CN109428394A - 用于电梯驱动装置的自动救援和充电系统 - Google Patents
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Abstract
公开了用于向电梯提升电动机提供电力的方法和系统。隔离的双向dc/dc转换器耦接在电源转换器与电源逆变器之间；电池耦接到所述隔离的双向dc/dc转换器。处理器被配置来感测功率电平并且根据主电力供应的电压经由所述隔离的双向dc/dc转换器来将所述电池耦接到电梯提升电动机。所述隔离的双向dc/dc转换器还被配置来提供电力以对所述电池充电。
Description
背景技术
示例性实施方案有关电力系统领域。具体地，本公开涉及一种用于与电梯系统一起使用以在正常和电力故障状况期间提供基于电池的电力的电力系统。
电梯驱动系统通常被设计来在来自电源的特定输入电压范围内操作。驱动装置的部件具有允许驱动装置在电力供应(power supply)保持在指定输入电压范围内时连续操作的电压和电流额定值。然而，电压跌落(sag)、灯火管制状况(即，低于驱动装置的容差带的电压状况)和/或功率损耗可能引起问题。当发生电网电压跌落时，驱动装置从电力供应汲取更多电流，以维持提升电动机的一致功率。在常规系统中，当从电力供应汲取过量电流时，驱动装置将关闭以避免损坏驱动装置的部件。
当发生电力跌落或电力损失时，电梯轿厢可能在电梯井道中的楼层之间失速，直到电力供应返回标称工作电压范围为止。在常规系统中，电梯中的乘客可能被困住，直到维护工人能够释放制动器以便控制轿厢向上或向下移动以允许电梯移动到最近楼层。最近，已引入采用自动救援系统的电梯系统。这些电梯系统包括电能存储装置(诸如一个或多个电池)，所述电能存储装置在电力故障后被控制来提供电力以将电梯移动到下一楼层以供乘客离开电梯。然而，许多当前的自动救援操作系统实施起来复杂且昂贵，并且可能在电力故障后为电梯驱动装置提供不可靠的电力。
发明内容
根据一个实施方案，一种驱动电梯的方法包括监测电力供应的电压电平。基于确定所述主电力供应的所述电压电平低于第一预定阈值，指示隔离的双向dc/dc转换器将从电池输入的电压升高到足以在救援模式中驱动所述电梯轿厢的电平。
除上述一个或多个特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：其中足以在所述救援模式下驱动所述电梯轿厢的所述电平在70伏至300伏的范围内。
除上述特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：监测所述电池的电压电平；并且基于确定所述电池的所述电压电平低于第二预定阈值并且确定所述主电力供应的所述电压电平高于所述第一预定阈值，经由所述隔离的双向dc/dc转换器来对所述电池充电。
除上述特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：监测所述电池的温度；其中对所述电池充电包括：使用所述电池的所述电压电平和所述电池的所述温度来确定所述电池的最佳充电周期(charging cycle)；并且将所述最佳充电周期应用于所述电池。
除上述特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：其中对所述电池充电包括使用来自所述主电力供应的电力来对所述电池充电。
除上述特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：其中对所述电池充电包括使用来自以再生模式操作的电梯提升电动机的电力来对所述电池充电。
除上述特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：其中所述隔离的双向dc/dc转换器被配置来接收线电压作为输入并且输出对所述电池充电的最佳电压。
除上述特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：其中所述电池是48伏电池并且对所述电池充电的所述最佳电压在50伏到55伏的范围内。
除上述特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：其中所述线电压为大约480伏。
根据一个实施方案，一种电梯电力系统可包括：输入端，所述输入端耦接到主电力供应；电源转换器，所述电源转换器耦接到所述输入端、被配置来在交流电与直流电之间进行转换；电源逆变器，所述电源逆变器耦接到所述电源转换器、被配置来在交流电与直流电之间进行转换；提升电动机，所述提升电动机耦接到所述电源逆变器、被配置成具有再生模式；隔离的双向dc/dc转换器，所述隔离的双向dc/dc转换器耦接在所述电源转换器与所述电源逆变器之间；电池，所述电池耦接到所述隔离的双向dc/dc转换器；以及处理器，所述处理器耦接到所述隔离的双向dc/dc转换器；其中所述处理器被配置来根据从所述电源转换器感测的电压以及从所述电池感测的电压来改变所述隔离的双向dc/dc转换器的所述操作模式。
除上述特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括其中所述处理器被配置来：基于确定所述主电力供应的所述电压电平低于第一预定阈值，指示隔离的双向dc/dc转换器将从电池输入的电压升高到足以在救援模式中驱动所述提升电动机的电平。
除上述特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：其中足以在所述救援模式下驱动所述提升电动机的所述电平在70伏至300伏的范围内。
除上述特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括其中所述处理器还被配置来：监测所述电池的电压电平；基于确定所述电池的所述电压电平低于第二预定阈值并且确定所述主电力供应的所述电压电平高于所述第一预定阈值，经由所述隔离的双向dc/dc转换器来对所述电池充电。
除上述特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括其中所述处理器被还被配置来：监测所述电池的温度；其中对所述电池充电包括：使用所述电池的所述电压电平和所述电池的所述温度来确定所述电池的最佳充电周期；并且将所述最佳充电周期应用于所述电池。
除上述特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括其中：对所述电池充电包括使用来自所述主电力供应的电力来对所述电池充电。
除上述特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：其中对所述电池充电包括使用来自以再生模式操作的所述提升电动机的电力来对所述电池充电。
除上述特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：其中所述隔离的双向dc/dc转换器被配置来接收线电压作为输入并且输出对所述电池充电的最佳电压。
除上述特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：其中所述电池是48伏电池并且对所述电池充电的所述最佳电压在50伏到55伏的范围内。
除上述特征外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：其中所述线电压为大约480伏。
附图说明
以下描述不应被视为以任何方式进行限制。参考附图，相同的元件编号相同：
图1是用于驱动电梯提升电动机的电力系统的示意图。
图2是并入一个或多个实施方案的电力系统的示意图；并且
图3是展示了一个或多个实施方案的操作的流程图。
具体实施方式
参考附图，在本文以举例而非限制的方式呈现所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述。
术语“大约”旨在包括与基于提交申请时可用装备的特定量的测量相关联的误差程度。
本文所使用的术语仅是出于描述特定实施方案的目的而并不旨在限制本公开。如本文使用的，除非上下文明确地另外指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述/该”旨在同样包括复数形式。还应理解，术语“包括”和/或“包含”在用于本说明书中时，指定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。
图1是用于驱动电梯197的提升电动机190的再生式驱动系统100的示意图。系统100耦接到主电力供应102。主电力供应102可为由电力公司供应的电力，诸如商用电源。电梯197包括电梯轿厢194和配重192，它们经由电缆与提升电动机190耦接在一起。
来自主电力供应102的电力被展示为三相电路。然而，应当理解，在一些实施方案中，主电力供应102可为任何类型的电源，包括单相AC电源和DC电源。电力供应102耦接到电源转换器126、电源逆变器132。
电源转换器126和电源逆变器132通过电力总线128连接。平滑电容器130连接在电力总线128两端。电源转换器126可为三相电源逆变器，其可操作来将来自主电力供应102的三相AC电源转换为DC电源。在一些实施方案中，电源转换器126包括多个功率晶体管电路，所述电路包括并联连接的晶体管和二极管。DC输出功率由DC电力总线128上的电源转换器126提供。平滑电容器130使由电源转换器126和DC电力总线128提供的电力平滑。电源转换器126还可操作来将电力总线128上的电力转化以返回到主电力供应102。这种再生式驱动配置减少了对主电力供应102的需求。
电源逆变器132可为三相电源逆变器，其可操作来将来自电力总线128的DC电源转化成三相AC电源。电源逆变器132可包括多个功率晶体管电路，所述电路包括并联连接的晶体管和二极管。电源逆变器132将三相电力在电源逆变器132的输出端处输送到提升电动机。此外，电源逆变器132可操作来处理当电梯194以再生模式驱动提升电动机190时产生的电力。例如，如果提升电动机190正在发电，那么电源逆变器132就将所产生的电力进行转换并将其提供给电力总线128。平滑电容器130使通过电源逆变器132在电力总线128上提供的转换的电力平滑。在一个或多个替代实施方案中，电源逆变器132是单相电源逆变器，其可操作来将来自电力总线128的DC电源转化成单相AC电源，以便输送到提升电动机190。
提升电动机190控制电梯轿厢194和配重192的移动速度和方向。驱动提升电动机190所需的电力随着电梯轿厢194的加速度和方向而变化。例如，如果电梯轿厢194正在加速，在负载大于配重192的重量(“轻”负载)的情况下在向上方向上运行，或者在负载超过配重192的重量(“重”负载)的情况下在向下方向上运行，那么最大量的电力被用来驱动提升电动机190。如果电梯轿厢194在平衡负载下以固定速度调平或运行，那么可使用较少量的电力。如果电梯轿厢194正在减速，在较重负载情况下在向下方向上运行，或者在较轻负载情况下在向上方向上运行，那么电梯轿厢194驱动提升电动机190。在这种情况下，提升电动机190产生通过电源逆变器132转换成DC电源的电力。转换的DC电力可返回到主电力供应102。在一些实施方案中，转换的DC电力可能在连接在电力总线128两端的动态制动电阻器(未示出)中耗散。因此，因为在某些情况期间，电力可由提升电动机190产生并且返回到主电力供应102，所以系统100的设置可称为再生式驱动。
虽然图1中仅展示了单个提升电动机190，但是应当理解，主电力供应102可用于为多个提升电动机供电，每个提升电动机用于驱动电梯轿厢和配重。例如，多个电源逆变器可并联耦接在电力总线128两端，以向多个提升电动机提供电力。
在某些情况下，具有充当主电力供应102的备用电池可能是有用的。如上所述，如果主电力供应102停止提供足够的电力，那么人们可能会被困在电梯轿厢194中。这对乘客来说可能是惨痛的经历。备用电池可使得电梯轿厢194能够移动到安全位置来使乘客离开电梯。此后，可关闭电梯轿厢194以防止其他人被困在电梯轿厢中，直到电力供应102再次可操作为止。
在一个或多个实施方案中，电池系统耦接到电梯系统以提供紧急备用电力。在一种或多种配置中，隔离的双向dc/dc转换器可用于将电池系统耦接到电力总线。隔离的双向dc/dc转换器可被配置来在主电力供应可操作时为电池系统充电，并且在主电力供应不可操作时将电池耦接到提升电动机，以便执行救援操作。
图2是用于驱动电梯297的提升电动机290的再生式系统的示意图。主电力供应202可包括由电力公司供应的电力，诸如商用电源。电梯297包括电梯轿厢294和配重292，它们经由电缆与提升电动机290耦接在一起。
来自主电力供应202的电力被展示为三相电路。然而，应当理解，在一些实施方案中，主电力供应202可为任何类型的电源，包括单相AC电源和DC电源。电力供应202耦接到电源转换器226和电源逆变器232。
电源转换器226和电源逆变器232通过电力总线228耦接在一起。平滑电容器230连接在电力总线228两端。电源转换器226可为三相电源逆变器，其可操作来将来自主电力供应202的三相AC电源转换为DC电源。在一些实施方案中，电源转换器226包括多个功率晶体管电路，所述电路包括用来使电流平滑并且实现低谐波失真的一个或多个并联连接的晶体管和二极管。DC输出功率由DC电力总线228上的电源转换器226提供。平滑电容器230使由电源转换器226和DC电力总线228提供的电力平滑。电源转换器226还可操作来将电力总线228上的电力转化以返回到主电力供应202。这种再生配置减少了对主电力供应202的需求。
电源逆变器232可为三相电源逆变器，其可操作来将来自电力总线228的DC电源转化成三相AC电源。电源逆变器232可包括一个或多个功率晶体管电路，所述电路包括并联连接的晶体管和二极管。电源逆变器232将三相电力在电源逆变器232的输出端处输送到提升电动机。此外，电源逆变器232可操作来处理当电梯294以再生模式驱动提升电动机290时产生的电力。例如，如果提升电动机290正在发电，那么电源逆变器232就将所产生的电力转换成DC电源并将其提供给电力总线228。平滑电容器230使通过电源逆变器232在电力总线228上提供的转换的DC电力平滑。在一个或多个替代实施方案中，电源逆变器232是单相电源逆变器，其可操作来将来自电力总线228的DC电源转化成单相AC电源，以便输送到提升电动机290。
提升电动机290控制电梯轿厢294与配重292之间的移动速度和方向。驱动提升电动机290所需的电力随着电梯轿厢294的加速度和方向而变化。例如，如果电梯轿厢294正在加速，在负载大于配重292的重量(“重”负载)的情况下向上运行，或者在负载小于配重292的重量(“轻”负载)的情况下向下运行，那么最大量的电力被用来驱动提升电动机290。如果电梯在平衡负载下以固定速度调平或运行，那么可使用较少量的电力。如果电梯轿厢294正在减速，在较重负载情况下向下运行，或者在较轻负载情况下向上运行，那么电梯轿厢294驱动提升电动机290。在这种情况下，提升电动机290产生通过电源逆变器232转换成DC电源的电力。转换的DC电力可返回到主电力供应202。在一些实施方案中，转换的DC电力可能在连接在电力总线228两端的动态制动电阻器(未示出)中耗散。因此，因为在某些情况期间，电力可由提升电动机290产生并且返回到主电力供应202，所以图2的系统的设置可称为再生式驱动。
耦接在电力总线228两端的是隔离的双向dc/dc转换器260。隔离的双向dc/dc转换器260耦接到电池270和驱动数字信号处理器(DSP)265。
电池270在紧急情况下供应电力。在一些实施方案中，电池270可供应48伏的电压。在一些实施方案中，可使用其他电压电平，诸如24伏或12伏。在一些实施方案中，电池270是可再充电电池，其能够经由主电力供应202充电，但是当由DSP 265配置来在充电模式下操作时，经由dc链路和隔离的双向dc/dc转换器260充电。需注意，双向dc/dc转换器260具有双重功能：在正常公用电力模式的存在下，它是用于电池270的充电器，而在救援模式下，双向dc/dc转换器260由DSP 265经由和电力总线228与双向dc/dc转换器260之间的dc链路的连接而配置成用于提升电动机290的电源。
驱动DSP 265控制隔离的双向dc/dc转换器260的操作。基于诸如电池270的电压和电池270的温度的各种因素，电池270的充电可由驱动DSP 265控制。驱动DSP 265耦接到隔离的双向dc/dc转换器260，并且可在各种模式之间切换隔离的双向dc/dc转换器260。
在一些实施方案中，可存在电池270和隔离的双向dc/dc转换器260的几种操作模式。可存在充电模式和救援模式。
在充电模式中，当主电力供应202用于为提升电动机290供电时，一些电力由隔离的双向dc/dc转换器260转移并用于给电池270充电。这可通过隔离的双向dc/dc转换器260的各种切换功能来实现，这将在稍后详细解释。通常，当在充电模式下时，DSP 265监测电池270的温度和电压。通过使用温度和电压信息，DSP可确定最佳充电电压和工作时间，并且基于电池270的温度和电压来选择适当的充电占空比(duty cycle)和/或充电电压。例如，在48伏电池的情况下，最佳充电电压可在50伏至55伏的范围内。(对于12V或24伏电池，这些值根据充电要求来进行调整)。因此，可使用各种不同的充电算法中的一种，所述算法基于电池270的温度和电压以及电池充电的时间量来改变充电电压。在一些实施方案中，DSP 265可被设置来仅在再生运行中充电，使得不从主电力供应202汲取电力。在一些实施方案中，DSP 265可被设置来在电池270需要充电的任何时间对电池270充电。
在救援模式中，DSP 265可检测到主电力供应202未提供足够的电力。在这种情况下，电池270用于向提升电动机290供电，以使得提升电动机能够将电梯轿厢294引导到安全目的地以供乘客离开电梯。DSP 265将隔离的双向dc/dc转换器260切换成升压模式。在升压模式中，电池的电压电平(在一些实施方案中为12伏至48伏)由隔离的双向dc/dc转换器260升压至足以驱动提升电动机290的电压电平。在一些实施方案中，所述电平在70伏与300伏之间。虽然这小于由主电力供应202提供的380伏至480伏，但是其应当足以驱动提升电动机290使得电梯轿厢294可移动到安全楼层。电梯轿厢294可在由重力帮助的方向上或者在要克服的主要力是摩擦力的方向上移动。换句话说，取决于轿厢的负载，驱动提升电动机290被在需要来自电动机的最少辅助的方向上引导。在救援模式中，由于较低的电压，驱动提升电动机290可能以比正常操作更慢的速度来操作。根据电池270的容量，如果需要，可存在足够的电力来提供额外的运行。
在其他情况下，隔离的双向dc/dc转换器260被配置成使得它对图2的系统没有影响。换句话说，当存在电力并且电池270完全充电或者否则无法接受额外充电(例如，电池270处于某一温度)时，隔离的双向dc/dc转换器260对提升电动机290的操作具有最小的影响。
展示了方法300的流程图在图3中呈现。方法300仅是示例性的，并且不限于本文呈现的实施方案。方法300可用于本文未具体描绘或描述的许多不同的实施方案或示例中。在一些实施方案中，方法300的程序、过程和/或活动可以所呈现的顺序来执行。在其他实施方案中，可组合或跳过方法300的一个或多个程序、过程和/或活动。在一个或多个实施方案中，方法300在处理器执行指令时由所述处理器来执行。
DSP 265监测来自主电力供应的电压(方框302)。如果主电力供应提供足够的电压(方框304)，那么确定电池是否需要充电(方框306)。
DSP 265还监测电池的各种状况，诸如电池的电压和电池的温度。如果电池的状况使得必需充电，那么DSP 265指示双向DC/DC转换器将电力从主电力供应引导到电池。基于电池的电压和电池的温度，可使用各种不同算法中的一种来为电池充电。可使用各种不同的算法，诸如可选择算法以最大化电池的寿命，或者尽可能快地对电池充电的算法(例如，电池因为它用于救援模式而处于洩流状态)。
在一些实施方案中，DSP 265还监测总线上的电流方向。如果电流被引导至电力供应(诸如再生模式)，那么仅电池正在被充电。
如果主电力供应未提供足够的电压来驱动电梯提升电动机(例如，出现灯火管制或电力全失)，那么DSP 265指示双向DC/DC转换器将电池电力转换成在救援模式下足以驱动电梯提升电动机的电压(方框308)。在一些实施方案中，这种电压电平可在70伏至300伏的范围内。此后，在救援模式中使用双向DC/DC转换器一段时间(方框310)。在一些实施方案中，救援模式可用于预先确定数量的跳闸(trip)。例如，电梯轿厢可安全地到达预定楼层以确保直到电梯轿厢中没有乘客为止。在一些实施方案中，可使用电梯轿厢直到预先确定数量的停止为止。此后，电梯轿厢可断电，直到主电力供应再次起作用为止(方框312)。
虽然已经参考一个或多个示例性实施方案描述了本公开，但是本领域的技术人员将理解，在不背离本公开的范围的情况下，可做出各种改变并可使用等同物来取代其元件。此外，在不背离本发明的基本范围的情况下，可做出许多修改来使具体情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于作为用于实施本公开所设想到的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本公开将包括落入权利要求范围内的所有实施方案。
Claims (19)
1.一种驱动电梯轿厢的方法，其包括：
监测主电力供应的电压电平；以及
基于确定所述主电力供应的所述电压电平低于第一预定阈值，指示隔离的双向dc/dc转换器将从电池输入的电压升高到足以在救援模式中驱动所述电梯轿厢的电平，其中所述救援模式在由重力辅助的方向上以低速驱动所述电梯。
2.如权利要求1所述的方法，其中足以在所述救援模式下驱动所述电梯轿厢的所述电平在大约70伏至300伏的范围内。
3.如权利要求1所述的方法，其还包括：
监测所述电池的电压电平；以及
基于确定所述电池的所述电压电平低于第二预定阈值并且确定所述主电力供应的所述电压电平高于所述第一预定阈值，经由所述隔离的双向dc/dc转换器来对所述电池充电。
4.如权利要求3所述的方法，其还包括：
监测所述电池的温度；其中：
对所述电池充电包括：
使用所述电池的所述电压电平和所述电池的所述温度来确定所述电池的最佳充电周期；以及
将所述最佳充电周期应用于所述电池。
5.如权利要求3所述的方法，其中：
对所述电池充电包括使用来自所述主电力供应的电力来对所述电池充电。
6.如权利要求3所述的方法，其中：
对所述电池充电包括使用来自以再生模式操作的电梯提升电动机的电力来对所述电池充电。
7.如权利要求3所述的方法，其中：
所述隔离的双向dc/dc转换器被配置来接收线电压作为输入并且输出对所述电池充电的最佳电压。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述电池是48伏电池并且对所述电池充电的所述最佳电压在50伏到55伏的范围内。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述线电压为大约380伏至480伏。
10.一种电梯电力系统，其包括：
输入端，所述输入端耦接到主电力供应；
电源转换器，所述电源转换器耦接到所述输入端、被配置来在交流电与直流电之间进行转换；
电源逆变器，所述电源逆变器耦接到所述电源转换器、被配置来在交流电与直流电之间进行转换；
提升电动机，所述提升电动机耦接到所述电源逆变器、被配置成具有再生模式；
隔离的双向dc/dc转换器，所述隔离的双向dc/dc转换器耦接在所述电源转换器与所述电源逆变器之间；
电池，所述电池耦接到所述隔离的双向dc/dc转换器；以及
处理器，所述处理器耦接到所述隔离的双向dc/dc转换器；其中所述处理器被配置来根据从所述电源转换器感测的电压以及从所述电池感测的电压来改变所述隔离的双向dc/dc转换器的操作模式。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述处理器被配置来：
基于确定所述主电力供应的所述电压电平低于第一预定阈值，指示隔离的双向dc/dc转换器将从电池输入的电压升高到足以在救援模式中在由重力辅助的方向上驱动所述提升电动机的电平。
12.如权利要求11所述的系统，其中足以在所述救援模式下驱动所述提升电动机的所述电平在70伏至300伏的范围内。
13.如权利要求10所述的系统，其中所述处理器还被配置来：
监测所述电池的电压电平；
基于确定所述电池的所述电压电平低于第二预定阈值并且确定所述主电力供应的所述电压电平高于所述第一预定阈值，经由所述隔离的双向dc/dc转换器来对所述电池充电。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述处理器还被配置来：
监测所述电池的温度；其中：
对所述电池充电包括：
使用所述电池的所述电压电平和所述电池的所述温度来确定所述电池的最佳充电周期；以及
将所述最佳充电周期应用于所述电池。
15.如权利要求13所述的系统，其中：
对所述电池充电包括使用来自所述主电力供应的电力来对所述电池充电。
16.如权利要求13所述的系统，其中：
对所述电池充电包括使用来自以再生模式操作的所述提升电动机的电力来对所述电池充电。
17.如权利要求13所述的系统，其中：
所述隔离的双向dc/dc转换器被配置来接收线电压作为输入并且输出对所述电池充电的最佳电压。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述电池是48伏电池并且对所述电池充电的所述最佳电压在50伏到55伏的范围内。
19.如权利要求17所述的系统，其中所述线电压为大约380伏至480伏。
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