CN1053630C - 液压式电梯的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浸入式液压电梯控制装置，该装置具有按变压变频方式确定感应电机转速的逆变电路和控制逆变电路的速度控制装置，上述速度控制装置具有用于检测感应电机电压和电流的电压检测器和电流检测器，它根据测得的电压和电流计算上述感应电机的转速，并把控制感应电机转速的控制信号输出到所述逆变电路，从而可以在不使用速度检测器的情况下实现高精度控制。

Description

液压式电梯的控制装置

本发明涉及浸入式液压式电梯的控制装置，特别是涉及不使用速度检测器就可以实现高精度控制的液压式电梯的控制装置。

以前那种使用油压等等的液压式电梯，其速度控制装置采用以下几种控制方式，如流量控制阀的控制法，泵控制法和电机转速控制法等。

其中利用流量控制阀的控制方式，是在电梯上升时，使输送压油用的电机保持以恒定速度转动，并且使从油压泵输出的一定量的压油返还到贮油槽中，在发出起动指令时，则用流量控制阀调节返还到贮油槽的压油的流量，从而控制电梯轿厢的速度。在电梯下降时，用流量控制阀调节电梯轿厢在自重作用下的下降，从而控制其速度。该控制法是在上升时，使多余部分的压油循环流动，在下降时，由于依靠压油的发热来消耗势能，所以能量的损耗大而且压油的温升也就变大了。

相对于此，泵控制法和电机转速控制法是在电梯上升时，只输送必要量的压油，下降时由于使电机再生制动，所以抑制了上述能量的损耗。但其中的泵控制法由于用可变容量式泵控制其输出量。因此，控制装置和泵的构造复杂、价格昂贵。

而电机转速控制法由于使用变压变频(VVVF)变换器，能够在大范围内对感应电机的转速进行控制，使用定排出量泵、通过改变感应电机的转速来控制泵的输出量，所以价格低廉並且可靠性高。

图3是日本专利文献特开昭60-248576号公报所记载先有技术的电机转速控制法所用的液压式电梯控制装置的结构图。图4是图3中压油传动部分即电梯传动部分的侧视图。图5是图3中未示出的运转指令接触器外部电路的接线图。图6是详细地说明图3中速度控制装置的方框图。图7是表示各图型的波形图。

图3中液压缸(2)埋设在电梯升降通路(1)的井坑中，液压缸(2)内充填有压油(3)。在由压油(3)支撑的活塞杆(4)的顶部，通过电梯轿厢的底座(6)安装上电梯轿厢(5)。在升降通路(1)的侧壁设置有数个站台底座，电梯轿厢(5)的外侧壁装有凸轮(8)，在升降通路(1)的内壁，与凸轮盘(8)相对地装有数个减速指令开关(9)和停止指令开关(10)。

液压缸(2)内的压油(3)通过管子(11a)与电磁转换阀(11)连通。电磁转换阀(11)平时起单向阀的作用，在电磁线圈(11b)通电时，则反方向也导通。通过管子(12a)与电磁转换阀(11)相通的油压泵(12)依靠三相感应电机在正反两个方向旋转，从而可在油压泵与电磁转换阀(11)之间输送或接受压油(3)。在感应电机(13)上安装有使用了由诸如光电耦合器之类的数字式脉冲编码器构成的转速检测用的测速发电机(14)。另外，在油压泵上安装有接受压油(3)的油槽(15)。通过管子(15a)输送或接受压油(3)。包括油压泵(12)在内的电梯传动部分的外部构造如图4所示，油压泵(12)与感应电机(13)一起安装在油槽(15)的外部。

对感应电机(13)的转速作VVVF控制的换流电路(20)具有输入三相交流电源R、S、T的整流器(21)、将整流器(21)输出的直流电压平滑滤波的电容器(22)、对电容器(22)两端的直流电压作脉冲宽度控制並输出VVVF三相交流电压的逆变器(23)、以及把电容器(22)上的直流电压返还到三相交流电源R、S、T的反馈用逆变器(24)。

在感应电机(13)和换流电路(20)之间接有运转接触器(30)(参照图5)的常开接点(30a)～(30c)。

对逆变器(23)进行控制的速度控制装置(25)，根据由减速指令开关(9)发出的减速指令信号(9a)、由测速发电机(14)发出的速度信号(14a)、经由运转指令定时继电器(30T)(参照图5)的常开接点(30Tc)送来的运转指令信号以及经由运转接触器(30)的常开接点(30d)送来的运转信号，输出控制信号(25a)。

图5中，运转指令定时继电器(30T)、运转接触器(30)、电磁线圈(11b)和速度控制装置(25)分别並联在控制电源的正极及负极上。

在减速指令信号(9a)作用下断开、而在呼叫信号和自动关门检测信号等作用下闭合的起动指令电路(28)，与运转指令定时继电器(30T)串联连接。停止指令开关(10)(参照图3)的常闭接点(10b)和运转指令定时继电器(30T)的常开接点(30Ta)串联连接后与起动指令电路(28)並联连接。异常检测继电器(图中未表示)的常开接点(29a)和(29b)，分别串联连接在运转指令定时继电器(30T)及运转接触器(30)上。在正常情况下，由于异常检测继电器处于励磁状态，所以，常开接点(29a)和(29b)平时是闭合的。

运转指令定时继电器(30T)的定时复位常开接点(30Tb)串联连接在运转接触器(30)上。运转接触器(30)的常开接点(30f)、运转指令定时继电器(30T)的常开接点(30Td)，以及只在下降运行期间闭合的下方向接点(41Db)，与电磁线圈(11b)串联连接。

在详细地表示速度控制装置(25)的图6中，延迟电路(40)把经由运转指令定时继电器(30T)常开接点(30Tc)送来的运转指令信号延迟一定时间后输出。上升运行图型发生电路(41U)和下降运行图型发生电路(41D)，根据由延迟电路(40)延迟的运转指令信号，分别产生规定的运行图型，同时根据减速指令信号(9a)把运行图型转变为低速。只在上升运转期间闭合的上方向接点(41Ua)接在上升运行图型发生电路(41U)的输出端，而只在下降运转期间闭合的下方向接点(41Da)接在下降运行图型发生电路(41D)的输出端。

根据经由运转接触器(30)的常开接点(30d)送来的运转信号和经由常开接点(30Tc)送来的运转指令信号，偏置图型发生电路(45)产生偏置图，使油压泵(12)以恰好抵消此时油压泵(12)的压油(13)泄漏量所需的转速转动，并根据常开接点(30d)断开时产生的停止指令信号，使偏置图型回零。加法器(46)将偏置图型与运行图型发生电路(41U)和(41D)其中之一的输出作加法运算。

转换电路(47)使速度信号(14a)的电平与各运行图型的电平相一致。减法器(48)求出加法器(46)的输出和转换电路(47)输出的差，並把减法运算的结果输入到传输电路(49)。加法器(50)把转换电路(47)的输出加在由传输电路(49)放大后的输出上，並输出频率指令信号ω₀。函数发生器(51)产生相对于频率指令信号ω₀呈直线状变化的电压指令信号V₀标准正弦波发生电路(52)根据频率指令信号ω₀和电压指令信号V输出对逆变器(23)进行控制的控制信号(25a)。根据这一控制信号(25a)，逆变器(23)产生正弦波的三相交流电压。

在表示各图型波形的图7中，(a)为偏置图型，(b)为下降时运行图型，(c)为与感应电机(13)转速相对应的电机运行图型，(d)为电梯轿厢(5)的箱体速度图型，(e)为与实际输出相对应的压油(3)的流量图型。

下面参照图7各图型的波形图来说明图3～图6中所表示的现有技术液压式电梯控制装置的具体动作。由于上升或下降的各运行图型只是极性有所不同，所以在此只说明下降时的运行图型。

开始，电梯轿厢(5)先处于停止状态，当呼叫电梯下降时，电梯轿厢(5)的门关闭后输入起动指令。这时，图5中的运转指令定时继电器(30T)励磁，並依靠常开接点(30Ta)的闭合能自己保持此励磁状态。与此同时，常开接点(30Tb)～(30Td)闭合。

由于常开接点(30Tb)的闭合，运转接触器(30)被励磁，图3中的常开接点(30a)～(30c)及(30d)与图5的常开接点(30f)闭合。由于常开接点(30a)～(30c)的闭合，感应电机(13)与逆变器(23)接通后供电。另外，由于常开接点(30Tc)和(30d)的闭合，图6中的偏置图型发生电路(45)，从时间t₀开始产生偏置图型(如图7的(a)所示)。在该偏置图型作用下，逆变器(23)输出低压低频的三相交流电，使感应电机(13)以可抵消油泵(12)漏泄量的低转速驱动油泵(12)。因而，在偏置图型的驱动下，电梯轿厢(5)并不上升而是仍旧保持停止状态。

此外，在下降运行中，由于常开接点(41Da)和(41Db)是闭合的，所以电磁线圈(11b)因常开接点(30f)、(30Td)及(41Db)的闭合而被励磁，电磁转换阀(11)开放，並在时间tp时完全打开。

另一方面，由于运转指令定时继电器(30T)的励磁，常开接点(30Tc)闭合后，经过一定时间到达t₁时，延迟电路(40)产生输出。下降运行图型发生电路(41D)如图7所示，从时间t₁开始产生运行图型的前沿段。这时，由于加法器(46)把运行图型和偏置图型相加，所以感应电机(13)的转速慢慢下降，从零向逆方向转动。于是，电梯轿厢(5)如图7(d)所示，沿下降方向运行，到时间为t₂时达到稳定速度。

当电梯轿厢(5)下降到时间为t₃时，到达接近目的层的某一规定位置。凸轮(8)使减速指令开关(9)动作，从而产生减速指令信号(9a)。因此，由下降运行图型发生电路(41D)发出的图型信号减小，电梯轿厢(5)从时间t₃开始减速，直至时间为t₄时，降到一定的低速，並继续下降。这时，由于减速指令信号(9a)的作用，起动指令电路(28)已处于断开状态。因此，在时间t₅时，凸轮(8)使停止指令开关动作，並打开常闭接点(10b)时，运转指令时间继电器(30T)消磁。由此，下降运行图型发生电路(41D)的输出逐渐降为零，所以运行图型进一步减小，电梯轿厢(5)在时间为t₆时停止。这时，尽管运转指令定时继电器(30T)已消磁，常开接点(30Tb)仍能保持在闭合一定时间后定时复位。所以，运转接触器(30)仍保持励磁状态，同时，感应电机(13)按照偏置图型继续运转。

另外，由于停止指令开关(10)的断开，使运转指令定时继电器(30T)消磁，常开接点(30Td)断升，所以，电磁线圈(11b)被消磁，电磁转换阀(11)慢慢地闭合。然后，在时间为t_D时全部闭合。其结果，停止了从液压缸(2)向油槽(15)的压油供给，从而使电梯轿厢(5)保持停止状态。

当时间为t₇时，常开接点(30Tb)断开，使运转接触器(30)去磁，于是，常开接点(30a)～(30f)断开。由此，感应电机(13)停止供电，同时偏置图型发生电路(45)停止输出偏置图型。在时间为t₈时，感应电机(13)停止转动。

电梯轿厢(5)上升时的工作情况，除了感应电机(13)的转动方向与下降时相反，电磁转换阀(11)保持原闭合状态之外，其它均与上述情况基本相同。这样，使用逆变器(23)的控制方式，使液压式电梯能发挥良好的性能。

然而，近来为了达到防止噪音和小形化等目的，开始采用如图8所示的那种把包括油压泵(12)和感应电机(13)的电梯驱动部分浸入油槽内的浸入方式。这种情况下，由于把测速电机(14)与电磁转换阀(11)、油压泵(12)及感应电机(13)一起浸没在油槽(15)内，所以，不能使用光学式的脉冲编码器等作为测速电机(14)。

因此，提出了如特开昭64-34881号公报中所记载的一种方案，其结构是：只使感应电机(13)的转动轴突出在油槽(15)的外面，再在轴上装上测速电机(14)。但是，实际上由于压油是通过感应电机(13)的转动轴而流出的，所以仍不实用。

如上所述，现有技术的液压式电梯控制装置存在着一些问题，即为了对感应电机13进行速度控制而使用了测速电机14，所以，必须把测速电机14直接安装在驱动部分，因此对于浸入型的液压式电梯控制装置来说，其实用性低，难以完满地控制感应电机13的转速。

本发明的目的是获得不使用测速电机就可以控制感应电机转速的液压电梯控制装置。

本发明的浸入式液压电梯控制装置具有按变压变频方式确定感应电机转速的逆变电路和与所述逆变电路相接、用于控制该逆变电路的速度控制装置，其特征在于，所述速度控制装置具有与所述感应电机电连接、用于检测所述感应电机的电压的电压检测器和与所述感应电机电连接、用于检测所述感应电机的电流的电流检测器，它根据由所述电压检测器测得的电压和由所述电流检测器测得的电流计算所述感应电机的转速，并把控制所述感应电机的转速的控制信号输出到所述逆变电路。

在本发明中，因为不用测速电机就能控制感应电机的转速。所以对于浸入式液压电梯控制装置，可以用变压变频换流器，实现高精度的速度控制。

图1是表示本发明某一实施例的功能方框图，图2是感应电机的等效电路图，图3是现有技术的液压式电梯控制装置的结构图，图4是图3中电梯驱动部分的构造的侧视图，图5表示现有技术的运转接触器外部电路的接线图，图6是现有技术的速度控制装置的方框图，图7是说明现有技术的液压式电梯控制装置运行图型的波形图，图8表示浸入式电梯驱动部分构造的侧视图。

以下结合附图说明本发明。图1为本发明某一实施例的主要部分的功能方框图。其中，13、20、30a～30c所代表的部分与前面所述的相同。

图2是感应电机13为两极单相电动机模型时的等效电路图，感应电机13由一次电阻R1、与一次电阻R1串联的一次漏抗l1、与一次漏抗l1串联的二次漏抗l2、与二次漏抗l2串联的二次电阻R2、以及接在二次漏抗l2和二次电阻R2两端间的励磁阻抗M组成。一次漏抗l1和励磁阻抗M的和构成一次自阻抗L1，二次漏抗l2和励磁阻抗M的和构成二次自阻抗L2。

图1中，速度控制装置25A由如日本电气学会研究资料SPL-88-42～46中记载的无传感器向量式控制电路构成，并具备有：求出速度指令ωn^*和速度运算ωn°之差的减法器61、输出对应于减法器得出的速度偏差的转矩电流指令I1q^*的速度控制器62、对转矩电流指令I1q^*和磁通指令2^*作除法运算的除法器63、根据除法器63的结果输出转差角速度ωs°的转差运算器64、计算转矩电流指令I1q^*和转矩电流运算值I1q°之差的减法器65、根据减法器65算出的电流偏差用PI控制输出速度运算值ωs°的频率控制器66、计算转差角速度ωs°和速度运算值ωn°的和之后输出磁场角速度ω的加法器67、对磁场角速度ω进行时间积分再把它转换为ε^JQ的所谓VCO(电压控制振荡器)68、计算磁通指令2^*和磁通振幅运算值2°之差的减法器70、根据减法器70求出的磁通偏差输出一次电流指令I1d^*的磁通控制器71、根据转矩电流指令I1q^*和一次电流指令I1d^*进行向量运算的向量运算器72、计算向量运算器的输出信号ε^jr和电压控制振荡器68的输出信号ε^jQ之和的加法器73、根据向量运算器72的输出信号(I1q^*2+I1d^*2)^1/2和加法器73的输出信号ε^jQ1输出电流指令值i1^*的向量转动器74、检测感应电机13的一次电流i1的电流互感器(75)、检测感应电机(13)的一次端电压V1°的电压检测器(76)、根据电压控制振荡器(68)的输出信号ε^jQ、一次电流i1及一次端电压V1°输出磁通振幅运算值2°及转矩电流运算值I1q°的磁通转矩运算器(77)，以及计算电流指定值i1^*和一次电流i1的差並输出对换流电路(20)的控制信号(25a)的减法器(78)。

在此，与电压控制振荡器(68)的输出信号ε^jQ、向量运算器(72)的输出信号ε^jr和加法器(73)的输出ε^jQ1有关的Q、γ及Q1分别为：

Q＝ωt

r＝tan^-1(I1q^*/I1d^*)

Q₁＝ωt+r

另外，由于速度控制电路(25A)是不含控度检测器的电子电路，可以与换流电路(20)一起装在油槽(15)的外部，即使用于浸入式的液压电梯控制装置，也不会有任何问题。

下面参照图2对图1所示的本发明某一实施例的动作加以说明。有关无传感器向量式控制的详细说明记载在上述文献中，所以在此只扼要说明一下与本发明直接有关的内容。

一般地，向量控制是一种对产生电转矩的二次电路的交链磁通(二次磁通)和二次电流进行互不相干的独立控制，从而获得与直流电机等效的控制性能的控制方式。

该理论可以由以下的基础方程式导出。在以角速度ω转动的磁场上的二维座标(d、q)中，感应电机(13)的电压和电流的关系表示为： $\left[\begin{array}{c}V1d\\ V1q\\ 0\\ 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}R1+L1P& -L1\mathrm{\ω}& \mathrm{MP}& -\mathrm{M\ω}\\ L1\mathrm{\ω}& R1+L1P& \mathrm{M\ω}& \mathrm{MP}\\ \mathrm{MP}& -\mathrm{M\ωs}& R2+L2P& -L2\mathrm{\ωs}\\ \mathrm{M\ωs}& \mathrm{MP}& L2\mathrm{\ωs}& R2+L2P\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}I1d\\ I1q\\ I2d\\ I2q\end{array}\right]$ …①①式中V1d，V1q：d轴，q轴的一次电压I1d，I1q：d轴，q轴的一次电流I2d，I2q：d轴，q轴的二次电流ω      ：磁场角速度ωs     ：转差角速度P       ：微分算子R1，R2  ：一次、二次电阻M       ：励磁电感L1      ：一次自感L2      ：二次自感i1      ：一次漏感i2      ：二次漏感设二次磁通的d、q成分分别为2d，2q，並且

2d＝M·I1d+L2·I2d    ……②

2q＝M·I1q+L2·I2q    ……③

由此下式成立：

0＝R2·I2d+P2d-ωs·2q    ……④

0＝R2·I2d+P2q-ωs·2d    ……⑤电转矩Te可表示为

Te＝2d·I2q-2q·I2d       ……⑥在此，把二次磁通向量的轴改为d轴，那么

2q＝0

由此⑥式为

Te＝2d·I2q

  ＝-M/L2·2d·I1q         ……⑦由⑦式清楚地表示出电转矩Te可用二次磁通2d和与它正交的二次电流I2d，或换算为一次转矩电流I1q来表示。

因此，如果能实现2q＝0，那么，电转矩Te可以由二次磁通2d和转矩电流换算值I1q来控制。

另外，作为二次磁通向量的控制方法，即向量控制的实现方法，有转差频率控制法、磁场定位法等等，这里所叙述的是根据转矩成分电流(转矩电流换算值)的频率数进行反馈控制的向量控制法。

感应电机(13)的转子速度ωn用磁场角速度ω和转差角速度ωs表示，为：

     ωn＝ω-ωs             ……⑧由此可以求得转子速度。

这里，磁场角速度ω可直接由换流电路(20)内的控制装置求出，转差角速度ωs可表示为：

ωs＝-R2·I2q/2d

   ＝(M/L2)·R2·I1q/2d

   ＝(1/T2)·I1q/I1d              …….⑨另外，由于向量控制的成立，如果使用指令值和感应电机(13)的常数，那么，转差角速度计算值ωs°可表示为

ωs°＝{(M/L2)·R2·I1q/2d}^*

     ＝{(1/T2)·I1q/I1d}^*         ……⑩因此，速度计算值ωn°可由

      ωn°＝ω-ωs°                 ……计算推导出来。在⑨～式中，T2是二次电路的时间常数，並且

       T2＝L2/R2另外，{ }^*内表示给定值或指令值。

以上的运算功能可由图1的系统结构来实现。即，通过速度控制器(62)把速度指令ωn^*和速度计算值ωn°的速度偏差转换成转矩电流指令I1q^*。通过减法器(65)求出该转矩电流指令I1q^*与磁通转矩运算器(77)所算出的转矩电流计算值I1q°的差，即电流偏差。该电流偏差通过频率控制器(66)，在加法器(67)中与转差角速度ωs°相加后，输入到电压控制振荡器(68)中。这样，以转矩电流运算值I1q°与转矩电流指令I1q^*相一致的方式：来控制磁通角速度ω，並使它与感应电机(13)实际参数相匹配的转差频率ωs°相符。另外，一次电流指令I1d^*和转矩电流指令I1q^*通过向量运算器(72)和向量转动器(74)后变换为交流电流指令值i1^*，並用减法器(78)求出它和一次电流i1的差，然后，输入至换流电路(20)中。结果，将感应电机(13)的一次电流i1控制在所希望的电流值上。

另外，在上述实施例中，使用无传感器向量式控制电路作为速度控制装置(25A)，但是，也可以用其它种类的不使用速度检测器的无传感器控制电路来构成。

如上所述，本发明由于采用了无传感器式的控制电路作为速度控制装置，同时根据感应电机的电压和电流计算电机的转速而不用测速电机来控制感应电机的转速，所以，即使是浸入式也可以得到实现高精度速度控制的液压式电梯控制装置。

Claims (1)

1.一种浸入式液压电梯控制装置，具有按变压变频方式确定感应电机转速的逆变电路和与所述逆变电路相接、用于控制该逆变电路的速度控制装置，其特征在于，所述速度控制装置具有与所述感应电机电连接、用于检测所述感应电机的电压的电压检测器和与所述感应电机电连接、用于检测所述感应电机的电流的电流检测器，它根据由所述电压检测器测得的电压和由所述电流检测器测得的电流计算所述感应电机的转速，并把控制所述感应电机的转速的控制信号输出到所述逆变电路。

Images