CN105473485B - 电池供电的电梯系统的电梯制动 - Google Patents

Abstract

电梯系统包括：电池；具有电动机以给予电梯轿厢运动的机器；具有多个开关以在电动机驱动模式中将电池的直流电转换为用于所述机器的交流电的逆变器；耦合至所述机器的速度传感器，所述速度传感器生成指示机器速度的速度信号；以及控制器，所述控制器在制动模式中向一组开关施加制动信号，所述制动信号具有响应于所述速度信号的占空比。

Description

电池供电的电梯系统的电梯制动

发明领域

本文所公开的主题主要涉及电梯系统的领域，并且更具体而言，涉及电池供电的电梯系统的电梯制动的领域。

背景技术

电池供电的电梯系统采用电池作为给予电梯轿厢运动的电梯机器的电源。包含逆变器的驱动单元通常连接在电池和机器之间。在电动机驱动模式中，逆变器将电池的直流电转换为用于所述机器的交流驱动信号。在再生模式中，逆变器将机器的交流电转换为用于对电池充电的直流电。

现有的电梯系统采用制动电阻器和跨逆变器连接制动电阻器的制动继电器，以提供对机器的制动。制动电阻器和制动继电器增加了电梯系统的成本和复杂性。

发明内容

根据一个示例性实施方案，电梯系统包括：电池；具有电动机的机器，其给予电梯轿厢的运动；具有多个开关以在电动机驱动模式中将电池的直流电转换为用于所述机器的交流电的逆变器；耦合至所述机器的速度传感器，所述速度传感器生成指示机器速度的速度信号；以及控制器，所述控制器在制动模式中将制动信号施加于一组开关，所述制动信号具有响应于所述速度信号的占空比。

根据另一示例性实施方案，一种控制电梯系统的方法，所述电梯系统具有给予电梯轿厢运动的机器和电池，所述方法包括：确定是否已进入制动模式中；在制动模式中，打开将所述机器耦合至电池的第一组开关；检测指示所述机器的速度的速度信号；以及向将所述机器耦合至电池的第二组开关施加制动信号，所述制动信号具有响应于所述速度信号的占空比。

根据另一示例性实施方案，一种电动机控制系统包括：电池；具有电动机的机器；逆变器，所述逆变器具有多个开关，其在电动机驱动模式中将电池的直流电转换为用于所述机器的交流电；耦合至所述机器的速度传感器，所述速度传感器生成指示机器速度的速度信号；以及控制器，在制动模式中，所述控制器向一组开关施加制动信号，所述制动信号具有响应于所述速度信号的占空比。

本发明的实施方案的其它方面、特征和技术将从下面结合附图的描述变得更加明显。

附图说明

现参考附图，其中，图中的相同元件以相同标号表示：

图1是在示例性实施方案中的电梯系统的部件的框图；

图2描绘在示例性实施方案中的电梯系统的部件；

图3描绘在示例性实施方案中的电梯系统的部件；以及

图4是用于在示例性实施方案中施加制动信号的过程的流程图。

具体实施方式

图1是示例性实施方案中的电梯系统10的部件的框图。示例性实施方案参照电梯系统来描述，但也可以应用于其它电动机控制系统。电梯系统10包括交流电源12，诸如主电气线路(例如，230伏，单相)。交流电12提供给开关面板14，开关面板14可包括断路器、计量表等。交流电从开关面板14提供给电池充电器16，电池充电器16将交流电转换为直流电以对电池18充电。电池18可以是铅酸电池或其它类型的电池。电池18逆变器20，其将电池18的直流电转换为交流驱动信号，所述交流驱动信号驱动机器22以给予电梯轿厢23的运动。对于机器22中的三相电动机而言，所述交流驱动信号可以是多相(例如，三相)驱动信号。需要指出，电池18是至逆变器20的唯一电源，以及交流电源12不直接耦接至驱动单元20。

控制器26耦合至逆变器20以通过各种模式来控制逆变器20。在电动机驱动模式中，控制器26控制逆变器20中的开关以向给予轿厢23运动的机器22施加交流驱动信号。在再生模式中，控制器26控制逆变器20中的开关以将机器22的交流电转换为用于对电池18充电的直流电。再生模式可发生在当空的轿厢向上行进时或当加载的轿厢向下行进时。在制动模式中，控制器26控制逆变器20中的开关以控制轿厢23的速度。在打开电梯系统中的安全链或发生其他事件时，制动模式可跟着发生。速度传感器24(例如，旋转编码器)安装在机器22处并向控制器26提供指示机器22的旋转速度的速度信号。控制器26可使用通用微处理器来实现，所述通用微处理器执行存储在存储介质上的计算机程序以执行本文所述的操作。另选地，控制器26可以在硬件(例如，ASIC、FPGA)中或在硬件/软件的组合中实现。控制器26也可以是电梯控制系统的一部分。

图2描绘在示例性实施方案中的电梯系统10的部件。逆变器20包括耦合至电池18的第一直流链路30(例如，正直流电压)和耦合至电池18的第二直流链路32(例如，负直流电压或接地)。逆变器20使用开关40来生成用于机器22的电动机25的交流驱动信号。开关40可以是MOSFET晶体管，但应当理解，可使用其它类型的开关。每个开关40包括跨漏极-源极端子的续流二极管。开关40布置在相桥臂(phase leg)中，每个相桥臂连接在第一直流链路30和第二直流链路32之间。交流端子42设置在每个相桥臂中的开关40的结点处(例如，源极-漏极结点)。交流端子42耦合至机器22中的电动机25的电动机绕组。在示例性实施方案中，机器22包括三相永磁同步电动机25。图2描绘三相逆变器和三相电动机，但实施方案不局限于特定数目的相。

图2描绘逆变器20在电动机驱动模式或再生模式期间的操作状态。在电动机驱动模式期间，控制器26提供接通和断开开关40以在每个交流端子42生成交流驱动信号的控制信号。交流驱动信号可以是可变频率信号。在再生模式期间，控制器50提供控制信号，以接通和断开开关40，将机器22的交流电转换为对电池18充电的直流电。

图3描绘在制动模式期间逆变器20的运行状态。在打开电梯系统中的安全链或发生其他事件时，制动模式可跟着发生。制动模式涉及安全链被移除的情况，在此情况下，安全链的丢失改变所述电路使得逆变器20不能生成电动机驱动力。在直流链路30和交流端子42之间的第一组开关40可被打开(例如，置于非导通状态)以防止电动机驱动力矩施加于机器22。这导致第一组开关被还原为二极管(即，续流二极管)。应当理解，其它状况可导致第一组开关的打开。

在制动模式中，第二组开关40’(即，在负直流链路32和交流端子42之间的开关)接收来自控制器26的制动信号以将开关40’选择性置于导通或不导通状态。当第二组开关40’导通时，这使电动机25的绕组直接一起短路以提供制动力。从控制器26到开关40’的制动信号可具有占空比(例如，脉宽调制信号)。施加于每个开关40′的制动信号可以具有一个共同的占空比，或者开关40’可以接收具有不同占空比的制动信号。

制动信号的占空比由控制器26响应于来自速度传感器24的速度信号来确定。例如，当启动制动模式时，占空比可以为约0.5。随着速度信号下降，占空比可增加至约1.0。这向机器22和轿厢23提供平滑的速度下降。通过响应于速度信号来改变制动信号的占空比，实施方案无需外部的制动电阻器或制动继电器即实现任何负载的制动。

图4是用于在示例性实施方案中施加制动信号的过程的流程图。该过程可由控制器26来实现。该过程开始于200，其中，控制器26确定电梯系统是否已进入制动模式。如上所述，制动模式可在打开电梯安全链或其他事件时输入。在202，将正直流链路30连接至交流端子42的开关组40被打开(即，变为非导通)。

流程进行到204，其中，控制器26检测速度传感器24的速度信号。在206，控制器26响应于速度信号确定要施加于第二组开关40’的制动信号的一个或多个占空比。施加于开关40’的制动信号可具有共同的占空比或不同的占空比。向第二组开关40’施加相等占空比的制动信号确保电动机驱动能力被阻止并且只施加制动力。在208，制动信号施加于第二组开关40’以降低机器22和轿厢23的速度。

实施方案提供了许多优于现有设计的优点。响应于机器速度改变制动信号的占空比提供了更小的电动机峰值电流，这保护诸如MOSFET二极管的部件。通过仅使用电动机自身电阻，实施方案甚至在没有外部制动电阻器的情况下实现了任何负载的制动。此外，实施方案提供了所有负载条件下的低速制动。这些优点有助于减少制动器磨损，并且也减轻制动未能参与的不良影响。尽管本文所描述的实施方案涉及电梯驱动的电动机控制系统，但是响应于电动机速度来施加制动信号的该电动机控制系统可用在其它领域中。

本文中所使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并不旨在限制本发明。虽然已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的描述，但是所述描述并不意图是详尽的或以所公开的形式来限制本发明。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域普通技术人员将清楚地了解本文没有描述的许多修改、变化、变更、代替或等效布置。此外，尽管已经描述本发明的各种实施方案，但是应理解，本发明的各方面可仅包括所述实施方案中的一些实施方案，并且尽管结合一个示例性实施方案来描述，但本发明的各方面可用于或适用于即使没有明确指出的其他实施方案。因此，本发明不应视为受前文描述限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。

Claims (15)

1.一种电梯系统，其包括：

电池；

机器，其具有电动机以给予电梯轿厢运动；

逆变器，其具有多个开关以在电动机驱动模式中将所述电池的直流电转换为用于所述机器的交流电，其中所述电池是所述逆变器的唯一电源；

速度传感器，其耦合至所述机器，所述速度传感器生成指示机器速度的速度信号；以及

控制器，其在制动模式中将制动信号施加于一组开关，而无需任何制动继电器或制动电阻器，所述制动信号具有响应于所述速度信号的占空比。

2.根据权利要求1所述的电梯系统，其中：

所述制动信号具有共同的占空比。

3.根据权利要求1所述的电梯系统，其中：

所述制动信号具有不同的占空比。

4.根据权利要求1所述的电梯系统，其中：

所述一组开关是所述多个开关的子集。

5.根据权利要求1所述的电梯系统，其中：

所述多个开关包括所述一组开关和另外的一组开关，所述另外的一组开关在所述制动模式期间是不导通的。

6.根据权利要求5所述的电梯系统，其还包括：

将所述电池连接至所述另外的一组开关的第一直流链路；以及

将所述电池连接至所述一组开关的第二直流链路。

7.根据权利要求6所述的电梯系统，其中：

第一直流链路具有正的直流电压。

8.根据权利要求1所述的电梯系统，其中：

在打开电梯安全链时进入所述制动模式。

9.根据权利要求1所述的电梯系统，其中：

在制动模式中，所述制动信号中的至少一个的所述占空比随时间增加。

10.一种控制电梯系统的方法，所述电梯系统具有给予电梯轿厢运动的机器、电池以及逆变器，其中所述电池是所述逆变器的唯一电源，所述方法包括：

确定是否已进入制动模式；

在制动模式中，打开将所述机器耦合至所述电池的第一组开关；

检测指示所述机器的速度的速度信号；以及

向将所述机器耦合至所述电池的第二组开关施加制动信号，而无需任何制动继电器或制动电阻器，所述制动信号具有响应于所述速度信号的占空比。

11.根据权利要求10所述的方法，其中：

所述制动信号具有共同的占空比。

12.根据权利要求10所述的方法，其中：

所述制动信号具有不同的占空比。

13.根据权利要求10所述的方法，其中：

在打开电梯安全链时进入所述制动模式。

14.根据权利要求10所述的方法，其中：

在制动模式中，所述制动信号中的至少一个的所述占空比随时间增加。

15.一种电动机控制系统，其包括：

电池；

机器，其具有电动机；

逆变器，其具有多个开关以在电动机驱动模式中将所述电池的直流电转换为用于所述机器的交流电，其中所述电池是所述逆变器的唯一电源；

速度传感器，其耦合至所述机器，所述速度传感器生成指示机器速度的速度信号；以及

控制器，其在制动模式中将制动信号施加于一组开关，而无需任何制动继电器或制动电阻器，所述制动信号具有响应于所述速度信号的占空比。