CN102083729B - 用于电梯设备的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制系统。该控制系统包括能量蓄电池(20；120)，其耦合到第一逆变器(10)且通过第二逆变器(12)被控制。这种蓄电池(20；120)适于存储由与电梯设备(1)关联的电机(3)产生的能量，并存储来自电源的且可选地未被电机(3)利用的能量，还适于当电机(3)需要的能量的功率大于阈值时，将存储的能量输送给电机(3)。该系统布置为当预设条件发生在电梯设备(1)的不活动时间间隔中时，自动地使轿厢(2)提升到最高层。

Description

用于电梯设备的控制系统

技术领域

本发明涉及电梯设备的控制系统。

背景技术

具体地，本发明涉及用于电梯设备的具有存储和再利用能量功能的控制系统，电梯设备包括轿厢或类似物，轿厢可在低位或低层和高位或高层之间移动，其由交流可逆电机驱动，交流可逆电机由电源提供的能量供电并且通过第一逆变器被控制；该系统包括能量存储装置，该能量存储装置耦合到所述第一逆变器并通过第二逆变器被控制，且适于存储由所述电机产生的能量和来自电源且可选地未被所述电机利用的能量，并且该能量存储装置还适于在电机消耗的能量高于阈值时，将至少一部分存储的能量输送给所述电机。

举例来说，这些控制系统可从美国专利5,936,375和7,165,654中得知。

发明内容

本发明的一个目的是提供这种改进的控制系统。

根据本发明利用上述类型的系统实现上述和其他目的，该系统被布置为当预设条件发生在电梯设备的不活动时间间隔中时，自动地使轿厢提升到高层。

高层意味着轿厢势能处于其最大值的楼层。在电梯设备不具有配重的情况下，其与最高层一致。

在第一实施方式中，该系统被布置为当电梯设备导致非活动状态持续一预定时间段时，自动地使轿厢提升到高层。

根据另一特点，该系统被布置为当上述存储装置中存储的能量降低到预定阈值之下时，自动地使轿厢提升到高层。

根据另一方面，本发明涉及用于电梯设备的控制系统，电梯设备包括轿厢或类似物，其能够由AC可逆电机移动，AC可逆电机由具有预定最大供给功率的电源提供的能量供电并且通过第一逆变器被控制；该系统包括：

能量存储装置，其耦合到所述第一逆变器并通过第二逆变器被控制，且适于存储由所述电机产生的和/或来自电源的能量，并且能量存储装置将至少一部分存储的能量输送给所述电机，及

调控装置，其布置为根据预定模式驱动所述逆变器。

举例来说，在美国专利5,712,456中可得知这种类型的用于电梯的控制系统。

因此，本发明的另一个目的在于提供改进的这种类型的控制系统。

根据本发明利用上述类型的系统实现该另一个目的，调控装置布置为计算所述电机操作性地需要或供给的电功率，和驱动上述第一和第二逆变器，从而：

当电机所需的电功率低于或等于电源的最大供给功率时，使来自所述电源的能量得以供给到电机；

-当电源的最大供给功率低于电机所需的电功率时，将从存储装置取出的能量输送给电机，其功率对应于所述电机所需的电功率和电源的最大供给功率之间的差值；

-将所述电机供给的能量和来自所述电源的能量存储在存储装置中，直到指示所述存储装置的充电状态的状态变量低于预设最大值时；及

-当所述状态变量超出所述预设最大值时，仅将由电机供给的能量存储在存储装置中。

对于这些下行不受轿厢控制电机控制的设备(例如，具有常规类型的液压致动的设备，其中下降速度通过合适的阀被液压控制)来说，控制系统使用这样的乘梯时间用处于电源最大功率值的能量对蓄电池再充电。此外，在每次乘梯之后，再充电操作在等待时间继续，直到达到预定能量水平。

附图说明

下文中，结合附图的仅以非限制性实施例的方式给出的详细说明将展示本发明其他的特点和优点，附图中：

图1是电梯设备的示意图，根据本发明的控制系统可应用到该电梯设备；

图2是根据本发明的控制系统的第一实施方式的部分方框图；

图3是根据本发明的控制系统的一种实施方式的变形的部分方框图。

具体实施方式

根据本发明的具有存储和再利用能量功能的控制系统普遍适用于任何具有或不具有配重的电梯设备。

例如，根据本发明的系统适用于电梯设备1，其总体设计方案在图1中示出。

图1的电梯设备1包括轿厢或类似物2，轿厢或类似物2可在低位或低层和高位或高层之间移动。术语“低位或低层”和“高位或高层”大体上指不一定连续的两个位置或两层，而不是指轿厢2可在其间操作性地移动的极端位置或楼层。

电梯设备1可由交流可逆电机3(例如三相感应电动机)驱动，交流可逆电机3的轴3a旋转驱动液压泵4，液压泵4的出口端将加压液压流体输送到电梯液压缸5，电梯液压缸5的杆5a在其上端具有滑轮6。滑轮可绕水平轴6a旋转，缆索7绕平轴6a滑动，缆索的一端7a固定到不动点8，另一端7b连接到轿厢2。

参考图2，在第一实施方式中，根据本发明的用于电梯设备的控制系统CS包括第一逆变器10，其DC侧连接到整流器装置9(AC/DC转换器)的输出端，AC侧连接到电机3的供电端子上。

可以为单相或多相、可逆或不可逆的整流器装置9具有连接到交流电压源特别是连接到AC配电网络的AC侧。

整流器装置9的DC侧通过DC线或总线11连接到逆变器10输入端。稳压电容器的电池适于并联到该DC线或总线11。

第二逆变器12的DC侧连接到总线11，并且其AC侧连接到存储能量的单元，该存储能量的单元总体由标号20表示，并将在下文中详细描述。

另一逆变器13能够可选地连接到总线11，并且其DC侧连接到另一整流器装置或受控AC/DC转换器14的输出端。

另一整流器装置或受控AC/DC转换器的DC侧连接到由标号15表示的DC辅助电源，例如一个或多个光伏型太阳能板、一个或多个燃料电池等等。

逆变器13和转换器14可集成到一个单独的DC/DC转换器中。

在图2中示意性示出的示例性实施方式中，能量存储单元20包括另一AC可逆电机23，其连接到逆变器12的AC侧并且具有耦合到可旋转飞轮24的转子，可旋转飞轮24优选地具有高惯性。本身类型已知的角速度电传感器22可关联到电机23的转子或飞轮24。

如果控制系统CS整个被生产为新系统，作为系统一部分的逆变器10可以以一种本身已知的方式布置从而在运行中提供表示向电机3传输的电力的信号。

并且，根据本发明的控制系统可结合预先存在的电梯设备实施，预先存在的电梯设备已经具有其自己的且耦合到电机上的逆变器。在这种情况下，系统可以适当地具有两个分别耦合到所述逆变器的DC侧的电流检测器和电压检测器，如图2和图3的检测器16和17所示的那样。

具体地，电流检测器16如此布置：其检测流过总线11包括在逆变器12的DC侧和逆变器10的DC侧之间的部分中的电流，位于(可选的)电容器的电池的下游。电压检测器17检测总线11的两条导线之间的DC电压。

控制系统CS还包括调控电子单元，其在图2中用100表示。这样的单元具有多个输入端和多个输出端，其中，由检测器16、17和22提供的信号(如果存在的话)到达输入端，这多个输出端以一种有序的方式连接到整流器装置9、逆变器10、12和13、以及整流器装置14的控制输入端。

举例来说，图2的控制系统可布置为使其基本上根据美国专利5,936,375中的描述来运行，上文已提及过该美国专利。

在图3中，示出了根据本发明的控制系统CS的一种变形实施方式。在图3中，先前使用的相同标号再次用来表示已经描述过的部分和元件。

与图2中的系统相比，根据图3的控制系统的不同实质上在于：取代能量存储系统20，提供了能量存储器120，能量存储器120包括介于逆变器12的交流侧和蓄电池装置25(例如电池或超级电容)之间的AC/DC转换器26。电压检测器122与这样的蓄电装置25关联，并连接到调控电子单元100上的对应输入端上。调控电子单元100具有另外的输出端连接到AC/DC转换器26的控制输入端。

逆变器12和转换器26也可集成在单个DC/DC转换器中。

举例来说，根据图3的控制系统CS可布置为使其根据美国专利7,165,654中的描述来运行。

根据本发明的第一方面，根据图2和图3的控制系统CS可被适当地布置，以在预定条件发生在电梯设备的非活动时间间隔中时，通过运行为电动机的电机3使轿厢2提升到竖井的最高层。

在第一种实施方式中，控制系统CS被适当地布置，以在电梯设备导致其非活动状态持续一预定时间段时，自动地使轿厢2提升到竖井的最高层。

在另一种实施方式中，该系统可被(另外)布置为当存储单元20或120存储的能量降低到预定阈值之下时，自动地使轿厢2提升到竖井的最高层。

在自动地使轿厢2提升到竖井的最高层之后，显而易见的是，在对电梯系统的后续使用中，轿厢2只能下降。在这种下降中，先前“存储”在电梯系统中的势能被用于为存储单元20或120重新充电。

当轿厢的后续上升中，控制系统CS可运行以使用来自网络的电能，而且适当地不超过预定最大值限制(尤其是由网络服务提供商合同约定的最大供给功率的限制，例如3kW)，不使用在需要时通过逆变器12从存储单元20或120取出的额外能量和可选地由辅助电源15所提供的额外能量。

在自动地提升到竖井的最高层之后首次使用电梯设备时，控制系统CS被适当的布置以驱动第一逆变器10，从而根据存储单元20或120中存储的能量的预定函数控制轿厢2的下降速度。因此轿厢的速度(以及相关联的下降时间)能够被具体地控制从而确保对存储单元20或120十分有效地再充电。

控制系统CS还能够被适当的配置以使得轿厢自动地提升到竖井的最高层之后的首次下降和首次上升之间的停留具有预设的最小期间，适于使存储系统20或120得以达到存储能量的预设值。

而且，根据本发明的又一个方面，控制系统CS可通过下述方法降低完成再充电的等候时间：当蓄电池中达到所需的最小能量的预定值时，通过逆变器10将轿厢上升的速度控制在较小的速度上。在这种方式下，轿厢需要的功率降低，并且需要蓄电池提供的贡献减少。

根据本发明的另一个新的和革新性方面，控制系统CS中的调控电子单元100被适当的布置，以计算相对于轿厢2的操作电机3所在操作上需要或供给的电功率P。如下所指出的，能够以不同的方法轻易地确定该电功率P。

一种简单地但不是十分合适的方式是基于电流和电压检测器16和17所提供的指示来实施的。当逆变器10是现有的电梯设备的实际逆变器时，其中根据本发明的控制系统关联到该电梯设备上，该方式是优选的。

另一种优选的方式使用通常已经存在于逆变器10中的电流传感器。实际上，为了控制运行电流，逆变器10大体上具有两个与电动机3串联的两相电流传感器，其测量的电流值在本文中表示为ia和ib。因此，由于电流的无源性，ic＝-ia-ib，电动机的所有电流都是已知的。由逆变器10施加到电动机3上的电压由每个相位的调制指数乘以控制的总线电压给出；因此，这些电压是已知的，并且在本文中分别表示为va、vb和vc。然后，瞬时功率由下述已知关系式简单地给出：P＝va*ia+vb*ib+vc*ic。

还有一种优选的方法，其基于根据轴变量的量运行，该方法将上述电压和电流通过已知的Park变换转换，由此，确定了vd(直接)和vq(正交)电压以及id(直接)和iq(正交)电流。然后，功率由下述关系式简单地给出：P＝K*(vd*id+vq*iq)，其中K＝2/3。最后，如果适当地选择Park变换的角度θ以便vq＝0，则功率由下述关系式给出：P＝K*vd*id。考虑到如此计算得出的功率是由电动机3吸收的功率，由逆变器10吸收的功率将稍减高一些，然而是微不足道的。

进行同样的操作以计算由逆变器12吸收或传递的功率。

单元100被适当地布置以驱动逆变器10和12，以及在图3的系统架构的情况下，驱动AC/DC转换器26，从而：

-当电机3所需的电功率P低于或等于网络的最大供给功率P_CM(最大合同约定的供给功率)时，允许对电机3供给来自于网络的能量；此外，如果单元20或120中存储的能量低于预设最大值时，在这种单元20或120中，来自网络的能量以与网络的(和可选地来自辅助电源15的)最大供给功率P_CM和电机3所需要的功率P之间的差值相对应的功率存储，直到在蓄电池中达到预设的最大能量；

-当网络的最大供给功率P_CM低于电机3所需的电功率P时，则还将取自存储单元20或120的能量输送给电机3，其功率对应于电机3所需的功率P和网络的最大供给功率P_CM之间的差值，此时，如果蓄电池中存储的能量大于预定最小值时，轿厢速度为其标称值，否则控制逆变器10(由此控制了电动机3)以根据预定的规则降低轿厢速度；

-当单元20或120中存储的能量低于预设最大值时，则将由电机3供给的能量(如果存在)和来自网络的(以及可选地来自辅助电源15的)未被电机3使用的能量存储在这样的单元20或120中，直到达到预设最大能量值；及

-当单元20或120中存储的能量超出上述预设的最大值时，则仅将由运行为发电机的电机3供给的能量(如果存在)存储在单元20和120中。

因此，在轿厢的上升期间，存储单元20或120提供了正常运作电梯设备所需功率剩余的功率，而在下降期间，存储单元20或120为后续的上升再充电。

充电也可继续，直到达到到达层，充电可以上升或下降之后立即继续，直到达到预设最大能量值。

在这样的再充电之后，直到需要再次乘梯，除非达到了最小能量存储值，存储系统是惰性的，在这种情况下，通过将最大能量含量从蓄电池转移到轿厢并等待再次乘梯而将轿厢移动到上层。

在这些条件下，由于蓄电池的不可避免的损耗，存储在蓄电池中的能量也可能由于长时间不活动而作废。由于后续的运行只能下降，因此对于存储在轿厢中的势能造成损害，蓄电池具有再充电的可能性，因此为了准备好正常操作，为维持蓄电池中的电荷而避免不必要的能量损失。

可基于状态变量合适地估计存储单元20和120的充电条件，在图2的存储单元20的情况下，状态变量和飞轮24的旋转速度有关，而在图3的存储单元120的情况下，状态变量和蓄电池25上的电压V_A有关。

显而易见，本发明的原理保持不变，而实施方式和实施细节可相对上文中以非限制性实例所展示和描述的那样大幅改变，而且这并不脱离所附的权利要求所确定的本发明的范围。

Claims (16)

1.一种用于电梯设备（1）的控制系统，电梯设备（1）包括一个轿厢或类似物（2），其可在低位或低层和高位或高层之间移动，并由AC可逆电机（3）利用电源提供的能量驱动，通过第一逆变器（10）控制该AC可逆电机（3）； 

该系统包括能量存储装置（20；120），其耦合到所述第一逆变器（10）并通过第二逆变器（12）被控制，且适于存储由所述电机（3）产生的能量和来自电源且可选地未被所述电机（3）利用的能量，该能量存储装置（20；120）还适于在电机（3）需要的功率高于阈值时，将存储的能量输送给所述电机（3）； 

其特征在于，该轿厢或类似物（2）不具有配重，且该系统被布置为当预设条件发生在电梯设备（1）的不活动时间间隔中时，自动地使轿厢（2）提升到高层。 

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统被布置为当电梯设备（1）导致非活动状态持续一预定时间段时，自动地使轿厢（2）提升到高层。 

3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，该系统被布置为当所述存储装置（20；120）中存储的能量降低到预定阈值之下时，自动地使轿厢（2）提升到高层。 

4.如权利要求1所述的系统，在自动地使轿厢（2）提升到高层之后首次使用电梯设备（1）时，该系统适于驱动所述第一逆变器（10），从而根据存储在所述存储装置（20；120）中的能量的预定函数控制轿厢（2）的下降速度。 

5.如权利要求1所述的系统，在该系统中，逆变器（13；14）连接到总线（11），并且DC电能辅助电源（15）连接到该总线（11），且DC电能辅助电源（15）例如一个或多个光伏型太阳能板或一个或多个燃料电池。 

6.如权利要求1所述的系统，其通过双向型或可逆型的逆变器（9）耦合到电源。 

7.一种用于电梯设备（1）的控制系统，该电梯设备（1）包括一个轿厢或类似物（2），其能够通过AC可逆电机（3）被移动，AC可逆电机（3）由电源提供的具有预定最大供给功率（P_CM）的能量供电并且通过第一逆变器（10）被控制； 

该系统包括： 

能量存储装置（20；120），其耦合到所述第一逆变器（10）并通过第二逆变器被控制，且适于存储由所述电机（3）产生的和/或来自电源的能量，并且能量存储装置（20；120）将存储的能量输送给所述电机（3），及 

调控装置（100），其布置为根据预定模式，按照所述第一逆变器（10）输入端的功率（P）的函数的来驱动所述逆变器（10，12）； 

其特征在于，该轿厢或类似物（2）不具有配重，且所述调控装置（100）被布置为计算由所述电机（3）操作上需要或供给的电功率（P），和驱动所述逆变器（10，12），从而： 

-当电机（3）所需的电功率（P）低于或等于电源的最大供给功率(P_CM)时，允许来自所述电源的能量供给到电机（3）； 

-当电源的最大供给功率（P_CM）低于电机（3）所需的电功率P时，将从存储装置（20；120）取出的能量输送给电机（3），其功率对应于所述电机（3）所需的电功率（P）和电源的最大供给功率(P_CM)之间的差值； 

-将所述电机（3）供给的能量和来自所述电源的能量存储在存储装置（20；120）中，直到指示所述存储装置（20；120）的充电状态的状态变量低于预设最大值时；及 

-当所述状态变量超出所述预设最大值时，仅将由电机（3）供给的能量存储在存储装置（20；120）中。 

8.如权利要求7所述的系统，其中，当所述电机（3）所需的电功率（P）低于或等于电源的最大供给功率（P_CM）时，并且当指示所述存储装置（20；120）的充电状态的状态变量低于预设最大值时，来自网络的能量以与网络的（和可选地来自辅助电源（15）的）最大供给功率（P_CM）和电机（3）所需要的功率P之间的差值对应的功率存储在存储单元（20；120）中，直到在存储装置中达到预设最大能量。 

9.如权利要求7或8所述的系统，其中，当电源的最大供给功率（P_CM）低于或等于所述电机（3）所需的电功率（P）时，并且当指示所述存储装置（20；120）的充电状态的状态变量低于预设最小值时，调控装置（100）控制逆变器（10），并由此控制运行为电动机（3）的电机，以根据预定的规则降低轿厢速度。 

10.如权利要求7所述的系统，其中，存储装置（20）包括另外的AC可逆电机（23），其连接到第二逆变器（12）的输出端并耦合到可旋转飞轮（24）；所述状态变量与所述飞轮（24）的旋转速度有关。 

11.如权利要求7所述的系统，其中，存储装置（120）包括蓄电池（25），其通过电流整流装置（26）耦合到第二逆变器（12）的输出端；所述状态变量与所述蓄电池（25）的电压（V_A）有关。 

12.如权利要求7所述的系统，其中，在使用电梯设备（1）之后，在一预定时间内，调控装置（100）控制所述存储装置（20；120）在预定最大限制（P_CM）下继续从网络吸收功率。 

13.如权利要求7所述的系统，其中，在使用电梯设备（1）之后，调控装置（100）控制所述存储装置（20；120）在预定最大限制（P_CM）下继续从网络吸收功率，直到存储装置（20；120）中的能量达到预设最大值。 

14.如权利要求7所述的系统，在该系统中，逆变器（13；14）连接到总线（11），并且DC电能辅助电源（15）连接到该总线（11），且DC电能辅助电源（15）包括一个或多个光伏型太阳能板或一个或多个燃料电池。 

15.如权利要求7所述的系统，其通过双向型或可逆型的逆变器（9）耦合到电源。 

16.如权利要求7所述的系统，其中，调控装置（100）布置为控制所述第一逆变器（10），从而轿厢（2）的速度是指示所述存储装置（20；120）的充电状态的状态变量的预定函数。