CN1066695C - 一种电梯的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种调节速度可控的电梯驱动的方法，驱动电梯机构的一交流电机(28)通过一将可控的频率和电压提供给电机(28)的变频器(26)来调节。电梯的负载条件通过电梯轿厢中的一称重装置(32)来检测，一功率极限(PA)输入给电梯机构作为参考值，而根据功率极限(PA)和负载条件确定给变频器的参考速度(38)。

Description

一种电梯的控制方法
本发明涉及调节一速度可控的电梯驱动的方法，其中驱动电梯机构的一交流电机通过一变频器来控制，该变频器将一可控的频率和电压提供给电机，所述的电梯驱动配备有检测电梯负载情况的装置。
在正常情况下，电梯控制的目的是以这样的方式驱动电梯，即每次操作电梯时，使电梯以最快的速度从起始楼层运行到目标楼层。因此，电梯电机通常如此控制使得电梯的加速度、减速度和速度在任何情况下都达到电梯机构允许而且不会给乘客带来不适的最高值。对于此种控制，需要在电梯操作期间的任何情况下向电梯驱动供电的电网应产生足够的能量。在正常使用中，这通常没有问题。
当电能的供给出现故障时，电梯将不能以预想的方式工作。为了处理电源故障，电梯配置有安全装置以使得电梯轿厢被驱动到层站。较长时间的停电需要接入备用电源，该备用电源通常设计为保持约四部电梯中有一部可以由乘客使用。在此情形下，电梯的运输能力大幅下降。
即使在无实际的电源故障出现的情形下，电能的提供也可能出现障碍。供电网的电压可能降低到低于额定的值，或频率的变化超出允许的范围。在此情形下，当达到某些预定的极限值时，电网中及用电设备使用的保护装置通常启动。在电梯驱动中，在配电网薄弱的地区和建设期间由容量不足的临时电源系统供电时可能出现这样的情形。当电网的电压下降时，其负载能力通常下降，从而正常的负载将引起电网的过载，导致电压的进一步降低，以及保护装置的启动和电源的断开。
从Kone Elevator GmbH的美国专利US 5229558的说明书中，可以知道一解决办法，当供电电压降低时以较低的速度和/或加速度来驱动电梯，从而降低功率的需要。然而，此说明书没有考虑电梯的实际功率需要，而只考虑运载量，即电梯的运行速度根据电网的条件降低。
本发明的目的在于实现一新的速度可控的电梯驱动，在电网的供电量有限(例如在采用备用电源)时能最优地工作。本发明的另一目的是实现一控制电梯电机的方法，使得不会将超过电网容限的负载加到电网上，而在不同的负载情形下允许有最大的驱动速度。本发明的方法的特征在于，将一功率极限输入电梯机构作为一参考值，根据功率极限和负载条件确定给变频器的参考速度。
根据本发明的一实施例，功率极限以与电梯的额定功率有关的相对值形式给出。根据本发明的另一实施例，负载条件由电梯的称重装置的测量信号来确定。在本发明的第三实施例中，功率极限根据电网的供电量来确定。利用本发明，所有可用于电梯驱动的功率得到最优的利用。在备用电源的情形下这具有特别的重要性，因为可用的功率限于比正常情形明显低的一值。
在本发明的解决方案中，电梯控制系统中的电机驱动能够根据给定的条件自己确定其运行速度。一有益的工况方式是使用相对功率。借助于采用的新型变频器的特性，即使在最大负载条件下以额定功率的12-25％也能启动电梯。然而，其结果是空载电梯在下行时移动非常慢。如果电梯轿厢中有乘客，由于电梯由对重平衡了50％，因此向下驱动需要的功率降低。在救援操作中，当负载明显超过额定负载的一半时，主要依赖于机构的效率，电梯不再需要功率来移动轿厢。然而，电机的激励和控制部件需要额定功率的10-25％。
例如，在备用电源容量按照中型建筑的原则设计的由四部电梯构成的电梯组的情形下，可用的能量足够一部电梯的所有操作情形。通过利用本发明的解决方案，每部电梯能分到额定功率的25％。根据负载情况，一些甚至所有电梯都能全速驱动。
当与备用电源结合使用时本发明带来的一显著优点是在乘客中产生安全感，这是通过在电源出现故障后而灯已重新打开时电梯立即重新开始运行来实现的。或者，根据市场需要和可用的资金，服务质量方面的部分优点可以转化为节省投资，而以一显著较低的代价能保持目前的服务水平。此优点可以实现，例如，在高层住宅中，通常有两部电梯，这意味着等候时间没有问题，而优点由于这样的事实而产生，这就是备用电源的额定功率能够降低约一半而不会明显地降低服务的质量水平，或降低至约当前功率水平的四分之一而仍然保证所有电梯在任何情况下的救援操作，尽管速度慢。
在电源故障很频繁的地方，本发明带来了特别大的好处。在此情形下，本发明的解决方案允许基本正常或准正常电梯操作。因此，异常情形不必要给出特殊的指令，也不会影响乘客的行动。与单纯的电池操作的解决方案比，本发明在建立和维护储能装置上可以节约成本。在将电能提供给控制和外围装置中，实现了其它的好处。
本发明可带来特别大益处的另一应用领域是在极高层建筑中出现着火的情形。在这样的建筑中，使用了称为无齿轮的电梯，该电梯具有如此高的效率，使得即使利用现有技术，它也将能量返回给电网，例如在电梯满负载下降或空载上升时。最好的情形是，返回的电能相当于额定功率的90％。为了此目的，电机驱动配置了一所谓的可控电力桥，以产生正确频率、波形和电压的一电流。
在着火的情形下，经建筑物的内部网络，电梯可以利用别的电梯产生的能量，从而在此情形下，所有电梯实际上总是能以全速驱动，因为救援中轿厢一般是满载下行和几乎空载上行，在此情形下，一般总是有一个救火人员在轿厢中。如果电梯机构暂时置于重负荷状态例如当电梯空载下行时，别的电梯产生的能量防止了备用电源出现过载。
在着火情形下的另一优点是，如果电梯在救援工作中能够以满负载量运行，则它们还能够为建筑物中的其它装置如正常的照明设备和泵产生大量额外的能量。因此，利用本发明的解决方案，有助于改变救援工作计划的基本设想，并要求在着火时及在救援工作依靠备用电源时高层建筑中可以得到全部电梯服务。这可以不用明显地增加总成本就可以实现。
功率极限可以在运行的电梯中按比例设定。在受供电不足影响的区域，这使得功率极限可通过考虑电网上的其它主要负载而确定，或者如果可用的能量随一天的时间变化，则功率极限也能够根据每日的节奏来调整。
下面，参考图1描述本发明，图1显示了根据本发明的一电梯驱动。
通过电梯提升绳4和与电机轴直接或经齿轮系统耦合的牵引滑轮2，提升电机28以电梯技术领域公知的方式移动电梯轿厢6和对重8。变频器经三相导线40与电源联接并经三相导线41与电机28联接。电梯控制系统根据乘客的呼叫和电梯系统内部的指令来控制轿厢的移动。这些的实现根据应用而有很大的变化，但不影响本发明的作用。各电梯具有自己的额定功率，尽管电梯组当然可以由同样标准设计的电梯组成。
电梯负载由设置在电梯轿厢6中的称重装置32来称量。利用该重量数据，单元37根据电梯的提升系统的机构和部件的质量产生一负载信号36。负载数据表示了作用在提升电机的轴上的负载力矩，即负载情况。负载力矩依赖于对重、轿厢和绳的质量以及绳的悬挂比和齿轮系统的传输比。
在通常的变频器控制的电梯驱动中，向电机提供一可控频率的电压，该电压为期望的加速度和运行速度提供足够的力矩。在四象限控制(four-quadrant control)下的一驱动中，当电机在发电机模式下工作时，电机产生的能量可以返还给供电网。或者，产生的能量或其一部分在电阻中转化为热。表示电梯运行的速度或电机的转速、负载或力矩和电压甚至电流的实际值的输入数据提供给变频器。
在利用本发明的一方案中，变频器包括与供电网相连的电力桥42和与电机相连的电机桥46。电机桥和电力桥通过一直流中间电路相连，其中一电容44联接在中间电路的导线43和45之间。两个桥由如IGBT实现的可控开关组成。该桥通过一速度调节器48来控制，而控制这样实现，使得提供给电机的能量和供电频率以及返回电网的能量与操作情形的要求一致。存储在中间电路的电容中的能量用于处理快速的负载变化。
在各操作情形下，电梯被给定一最大功率PA并相应地确定转速的一参考值。在电梯的备用电源产生的电能驱动时，从一功率限定器33得到的允许的输出功率值是例如电梯的额定功率的四分之一。允许的最大输出功率值也可以用其它方法如给电梯控制系统的一参数来限定。
电梯驱动中使用的对重的大小这样来选择，当轿厢的负载量达到额定负载的一半时，在牵引滑轮和电梯电机的轴上出现平衡状态。当轿厢负载更小时，在电机轴上出现向对重方向作用的力矩，而当轿厢负载超过额定负载的一半时，在电机轴上出现向轿厢方向作用的力矩。从而，负载重量数据提供一与力矩成正比的参数，而机构所需的驱动功率与速度和力矩成比例，或P=wT，从而w=P/T。将这些参数表示成相对于额定值的相对值，我们得到wr=Pr/Tr，这里下标r表示一相对值或Pr=P/PN。因此将功率限定为额定功率的25％意味着相对功率值Pr=0.25。从而，直接从功率极限和负载重量数据得到转速的参考值。允许的功率极限以与备用电源的功率成比例的相对值给出，即对应于分配给电梯的备用电源的功率与额定功率之比。当多部电梯连接到同一备用电源时，每一部电梯能够指定一单独的功率极限，这意味着电梯分享为电梯驱动设计的总的备用电源功率。
确定允许功率PA的信号和来自电梯37的负载数据(导线36)输入到一除法器34，该除法器34根据可利用的功率确定可能的参考速度ωref=PA/TL，这里TL是负载数据。除法器34确定的参考速度ωref经导线38送到变频器26中的速度调节器48，该速度调节器相应地调节变频器的输出。因此，变频器从电网中得到的功率保持在预定的极限值内。连接在电机轴上的测速计31提供实际的速度值ωact，该值经导线39送到速度调节器48。
根据电梯负载运行的方向，可以区分不同的负载情形。当电梯在轿厢约半满状态下运行时，负载力矩很小而根据上述段落设定的功率极限实际上完全不会降低运行速度。当电梯空载向下运行或满载向上运行时，负载最大，运行速度根据功率极限而降低。能量消耗的最佳情形在电梯空载向上或满载向下时出现。在此情形下，功率极限实际对各电梯的驱动速度不加限制，而电梯电机以发电机的方式工作，产生的功率必须消耗掉或返回电网。当然，在所有情形下，电机必须产生其激励和功耗所需的能量。
当电梯电机以发电机的方式运行时，最好将产生的功率返回电网，这样，该能量能够被连接到备用电源网上的其它装置使用。如果不行，则该功率在电阻中耗散。另一可能是操作合适的电梯，在此情形下，向电机提供一与启动力矩相应的零频率电流。
在本发明的范围中，相对功率极限可以用多种方法来确定。除了预定的相对值外，功率极限也可以是表示电网条件的量的函数。当电网电压下降时，这导致功率极限的逐步降低。
虽然图1中显示的功率控制是基于电梯的单独调节，但是通过监视不同电梯如那些属于同一电梯组的电梯的功率消耗，可以根据负载条件改变每一电梯的功率极限。必须产生启动所需的力矩以使电梯开始移动。电梯的速度和运载量，即每一单位时间内乘客的数量(或最好是质量)乘以运行的楼层距离，对每部电梯可单独确定。由于功率极限电梯消耗的能量来表示，在电机以发电机的方式工作时，不限制速度。一满载向下运行的电梯(在撤离期间经常出现的情形)由于电机以发电机方式工作而如上所述在能量消耗上具有优点并且实际上产生能量。电机能够以全速运行，意味着运载量为最大，即电梯满载全速运行。这样会产生的能量必定以某种方式消耗或返回给电网。另一方面，当负载小时，在向下的方向上只允许低速。相反，向上运行的一空轿厢或(在紧急情况下经常出现的情形)载有一救援人员的轿厢带来类似的优点，如上所述。
上面，利用本发明的一些实施例描述了本发明。然而，这些实施例不应看成是对专利保护范围的限制，而本发明的实施例可以在所附的权利要求限定的范围内变化。

Claims (4)

1．一种调节速度可控的电梯驱动的方法，其中驱动电梯机构的一交流电机(28)通过一将可控的频率和电压提供给电机(28)的变频器(26)来调节，所述的电梯驱动包括用于检测电梯的负载条件的装置(32)，其特征在于，一功率极限(PA)输入给电梯机构作为参考值，而根据功率极限(PA)和负载条件确定给变频器的参考速度(38)。
2．根据权利要求1所述的电梯驱动的方法，其特征在于，功率极限(PA)以电梯的额定功率的相对值的形式给出。
3．根据权利要求1所述的电梯驱动的方法，其特征在于，负载条件从电梯轿厢中的称重装置(32)给出的测量信号来确定。
4．根据权利要求1所述的电梯驱动的方法，其特征在于，功率极限(PA)根据电网的供电量来确定。
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