CN101939244A - 输送机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种输送机系统，其包括输送机的负载(16)的存在的识别(2)。该输送机系统包括用于移动该输送机的电马达(4)，以及用于在该输送机系统的电马达(4)和交流电源(6)之间提供功率的功率供给设备(3)。该功率供给设备包括转换器(7、8)。在本发明中，利用转换器控制(10)，直接基于交流电源(6)的电压的频率和相位来调整该转换器的输出电压的频率和相位。

Description

输送机系统
技术领域
本发明的目的是一种如权利要求1的前序部分所定义的输送机系统，以及一种如权利要求7所定义的、用于控制输送机系统中的功率的方法。
背景技术
在输送机系统中，提供功率给马达用于移动输送机。例如，在自动扶梯系统中，一般通过用诸如接触器的机械开关直接将马达的各相(phases)连接到电力网络中而发生提供给马达的功率供给(power supply)。
还可以经由变频器向输送机系统的马达(motor)配置功率供给。在该情况下，当负载小时，可以通过变频器将输送机使用在降低的速度中，并且当负载上升时，可以直接从电力网络中配置功率供给，例如通过将马达的相直接连接到电力网络上。例如，公开文件US 4748394中公开了该类型的结构。
前述类型的结构存在问题。如果输送机的控制能在输送机的运行期间改变速度，则为了安全的原因，必须监控输送机的移动，因为在运行的过程中的速度改变可能导致危险情况。例如，自动扶梯的速度的突然改变可能导致乘客摔倒。例如当使用变频器调节输送机的速度时，前述类型的危险情况是可能的。以不同的速度使用输送机通常需要利用两个不同的传感器测量速度。此外，需要在危险情况下停止输送机的运行的安全结构。
在以降低的速度运行的输送机系统的马达可以被直接连接到电力网络之前，必须首先提高输送机的速度，以便可以将变频器的供给电压的频率和相位与该网络同步。输送机的速度调节以及变频器的供给电压的同步需要非常复杂的控制逻辑。此外，在马达的低负载过程中可以将输送机的速度提高到同步速度，则一定可以以某种方式预测输送机的负载的变化。为此原因，例如，关于自动扶梯系统或自动人行道系统，通常必须将预测输送机的客流量的不同传感器安装到乘客的到达路径上。
发明内容
本发明的目的在于解决前述问题以及下面本发明的说明书中公开的问题。本发明公开了一种输送机系统，其中，使用比现有技术更少的部件执行功率控制。还使用比现有技术更简单的控制逻辑执行功率控制。
通过权利要求1的特征部分所公开的内容描述了根据本发明的输送机系统的特征。通过权利要求7的特征部分所公开的内容描述了根据本发明的用于控制输送机系统中的功率的方法。通过其它权利要求中公开的内容描述了本发明的其它特征。在本申请的说明书部分还讨论了某些发明实施例。也可以与上文所陈述的权利要求不同地定义本申请的发明内容。该发明内容还可以包括多个独立的发明，特别是根据表达或隐性子任务，或者在从优点或所获得的优点的类别的角度考虑本发明的情况下。在该情况下，从独立的发明概念的角度，包含在以上权利要求中的某些特征可以是多余的。
本发明中所提到的输送机系统可以是，例如自动扶梯系统、自动人行道系统或输送带系统。在根据本发明的类型的输送机系统中，负载(诸如乘客、物品或原材料)沿着输送机的移动路径被移动。
在根据本发明的一个输送机系统中，输送机具有两个运行模式，空闲模式和重负载模式，基于负载的存在的识别判定这些运行模式。
在本发明的一个实施例中，在空闲模式中，经由转换器配置马达的功率供给，并且在已经判定了重负载模式之后，该马达的各相立即通过转换器的分路开关直接连接到交流电源。
在本发明的一个实施例中，在马达关闭(braking)的过程中，通过转换器的分路开关的控制，移动该输送机的电马达被直接连接到电力网络上。
根据本发明的、移动输送机的电马达可以是例如感应马达，诸如鼠笼式马达。
根据本发明的交流电源可以是，例如电力网络，或例如交流电发电机。
在本发明的一个实施例中，利用锁相环，直接根据交流电源的电压判定马达桥的输出电压的频率和相位。
在本发明的一个实施例中，根据转换器的电参数判定输送机的负载，例如，根据马达的供给功率或根据整流桥的电流。
在根据本发明的一个输送机系统中，利用光电单元执行负载的存在的识别，该光电单元被安装在输送机的移动路径上。
在本发明的一个实施例中，与转换器的整流桥相关联地安装交流电源的电流的谐波的滤波。
根据本发明的转换器的固态开关可以是，例如，IGBT晶体管、MOSFET晶体管或半导体闸流管。
根据本发明的转换器的分路开关可以是，例如，继电器或接触器，或者它们也可以是固态开关。
根据本发明的输送机系统包括输送机的负载的存在的识别。该输送机系统还包括用于移动该输送机的电马达，以及用于在该输送机系统的电马达和交流电源之间提供功率的功率供给设备。该功率供给设备包括转换器，其包括连接到该交流电源的整流桥以及连接到该电马达的马达桥。该输送机系统还包括用于判定该交流电源的电压的装置。该马达桥的输出电压被使得具有基本固定的频率，以便直接基于所判定的该交流电源的电压的频率和相位，利用转换器控制来调整该马达桥的输出电压的频率和相位。在该情况下，该马达桥的输出电压在输送机的运行期间与该交流电源的电压同步，在该情况下，可以通过控制该转换器的分路开关，单纯地基于该输送机的负载，将该电马达直接连接到该交流电源。
在本发明的一个实施例中，利用转换器控制，直接基于所判定的该交流电源的电压的频率和相位，调整该马达桥的输出电压的频率和相位，而不用该输送机的移动的判定。在该情况下，部件变得更少，移动的调节变得更简单，而且系统的可靠性和安全性提高。
根据本发明，因为该马达桥的输出电压的频率和相位在该输送机的运行过程中基本不改变，并且该输送机的速度在分路开关控制之前不根据负载而改变，所以该转换器的分路开关可以在输送机的负载增加时立即被控制，而且不需要利用独立的测量传感器预测输送机的负载的增加，该传感器被用在传统输送机系统中用于预测运输流量的增长。根据本发明，例如，可以利用安装到该输送机的移动路径上的简单光电单元来判定负载的增长。
当使用例如鼠笼式马达作为输送机的马达时，根据本发明，可以通过提高马达桥在各阶段(stage)中的输出电压的幅度来启动该输送机，在该情况下，输送机以被控制的方式加速到轻负载的速度。对比于现有技术的解决方案，这降低了马达和交流电源两者中的开关电流峰值，在现有技术方案中，电马达例如使用接触器被直接连接到电力网络中。
当根据本发明，直接基于交流电源的频率调整转换器的马达桥的输出电压的频率时，可以执行该转换器控制，使得在交流电源的固定频率以外，没有旋转电压矢量在电马达中产生。在该情况下，在该输送机系统中，不需要两个独立的移动测量传感器，也不需要以与传统输送机系统相同的方式监控输送机的移动，该传统输送机系统可以通过变频器被调节。
在本发明的一个实施例中，基于该输送机的负载的存在的识别，判定该输送机的负载，并且，基于所判定的输送机的负载来调整该马达桥的输出电压的幅度。当基于该输送机的负载调整该马达桥的输出电压的幅度时，可以根据移动该输送机的电马达的负载来改变该幅度。输送机的负载小时，电马达的功率需要也小，并且，在该情况下，该马达桥的供给电压的大幅度产生不必要的马达的大激励电流。另一方面，激励电流的增长增加了马达的功率损耗，例如，以旋涡电流损耗的形式。通过降低供给电压的幅度，可以降低马达在小负载期间的功率损耗，这一方面节约了能源，另一方面也降低了马达的发热。
在本发明的一个实施例中，该功率供给设备包括开关结构，其包括该转换器的至少一个可控分路开关，被安装在该交流电源与该电马达之间，并且，通过前述分路开关的控制，该电马达被安装为连接到该交流电源上。当该转换器被旁路、并且在输送机的大负载期间从交流电源直接提供电马达所需要的功率时，可以针对更小的电流处理能力和功率处理能力来调整所述转换器的尺寸。空闲时，该输送机的功率需求主要包括仅仅移动的摩擦力损耗，并且在该情况下的功率需求通常仅为满负载的功率需求的5％。在该情况下，用于空闲或用于大大小于满负载的负载的转换器尺寸也大大降低了该转换器的主要电路的尺寸。
用二极管实现的整流桥可以被用作该转换器的整流桥。另一方面，三个转换开关的开关结构可以被用作该马达桥，该开关结构的类型通常被用在例如变频器中。
附图说明
下面，将参照附图，通过实施例的几个示例更详细地描述本发明，其中，
图1表示现有技术的自动扶梯系统。
图2表示根据本发明的输送机系统的功率供给设备。
图3以方框图表示根据本发明的转换器控制。
图4以方框图表示根据本发明的第二转换器控制。
图5表示根据本发明的、作为输送机系统的负载的函数的马达桥的输出电压的幅度。
图6表示在现有技术的输送机系统中，作为时间的函数的变频器的输出电压的频率。
具体实施方式
图1表示现有技术的自动扶梯系统。在根据图1的运行情况中，自动扶梯被配置为沿箭头方向将到达的乘客16移动到上方出口的高度水平。自动扶梯系统包括驱动该自动扶梯的电马达4。马达被连接来将机械力传送给自动扶梯的台阶，并且使用马达将台阶沿着自动扶梯的移动路径移动。在电马达和电力网络6之间的功率供给通过功率供给设备3而发生。功率供给设备包括调整自动扶梯速度的变频器。当自动扶梯的负载小时，以受限定的速度使用该自动扶梯。当检测到自动扶梯的负载已提高时，加速自动扶梯的速度，并且当速度已增加足够时，将变频器的输出电压的频率和相位与电力网络6的电压的频率和相位同步，接着，使用独立的接触器将电马达4直接连接到电力网络上。安装带有大负载的自动扶梯的功率供给，使其直接从电力网络6发生。在该情况下，针对根据小负载的小马达电流来形成变频器的尺寸，而在重负载过程中不可能使用变频器进行功率供给。
为了自动扶梯有时间加速到重负载的速度，以及，为了在自动扶梯的负载已增加太多之前变频器的输出电压也有时间与网络电压6同步，必须可以能够预测自动扶梯的负载。为此原因，在乘客的到达路径旁安装独立的移动测量传感器1。这些类型的移动测量传感器可以是例如使用声音或电磁测量信号的发射器/接收器对。此外，为了安全的原因，将光电单元的至少一个发射器/接收器对2安装到自动扶梯的移动路径上，从而当乘客穿过时，发射器/接收器对之间的控制束(beam)被切断。
流速计17被关联到与马达4的转子关联的牵引摩擦力上，该流速计17被用作变频器的速度调整中的速度反馈。因为在自动扶梯的运行过程中也可以使用变频器改变速度，因此，为了安全的原因，必须监控自动扶梯的速度。为此原因，执行自动扶梯速度的两路监控的两个独立的流速计被连接到该马达上。在该情况下，如果自动扶梯的速度偏离设定速度超出所允许的范围，或者，相应地，如果速度的独立测量值彼此偏离，则推断发生了错误情况，并停止自动扶梯的运行。
如果自动扶梯的运行方向被改变，从而开始将乘客从较高的入口高度水平向较低的出口高度水平移动，则驱动自动扶梯的马达开始关闭(brake)连接到网络中的功率。在利用接触器关闭马达的过程中，自动扶梯的马达被直接连接到电力网络中。
根据本发明的自动扶梯系统与图1中所表示的系统的不同点在于，在自动扶梯的负载本质上较小的情况下，马达4的功率供给通过转换器(inverter)而不是通过变频器发生，直接基于电力网络6的电压的频率和相位，使用转换器控制10调整该转换器的输出电压的频率和相位。在该情况下，在输送机的运行过程中，输出电压的频率和相位始终与网络电压同步，并且频率基本固定。由于该同步，马达的供给频率也固定，而且，由于该原因，在自动扶梯的负载已经超过设定的限定值之后，马达可以立即被直接连接到网络电压上。因为移动自动扶梯的马达的供给频率不能够在根据本发明的功率控制中被调节，所以，不需要预测自动扶梯的负载上的改变，而且根据本发明的自动扶梯系统也不需要包括图1中所示的独立的移动测量传感器1。可以仅使用例如安装到自动扶梯的移动路径上的光电单元2来判定根据本发明的自动扶梯系统中的自动扶梯的负载，该光电单元2识别自动扶梯的负载的存在。
自动扶梯的负载的判定可以在根据本发明的自动扶梯系统中发生，例如，使得利用光电单元2测量在一定时间段中沿着自动扶梯的移动路径穿过光电单元的乘客数。当每单位时间的前述的乘客数已经超过设定的第一限定值时，通过转换器的分路开关5的控制，将自动扶梯的马达直接连接到电力网络上。另一方面，当前述的每单位时间的乘客数低于比第一限定值小的第二限定值时，通过控制分路开关5断开而将马达从电力网络中断开，并且使用转换器继续马达4的功率供给。
根据乘客数、例如根据图5改变转换器的马达桥8的输出电压的幅度。根据上面的曲线，可以在阶段14中提高该幅度，直到每单位时间的乘客数超过19设定的限定值为止。在该情况下，通过转换器的分路开关6的控制，马达4的各相被直接连接到电力网络6上。当每单位时间的乘客数下降到比第一限定值小的第二限定值之下时，使用转换器继续马达4的功率供给。根据下面的曲线的该情形与上面的曲线中所述的情形的不同点在于，比电力网络6的电压的幅度小的固定值被设定来用作转换器的马达桥8的输出电压。图5还表示在自动扶梯启动的过程中，马达桥8的输出电压如何在阶段15中被提高到预定的轻负载的值。在该情况下，自动扶梯的启动不导致对电力网络或对马达的开关峰值。
图2表示根据本发明的输送机系统的功率控制。该输送机系统包括驱动输送机的马达4的功率供给设备3。该功率供给设备包括转换器(inverter)，其包括连接到电力网络6的整流桥以及连接到马达4的马达桥8。整流桥与马达桥通过DC中间电路9彼此连接。整流桥将电力网络的三相交流电压转换为DC中间电路的DC电压，并且马达桥进一步将DC中间电路的电压转换为交流电压用于马达桥的输出。在该情况下，转换器控制10通过根据脉宽调制控制带有开关基准(switching reference)的马达桥的固态开关来调整马达桥的输出电压。转换器控制直接基于电力网路6的电压的频率和相位，调整马达桥的输出电压的频率和相位。通过电压测量电路12测量电力网络6的电压。转换器控制基于自动扶梯的负载调整马达桥8的输出电压的幅度。例如通过以上描述的安装到自动扶梯的移动路径上的光电单元2来判定前述的负载。
功率供给设备3还包括开关结构5，其包括接触器的三个常开触点，这些触点用作接触器的分路开关。通过前述分路开关的控制，马达4被直接连接到电力网路6上。转换器的分路开关和马达桥的固态开关22的控制彼此同步，以便在转换器的分路开关5闭合之前，控制马达桥的开关22打开。反向平行连接的二极管23被平行地与马达桥的控制开关22连接，在该情况下，当分路开关5断开在马达4的线圈中流动的电流时，电流经由反向平行连接的二极管23转换到转换器的中间电路9。在该情况下，马达桥8的相不一定需要用独立的接触器与马达的线圈隔离。在本发明的该实施例中，马达桥8和马达4的相经由独立的扼流圈11彼此连接。使用扼流圈11尽力降低在分路开关5的控制情况中可能的浪涌电流。
图3表示根据本发明的马达桥8的输出电压的频率和相位的调整。在本发明的该实施例中，使用锁相环将马达桥的频率和相位与电力网络的电压同步。马达桥的输出电压的参考值Ur、Us、Ut在辅助坐标系中被同步，该坐标系被配置为以模拟电力网络的频率的设定的固定频率25旋转。通过将输出电压的参考值与电力网络的电压比较，相对于电力网络的测量电压校正马达桥的输出电压的参考值的频率和相位。在该情况下，例如可以通过将马达桥的输出电压的参考值的零点与电力网路的电压的零点进行比较，来进行该校正。还可以通过将电力网络的辅助坐标系中表示的电压与相应表示的马达的输出电压的参考值进行比较，来进行该校正。在该情况下，测量电力网络6的相电压，并且该相电压被转换到辅助坐标系中，在图3中用符号d、q标注其坐标轴。使用下述条件同步辅助坐标系，该条件是，网络电压在辅助坐标系的坐标轴方向上的分量的第二个被保持为常量。这里用幅度Ud和Uq描述网络电压在坐标系的坐标轴方向上的分量，并且，在该情况下，同步条件Ud被设为0。根据用于网络电压的相的同步条件，使辅助坐标系的角度变得更精确。因为马达桥的输出电压的参考值Ur、Us和Ut在辅助坐标系中被同步，并且因为基于电力网络的电压再次校正了辅助坐标系的位置，所以，在该情况下，直接基于电力网络6的电压的频率和相位设定输出电压的参考值的相位和频率。另一方面，基于负载的存在的识别2判定输出电压的幅度。进一步根据输出电压的参考值形成开关基准，用于带有脉宽调制27的马达桥的固态转换开关。
图4表示根据本发明的马达桥8的输出电压的频率和相位的第二调整。这里，通过将电力网络6的电压的测量值乘以输送机的负载数据，获得转换器的马达桥8的输出电压的参考值。在该情况下，马达桥8的供给电压的频率和相位与电力网络的电压同步，并且根据输送机的负载数据判定马达桥的供给电压的幅度，以便该幅值随着负载增长而提高。
图6表示根据现有技术的输送机系统中作为时间的函数的变频器的输出电压的频率。当负载小时，以限定的速度使用输送机。当检测到输送机的负载增加时，启动输送机向重负载的速度13的加速。在图6中标注了延时18，其从检测负载增加的时刻延伸到时间点9。在该情形下，变频器的输出电压的频率和相位与电力网络6的电压的频率和相位同步，并且马达的各相可以使用接触器被直接连接到电力网络上。
本发明不限于以上所描述的实施例，而是，在由下面的权利要求所定义的发明概念的范围内可以有许多变化。

Claims (11)

1.输送机系统，包括输送机的负载(16)的存在的识别(2)，
所述输送机系统包括：用于移动所述输送机的电马达(4)，以及用于在所述输送机系统的电马达(4)和交流电源(6)之间提供功率的功率供给设备(3)；
所述功率供给设备包括转换器，所述转换器包括连接到所述交流电源的整流桥(7)以及连接到所述电马达的马达桥(8)；
并且，所述输送机系统包括装置(12)，用于判定所述交流电源的电压；
其特征在于：所述马达桥的输出电压(20、21)被使得具有基本固定的频率，以便直接基于所判定的所述交流电源(6)的电压的频率和相位，利用转换器控制(10)调整所述马达桥的输出电压的频率和相位。
2.根据权利要求1所述的输送机系统，其特征在于：直接基于所判定的所述交流电源(6)的电压的频率和相位，利用转换器控制(10)调整所述马达桥(8)的输出电压的频率和相位，而不用所述输送机的移动的判定(17)。
3.根据权利要求1或2所述的输送机系统，其特征在于：基于所述输送机的负载的存在的识别(2)，判定所述输送机的负载(16)，并且，基于所判定的所述输送机的负载调整所述马达桥(8)的输出电压的幅度。
4.根据在前权利要求中的任何一项所述的输送机系统，其特征在于：所述功率供给设备包括开关结构(5)，其包括所述转换器的至少一个可控分路开关，被安装在所述交流电源(6)与所述电马达(4)之间；并且，通过前述分路开关的控制，所述电马达被安装为连接到所述交流电源。
5.根据权利要求4所述的输送器系统，其特征在于：仅基于所判定的所述输送机的负载(16)，控制安装在所述交流电源(6)与所述电马达(4)之间的所述转换器的分路开关(5)。
6.根据在前权利要求中的任何一项所述的输送器系统，其特征在于：所述马达桥(8)具有固态开关，其包括与可控开关(22)平行安装的反向平行连接的二极管(23)；所述马达桥(8)和所述电马达(4)的各相经由扼流圈(11)彼此连接；以及所述转换器的、安装在所述电马达(4)与所述交流电源(6)之间的分路开关(5)的极被连接在所述电马达的相与所述扼流圈之间。
7.用于控制输送机系统中的功率的方法，其中：
-与所述输送机相关联地安装负载的存在的识别(2)；
-用于移动所述输送机的电马达(4)被安装到所述输送机系统；
-包括转换器的功率供给设备(3)被安装到所述输送机系统；
-所述转换器的整流桥(7)被连接到交流电源(6)；
-所述转换器的马达桥(8)被连接到所述电马达(4)；
-用于判定所述交流电源的电压的装置(12)被安装到所述输送机系统，
其特征在于：
-判定所述交流电源(6)的电压的频率和相位；
-直接基于所述交流电源(6)的电压的频率和相位调整所述马达桥(8)的输出电压的频率和相位。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
-直接基于所述交流电源(6)的电压的频率和相位调整马达桥(8)的输出电压的频率和相位，而不用所述输送机的移动的判定(17)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：
-基于负载的存在的识别(2)判定所述输送机的负载；
-基于所判定的所述输送机的负载调整所述马达桥(8)的输出电压的幅度。
10.根据权利要求7-9中的任何一项所述的方法，其特征在于：
-所述转换器的至少一个可控分路开关(5)被安装到所述输送机系统的功率供给设备中的所述交流电源(6)与所述电马达(4)之间；
-通过前述分路开关(5)的控制，所述电马达被直接连接到所述交流电源。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：
-为所述输送机的负载(16)设定限定值；
-在所判定的所述输送机的负载超出所设定的限定值之后，所述电马达(4)被直接连接到所述交流电源(6)。
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