CN103508286A - 电梯安全保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯安全保护方法，当电梯停止在门区时，电梯实时监测电梯轿厢的滑移情况；如果判断出因抱闸器的制动力矩不足导致轿厢滑移，则通过逆变器短接电机的三相线圈进行发电制动，减缓轿厢的滑行速度，同时强制关门。电梯门闭合后电梯再次起动，开往沿轿厢滑移方向的终端层，电梯停止后保持关门状态，发出故障提示，等待救援。本发明能够有效地实现溜梯保护，在不增加系统硬件装置的条件下降低轿厢滑移的风险。

Description

电梯安全保护方法

技术领域

本发明涉及电梯控制领域，特别是涉及一种具有轿厢滑移检测功能的电梯安全保护方法。

背景技术

如图1所示，在电梯中，钢丝绳11的一端与轿厢6相连，另一端与对重7相连，所述轿厢6和对重7通过钢丝绳11吊在电机4驱动的绕绳轮5上。

当电梯运行时，制动块8、9打开，三相交流电被整流器1整流为直流，整流得到的直流经整流电容2滤波后输出到逆变器3。逆变器3由六组二极管和开关元件以桥式电路连接，电梯控制器中的变频驱动单元发出电压指令来开通或关断各开关元件，使逆变器将具有可变频率和电压的三相交流输出给电机，使电机按照期望的速度运转。

当电梯停止后，制动块8、9闭合以向电机施加制动力矩，抵消由轿厢6和对重7之间的重量差所产生的不平衡转矩，电机保持不动。

如果制动块8、9因故障不能闭合，或者闭合后的制动力矩不足以抵消上述不平衡转矩，电机就有可能在不平衡转矩的带动下运转，造成轿厢滑移。由于电梯停止后，一般电梯门会打开以便乘客进出轿厢，此时轿厢的滑移会造成非常严重的后果。

中国发明专利CN101279689B（授权公告日：2011年07月20日，申请号：200810037219.3）公开了一种应用于电梯实现溜梯自救的方法，如果电梯在门区并检出轿厢滑移，它就命令控制系统下达自救指令，同时根据滑移的方向施加反向的转矩使轿厢保持在初始位置附近。如果控制系统在规定时间内收到响应信号，则使轿厢维持在门区一段时间，显示故障并告知乘客离开，然后再慢车运行到顶层；否则关断主接触器等开关，马达中的三相电源自动锁定。

中国发明专利申请公开说明书CN1625519A（公开日：2005年6月8日，申请号：02828801.7）公开了一种电梯控制系统，它采用类似的保护方法，在检测到轿厢发生移动后，驱动控制电动机，使其产生阻止电动机旋转的转矩，维持轿厢位置不移动。

但是在实际应用中，上述保护方法存在安全隐患，其中一个重要的原因是在电梯门处于打开的状态时，为了防止轿厢移动需要施加阻止力矩，此时电梯实际上处于开门运行状态。但是，如果阻止力矩输出不正常，反而会使轿厢发生意外移动，增大发生安全事故的风险。所以为了防止电梯开门运行时发生意外事故，电梯标准要求电梯必须有一套硬件装置，保证开门运行时的电梯安全。但是，如果加装了此类装置，电梯系统本身就具有在门区且处于开门状态时，如果轿厢因发生滑移而脱离再平层区，可以通过再平层的动作来消除电梯溜车产生的位移的功能。所以上述两种保护方法实际应用前景欠佳。

对于现在普遍应用在电梯上的永磁同步电机，由于它本身具有永磁体，如果把电机的三相线圈的端子短接，形成电流可流通的闭合回路，当电机被外力拖着转动时，其永磁体会在电机的三相线圈里感应出电流，此感应电流会产生与转动方向相反的制动力矩，阻止电机的转动。随着转动速度的增加，制动力矩会快速增加。如果利用这一原理，电梯也能有效减缓轿厢的滑移速度。因此，有些电梯装置，为了防止电梯溜车，额外增加了一个接触器。如图2所示，当电梯运行时，连接变频器和永磁同步电机的接触器MC1闭合，辅助接触器MC2断开；当电梯停车时，如果检测到轿厢滑移，则吸合辅助接触器MC2，短接电机的三相线圈的输入端子，使电机三相线圈形成闭合回路，被拖动的电机会产生制动力矩，降低轿厢的滑移速度。

但是，这种方式除了接触器导致成本增加和接触器的反应速度慢外，还有电机三相线圈短接时产生的瞬间大电流会使辅助接触器的触点易损坏的缺陷，这种方式不适合在电梯已经发生溜车后的制动。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电梯安全保护方法，它能克服上述已有技术中的缺陷，达到轿厢滑移检出后安全实现溜车保护的目的。

为解决上述技术问题，本发明的电梯安全保护方法是采用如下技术方案实现的，当电梯停止在门区时，电梯实时监测电梯轿厢的滑移情况；如果判断出因抱闸器的制动力矩不足导致轿厢滑移，则通过逆变器短接电机的三相线圈进行发电制动，降低轿厢滑移的速度，同时强制关门。

所述通过逆变器短接电机的三相线圈进行发电制动，是指通过关断或闭合逆变器的开关元件，使电机的三相线圈形成闭合回路，对电机进行发电制动，降低轿厢滑移的速度。

所述强制关门是指在保证乘客安全的前提下，电梯控制系统强制闭合电梯门；如果已关门，则保持关门状态，不响应开门请求；如果正在关门，则屏蔽开门请求信号以及光幕和安全触板等信号，强制闭合电梯门；如果正在开门或门已经全开，则立即关门并屏蔽开门请求信号以及光幕和安全触板等信号。

在电梯门完全闭合后，解除所述发电制动动作，并使电梯再次起动，开往轿厢滑移检出方向的终端层。

电梯到达终端层停车后，保持关门状态，且不可继续运行，并发出故障提示，等待救援。

所述开往轿厢滑移检出方向的终端层是指当轿厢往上滑移时，终端层为井道的最上层；当轿厢往下滑移时，终端层为井道的最底层。

本发明可以达到的技术效果是：

1、通过变频电路中的开关元件短接电机的三相线圈，使电机进行发电制动，能有效地降低轿厢的滑移速度。同时，因为逆变器只是简单的短接电机的三相端子，不对电机施加正向或反向力矩，不存在专利文献CN101279689B和CN1625519A中的安全隐患。而且，由于是通过逆变器去短接电机的三相线圈，除了不增加成本外，发电制动的响应时间明显比接触器的短接制动要快，能快速抑制轿厢的意外移动。

2、滑移检出后立即发出的强制关门，降低了发生剪切事故的概率。

本发明只针对应用了永磁同步电机的电梯系统。

附图说明

图1是电梯系统示意图；

图2是传统的发电制动原理示意图；

图3是实施例一通用变频电梯发电制动原理示意图；

图4是实施例二矩阵变频电梯发电制动原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的原理及其特征更加易于理解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

轿厢滑移检测可以有多种实现方式，一般采用安装在电机曳引轮轴上的编码器来检测轿厢的滑移情况。在电梯停止后，一旦发现编码器脉冲数累积变化量超过设定阈值，或者检测出编码器脉冲数的变化速率超过设定的阀值，即可判定电机曳引轮发生了转动，从而判定轿厢发生了滑移。当然也可以在电机曳引轮的附近安装一些测量装置，测量曳引轮的转动情况，电梯控制器根据这些测量装置采集到的信号能判断出曳引轮是否在转动，从而可以判断出轿厢是否发生了因抱闸器的制动力不够而引起的滑移。

在检出轿厢滑移后，电梯控制器立即向逆变器发出电机三相线圈短接指令。所述逆变器通过控制变频电路中开关元件的开通或关断，来短接永磁同步电机的三相线圈，使永磁同步电机三相线圈通过变频电路中的开关元件形成闭合的回路。轿厢滑移时，电机被轿厢和对重之间的不平衡力拖着转动，三相线圈感应出的电流能产生制动力矩，该制动力矩与电机转动方向相反，能够有效抑制轿厢的滑移加速，保护正在进出轿厢的乘客的安全。

在通过逆变器短接电机三相线圈进行发电制动的同时，电梯发出语音提示，请乘客停止进出轿厢，并开始强制关门动作：如果已关门，则保持关门状态，不响应轿箱内或厅外的开门请求；如果正在关门，则屏蔽开门请求信号以及光幕、安全触板等信号，等待关门完成；如果正在开门或门已经全开，则立即关门并屏蔽开门请求信号以及光幕、安全触板等信号。

关门完毕后，电梯再次起动，沿轿厢滑移检出方向开往终端层。到达终端层后保持关门状态，同时发出故障提示，等待救援。沿轿厢滑移检出方向运行并停在终端层等待救援的原因是该方向的终端层最安全，即使再次发生轿厢滑移，由于电梯已处于两终端，最终的滑移距离不大，轿厢最终撞击缓冲器的速度也不会太大，因此得以保证轿厢内乘客的安全。

实施例一

本实施例适用于应用图3所示逆变器的电梯。此逆变器结构是现在普遍使用的通用变频器结构，通过整流器把电源的交流电变换成直流电，所述直流电在经过电容平滑滤波后，通过由六个开关元件桥式连接成的逆变组件变换成频率和幅值都可调的交流电去驱动电机运转。

检出轿厢滑移后，电梯控制系统向逆变器发出电机三相线圈短接指令。逆变器收到指令后，向开关元件输出开通或关断信号，以闭合逆变器正极性侧或负极性侧中一侧的开关元件并断开另一极性侧的开关元件。

如图3所示，本实施例是关断位于逆变器上桥臂的三个开关元件、闭合位于逆变器下桥臂的三个开关元件。逆变器下桥臂闭合的三个开关元件与电机三相线圈形成闭合回路，导致轿厢滑移的不平衡转矩将拖动电机转动。对于永磁同步电机，上述三相线圈会因切割永磁体磁场中的磁力线而产生发电电压，该发电电压在上述闭合回路中形成发电电流。该发电电流能使电机产生与转动方向相反的制动力矩，该制动力矩随着电机转动速度的增加而显著变大。在轿厢滑移速度稳定后，上述制动力矩能完全抵消导致轿厢滑移的不平衡转矩。

当然，长时间闭合逆变器正极性侧或负极性侧中一侧的开关元件时，在大电流的情况下，容易损坏逆变器的开关元件。为此，可以在断开位于逆变器上桥臂的三个开关元件和闭合位于逆变器下桥臂的三个开关元件的状态与闭合位于逆变器上桥臂的三个开关元件和断开位于逆变器下桥臂的三个开关元件的状态之间交替切换，切换的频率可以是固定的，也可变化的，其目的是为了均衡地利用逆变器的开关元件，降低开关元件的损坏率。

以某款目前常见规格的电梯为例，在电梯停止时通过逆变器电路短接电机三相线圈，然后完全松开抱闸器，空载轿厢被不平衡力拖着向上滑移，滑移速度缓慢增加并最终稳定在0.058m/s。这种速度是在抱闸器完全不起作用的情况下，最大的不平衡力使轿厢滑移能达到的最大速度。如果在电梯真实发生因抱闸器制动力不够而发生轿厢滑移的情况时，因为绝大多数抱闸器此时还能起一定的制动作用，且此时轿厢如果还有乘客，那不平衡力也会相应的减少，所以轿厢滑移的速度会大大小于0.058m/s。即使是0.058m/s的速度，也足够使电梯轿厢里的乘客不会产生恐惧感而采取正当的反应行为。但是，如果没有逆变器短接的保护，抱闸器松开后的轿厢滑移速度将迅速增加到相当高的值，直至最后冲顶。

由此可见发电制动力矩可以大大降低轿厢滑移的速度，减小轿厢滑移带来的风险。

本实施例的具体实施过程之一如下：

1、当电梯停车时，实时检测轿厢滑移情况。如果检出滑移，进入下一步；否则重复第一步。

2、电梯控制系统发出电机三相线圈短接指令，断开位于逆变器上桥臂的三个开关元件，闭合位于逆变器下桥臂的三个开关元件；或者闭合位于逆变器上桥臂的三个开关元件，断开位于逆变器下桥臂的三个开关元件。通过闭合的三个开关元件短接电机的三相线圈；之后电机处于发电制动状态。

3、然后，电梯发出语音提示，提醒乘客电梯将关门，请停止进出轿厢。同时进行强制关门：如果已关门，则直接进入下一步；如果此时正在关门，则屏蔽开门请求信号以及光幕、安全触板等信号，待关门完毕后进入下一步；如果此时正在开门或门已经全开，则强制关门，待关门完毕后进入下一步。

4、解除所述发电制动动作，并使电梯再次起动，沿轿厢滑移检出方向开往终端层。为了安全起见，此时的电梯最大运行速度可以适当降低。

5、电梯到达终端层后，保持关门状态，发出故障提示，并等待救援。

实施例二

本实施例适用于应用矩阵变频器的电梯。

如图4所示，矩阵变频电路由九个可控的双向开关连接而成。检出轿厢滑移后，电梯控制系统向逆变器发出电机三相线圈短接指令。逆变器收到指令后，向矩阵变频电路的九个双向开关元件输出电压信号，闭合与电源输入a相（或b相，或c相）直接相连的三个双向开关元件并关断与电源另两输入相相连的六个双向开关元件。

此时，矩阵变频电路中闭合的三个双向开关元件与电机三相线圈形成闭合回路，轿厢滑移拖动电机转动进入发电制动状态，并产生与电机转动方向相反的制动力矩，从而降低轿厢滑移的速度，减小轿厢滑移带来的风险。

当然，长时间闭合与输入某相直接相连的三个双向开关元件时，在大电流的情况下，容易损坏逆变器的开关元件。为此，可以在闭合与电源输入a相直接相连的三个双向开关元件并断开与电源b、c两输入相相连的六个双向开关元件的状态，闭合与电源输入b相直接相连的三个双向开关元件并断开与电源a、c两输入相相连的六个双向开关元件的状态，及闭合与电源输入c相直接相连的三个双向开关元件并断开与电源a、b两输入相相连的六个双向开关元件的状态之间交替切换，切换的频率可以是固定的，也可变化的，其目的是为了均衡地利用逆变器的开关元件，降低开关元件的损坏率。

本实施例的具体实施过程之一如下所示：

(1)当电梯停车时，实时检测轿厢滑移情况。如果检出滑移，进入下一步；否则重复第一步。

(2)矩阵变频电路驱动单元发出电机三相线圈短接指令，闭合与a相直接相连的三个双向开关元件，关断其它六个双向开关元件。

(3)电梯发出语音提示，提醒乘客电梯将关门，请停止进出轿厢。同时进行强制关门：如果已关门，则直接进入下一步；如果此时正在关门，则屏蔽开门请求信号以及光幕、安全触板等信号，待关门完毕后进入下一步；如果此时正在开门或门已经全开，则强制关门，待关门完毕后进入下一步。

(4)解除所述发电制动动作，并使电梯再次起动，沿轿厢滑移检出方向（低速）开往终端层。

(5)电梯到达终端层后，保持关门状态，发出故障提示，等待救援。

综上所述，本发明可以有效降低电梯溜梯的风险。而且在具体实施方式的操作步骤中可以看到，本发明最大限度地利用了电梯原有控制系统和检测系统，最大程度地降低了系统实现的成本。

以上通过具体实施例对本发明的内容进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。对本领域的技术人员来说，本发明的保护范围还包括那些在不脱离本发明原理的情况下所作出的各种变形和改进。

Claims (8)

1.一种电梯安全保护方法，其特征在于：当电梯停止在门区时，电梯实时监测电梯轿厢的滑移情况；如果判断出因抱闸器的制动力矩不足导致轿厢滑移，则通过逆变器短接电机的三相线圈进行发电制动，降低轿厢滑移的速度，同时强制关门。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述通过逆变器短接电机的三相线圈进行发电制动，是指通过关断或闭合逆变器的开关元件，使电机的三相线圈形成闭合回路，对电机进行发电制动，降低轿厢滑移的速度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述关断或闭合逆变器的开关元件是指，断开位于逆变器上桥臂的三个开关元件和闭合位于逆变器下桥臂的三个开关元件；或者闭合位于逆变器上桥臂的三个开关元件和断开位于逆变器下桥臂的三个开关元件；或者是在断开位于逆变器上桥臂的三个开关元件和闭合位于逆变器下桥臂的三个开关元件的状态与闭合位于逆变器上桥臂的三个开关元件和断开位于逆变器下桥臂的三个开关元件的状态之间交替切换。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述关断或闭合逆变器的开关元件是指，当逆变器为矩阵变频结构时，闭合与电源输入a相，或b相，或c相直接相连的三个双向开关元件并断开与电源另两输入相相连的六个双向开关元件；或者在闭合与电源输入a相直接相连的三个双向开关元件并断开与电源b、c两输入相相连的六个双向开关元件的状态，闭合与电源输入b相直接相连的三个双向开关元件并断开与电源a、c两输入相相连的六个双向开关元件的状态，及闭合与电源输入c相直接相连的三个双向开关元件并断开与电源a、b两输入相相连的六个双向开关元件的状态之间交替切换。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述强制关门是指在保证乘客安全的前提下，电梯控制系统强制闭合电梯门；如果已关门，则保持关门状态，不响应开门请求；如果正在关门，则屏蔽开门请求信号以及光幕和安全触板信号，强制闭合电梯门；如果正在开门或门已经全开，则立即关门并屏蔽开门请求信号以及光幕和安全触板信号。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在电梯门完全闭合后，解除所述发电制动动作，并使电梯再次起动，开往轿厢滑移检出方向的终端层。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：电梯到达终端层停车后，保持关门状态，且不可继续运行，并发出故障提示，等待救援。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述开往轿厢滑移检出方向的终端层是指当轿厢往上滑移时，终端层为井道的最上层；当轿厢往下滑移时，终端层为井道的最底层。

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