CN102060220A - 一种电梯自动救援装置 - Google Patents

Abstract

一种电梯自动救援装置，其特征在于，所述装置包括：充电器，充电器输入端和电网连接；蓄能模块，蓄能模块输入端和充电器的输出端连接；电压变换模块，电压变换模块的输入端通过开关K0和储能模块正负极连接，电压输出端分别和控制模块连接，供给完成应急功能的各种电压；在应急运行时用于断开或短接永磁同步电机三相定子绕组的接触器；控制模块，由电网检测器，微控制单元，继电器开关K0，K1，K2，K3组成；K0控制电压变换模块的输入电压，K1控制接触器的断开和吸合，K2控制供电给抱闸线圈，K3控制供电给门机电源及开门控制电压；曳引机旋转编码器，编码器输出和控制模块的微控制单元连接，本发明的自动救援装置运行过程中，在定子绕组闭合成回路时，利用轿厢和电梯对重的重力差拖动永磁同步电机转动，使电机定子线圈切割永磁场自发电产生电流，使电机产生与重力差方向相反的磁场转力，并且根据转速信号，通过控制K1控制定子绕组回路的断开和闭合来控制绕组回路中电流的断和通，从而控制在重力差不变的情况下磁场转力即阻力发生的情况，从而控制电机转动的速度，一旦轿厢进入平层位置后，由控制模块供电给门机电压自动开门解救被困乘客。

Description

一种电梯自动救援装置 

技术领域

本发明涉及一种电梯自动救援装置，特别涉及一种只用于安装了永磁同步电机的电梯的，利用重力势能控制平层开门的电梯自动救援装置。 

背景技术

电梯应急装置作为一种后备电源，在电网停电的时候进行平层应急，在电梯出现故障后，自动进行应急，使电梯内乘客及时疏散，避免意外发生，确保乘客安全，是相当重要的备用部分，也要求应急装置的安全性可靠性很高，能够长久耐用。由于现在的一般都是永磁同步电梯，电机转轴和曳引轮之间的传动并没有经过变速箱，在抱闸打开后，轿厢和对重的重力差直接作用在电机轴上，使得抱闸打开后，电机必须产生较大的转矩，才能转动电机或不使轿厢下滑。传统的一般的应急装置应急原理是，通过把电池的直流电压变频，在抱闸打开后，通过开关把变频后的低压pwm波供电给曳引机，转动电机和把轿厢拖动到平层。此种应急装置用在永磁同步电机的电梯上时，由于是直接电池低压供电，经常会出现电梯不同载荷的情况下抱闸打开后拖不动，或拖动后电机抖动的情况，此种情况非常危险，存在不小安全隐患；另外，此种应急装置打开抱闸拖动电机，其安全性能要求应该和电梯本身的变频器相当，当实际国内很多应急装置的生产厂家生产的应急装置中的小变频器，其技术和保护功能不完善，不能和电梯变频器相比，所以容易出现故障，此时保护措施不到位情况下，就容易产生滑梯的危险，再次，在长时间后，电池的电压和性能变差不稳定，如果没有严格的仔细的测试和保护，更容易出现拖动电机不稳定的危险。虽然应急运行次数少，但只要存在此种危险可能性，就应该尽力排除。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于安装使用了永磁同步电机作为主机的电梯，利用轿厢和对重的重力差，通过控制自发电流控制反向磁场转力，控制电机转速的电梯自动救援装置。 

本发明目的可通过以下技术方案予以实现，一种电梯自动救援装置，其特征在于，所述装置包括： 

充电器，充电器输入端和电网连接； 

蓄能模块，模块输入端和充电器的输出端连接； 

电压变换模块，电压变换模块的输入端通过K0和储能模块正负极连接，电压输出端分别和控制模块连接，供给完成功能的各种电压； 

在应急运行时用于断开或短接永磁同步电机三相定子线圈绕组的接触器； 

控制模块，由电网检测模块，微控制单元和继电器开关K0，K1，K2，K3组成； 

K0控制电压变换模块的输入电压，K1控制接触器的断开和吸合，K2控制供电给抱闸电压，K3控制供给门机电源和开门控制电压； 

曳引机旋转编码器，编码器和控制模块连接，给控制模块的微控制单元传输脉冲信号，通过微控制单元接收及检测转速信号。 

本发明所述蓄能模块为采用蓄电池组或大容量的电容器。 

本发明，对于安装了永磁同步电机且带有封星线的电梯，所述接触器利用其常闭辅助触点串接进原来的封星线中；对于没有封星线的所述接触器利用其常开触点并在电机三相线端UVW上；应急运行时，根据转速信号，由控制模块中的继电器开关K1控制接触器吸合或断开，控制同步电机三相线端UVW的导通或断开，从而通过控制永磁同步电机三相线圈回路的通和断，从而通过控制同步电机自发电产生的电流的通和断，从而控制电机的和重力差方向相反的磁场转力的产生和消失，来控制电机在轿厢和对重的重力差作用下转速。 

本发明所述控制模块进一步包括平层感应器，将电梯的位置信号传输给控制模块； 

本发明所述控制模块进一步包括安全、门锁及检修回路，将电梯的应急运行允许条件信号传输给控制模块； 

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：一、由于本发明装置用于安装了永磁同步电机的电梯，且现在的电梯一般都是采用永磁同步电机作为主机，使得此种自动救援装置通用性比较强，应用范围广，越来越适用更多的电梯；此种应急装置并没通过逆变器给电机供电，而是直接利用轿厢和对重重力差产生的重力势能，大大节省电池的耗电量，节省成本和原材料，比较环保；对于异步电机的电梯，可能在对重和轿厢重力差不大的情况下，打开抱闸后，由于变速箱摩擦阻力等作用，电机并不转动，但本发明救援装置，用于普遍的安装了永磁同步电 机的电梯，由于没经过变速箱，在重力差很小情况下，在根据转速信号，适当控制自发电产生的阻力，也能转动电机，应急成功率高；一般的传统的应急装置都采用电池组通过逆变器给永磁同步电机供电，由于电池本身电压低且随时间延长，性能和使用电压及不稳定，本发明装置由于减少了逆变器给永磁同步电机模块，大大减少由此引发的故障或安全问题和隐患，且利用自发电的产生阻力的原理，不易发生故障，安全可靠，控制方便。传统的应急装置并一般没有使用转速编码器，在开环控制即不知道转速的情况下便打开抱闸转动拖动电机，是不科学和安全的做法，由于编码器的高可靠性和精确性能，本发明不但利用编码器转速信号控制电机的转力，使得可以很好和平滑的控制电机的转力和电机的转速，还可以实时可靠监控电机应急运行时候的转速，所以相比传统的应急装置，本发明具有更好的安全和可靠性能，确保客户乘客放心。 

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图； 

图2为接触器(7)接入原理图，为本发明接触器接入和控制永磁同步电机定子绕组线圈回路通断的两种连接方式示意图。 

具体实施方式：

在图1中，本发明由充电器(1)，蓄能模块(2)，电压变换模块(3)，接触器(6)；曳引机旋转编码器(11)，控制模块和电梯旋转编码器构成； 

充电器的输入端和电网连接，充电器的输出端和蓄能模块连接，在电网正常时自动给蓄能模块进行充放电。蓄能模块采用可循环充电再利用的电池组或超大容量电容，其电压正负极通过继电器开关K0和电压变换模块的输入端连接。电压变换模块的电压输出端和控制模块连接，通过控制模块的继电器开关K2，K3分别控制供电给抱闸线圈和门机。接触器为普通常用的接触器，连接方法如图2所示，分为两种情况，第一：如图2.(2)，停电后在电机停止运行时，没有任何开关或封星线(即短路线)将同步电机的三相输入线线端UVW短接，永磁同步电机的定子绕组线圈不构成闭合回路，此时，用接触器(6)通过其常开点并接在永磁同步电机三相输入线线端UVW，使之在吸合接触器情况下，UVW线端被短接，使永磁同步电机定子线圈绕组能分别自动导通形成闭合的线圈回路；相反则断开状态；第二：如图2.(1)，停电后在电机停止运行时，有开关和封星 线，自动将永磁同步电机的三相输入线线端UVW短接，使UVW线端自动被短路，此时，用带两对辅助常闭触点的接触器(6)，利用两对常闭触点分别串进电梯本身的两条封星线，当接触器不吸合时，常闭点为常通状态，封星线依然导通，UVW仍在短接状态，永磁同步电机的绕组构成闭合的线圈回路；当接触器吸合时，常闭点断开，此时，封星线被断开，UVW不再短接，永磁同步电机的绕组线圈不构成闭合的线圈回路。编码器信号输出端通过接口和应急装置的控制模块连接，为控制模块的微控制单元提供脉冲信号，通过脉冲信号，判断转速信号，从而控制接触器(6)的吸合或断开，来控制定子线圈回路的通断。在平层后，应急装置停止给抱闸线圈供电，再由控制模块控制开关继电器K3供电给门机电源，和开门控制电压，将电梯门自动打开，释放轿厢中的乘客。 

下面具体介绍上述装置的工作过程和情况，当市电正常时，电梯正常运行，应急装置的各个控制开关均为断开状态，应急装置处于正常监控电网和自动充放电状态； 

当运到停电紧急情况时，自动救援装置由控制模块的电网检测器检测到电网故障信号，或自动识别停电信号，先由控制模块控制K0闭合，将蓄能模块的电能传输给电压变换模块，将直流低压逆变成可以打开电梯抱闸和开门的电源电压和控制电压，然后输送给应急装置控制模块，分别分为两种情况，当电梯正好在平层位置时，应急装置通过平层感应器的感应信号，识别到平层位置，此时控制模块只控制K3给门机供开门电源供电，和开门控制电压，让电梯开门；当电梯不在平层位置，应急装置控制模块首先通过控制继电器开关K1控制接触器，使永磁同步电机三相定子线圈回路处于闭合导通状态；再将抱闸打开电压通过继电器开关K2供电给抱闸线圈，打开抱闸，此时，永磁同步电机在电梯对重和轿厢重力差作用下加速转动，同时永磁同步电机自发电并产生定子线圈回路电流，电流随速度增大而逐渐增大，当电流和相对应的和重力差相反方向的磁场转力达到一定程度后，此转力正好和重力差相平衡，电机进入缓慢匀速状态，同时可以给编码器供对应的电压，让编码器不断实时的发出脉冲信号，将转速信号输入给控制模块，由控制模块内的微控制单元不断地接收并及时检测瞬间的转速信号。当轿厢乘客在一定人数，使得轿厢总的重量比较接近对重的重量时，重力差比较小，此时，永不电机转动的速度较为缓慢，到达平层所需时间较长，控制模块内的微 控制单元在检测到速度太慢时，通过控制继电器开关K1，瞬间地吸合或断开接触器，使永磁同步电机的定子绕组线圈回路断开，断开在线圈中的电流，使永磁同步电机内线圈产生的和重力差相反的转力瞬间消失，使永磁电机在重力差作用下转速加快，当速度达到某个数值后，控制模块及时检测到速度加快之后，又通过控制接触器的断开或吸合，重新短接三相定子绕组线圈的线端，使之构成回路，重新形成电流，重新恢复磁场转力，阻碍电机转速加快，使得电机转速减小；当转速减少到一定值时，又通过控制接触器，使之电机再次加速，由此不断的循环控制。由于编码器可靠性好，且精度高，可以极短时间内瞬间检测加速到减速的过程中的速度和瞬间的变化；可以通过设定微控制单元循环控制接触器动作的频率和时间占空比，使得电机的开始加速时的速度v1和减速后的速度v2大小差别不大，转速始终控制一定数值左右，速度的变化值(v1-v1)在很小的范围之内从而使接近一定的平均速度，近乎匀速均衡的转动，使在轿厢中的乘客在应急救援中不感觉到振动或不舒适，由此解决在轿厢和对重重力相当时候转速太慢，应急时间太长的问题。 

本发明的微控制单元可以采用PLC或MCU为核心控制单元，通常普遍较为具有脉冲计数器和相位识别的mcu，可以根据不同型号的编码器，选择适当的电压给编码器供电，当速度超速或停止不动时，由微控制单元强迫关闭系统，可根据需要，加装报警器或远程监控，通知维保人员现场查看故障； 

在一定条件允许下，储能模块采用大容量电容作为装置的储能材料，电压变换模块采用具备稳压作用的电压变换器，这样，可以确保较长时间省去更换电池的人工费用和电池费用；接触器(6)可以等效采用任何大功率可控元器件作为开关组，但都是得满足达到接触器开关组来控制电机定子线圈绕组电流的相同的功能； 

作为停电应急救援设备，由于停电的机率不高，况且轿厢和对重的重力绝对相同的机率非常低，可能性近乎为零，可以忽略，所以，本发明自动救援装置应急成功率高，故障率低，危险性小，况且加速速度检测反馈，克服了一般传统电机在没检测曳引机转速的情况下，就打开抱闸开环运转的危险性；综合以上，本发明自动救援装置，不但应急成功率高，且具备安全，高可靠性的特点，具备很大可行性。 

Claims (5)

1.一种电梯自动救援装置，其特征在于，所述装置包括：

充电器(1)，充电器输入端和电网连接；

蓄能模块(2)，模块输入端和充电器的输出端连接；

电压变换模块(3)，电压变换模块的输入端通过K0和储能模块正负极连接，电压输出端分别和控制模块连接，供给完成功能的各种电压；

在应急运行时用于断开或短接永磁同步电机三相定子线圈绕组的接触器(6)；

控制模块，由电网检测模块(5)，微控制单元(4)和继电器开关K0，K1，K2，K3组成；K0控制电压变换模块(3)的输入电压，K1控制接触器(6)的断开和吸合，K2控制供电给抱闸电压，K3控制供给门机电源和开门控制电压；

曳引机旋转编码器(11)，编码器和控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种电梯自动救援装置，其特征在于：所述蓄能模块(2)为采用蓄电池组或大容量的电容器。

3.根据权利要求1所述的一种电梯自动救援装置，其特征在于：对于安装了永磁同步电机且带有封星线的电梯，所述接触器(6)利用其常闭辅助触点串接进原来的封星线中；对于没有封星线的所述接触器(6)利用其常开触点并接在电机三相线端UVW上；应急运行时，根据转速信号，由控制模块中的继电器开关K1控制接触器吸合或断开，控制同步电机三相线端UVW的导通或断开，从而通过控制永磁同步电机三相定子线圈绕组回路的通和断。

4.根据权利要求1所述的一种电梯自动救援装置，其特征在于：所述控制模块进一步包括平层感应器，将电梯的位置信号传输给控制模块。

5.根据权利要求1所述的一种电梯自动救援装置，其特征在于：所述控制模块进一步包括安全、门锁及检修回路，将电梯的应急运行允许条件信号传输给控制模块。

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