统提供稳定功率，可校正来自电源的过电压和欠电压功率质量情状况，因此在成本上避免了对电梯系统的电气组件的损坏。
尽管参照示例和优选实施例已经对本发明进行描述，但本领域技术人员将认识到，在不违背本发明精神和范围的情况下，可以在形式上和细节上对本发明进行改变。

Claims (21)

1.一种用于管理电梯系统中的电源变化的装置，所述装置包括：
包括初级和次级的变压器，其中，所述电梯系统的输入连接到所述次级；
连接到所述变压器的多个分接开关，其中，每个分接开关连接到所述变压器上的多个分接头之一；
控制器，根据感测的电源输出来操作所述分接开关，以在所述次级上提供在所述电梯系统的公差带之内的功率。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器包括用于感测电源的电压并向所述控制器提供与所感测的电压有关的信号的电压传感器。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器根据所感测的电源输出与期望电源输出的比较来操作所述分接开关。
4.根据权利要求1所述的装置，还包括：
过电流保护电路，如果所述控制器感测到所述初级上的过电流则所述过电流保护电路使所述电梯系统从所述次级断开连接。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述分接开关包括选自下列的器件：继电器、场效应晶体管(FET)、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)、栅极可关断(GTO)晶闸管、集成门极换流晶闸管(IGCT)、双向晶闸管、可控硅整流器(SCR)，以及双极性晶体管。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述次级包括多个绕组。
7.根据权利要求1所述的装置，还包括：
耦合到所述次级的瞬态滤波器，用来抑制所述装置中的电压瞬变。
8.一种用于管理电源变化以向电梯系统提供稳定功率的方法，所述方法包括：
监视电源电压；
确定所述电源电压是否在所述电梯系统的公差带之内；
响应于所述电源电压对于公差带的变化，调节提供给所述电梯系统的电压。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述电源是否在所述电梯系统公差带之内包括把所监视的电源电压与期望电源电压进行比较。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，调节被提供给电力系统的电压包括将所述电源电压调整到所期望电源电压的公差带之内。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，调节被提供给电力系统的电压包括根据所述电源电压的变化来选择变压器初级-次级绕组比。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述电源连接到变压器初级绕组，而所述电梯系统连接到变压器次级绕组，其中，调节被提供给所述电力系统的电压包括：
调整所述电源与所述变压器初级绕组的连接使得在次级绕组上所提供的输出电压在所述公差带之内。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，调整所述电源与所述变压器初级绕组的连接包括：
控制连接在所述电源和所述变压器初级绕组之间的多个分接开关，其中，每个分接开关连接到所述变压器初级绕组上的多个分接头之一。
14.根据权利要求8所述的方法，还包括：
监视电源电流；以及
如果所述电流超过阈值电流则将所述电梯系统从所述变压器次级绕组断开连接。
15.电梯电力系统包括：
电源；
包括初级和次级的变压器；
多个分接开关，其中，每个分接开关连接到所述变压器上的多个分接头之一；
控制器，根据所感测的电源输出来操作所述分接开关以在次级上提供在负载公差之内的功率。
16.根据权利要求15所述的电梯电力系统，其中，所述控制器包括用于感测所述电源的电压并向所述控制器提供与所感测的电压有关的信号的电压传感器。
17.根据权利要求15所述的电梯电力系统，其中，所述控制器根据所感测的电源输出与期望电源输出的比较来操作所述分接开关。
18.根据权利要求15所述的电梯电力系统，还包括：
过电流保护电路，如果所述控制器感测出所述初级上的过电流状况，则所述过电流保护电路可断开所述负载与所述次级的连接。
19.根据权利要求15所述的电梯电力系统，其中，所述分接开关包括选自下列的器件：继电器、场效应晶体管(FET)、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)、栅极可关断(GTO)晶闸管、集成门极换流晶闸管(IGCT)、双向晶闸管、可控硅整流器(SCR)，以及双极性晶体管。
20.根据权利要求15所述的电梯电力系统，其中，所述次级包括多个绕组。
21.根据权利要求15所述的电梯电力系统，其中，所述负载包括电梯提升电动机。
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