CN1016055B - 交流电梯的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明为交流电梯的控制装置，该装置用变流器把变流电源变成直流，再用逆变器把这种直流变成可变电压，可变频率的交流，用这种变换出来的交流去驱动感应电动机使电梯厢运行，同时，根据速度指令值和上述电动机的速度计算出电流指令值，把这电流指令值和上述逆变器的输出电流进行比较而控制上述逆变器，在这样的装置中，设有必要时操作的转换开关。另外还备有当操作这个转换开关时能使上述电流指令值的励磁电流成分增大的计算装置。

Description

本发明涉及使用以逆变器驱动感应电动机的电梯的控制装置

第8图展示出例如特开昭62-16994号公报所示的现有的交流电梯的控制装置的电路图。

图中，（1）是三相交流电源;（2）是接到交流电源（1）上的电容器;（3）是连接在交流电源（1）上的、由三极管（3A）～（3F）和二极管（3a）～（3f）构成的变（换）流器;（4）是插入变流器（3）直流侧的扼流圈;（5）是通过扼流圈（4）接到变流器（3）直流侧的、由三极管（5A）～（5F）和二极管（5a）～（5f）构成的逆变器;（6）是接到逆变器（5）是交流侧的电容器;（7）是接到逆变器（5）的交流侧的提升用的感应电动机。（8）是接到交流电源（1）上的紧急停止装置夹持试验（以下称制动试验）用的交流器;（9）是接到变流器（8）的直流侧的制动试验用的扼流圈;（10）是通过扼流圈（9）、接到变流器（8）的直流侧，而交流侧接到电动机（7）上的制动试验用的逆变器。

现有的交流电梯的控制装置的构成如上所述。电梯在通常运转时，交流电源（1）通过电容器（2）和变流器（3）变成直流，用扼流圈（4）进行平滑，并通过变流器（5）变成可变电压、可变频率的交流电，用来驱动电动机（7）。电容器（6）能减小逆变器（5）的输出电流的纹波。

可是，在对作为电梯安全装置的紧急停止装置进行性能检查的制转试验时，让装设在电梯厢内的紧急停止装置进行工作使之处于夹持导轨的状态，使电机（7）向下降方向转动。这时，由于电梯厢停止，所以驱动绞车把主绳索向电梯厢方面放出，于是，绞车在与主绳索之间空转。也就是在这种状态下试验电梯厢是否不下滑。这时，电动机（7）为了克服主绳索和绞车的摩擦力，必须输出较大的扭矩，相当于通常运行扭矩的300～400%。因此，在进行制动试验时要使用制动试验用的变流器（8）、扼流圈（9）和逆变器（10），与通常运行时的变流器（3）、扼流圈（4）和逆变器（5）并联运行。

如上所述，现有的交流电梯的控制装置在进行制动试验时，为了得到较大的扭矩而使用专用的变流器（8）、扼流圈（9）和逆变器（10），因此而存在装置庞大、价格高昂的问题。

本发明的目的是为了解决上述问题，即它能提供这样一种交流电梯控制装置，不使用制动试验时专用的变流器、扼流圈和逆变器也能产生必要的大扭矩。

另外，本发明的另一发明，其目的是提供一个为产生大扭矩而能进行自动控制的交流电梯控制装置。

涉及本发明的交流电梯控制装置对逆变器进行电流控制，必要时用转换开关操作，可使电流指令值的励磁电流成分增大。

还有，涉及本发明的另一发明的交流电梯控制装置，在把上述的电流指令值固定下来的同时，当电动机速度在一定值以下、扭矩指令值在规定值以上时，使电流指令值的转差频率减小。

本发明在制动试验等必要的时候，因为使逆变器的输出电流的励 磁电流成分增大，所以电动机的一次电流即使很小也能产生大的扭矩。

本发明的另一发明，由于使电流指令值为一定值，而且使转差频率减小，所以，逆变器的输出电流即使控制在一定值以下，也能产生大的扭矩。

第1图～第4图展示按本发明构成的定流电梯控制装置。第1图是整体结构图;第2图是电路图;第3图是第2图中微机的电路方框图;第4图是电流的向量图，第5图～第7图是本发明的另一个实施范例的展示图，第5图是电路图;第6图是第5图中微机的控制运算方框图;第7图是第6图中的算式（29）的流程图;第8图是展示现有交流电梯的控制装置的电路图。

图中，（1）是三相交流电源;（3）是变流器;（5）是逆变器;（7）是三相感应电动机;（11a）是速度指令值;（12a）是速度信号;（13）是转换开关;（14）是运算装置;（17a）是电流信号;（18）是微型计算机;（18a）是电流指令值;（20）是加法器;（21）～（25）是算式;（26）是加法器;（27）是算式;（28）是乘法器;（29）是算式。

此外，图中相同符号表示相同或相当的部分。

第1图～第4图展示了本发明的一个实施范例，第1图是整体结构图;第2图是电路图;第3图是微型计算机（以下称微机）的方框图;第4图是电流的向量图，用相同符号来表示与现有装置相同的部分。

本实施范例，从第1图可知，设有计算装置（14），该计算装置的输入有：由速度指令产生装置（11）来的速度指令值（11a）、 由检测电动机速度的速度检测器（12）来的速度信号（12a）和由转换开关（13）来的励磁电流成分转换指令（13a）。利用该计算装置（14）来计算电流指令值。当输入转换指令（13a）时，使电流指令值的励磁电流成分加大，通过PWM（脉宽调制）比较器（15）来控制逆变器（5），使其输出电流的励磁电流成分加大。

在第2图和第3图中有：接到变流器（3）的直流侧、用来平滑直流电压的平滑电容器（16）;检测逆变器（5）的输出电流并产生电流信号（17a）的电流检测器（17）;和微机（18），它具有CPU（18A）、ROM（18B）、RAM（18C）、输入电路（18D）～（18F）和输出电路（18G）。输入电路（18D）-（18F）分别接到速度指令产生装置（11）、速度检测器（12）和转换开关（13）。输出电路（18G）接到PWM比较器（15）。

具有以上构成的电梯控制装置，其微机（18）对速度指令值（11a）和速度信号（12a）进行比较运算而算出扭矩指令值。然后，根据这个扭矩指令值计算电流指令值（18a），并送往PWM比较器（15）。在这里，对电流指令值（18a）和电流信号（17a）进行比较，借助该输出，逆变器（5）把被PWM调制的输出电流供给电动机（7）来进行速度控制，从而进行电梯厢（图中未示出）的运行。

下面，用下式表示电动机（7）产生的扭矩Te。

Te＝K·Im·It    ……①

式中：

K：由电动机（7）决定的比例常数

Im：电动机（7）的励磁电流

It：电动机（7）的扭矩电流

设扭矩指令值为Te^＊，则扭矩电流It的计算式可按①式改写为It= (Te^＊)/(K·Im) 〉，因此，电流指令值（18a）I可按下式求得。

^＊＝

m+

t ……②

其实效值为：

$\mathrm{｜I\; ｜=}\sqrt{\mathrm{Im}{}^2\mathrm{+(}\frac{\mathrm{Te}}{\mathrm{K·Im}}{)}^2}$

                                                                                            ……③

输向PWM比较器（15）。

另一方面，在作制动试验时，转换开关（13）闭合而输入转换指令（13a），从而使电流指令值（18a）的励磁电流成分增大，其计算式如下：

$\mathrm{I\prime =}\sqrt{\mathrm{I\prime m}{}^2\mathrm{+(}\frac{\mathrm{Te}}{\mathrm{K\prime ·I\prime m}}{)}^2}$

                                                                                          ……④

励磁电流Im、I′m、扭矩电流It、I′t以及逆变器（5）的输出电流I的关系如第4图所示与励磁电流Im、I′m相比，扭矩电流It、I′t大得很多，而且相位相差90°，因此，③、④式可分别用下式表示：

｜I｜≒Te/K·Im    ……⑤

｜I′｜≒Te/K′·I′m    ……⑥

然而，为了降低电动机（7）的噪声而用低磁束设计，而加大励磁电流则可以提高磁束密度。因此可以预见，由于磁束饱和而使电动扼（7）的常数下降并不大。其结果把⑤式机和⑥式作一比较则得下式：

｜I′｜＜｜I｜

把流过逆变器（5）的电流减小，可以得到制动试验时所必需的大扭矩。

第5图～第7图展示本发明的另一个实施范例，第5图是电路图，第6图是微机（18）的控制运算方框图，第7图是算式（29）的流程图。

第5图虽然和第2图一样，但它没有转换开关（13）。

如第6图所示，速度指令值（11a）和速度信号（12a）由加法器（20）进行加法运算，用算式（21）乘以传递函数K (1+T^S)/() （K是系数，T是时间常数，S是算子），而得出扭矩指令值T^＊S扭矩指令值T^＊以算式（22）设定上限值和下限值，以算式（23）乘以系数Kt而求出扭矩电流It。于是，用算式（24）求出 $\mathrm{I=}\sqrt{I{}^2\mathrm{m+I}{}^{2}t}$ ，而算出电流指令值。另一方面，以算式（25）用系数Ks乘扭矩指令值来求转差频率ωs，用加法器（26）对转差频率ωs和速度ωr进行加法运算，从而求出逆变器（5）的输出频率ω。用算式（27）求出输出频率ω对时间t积分的角度ωt的正弦值Sinωt。用乘法器（28）对由算式（24）求得的电流I和由算式（27）求得的正弦值Sinωt进 行相乘而求出电流的瞬时值，把它作为电流指令值而输出给PWM比较器（15）。

其次，在制动试验中，当速度指令值（11a）即使已输出，而电动机（7）的扭矩仍不够时，则由算式（27）求得的指令值T^＊e超出由算式（22）所设定的限制值，这时，则按算式（29）进行运算。其过程由第7图示出。

即，用（31）步来判断扭矩指令值T^＊e是否超过限制值，这时因为已超过限制值，于是进入（32）步来判断速度是否在一定值以下。如果电动机（7）不转动则速度是在一定值以下，因此进入（33）步来减小转差频率ωs的系数Ks。再用减小了的系数Ks进行第6图的运算，而输出电流指令值（18a）。电流指令值（18a）被算式（22）限定在一定值内。另外，由于系数Ks减小，转差频率ωs也减小。这时，流入电动机（7）的电流的励磁电流成分Im和扭矩电流成分It的关系由○式表达。

It= (L₂)/(R₂) Im·ωs ……⑦

式中：

L₂：电动机（7）的二次电感

R₂：电动（77的二次电阻

因此，若令，

$\mathrm{｜I\; ｜=}\sqrt{I{}^2{}_m\mathrm{+I}{}^2{}_t}\mathrm{=Im}\sqrt{\mathrm{1+(}\frac{L_2}{R_2}{\mathrm{\omega \; s)}}^2}$

                                            ＝－定值

                                                                        ……⑧

则

Im∝ 1/(ωs)

当转差频率ωs变小时，电动机（7）的励磁电流Im变大、内部磁束变大。另外，由①、②式得出，Te∝I²mωs，因此

Te∝ 1/(ωs) ，从而

产生的扭矩也变大。所以，在逆变器（5）中流过的电流被抑制在一定值以下的情况下，可以产生制动试验所需的大扭矩。

此外，当第7图（31）步中扭矩指令值T^＊e为限制值时，并且速度超过一定值时，则进入（34）步，转矩频率ωs的系数Ks则仍为所定值。

如上所述，本发明在必要时若操作转换开关，则电流指令值的励磁电流成份增大，因此，即使不用制动试验的专用变流器、扼流圈和逆变器，电动机也能产生必要的大扭矩，从而使该装置体积小，价格低。

另外，本发明的另一个发明是，在固定电流指令值的同时，电动机速度也保持在一定值以下，当扭矩指令值超过所定值时，电流指令值的转差频率变小，所以上述的运算自动进行，可以省掉转换开关。

Claims (5)

1、交流电梯的控制装置，该装置用变流器把交流电源变成直流，再用逆变器把这种直流变成可变电压、可变频率的交流，用这种变换出来的交流去驱动感应电动机使电梯厢运行，同时，根据速度指令值和上述电动机的速度计算出电流指令值，把这电流指令值和上述逆变器的输出电流进行比较而控制上述逆变器，其特征在于：设有紧急停止时操作的转换开关，另外还备有当操作这个转换开关而使转矩指定值为预定值以上时能使上述电流指令值为一定值并且使上述电流指令值的转差频率变小的计算装置。

2、权利要求第1项所述的交流电梯的控制装置，其特征为：逆变器的输出电流值与转换开关操作以前相比较，转换开关操作后的值变小。

3、权利要求第1项或第2项的任何一项所述的交流电梯的控制装置，其特征为：电流指令值和逆变器的输出电流的比较，由脉冲调制比较器来进行，并通过这个脉宽调制比较器来控制上述的逆变器。

4、交流电梯的控制装置，该装置用变流器把交流电源变为直流，再用逆变器把这一直流变成可变电压、可变频率的交流，用这一变换出来的交流去驱动感应电动机使电梯厢运行，同时，根据速度指令值和上述电动机的速度求出扭矩指令值，再根据这一扭矩指令值计算出电流指令值，把这一电流指令值和上述的逆变器的输出电流加以比较来控制上述逆变器，其特征在于：使上述电流指令值为一定值的计算装置以及当上述电动机速度在一定值以下、上述扭矩指令值变为指定值以上时，使上述电流指令值的转差频率减小的计算装置。

5、权利要求的第4项所述的交流电梯的控制装置，其特征为：电流指令值和逆变器的输出电流的比较，由脉宽调制比较器来进行，并通过这个脉宽调制比较器来控制上述逆变器。

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