CN1082506A - 可以回收能量的数控电梯 - Google Patents

Abstract

一种可以回收能量的数控电梯，包括有吊舱、钢 丝绳、滚筒、平衡挂载、驱动电机和由数控变频逆变电 源、电力电子开关组件、各楼层的传感器与可编程控 制器组成的数字控制装置。其特征主要是采用数控 全速稀土同步电机作为电梯的驱动电机。本发明充 分利用该电机兼可作为电动机或发电机应用的可逆 特性，在电梯吊舱处在不同载荷与不同升降方向运行 时，通过数控装置，实时回收能量，馈送入供电网。本 发明节能效果显著，是一种全数控的新型电梯。

Description

本发明涉及一种全数控的新型电梯，确切地说，涉及一种在其升降过程中有时可以回收能量的数控电梯，属于电力拖动的装置及其控制技术领域。

传统的电梯因其需要频繁地升降运行，且往往是在吊仓内载乘许多人员进行升降操作的，所以，在这种短时和间隙工作场合下，通常采用能够产生大的启动转矩和允许多次频繁接通和换向的启动特性良好的绕绕式异步电机作为驱动电机的。但是，这种电梯无论在上升还是下降过程中，均需从电网中输入电能以驱动绕线式异步电机旋转来驱动之。由于城市建设中高层建筑越来越多，电梯已成为供电网中的一个耗能大户。然而，按照经典物理学的能量守恒定律的原理分析，在电梯上升载客时，电机从电网所吸收的能量，除去必要的机械磨损外，都为克服地球重力作功而转换为势能，并在搭乘电梯上楼的人员身上贮存起来，而当这些人员乘电梯下楼时，这些势能没有得到任何有效应用就被白白地浪费了。通常，人们搭乘电梯上楼之后，总是要再乘电梯下楼的，因此，从物理学的第一定律分析：一个结构先进、正常运行的升降载重电梯，除了消耗于装置的机械摩擦和耗损外，吊仓升降的能量转换是应该保持平衡的;也就是说，吊仓的升降是可以不需要消耗电能的（机械摩损所消耗能量很少而忽略不计了）。换言之，从经典物理学的概念来衡量，电梯成为城市耗电大户的现象是不合理的。

本发明的目的是提供一种利用当代高新技术成果之一的数速全速稀土同步电机作为驱动电机而构成的可以回收能量的数控电梯，用以解决上述传统电梯所存在的不合理耗能现象。

本发明的结构组成如附图1所示，它包括有吊仓1、钢丝绳2、滚筒3、平衡挂载4、驱动电机10和数字控制装置，其特征在于：与滚筒相连的驱动电机10是一个数控全速稀土同步电机，该机的转子7外缘有稀土永磁材料制成的磁极8，在磁体外围包有护环9，定子线圈6外接有数控可变频逆变电源11，该逆变电源11通过一个大功率电力电子开关组件12与供电网接通，还有对可变频逆变电源11、电力电子开关组件12和设置在各楼层的敏感器13进行控制的，并可以与其他设备共有的可编程控制器14。

本发明的关键是采用了已被授予专利的数控全速稀土同步电机（专利号为：CN91203427.0）作为电梯的驱动电机，并由该电机的定子5、定子线圈6、转子7和稀土永磁体8组成了电能与机械能的动力转换装置。这种电机与常规同步电机一样，它既可以作为电动机使三相调频交流电流入定子线圈6，与转子7的永磁体磁极8作用，产生力矩驱动滚筒3旋转，即把电能转化为机械能，这时或者是在吊仓1的总重量大于平衡挂载4时用于提升吊仓1，或者是在吊仓总重量轻于平衡挂载时用于下降吊仓。该电机也可以作为发电机运转，这时，在吊仓1与平衡配载4两者本身的重力差驱动下，滚筒3因其上缠绕的钢丝绳作用产生转动，并使与其同轴的转子7也旋转，由此转子7上的永磁体磁极8也随之旋转，该磁极磁通切割不转动的定子线圈6而在定子线圈6中产生感应电动势，如用导线引出即产生电流、电能。输出的电能通过逆变电源11和电力电子开关组件12馈送入供电网，也就是把机械能转化的电能。此时或者是在吊仓1总重量小于平衡挂载4的重量时，吊仓1作上升运动，或者是在吊仓总重量重于平衡挂载时吊仓作下降运动。这样就把一个单纯耗能的传统电梯转化成一个可以回收电能的先进的数控电梯了。由于乘座电梯上、下楼的人数基本上是相等的，因此通过本电梯的驱动电机而相互转化的电能与机械能基本上也是均衡的，两者的差额主要是在吊仓升降时克服空气阻力和机械传动部件的摩擦阻力所消耗的。总的来说，消耗的电能是很有限的，换句话说，本发明节能非常显著，可以称为能量基本保持平衡的新型电梯。

本发明的工作原理是这样的：由于驱动电机10是稀土全速同步电机，它可以在从低速到超高速状态下都能平稳旋转。当在定子线圈6中馈入交变电流时，此电流产生旋转磁场，该磁场与转子7外缘固装的稀土永磁材料制成的磁极8所产生的永磁场相互作用，带动转子7转动而产生扭矩，使滚筒旋转，吊仓升降。这里转子旋转速度与交变电流产生的旋转磁场的旋转速度是相同的。本发明使用数控可变频电源11把普通工频交流电或直流电变成频率和相位都可变的交流电输出馈送给定子线圈6。可变频电源11不仅可以被控改变输出电流的频率和相位关系，还可被控改变输出电流的大小。而通过控制改变频电源11的输出电流频率和相位，就可改变转子7的转动速度、加速度和旋转方向，通过控制改变变频电源11的输出电流大小，可以调整转子7的输出扭矩，还可通过可编程控制器14对其所控的变频逆变电源11的输出电流、频率进行积分，实现对行程的控制。总之，可以通过数字控制的方法，籍助可编程控制器14对驱动电机10的输出转速、加速度、转向、扭矩和行程都实现精确的实时控制。这样，本发明的电机10在驱动滚筒旋转以升降吊仓时，可以针对各种状况（搭乘人数、上升或下降的楼层高度等等）用可编程控制器输入相应控制指令、程序，向变频逆变电源发出控制信号，再籍助各楼层的敏感器13的反馈信号，对不同重量的吊仓升降速度、加速度、方向和行程实现精确控制。同样，在电梯升降过程中，由于吊仓轻于平衡挂载而上升，或者吊仓重于平衡挂载而下降时，一部分势能能会转换成动能并通过电机10而又转换成电能-三相交流电向外输出。此时，驱动电机10作为同步发电机状态运行。输出的三相交流电送入可变频逆变电源11中被转换成直流电，并由逆变电源11内部的与三相交流电网同步的直流-交流逆变器，再逆变成三相交流电，经过一个大功率电力电子开关组件12而馈送回供电电网。这里的电力电子开关组件12的作用是：当电机10在作为电动机工作时，它处于截止状态，使得其后的装置都关断;而当电机10作为发电机运行时，它才处于导通状态，使转换生成的三相交流电馈送回供电网。这些过程都是由可编程控制器14发出相应指令来协调、控制相关执行装置完成的。可编程控制器14的控制策略和要求可以编成软件预存在它的存储器中，也可使用其他上层控制计算机通过串行通信接口给可编程控制器14输入符合设计要求的各种数字指令，再由可编程控制器根据电梯搭乘情况和各楼层敏感器传递过来的运行要求，随时对电机10、可变频电源11、电力电子开关组件12发出相应控制信息，实时完成可回收能量的数控电梯的操作运行。

本发明在其回收能量并馈送回电网时，实质上是把搭乘人员身上积存的势能，再经电机和相应控制装置转换成交流电，这样，既避免了能量的无功损耗和机械部件的加剧磨损，又提高了能量的使用效率和本发明的工作效率，减少了电梯的维护工作量。据测算，本发明电梯的工作效率可达90%以上，比传统电梯高出1倍;其能耗数值在正常运行情况下，可比传统电梯低一个数量级。由于本发明驱动电机可在低速至超高速范围内全速运转，没有启动冲击电流，其开机启动电流比传统电梯的要低10～20倍，这又无形中延长了本发明机电装置的使用寿命。总之，本发明是把电梯的驱动、控制装置合成一体，全部采用技术成熟的机电一体化标准定型产品，结构简单，操作维护方便，其工作可靠性和安全性都较传统电机有根本性的改善。例如，一旦遇到停电，电梯正卡在两楼层之间进退维谷时，本发明可用电机10作为发电机自发启动缓慢地上升或下降，把搭乘者安全送出吊仓。

本发明所用的可调频逆变电源11可以使用专利号为CN90202757或CN90203323的专利，也可以使用日本富士公司的G7系列送变器，本发明无特殊要求。可编程控制器14可以是普通工业过程控制器，也可以是工业控制计算机，还可以是与其他控制装置或者其他设备所共有的中央控制计算机。通过标准工业控制介面，使用分时分址方法，对各个执行装置和敏感器进行数据采集和控制。

Claims (1)

1、一种可以回收能量的数控电梯，包括有吊仓、钢丝绳、滚筒、平衡挂载、驱动电机和数字控制装置，其特征在于：与滚筒相连的驱动电机是一个数控全速稀土同步电机，该电机的转子外缘有稀土永磁材料制成的磁极，在磁体外围包有护环，定子线圈外接有数控可变频逆变电源，该逆变电源通过一个大功率电力电子开关组件与供电网接通，还有对可变频逆变电源、电力电子开关组件和设置在各楼层的敏感器进行控制的，并可以与其他设备共有的可编程控制器。

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