CN101683947A - 电梯的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电梯的控制装置。在轿厢(2)刚要开始行驶之前使电流检查指令“ICHK”成为有效,从而从逆变器(4)对三相交流电动机(1)的各相供给用于使缺相确认用的电流流过的电压。此时,用电流检测器(10a、10b)检测流过各相的电流值,并与预先为缺相判定用而设定的基准值进行比较。在比该基准值低的情况下判定为发生了缺相,并立即禁止轿厢(2)的行驶开始工作。

Description

电梯的控制装置
技术领域
本发明涉及具备三相交流电动机的电梯的控制装置,尤其涉及检测三相交流电动机的缺相异常的电梯的控制装置。
背景技术
通常,在电梯中,具备三相交流电动机作为轿厢的驱动源。该三相交流电动机,具有三相绕组,并且通过对它们按顺序进行励磁而使其旋转。可是,若因振动等某些原因,即使三相之中的一相发生缺相,则也无法以预定的速度对该三相交流电动机进行旋转控制。因此,轿厢会以异常的速度行驶,从而处于危险的状态。
于是,通常,在轿厢的行驶中检测到规定值以上的异常的速度的情况下,判定为三相交流电动机发生了缺相,从而使轿厢的运转紧急停止。可是,在轿厢的行驶开始中检测缺相异常的方法,因异常时使轿厢紧急停止,轿厢内的乘客有可能摔倒。
还有,例如在日本的专利公报第2501109号(以下,称为专利文献1)中,公开了在轿厢的行驶开始前,检测三相交流电源的缺相异常的方法。详细地,对设置于供电系统中的变换器的输出电压进行监视,并在该输出电压变成预定电平以上的情况下,判定为三相交流电源发生了缺相异常。
可是,在该专利文献1中,检测“三相交流电源”的缺相异常的部分,并不是以“三相交流电动机”为对象的。
发明内容
本发明的目的在于提供能够在行驶开始前检测三相交流电动机的缺相异常,从而进行安全且可靠性高的运转控制的电梯的控制装置。
本发明的电梯的控制装置,通过三相交流电动机的驱动使轿厢进行升降工作,其具备:电压供给部,其在上述轿厢的行驶开始之前,对上述三相交流电动机的各相供给用于使缺相确认用的电流流过的电压;电流检测部,其伴随着由该电压供给部所进行的电压供给工作,检测流过上述三相交流电动机的各相的电流;缺相异常检测部,其基于由该电流检测部检测的各相的电流值,检测上述三相交流电动机的缺相异常;以及行驶控制部,其在由该缺相异常检测部检测到缺相异常的情况下,立即禁止上述轿厢的行驶开始工作。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的电梯的控制装置的结构的图;
图2是用于说明本实施方式中的电梯行驶时的处理的流程的流程图;
图3是用于说明本实施方式中的缺相确认处理的流程的流程图;
图4是本实施方式中的三相交流电动机不缺相的情况下的电梯行驶时的各信号的时序图;
图5是本实施方式中的三相交流电动机不缺相的情况下的缺相确认时的各信号的时序图;
图6是本实施方式中的三相交流电动机不缺相的情况下的电梯行驶时的备信号的时序图;
图7是本实施方式中的三相交流电动机缺相的情况下的缺相确认时的各信号的时序图;
图8是表示本发明的第2实施方式的电梯的控制装置的结构的图;
图9是用于说明本实施方式中的缺相确认时的电流相位选择处理的流程的流程图;
图10是用于说明本实施方式中的三相交流电动机的结构的图;以及
图11是用于说明本实施方式中的三相交流电动机的旋转相位θ0与电流相位θ的关系的图。
符号说明:
1...三相交流电动机,1a...滑轮,1b...电磁制动器,1c...绳索,2...轿厢,3...配重,4...逆变器,5...旋转相位检测器,6...微分器,7...速度指令运算器,8...速度控制器,9...电流控制器,10a、10b...电流检测器,11...3轴/2轴变换器,12...2轴/3轴变换器,13...载重检测器,14...重量比较器,15...1阶延迟低通滤波器,20...相位切换器,21...d轴电流指令切换器,22...1阶延迟低通滤波器,23...缺相异常检测器,24...电流相位检测器,30...行驶控制部,100...永久磁铁,DE1~3...减法器,AD1~2...加法器,RUN...行驶开始指令,SPC...速度控制指令,WTC...载重平衡转矩电流指令,ICHK...电流检查指令。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(第1实施方式)
图1是表示本发明的第1实施方式的电梯的控制装置的结构的图。
此外,图中的DE1~3表示减法器,AD1~2表示加法器。并且,“SPC”为速度控制指令、“WTC”为载重平衡转矩电流指令、“ICHK”为电流检查指令。这些指令,从相当于主控制装置的行驶控制部30输出。
在本装置中,作为电动机,具备三相交流电动机1。并且,作为该三相交流电动机1的电动机驱动部,设置有包括逆变器4的各控制设备。三相交流电动机1,具有U相、V相、W相这三相绕组,并且通过对它们按顺序进行励磁而使其旋转。还有,在图1的例子中,示出了U相发生了缺相的状态。
在该三相交流电动机1的旋转轴上,旋转自由地安装有滑轮1a。以对连接该滑轮1a与三相交流电动机1的旋转轴进行制动的方式,配设有电磁制动器1b。在滑轮1a上卷挂有绳索1c,在该绳索1c的一端上连结有轿厢2,在另一端上连结有配重3。
若驱动三相交流电动机1,则滑轮1a旋转。伴随着该滑轮1a的旋转,轿厢2与配重3经由绳索1c吊汲式地进行升降工作。还有,此时,电磁制动器1b处于从滑轮1a离开的状态。
并且,在三相交流电动机1的旋转轴上,安装有旋转相位检测器5。该旋转相位检测器5,检测三相交流电动机1的转子的相位(以下,称为旋转相位θ0)。由该旋转相位检测器5检测的旋转相位θ0,由微分器6进行微分,并作为表示当前速度的速度信号V反馈给速度控制系统。
速度控制器8,基于从微分器6输出的速度信号V与从速度指令运算器7输出的速度指令“V”的目标速度的差信号,计算用于使三相交流电动机1的旋转速度追从于目标速度的转矩电流,并将其作为转矩电流指令“Iq”输出给电流控制器9。
电流控制器9,输出电压指令“Vq”,该电压指令“Vq”用于将与由速度控制器8计算出的转矩电流对应的电压提供给三相交流电动机1。
另一方面,在构成三相交流电动机1的U相、V相、W相之中的任意二相(在此为U相和W相)上设置有电流检测器10a、10b。若通过逆变器4的电压供给而驱动三相交流电动机1,则流过U相和W相的电流“Iu”、“Iw”将被电流检测器10a、10b检测出。
此外,在三相交流电动机1中,具有若对三相的电流值进行合计则为零的特性。从而,关于V相的电流“Iv”,能够按照下述的式(1)进行计算。
Iv=-Iu-Iw    ...(1)
3轴/2轴变换器11,基于由电流检测器10a、10b检测到的电流“Iu”、“Iw”、和流过三相交流电动机1的各相的电流的相位(以下,称为电流相位θ),将针对于U相、V相、W相的3轴电流变换为转矩电流Iq和其正交轴电流“Id”这2轴电流。将此时的变换式表示为下述的式(2)。
Id Iq = 2 3 sin ( θ - 4 3 π ) - sin θ cos ( θ - 4 3 π ) - cos θ * Iu Iw . . . ( 2 )
以使该2轴电流之中的“Id”追从于Id(=0)、使“Iq”追从于来自速度控制器8的转矩电流指令“Iq”的方式,在电流控制器9中计算2轴电压指令“Vd”、“Vq”。
并且,2轴/3轴变换器12,将上述2轴电压指令“Vd”、“Vq”变换为3轴电压指令“Vu”、“Vv”、“Vw”,并输出到逆变器4。将此时的变换式表示为下述的式(3)。
Vu * Vv * Vw * = cos θ - sin θ cos ( θ - 2 3 π ) - sin ( θ - 2 3 π ) cos ( θ - 4 3 π ) - sin ( θ - 4 3 π ) * Vd * Vq * - - - ( 3 )
逆变器4,采用例如PWM(Pulse Width Modulation:脉冲宽度调制)等方式对于三相交流电动机1供给所需的电压。
并且,在轿厢2的下部,设置有用于检测轿厢内的载重的载重检测器13。由该载重检测器13检测的载重信号Wt,被提供给重量比较器14。
在重量比较器14中,基于该载重信号Wt,计算轿厢2与配重3的重量差。若载重平衡转矩电流指令“WTC”成为有效(on),则与上述重量差对应的不平衡转矩通过1阶延迟低通滤波器15输出,作为平衡转矩电流指令“Ibl”。
进而,在本装置中,作为用于检测三相交流电动机1的缺相异常的构成要件,具备相位切换器20、d轴电流指令切换器21、1阶延迟低通滤波器22、缺相异常检测器23。
相位切换器20,当电流检查指令“ICHK”成为有效时,将电流相位θ切换为0°。d轴电流指令切换器21,当电流检查指令“ICHK”成为有效时,将d轴电流指令切换为恒定电流值“Ichk0”。1阶延迟低通滤波器22,用于使该恒定电流值“Ichk0”的相位延迟。
在这样的结构中,在本装置中,在电梯的行驶开始前、也就是说在轿厢在各层刚要开始行驶之前,对于三相交流电动机1的各相供给用于使零以外的恒定电流流过的电压。并且,在从该电压供给的开始经过一定时间之后,检查三相交流电动机1的各相的电流值是否比预先为缺相判定用而设定的基准值低。
在此,之所以从电压供给的开始等待经过一定时间,是因为要在流过三相交流电动机1的各相的电流稳定了的状态下进行检查。检查的结果,即使在各相中的任意一个的电流比基准值低的情况下,也判定为三相交流电动机1发生了缺相,从而立即禁止轿厢2的行驶开始工作。
此外,三相交流电动机1,既可以是感应电动机(induction motor),也可以是具备有永久磁铁的同步电动机(synchronous motor)。但是,在上述同步电动机的情况下,因在缺相确认时流过的电流的相位,有时会在永久磁铁中产生转矩。
具体地,若Iu=I、Iv=-I/2、Iw=-I/2的电流流过,则当电流相位θ=0°时,在永久磁铁中将产生最大的转矩。由于该转矩产生,轿厢2会产生振动,从而给乘客带来不适感。
于是,在本装置中,在缺相确认时,通过利用1阶延迟低通滤波器22使流过三相交流电动机1的各相的电流的相位延迟,来抑制转矩的产生。
以下,关于本装置的处理工作详细地进行说明。
图2是用于说明电梯行驶时的处理的流程的流程图,图3是用于说明缺相确认处理的流程的流程图。还有,这些流程图所示的处理,基本上在作为主控制装置的行驶控制部30的控制下执行。
(a)三相交流电动机1不缺相的情况
图4是三相交流电动机1不缺相的情况下的电梯行驶时的各信号的时序图,图5是三相交流电动机1不缺相的情况下的缺相确认时的各信号的时序图。
现在,设定电梯的轿厢2在某层停止。
此时,电磁制动器1b与滑轮1a接触,以防轿厢2向不平衡方向移动。在该状态下,如图2的流程图所示,若从行驶控制部30输出行驶开始指令“RUN”(步骤S101),则电流检查指令“ICHK”成为有效(步骤S102),从而执行缺相确认处理。
如图3的流程图所示,在缺相确认处理中,首先,作为初始设定,利用图1的相位切换器20将三相交流电动机1的电流相位θ切换为0°(步骤S201)。这是因为,基于三相交流电动机1的特性,通过将电流相位θ设定为0°,使电流均匀地流过各相。
接着,利用d轴电流指令切换器21,将流过三相交流电动机1的电流切换为恒定电流值“Ichk0”。此时,为了防止上述的转矩产生,使恒定电流值“Ichk0”通过1阶延迟低通滤波器22,而输出至速度控制系统,作为缺相检测电流指令“Ichk”(步骤S202)。
该缺相检测电流指令“Ichk”,作为d轴电流指令“Id”被提供给电流控制器9。并且,q轴电流指令“Iq”为0。由此,经由电流控制器9、2轴/3轴变换器12、逆变器4,对三相交流电动机1供给为了使恒定电流流过而所需的电压(步骤S203)。
此时,在构成三相交流电动机1的U相、V相、W相的各绕组上,流过Iu=I、Iv =-I/2、Iw=-I/2的电流。此时,若三相交流电动机1是具备有永久磁铁的同步电动机,则如果该永久磁铁的相位(也就是说旋转相位θ)接近0°或180°,则会产生转矩,但是如果接近90°或270°,则不会产生转矩。
在从缺相检测电流指令“Ichk”的输出开始经过了一定时间“tchk”之后(步骤S204的“是”),对于U相、V相、W相各个的电流的绝对值,确认是否成为不足缺相检测电流指令“Ichk”的10%的值(步骤S205、S207、S209)。
在此,如果三相全部的电流值具有大于等于缺相检测电流指令“Ichk”的10%的值,则判定为三相交流电动机1不缺相,并使各相的错误信号“IU_ERR”、“IV_ERR”、“IW_ERR”的全部无效(步骤S211)。并且,使电流相位θ返回到旋转相位检测器5的检测值(步骤S212),并使d轴电流指令“Id”的值收敛于0(步骤S213),并结束缺相确认工作。
此外,图中的所谓“磁极相位”,表示永久磁铁所处的相位(位置)。其是基本上与“旋转相位”相同、表示物理的位置的相位。并且,因为“电流相位”被控制得与“磁极相位”同步,所以有时也称为“控制电位”。
伴随着缺相确认的结束,若电流检查指令“ICHK”成为有效,则如图2所示,载重平衡转矩电流指令“WTC”成为有效(步骤S104)。伴随于此,同轿厢2与配重3的重量差对应的不平衡转矩通过1阶延迟低通滤波器15而输出作为平衡转矩电流指令“Ibl”(步骤S105)。
平衡转矩电流指令“Ibl”,作为q轴电流指令“Iq”被提供给电流控制器9。该平衡转矩电流指令“Ibl”一经确立,则速度控制指令“SPC”成为有效(步骤S106)。由此,速度指令运算器7与速度控制器8被起动,从而以预定的速度驱动三相交流电动机1(步骤S107)。
此时,电磁制动器1b处于开放状态,伴随着三相交流电动机1的驱动,轿厢2经由绳索1c在上升方向或下降方向上移动。
若轿厢2到达目的层而停止(步骤S108的“是”),则行驶开始指令“RUN”、载重平衡转矩电流指令“WTC”、速度控制指令“SPC”成为无效(off),从而准备下一次的行驶(步骤S109)。
(b)三相交流电动机1发生缺相的情况
图6是三相交流电动机1发生缺相的情况下的电梯行驶时的各信号的时序图,图7是三相交流电动机1发生缺相的情况下的缺相确认时的各信号的时序图。
如上所述,当电梯行驶时,若从行驶控制部30输出行驶开始指令“RUN”(步骤S101),则电流检查指令“ICHK”成为有效(步骤S102),从而执行缺相确认处理。
在缺相确认处理中,首先,作为初始设定,利用图1的相位切换器20将三相交流电动机1的电流相位θ切换为0°(步骤S201)。接着,利用d轴电流指令切换器21将流过三相交流电动机1的电流切换为恒定电流值“Ichk0”,并使其通过1阶延迟低通滤波器22而输出至速度控制系统,作为缺相检测电流指令“Ichk”(步骤S202)。
该缺相检测电流指令“Ichk”,作为d轴电流指令“Id”被提供给电流控制器9。q轴电流指令“Iq”为0。由此,经由电流控制器9、2轴/3轴变换器12、逆变器4,对三相交流电动机1供给为了使恒定电流流过而所需的电压(步骤S203)。
在从缺相检测电流指令“Ichk”的输出开始经过了一定时间“tchk”之后(步骤S204的“是”),对于U相、V相、W相各个的电流的绝对值,确认是否成为不足缺相检测电流指令“Ichk”的10%的值(步骤S205、S207、S209)。
在此,例如在U相的电流“Iu”的绝对值为不足缺相检测电流指令“Ichk”的10%的情况下(步骤S205的“是”),判定为U相发生了缺相,从而将错误信号“IU_ERR”设定为有效(步骤S206)。
并且,在W相的电流“Iw”的绝对值为不足缺相检测电流指令“Ichk”的10%的情况下(步骤S209的“是”),判定为W相发生了缺相,从而将错误信号“IW_ERR”设定为有效(步骤S210)。
还有,对于V相发生缺相,即使在V相上并无电流检测器,也能够根据三相交流电动机1的“Iu”+“Iv”+“Iw”=0的特性,计算为|Iv|=|Iu+Iw|。从而,在|Iu+Iw|的值为不足缺相检测电流指令“Ichk”的10%的情况下(步骤S207的“是”),判定为V相发生了缺相,从而将错误信号“IV_ERR”设定为有效(步骤S208)。
在检测到三相交流电动机1的缺相异常后,使电流相位θ返回到旋转相位检测器5的检测值(步骤S212),并使d轴电流指令“Id”收敛于0(步骤S213),之后,禁止下一次及之后的行驶开始工作(步骤S214、S215)。此时,优选:通过消息显示、声音等对三相交流电动机1发生缺相的情况进行告警。
这样,在各层,在轿厢2开始行驶之前,使电流流过三相交流电动机1的各相而事先确认缺相异常。由此,能够避免在三相交流电动机1发生了缺相的状态下使轿厢2行驶的危险,从而进行安全且可靠性高的运转控制。
(第2实施方式)
接下来,关于本发明的第2实施方式进行说明。
在上述第1实施方式中,在缺相确认时,将三相交流电动机1的电流相位θ初始设定为0°。可是,如上所述,在采用了具备有永久磁铁的同步电动机作为三相交流电动机1的情况下,因在缺相确认时流过的电流的相位,有时会在永久磁铁中产生转矩。
于是,在第2实施方式中,设定为这样的结构:与三相交流电动机1的旋转相位θ0的值相应地选择电流相位θ,从而将转矩的产生抑制到最小限度。
图8是表示本发明的第2实施方式的电梯的控制装置的结构的图。还有,对于与上述第1实施方式中的图1的结构相同的部分附加相同符号,并省略其说明。
与上述第1实施方式不同的是,在相位切换器20的前级设置有电流相位选择器24。该电流相位选择器24,与由旋转相位检测器5检测的三相交流电动机1的旋转相位θ0的值相应地选择缺相确认时的电流相位θ,并提供给3轴/2轴变换器11。
以下,仅对与上述第1实施方式的不同及其效果进行说明。
图9是用于说明第2实施方式中的缺相确认时的电流相位选择处理的流程的流程图。还有,该流程图,代替图3的步骤S201而执行。
即,在电流检查指令“ICHK”成为有效时(步骤S301),与由旋转相位检测器5检测的旋转相位θ0的值相应地,对在d轴电流指令“Id”的输出中所需的电流相位θ,如以下那样进行选择(步骤S303~S308)。还有,在电流检查指令“ICHK”无效的情况下,原样不变地应用由旋转相位检测器5检测的旋转相位θ0(步骤S 309)。
·在-30°≤θ0<30°时,
θ=270°(Iu=I,Iv=-I/2,Iw=-I/2)
·在30°≤θ0<90°时,
θ=330°(Iu=I/2,Iv =-I/2,Iw=-I)
·在90°≤θ0<150°时,
θ=30°(Iu=-I/2,Iv=I,Iw=-I/2)
·在150°≤θ0<210°时,
θ=90°(Iu=-I,Iv=I/2,Iw=I/2)
·在210°≤θ0<270°时,
θ=150°(Iu=-I/2,Iv=-I/2,Iw=I)
·在270°≤θ0<330°时,
θ=210°(Iu=I/2,Iv=-I,Iw=I/2)
这样,通过选择电流相位θ,能够对于三相交流电动机1的全相、使缺相确认用的电流流过,并将转矩的产生抑制到最小限度。
参照图10及图11详细地进行说明。
现在,为了容易理解,以图10所示的2极电动机为例。图中的10为永久磁铁,通过对U、V、W的各相按顺序进行励磁而使其旋转。“Iu+”与“Iu-”、“Iv+”与“Iv-”、“Iw+”与“Iw-”的组合,分别表示U、V、W的各相的绕组。
在电流相位θ=0°的状态下,在U相上流过Iu=I的电流,在V相上流过Iv=-I/2的电流,在W相上流过Iw=-I/2的电流。通常,在电流相位θ=0°的状态下,如果永久磁铁100处于接近U相绕组的位置,则在作为转子的永久磁铁100中会产生旋转转矩。
另一方面,如果永久磁铁100处于离U相的绕组最远的位置、也就是说如果处于由旋转相位检测器5检测的旋转相位θ0(永久磁铁100的相位)与电流相位θ偏离90°的状态,则并不会产生旋转转矩。如果相位差成为0°~90°,则旋转转矩减小,并且在90°上取旋转转距=0的极小值。
在此,如图11(a)~(f)所示,在对于U、V、W的各相中的任一相使电流I流过、对于其他的二相使相反符号的I/2的电流流过的情况下,如果选择电流相位θ使得与永久磁铁100的相位θ0的相位差成为60°~120°之间,则能够将转矩的产生抑制到最小限度。
这样,通过与三相交流电动机1的旋转相位θ0(永久磁铁100的相位)的值相应地选择电流相位θ,能够将转矩的产生抑制到最小限度。从而,在每次的缺相确认中,都能够防止使轿厢2振动从而给乘客带来不适感的情况。
还有,虽然在上述第1实施方式中,设定缺相检测电流指令“Ichk”的10%的电流值作为缺相判定的基准值(参照图3的步骤S205、S207、S209),但是也可以设定为10%以外的任意值。在缺相异常检测器23中,具有用于存储该设定的电流值的存储部。
总之,本发明并非限定于上述各实施方式原样不变,而是在实施阶段能够在不脱离其主旨的范围内对构成要件进行变形而具体化。并且,利用在上述各实施方式中所公开的多个构成要件的适当组合,能够形成各种方式。例如,也可以从实施方式所示的全部构成要件中省略几个构成要件。进而,也可以使不同的实施方式的构成要件适宜组合。

Claims (8)

1.一种电梯的控制装置,其通过三相交流电动机的驱动使轿厢进行升降工作,其特征在于,具备:
电压供给部,其在上述轿厢的行驶开始之前,对上述三相交流电动机的各相供给用于使缺相确认用的电流流过的电压;
电流检测部,其伴随着由该电压供给部所进行的电压供给工作,检测流过上述三相交流电动机的各相的电流;
缺相异常检测部,其基于由该电流检测部检测的各相的电流值,检测上述三相交流电动机的缺相异常;以及
行驶控制部,其在由该缺相异常检测部检测到缺相异常的情况下,立即禁止上述轿厢的行驶开始工作。
2.按照权利要求1所述的电梯的控制装置,其特征在于:
上述缺相异常检测部,检查由上述电流检测部检测的各相的电流值,并在至少1相的电流值比预先设定的基准值低的情况下,判定为上述三相交流电动机发生了缺相。
3.按照权利要求2所述的电梯的控制装置,其特征在于:
上述基准值,被设定为在缺相确认时流过上述三相交流电动机的各相的电流的10%。
4.按照权利要求2或3所述的电梯的控制装置,其特征在于:
上述缺相异常检测部,在从由上述电压供给部所进行的电压供给工作开始经过了一定时间之后,检查由上述电流检测部检测的各相的电流值。
5.按照权利要求1所述的电梯的控制装置,其特征在于:
上述三相交流电动机,是具备有永久磁铁的同步电动机(synchronousmotor)。
6.按照权利要求5所述的电梯的控制装置,其特征在于,具备:
低通滤波器;
其中,通过使流过上述三相交流电动机的各相的缺相确认的电流的相位通过上述低通滤波器而延迟,抑制在上述永久磁铁中产生的转矩。
7.按照权利要求5或6所述的电梯的控制装置,其特征在于,具备:
相位检测部,其检测上述永久磁铁的相位;以及
电流相位选择部,其与由该相位检测部检测的上述永久磁铁的相位相应地,选择将转矩的产生抑制到最小限度的电流的相位;
其中,在由上述电流相位选择部选择的相位附近,使缺相确认用的电流流过上述三相交流电动机的各相。
8.按照权利要求1所述的电梯的控制装置,其特征在于:
上述三相交流电动机,是感应电动机(induction motor)。
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