CN105991078A - 电动机的控制装置以及具有该控制装置的电梯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交流电动机的控制装置，其包括复数个电流检测器(132)、电压指令发生部(110)、变频器(124)、基准电流生成器(128)以及故障检测器(126)。根据在电动机以及电流检测器处于正常的状态下电动机按照规定的条件运转时电流检测器检测的电流，基准电流生成器计算该电流的有效值，作为基准电流加以存储。当电动机的运转条件满足规定的条件时，故障检测器计算电流检测器检测的电流的有效值，并与基准电流进行比较，据此检测该电流检测器有无故障。当故障检测器检测到复数个电流检测器中的一部分有故障，输出警报信号。据此，可以大幅度提高检测电流检测器故障的精度。

Description

电动机的控制装置以及具有该控制装置的电梯

技术领域

本发明涉及一种多相交流电动机的控制装置，其包括：用于检测各相绕线电流的复数个电流检测器；计算控制电压指令的电压指令发生部；以及对所述多相交流电动机施加电压的变频器。本发明还涉及具有这种控制装置的电梯。

背景技术

在电动机的控制过程中，经常检测电动机各相绕线的电流值作为反馈信号。但是，当检测电流的电流检测器出现故障，该电流检测器就可能反馈错误的电流信息，导致控制的混乱。

日本专利公报特开2013-187967号公开了一种多重绕线电动机的驱动装置，该驱动装置包括电流检测器、控制手段以及故障检测手段。在电动机没有运转的情况下，如果电流检测器检测到的绕线电流大于规定的阈值，该故障检测手段就判断该电流检测器发生故障。当故障检测手段检测出一部分电流检测器有故障，控制手段将只根据没有发生故障的电流检测器所检测的电流计算电压指令。

电流检测器检测的电流值中含有各种误差，例如偏移误差、增益误差等。这种误差通常随着电流检测器的老化等原因会逐渐变大。但是，当电动机没有运转的时候，电流检测器的检测对象绕线电流为零，电流检测器检测到的电流值中只有偏移误差，而不包含增益误差，所以无法检测到因电流检测器的老化等原因带来的增益误差的变化，无法实现高精度的故障检测。

在上述专利公报公开的技术中，由于故障检测手段不是根据电动机运转时电流检测器检测的电流来判断故障，而是根据电动机没有运转时电流检测器检测的电流来判断是否发生故障，所以检测故障的精度受到很大限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电动机的控制装置，这种控制装置能够大幅度提高检测电流检测器故障的精度，从而及时发现故障。

为解决所述技术问题，本发明的电动机控制装置包括：分别用于检测多相交流电动机绕线组中各相绕线电流的复数个电流检测器；基于所述电流检测器检测的电流，计算控制所述多相交流电动机的电压指令的电压指令发生部；根据所述电压指令对所述多相交流电动机施加电压的变频器；基准电流生成器；以及故障检测器。根据在所述多相交流电动机以及所述电流检测器处于正常的状态下所述多相交流电动机按照规定的条件运转时所述电流检测器检测的电流，所述基准电流生成器计算该电流的有效值，并将该有效值作为基准电流加以存储。当所述多相交流电动机的运转条件满足所述规定的条件时，所述故障检测器计算所述电流检测器检测的电流的有效值，并与所述基准电流进行比较，据此检测所述电流检测器有无故障。当所述故障检测器检测到所述复数个电流检测器中的一部分有故障，输出警报信号。

本发明还提供一种电梯，其利用多相交流电动机驱动轿厢，具有上述的电动机控制装置，用以控制所述多相交流电动机。

在本发明的控制装置中，基准电流生成器将电流检测器在正常的状态下检测的电流作为基准电流，故障检测器将电动机实际运转时电流检测器检测的电流与基准电流进行比较，从而判断电流检测器有无故障，所以大幅度提高了检测故障的精度。

附图说明

图1是简略地表示本发明电动机控制装置的一个实施例的框图。

图2是简略地表示电梯运行过程中的加速度/速度/电动机电流变化的示意图。

图3是利用本发明的控制装置控制电梯用电动机的一个实施例的流程图。

图4是简略地表示本发明电动机控制装置的另一实施例的框图。

图5是简略地表示本发明电动机控制装置的另一实施例的框图。

<附图中的标记>

102电动机；104旋转编码器；110电压指令发生部；112转矩/电流变换器；114电流控制器；116坐标变换器；118电流运算器；122坐标变换器；124变频器；126故障检测器；128基准电流生成器；132电流检测器；402多重绕线电动机；406绕线组；408绕线组；424变频器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

<第1实施例>

图1是简略地表示本发明电动机控制装置的第1实施例的框图。本实施例的电动机102是三相交流电动机。本实施例的电动机控制装置包括变频器124、电流检测器132、电压指令发生部110、故障检测器126、基准电流生成器128以及旋转编码器104。

变频器124根据电压指令发生部110输出的电压指令Vu^*、Vv^*和Vw^*对电动机102的各相绕线施加电压，从而驱动电动机102运转。

电流检测器132有三个，设置在变频器124和电动机102之间，分别用于检测电动机102的绕线组中各相绕线电流(即电动机电流)Iu、Iv和Iw，并将检测的电流反馈到电压指令发生部110。作为电流检测器132可以使用电流互感器等。

电压指令发生部110计算控制电动机102的电压指令Vu^*、Vv^*和Vw^*，并将其输出到变频器124，用以控制向电动机102提供的电压，从而控制电动机102的运转。电压指令发生部110包括转矩/电流变换器112、电流控制器114、坐标变换器116以及坐标变换器122。转矩/电流变换器112将转矩指令τ^*变换成旋转坐标上的电流指令Iq^*。电流控制器114根据电流指令Id^*、Iq^*以及反馈电流Id和Iq，计算电压指令Vd^*和Vq^*。坐标变换器116首先将旋转坐标上的电压指令Vd^*和Vq^*变换成二相静止坐标上的电压指令，然后再将二相静止坐标上的电压指令变换成三相电压指令Vu^*、Vv^*和Vw^*。

坐标变换器122首先将三相电流Iu、Iv和Iw变换成二相静止坐标上的电流，然后再将二相静止坐标上的电流变换成旋转坐标上的电流Id和Iq。旋转编码器104向坐标变换器116和坐标变换器122提供磁极位置信号。

根据在电动机102以及电流检测器132处于正常的状态下电动机102按照规定的条件运转时电流检测器132检测的电流，基准电流生成器128计算该电流的有效值，并将该有效值作为基准电流加以存储。所谓“规定的条件”是指使电动机102的转速、加速度以及负荷等参数一定，或者使这些参数按照一定的规律变化的事先指定的条件。当电动机102是用于电梯曳引机的电动机时，所谓“规定的条件”可以是，以规定的速度以及加速度，将载有规定负荷的电梯轿厢开动规定的行程。

图2是简略地表示电梯运行过程中的加速度/速度/电动机电流变化的示意图。图中最上方的曲线表示电梯的轿厢从启动到停止的过程中的加速度变化，中间的曲线表示与该加速度变化相对应的轿厢速度的变化，下方的曲线表示驱动轿厢行驶的曳引机的电动机的电流变化。

从中间的速度曲线可知，轿厢的行驶大致可分为启动、加速、保持一定速度、减速、停止等过程。而在加速度的曲线上，在启动阶段，有一个加速度上升的过程，然后是加速度一定的加速过程。为了在中途保持速度不变，有一个加速度降为零的阶段。而在减速阶段，加速度为负值。与之相对应的电动机电流的变化如下方的曲线所示。

对于一般的电梯来讲，当其行程一定时，轿厢的运行方式是固定的。例如，每次从一楼上升到三楼所用的时间相同，在行驶过程中加速及减速的方式也相同。即每次从一楼上升到三楼时，如图2所示的速度曲线和加速度曲线是一定的。如果这时轿厢的载荷也一定，曳引机上电动机的电流曲线(如图2所示)也将是一定的。

所以，对于具有本发明的电动机控制装置，用其控制曳引机的电动机的电梯来讲，可以将在预定的条件下驱动轿厢作为上述的“规定的条件”。例如，将空载的轿厢从一楼上升到三楼的行驶过程作为“规定的条件”。在新电梯安装到建筑物的初期阶段，在曳引机的电动机102以及电流检测器132处于正常的状态下，电流检测器132检测空载轿厢从一楼上升到三楼的行驶过程中的电动机102的电流。基准电流生成器128计算该电流的有效值，并将该有效值作为基准电流加以存储。基准电流生成器128基于电流检测器132在电梯运行的不同阶段的复数个时间点检测的电流，计算出对应于各个时间点的复数个基准电流值作为检测故障的基础，可以大幅度提高检测故障的精度。例如，在电梯启动后每隔1秒检测一次电流，计算一个基准电流。

上述的计算基准电流值的过程优选在电流检测器132较新的状态下进行。因为这时电流检测器132检测的电流值的误差较小，以此为基准就可以检测到随电流检测器132的老化检测值误差变大的现象。另外，由于电动机102的电流是交流电，计算有效值是为了便于比较。

故障检测器126在以后的电动机102的运转过程中，当电动机102的运转条件满足上述的规定条件时，则计算电流检测器132检测的电流的有效值，并与基准电流生成器128中存储的基准电流进行比较，据此检测电流检测器132有无故障。例如，当上述的电梯经过一段使用期后，出现空载轿厢从一楼上升到三楼的情况，即满足“规定的条件”时，故障检测器126将获取电流检测器132在该条件的各个阶段中检测的电流值，并计算电流的有效值，与基准电流进行比较，判断电流检测器132是否发生故障。这时，电流检测器132检测电流的时间点与上述检测基准电流时的时间点相同，例如，在电梯启动后每隔1秒检测一次电流。当检测到的电流的有效值与基准电流的差大于预先规定的阈值K时，便判断该电流检测器132发生故障。当故障检测器126检测到复数个电流检测器132中的一部分有故障，将输出警报信号。

图3是利用本发明的控制装置控制电梯用电动机的一个实施例的流程图。以下结合图3对本发明的控制装置以及具有该控制装置的电梯作进一步的说明。

步骤S302和S304是准备基准电流值的过程。这个准备过程要在电动机102以及电流检测器132都处于正常的状态下完成。优选在新电梯安装到建筑物的初期阶段、电流检测器132较新的状态下完成这个准备过程。在步骤S302，使电梯在规定的条件下运行，例如，使空载的轿厢从一楼行驶到三楼。电流检测器132检测空载轿厢从一楼上升到三楼的行驶过程中的电动机102的电流。在步骤S304，基准电流生成器128基于电流检测器132检测的电流，计算该电流的有效值，并将该有效值作为基准电流Iuc、Ivc、Iwc加以存储。

步骤S306是从准备基准电流后经过规定的时间，例如经过1年，或者经过通常认为电流检测器132可以安全使用的一段时间，开始以下的故障检测步骤。

在步骤S308，当有乘客召唤电梯，电梯控制装置便在步骤S310判断电梯的行驶条件是否与规定的条件相同。例如，在三楼乘客的召唤下，如果轿厢空载从原来停止的一楼移动到三楼，其行驶条件就是与规定的条件相同。这时，控制流程将进入步骤S312。如果电梯的行驶条件与规定的条件不同，控制流程将返回到步骤S308，重新等待下次电梯召唤。

在步骤S312，故障检测器126将获取电流检测器132在电梯行驶的各个阶段检测的电流值，并在步骤S314计算电流的有效值Iue、Ive、Iwe。在步骤S316，故障检测器126将电流的有效值Iue、Ive、Iwe分别与基准电流Iuc、Ivc、Iwc进行如下的比较。

|Iue-Iuc|＞K？

|Ive-Ivc|＞K？ [1]

|Iwe-Iwc|＞K？

其中，K是预先规定的阈值。当公式组[1]的3个比较式中的某一个成立，即某一相的电流有效值与基准电流的差大于K，故障检测器126便判断检测该相的电流检测器132发生故障。例如，当|Iue-Iuc|＞K成立，故障检测器126便判断检测u相电流Iu的电流检测器132发生故障。

可以设定当一个时间点的电流值满足|Iue-Iuc|＞K时，就判断u相的电流检测器132故障，也可以设定当复数个时间点(例如，5个时间点)以上的电流值满足|Iue-Iuc|＞K时，才判断u相的电流检测器132故障。这可以根据电流的稳定性和控制上的需要进行设定。

在步骤S318，故障检测器126将输出警报信号。

在本发明的控制装置中，基准电流生成器将电流检测器在正常的状态下检测的电流作为基准电流，故障检测器将电动机实际运转时电流检测器检测的电流与基准电流进行比较，从而判断电流检测器有无故障，所以大幅度提高了检测故障的精度。例如，当电流检测器的老化导致增益误差等误差变大时，本发明的控制装置能够检测出这种变化，从而在电流检测器发生严重故障之前发现其老化，尽早采取相应的措施。这是在电动机停止状态下检测电流、判断故障的现有技术所无法实现的。

<第2实施例>

图4是简略地表示本发明电动机控制装置的第2实施例的框图。在图4中，与图1所示第1实施例对应的组成部分，或者具有相同功能的组成部分附有相同标记。另外，对本实施例中与第1实施例相同的功能、作用和效果，省略其说明。

本实施例与第1实施例的不同点在于电压指令发生部110具有电流运算器118。电流运算器118是为了应对电流检测器132发生故障的情况而设置的。电流运算器118基于电流检测器132检测的各相绕线电流Iu、Iv和Iw，计算用于控制的反馈电流Iu’、Iv’和Iw’。

当故障检测器126检测到复数个电流检测器132中的一部分有故障，将输出警报信号，并向电流运算器118输出故障信号。而电压指令发生部110将基于没有故障的电流检测器132检测的电流，计算对应于有故障电流检测器的相的电压指令。例如，电压指令发生部110的电流运算器118基于没有故障的电流检测器132检测的电流，计算反馈电流Iu’、Iv’和Iw’，而电压指令发生部110根据电流运算器118计算的反馈电流，计算控制电动机102的电压指令Vu^*、Vv^*和Vw^*。以下，具体说明反馈电流的计算方法。

当电流检测器132没有故障时，如下面的公式组[2]所示，电流运算器118将把电流检测器132检测到的电流Iu、Iv和Iw直接作为反馈电流Iu’、Iv’和Iw’输出。

Iu’＝Iu

Iv’＝Iv [2]

Iw’＝Iw

而当检测电流Iu的电流检测器132发生故障时，电流运算器118将根据三相电流的和为零的原理，用下面的公式组[3]计算反馈电流Iu’、Iv’、Iw’并输出。而电压指令发生部110基于反馈电流Iu’、Iv’、Iw’，计算控制电动机102的电压指令Vu^*、Vv^*和Vw^*，并将其输出到变频器124。

Iu’＝-Iv-Iw

Iv’＝Iv [3]

Iw’＝Iw

由于电流运算器118能够排除发生故障的电流检测器132输出的错误信号，计算并输出反馈电流Iu’、Iv’、Iw’，不仅可以防止错误信号带来的控制混乱，而且在发现故障后，在对发生故障的电流检测器采取更换等措施之前，可以继续维持对电动机102的控制。

<第3实施例>

图5是简略地表示本发明电动机控制装置的第3实施例的框图。在图5中，与图4所示第2实施例对应的组成部分，或者具有相同功能的组成部分附有相同标记。另外，对本实施例中与第2实施例相同的功能、作用和效果，省略其说明。

本实施例与第2实施例的不同点在于控制对象的电动机402是具有两个绕线组、即具有绕线组406和绕线组408的多重绕线电动机。绕线组406和绕线组408分别由变频器124和变频器424提供驱动电压。而电压指令发生部110分别向变频器124和变频器424输出相同的电压指令Vu^*、Vv^*和Vw^*。本实施例的控制装置具有六个电流检测器132，用于检测绕线组406的各相绕线电流Iu1、Iv1、Iw1以及绕线组408的各相绕线电流Iu2、Iv2、Iw2。

基准电流生成器128针对六个电流检测器132分别准备基准电流Iu1c、Iv1c、Iw1c、Iu2c、Iv2c和Iw2c。故障检测器126将对六个电流检测器132检测的电流计算其有效值Iu1e、Iv1e、Iw1e、Iu2e、Iv2e、Iw2e，并与基准电流进行如下的比较，从而判断电流检测器132是否发生故障。

|Iu1e-Iu1c|＞K？

|Iv1e-Iv1c|＞K？

|Iw1e-Iw1c|＞K？ [4]

|Iu2e-Iu2c|＞K？

|Iv2e-Iv2c|＞K？

|Iw2e-Iw2c|＞K？

当电流检测器132没有故障时，电流运算器118将用下面的公式组[5]计算反馈电流Iu’、Iv’和Iw’。

Iu’＝(Iu1+Iu2)/2

Iv’＝(Iv1+Iv2)/2 [5]

Iw’＝(Iw1+Iw2)/2

当故障检测器126检测到复数个电流检测器132中的一部分有故障，将输出警报信号，并向电流运算器118输出故障信号。而电压指令发生部110将基于没有发生电流检测器故障的绕线组的电流检测器132检测的电流，计算对应于发生电流检测器故障的绕线组的电压指令。例如，电压指令发生部110的电流运算器118基于没有故障的绕线组的电流检测器132检测的电流，计算反馈电流Iu’、Iv’和Iw’，而电压指令发生部110根据电流运算器118计算的反馈电流，计算控制电动机402的电压指令Vu^*、Vv^*和Vw^*。以下，具体说明反馈电流的计算方法。

例如，当检测绕线组408的u相电流Iu2和w相电流Iw2的电流检测器132发生故障时，电流运算器118将基于没有故障的绕线组406的电流检测器132检测的电流Iu1、Iv1、Iw1，用下面的公式组[6]计算反馈电流Iu’、Iv’、Iw’。而电压指令发生部110基于反馈电流Iu’、Iv’、Iw’，计算控制电动机402的电压指令Vu^*、Vv^*和Vw^*，并将其输出到变频器124以及变频器424。

Iu’＝Iu1

Iv’＝(Iv1+Iv2)/2 [6]

Iw’＝Iw1

当故障检测器126检测到每个绕线组中分别有对应于一相绕线的电流检测器132有故障，电流运算器118将基于每个绕线组中没有故障的电流检测器132检测的电流，计算反馈电流。即电流运算器118将根据三相电流的和为零的原理，分别对每个绕线组利用上述公式组[3]所示的计算方法计算反馈电流。

当故障检测器126检测到在一个绕线组中有对应于一相绕线的电流检测器132有故障，而在另一个绕线组中有对应于两相以上绕线的电流检测器132有故障，电流运算器118将基于每个绕线组中没有故障的电流检测器132的电流，计算反馈电流。

例如，当检测绕线组408的u相电流Iu2的电流检测器132以及检测绕线组406的u相和v相电流Iu1和Iv1的电流检测器132发生故障时，电流运算器118将用下面的公式组[7]计算反馈电流Iu’、Iv’、Iw’。

Iu’＝-Iv2-Iw2

Iv’＝Iv2 [7]

Iw’＝(Iw1+Iw2)/2

这样，在对发生故障的电流检测器132采取更换等措施之前，可以维持对电动机402的控制。

<第4实施例>

本实施例是有关电梯的实施例，其具有上述任一个实施例中说明的电动机控制装置，用以控制驱动轿厢用的曳引机的电动机。有关本发明的电梯如何检测电流检测器132的故障，已在第1实施例中详细说明，故不再赘述。

本发明的电梯的主要特点是，可以将以规定的速度以及加速度，将载有规定负荷的轿厢开动规定的行程作为所述“规定的条件”。例如，将空载的轿厢从一楼上升到三楼的行驶过程作为“规定的条件”。从而可以实现在电动机实际运转的状态下，通过比较电流检测器132检测的电流和基准电流，检测电流检测器132的故障，大幅度提高了检测故障的精度。

具有第2或第3实施例的电动机控制装置的电梯还可以将第2或第3实施例中说明的计算反馈电流的过程追加到图3所示控制流程的步骤S318。例如，在步骤S318，故障检测器126不仅输出警报信号，而且向电流运算器118输出故障信号。电压指令发生部110的电流运算器118将基于没有故障的电流检测器132检测的电流，计算反馈电流Iu’、Iv’、Iw’。而电压指令发生部110基于反馈电流Iu’、Iv’、Iw’，计算控制电动机102或电动机402的电压指令Vu^*、Vv^*和Vw^*。

这样，本发明的电梯不仅可以高精度地检测电流检测器的故障，而且在发现故障后，在对发生故障的电流检测器采取更换等措施之前，可以维持对电梯的控制。

本发明并不限于上述的实施例，其还包括各种各样的变形例。例如，在上述的实施例中，为了便于理解，对本发明做了详细的说明，但并不是将本发明限定于具有所有上述组成部分的实施例中。另外，可以将某实施例的部分技术特征置换为其他实施例中的技术特征，还可以将某实施例的组成部分追加到其他实施例的组成中。另外，对每个实施例的组成的局部，可以用其他技术特征进行追加、置换，或者将其删除。

Claims (9)

1.一种电动机的控制装置，其包括：分别用于检测多相交流电动机绕线组中各相绕线电流的复数个电流检测器；基于所述电流检测器检测的电流，计算控制所述多相交流电动机的电压指令的电压指令发生部；以及，根据所述电压指令对所述多相交流电动机施加电压的变频器，

其特征在于：

具有：基准电流生成器以及故障检测器，

根据在所述多相交流电动机以及所述电流检测器处于正常的状态下所述多相交流电动机按照规定的条件运转时所述电流检测器检测的电流，所述基准电流生成器计算该电流的有效值，并将该有效值作为基准电流加以存储，

当所述多相交流电动机的运转条件满足所述规定的条件时，所述故障检测器计算所述电流检测器检测的电流的有效值，并与所述基准电流进行比较，据此检测所述电流检测器有无故障，

当所述故障检测器检测到所述复数个电流检测器中的一部分有故障，输出警报信号。

2.根据权利要求1所述的电动机的控制装置，

其特征在于：

当所述故障检测器检测到所述复数个电流检测器中的一部分有故障，所述电压指令发生部基于没有故障的所述电流检测器检测的电流，计算对应于有故障电流检测器的相的电压指令。

3.根据权利要求2所述的电动机的控制装置，

其特征在于：

当所述故障检测器检测到所述复数个电流检测器中的一部分有故障，所述电压指令发生部基于没有故障的所述电流检测器检测的电流，计算反馈电流。

4.根据权利要求2所述的电动机的控制装置，

其特征在于：

所述多相交流电动机是具有复数个绕线组的多重绕线电动机，

当所述故障检测器检测到所述复数个电流检测器中的一部分有故障，所述电压指令发生部基于没有发生电流检测器故障的绕线组的所述电流检测器检测的电流，计算对应于发生电流检测器故障的绕线组的电压指令。

5.根据权利要求4所述的电动机的控制装置，

其特征在于：

当所述故障检测器检测到所述复数个电流检测器中的一部分有故障，所述电压指令发生部基于没有发生电流检测器故障的绕线组的所述电流检测器检测的电流，计算反馈电流。

6.根据权利要求4所述的电动机的控制装置，

其特征在于：

当所述故障检测器检测到每个绕线组中分别有对应于一相绕线的所述电流检测器有故障，所述电压指令发生部基于每个绕线组中没有故障的所述电流检测器检测的电流，计算反馈电流。

7.根据权利要求4所述的电动机的控制装置，

其特征在于：

当所述故障检测器检测到在一个绕线组中有对应于一相绕线的所述电流检测器有故障，而在其他绕线组中分别有对应于两相以上绕线的所述电流检测器有故障，所述电压指令发生部基于每个绕线组中没有故障的所述电流检测器检测的电流，计算反馈电流。

8.一种电梯，其利用多相交流电动机驱动轿厢，

其特征在于：

具有根据权利要求1至7中的任一项所述的电动机的控制装置，用以控制所述多相交流电动机。

9.根据权利要求8所述的电梯，

其特征在于：

所述规定的条件是，以规定的速度以及加速度，将载有规定负荷的所述轿厢开动规定的行程。