CN109573760B - 用于驱动系统的紧急制动 - Google Patents

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Abstract

一种用于紧急制动的系统，包括：转换器，所述转换器操作性地连接至交流(AC)电源和直流(DC)总线；逆变器，所述逆变器操作性地连接至电动机和所述DC总线；以及控制器。所述转换器包括与所述AC电源的每一相和所述DC总线选择性地通信的第一多个开关装置。所述逆变器包括与所述电动机的每一相和所述DC总线选择性地通信的第二多个开关装置。所述控制器可操作以响应于由所述电动机驱动的负载的紧急停止条件来命令通过被动延迟电路使制动器落下，以及在所述制动器实际上落下之前，通过放弃所述AC电源的至少一个相和/或使用动态制动电阻器来减小所述DC总线上的电压。

Description

用于驱动系统的紧急制动
背景技术
本文中公开的主题总体上涉及驱动系统，并且更特别地涉及用于驱动系统的紧急制动。
在许多应用中使用驱动系统以使用电动机来控制所连接的负载的移动。在输送系统中，电动机能够用于使负载移动并且将负载保持在一位置，例如控制电梯轿厢的移动和定位。物理制动器在特定情形下接通，以将电梯轿厢保持或固定在停止位置。在一些类型的故障条件下，可以允许对制动和电动机转矩的主动控制以控制速度，诸如在电力故障事件期间。在一些紧急条件下，不允许对制动器的主动控制，这会导致乘客的震动更大的紧急停止事件。
发明内容
根据一示例性实施方案，一种系统包括：转换器，所述转换器操作性地连接至交流(AC)电源和直流(DC)总线；逆变器，所述逆变器操作性地连接至电动机和所述DC总线；以及控制器。所述转换器包括与所述AC电源的每一相和所述DC总线选择性地通信的第一多个开关装置。所述逆变器包括与所述电动机的每一相和所述DC总线选择性地通信的第二多个开关装置。所述控制器可操作以响应于由所述电动机驱动的负载的紧急停止条件来命令通过被动延迟电路使制动器落下，以及在所述制动器实际上落下之前，通过放弃所述AC电源的至少一个相和/或使用动态制动电阻器来减小所述DC总线上的电压。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征之外，或作为一替代例，其他实施方案可以包括其中所述控制器还可操作以响应于所述紧急停止条件来命令所述逆变器变到关闭状态。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征之外，或作为一替代例，其他实施方案可以包括其中所述控制器还可操作以响应于所述紧急停止条件来将电压缓降功能应用于所述电动机。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征之外，或作为一替代例，其他实施方案可以包括其中所述控制器可操作以监测所述电动机的速度并且继续将所述电压缓降功能应用于所述电动机，直到阈值条件被满足。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征之外，或作为一替代例，其他实施方案可以包括所述控制器可操作以打开所述第一多个开关装置中的一个或多个，以减小所述DC总线上的所述电压。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征之外，或作为一替代例，其他实施方案可以包括其中所述控制器可操作以通过所述动态制动电阻器在所述DC总线的高侧与低侧之间选择性地建立电连接，以减小所述DC总线上的所述电压。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征之外，或作为一替代例，其他实施方案可以包括处于所述DC总线的所述高侧与所述低侧之间的DC联接电容器。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征之外，或作为一替代例，其他实施方案可以包括其中所述控制器还可操作以通过所述转换器将电压从所述DC总线传回到所述AC电源。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征之外，或作为一替代例，其他实施方案可以包括其中所述被动延迟电路包括串联的至少一个二极管。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征之外，或作为一替代例，其他实施方案可以包括其中所述负载是由所述电动机驱动的乘客输送工具。
根据另一实施方案，一种方法包括将转换器可操作地连接至AC电源和DC总线，其中所述转换器包括与所述AC电源的每一相和所述DC总线选择性地通信的第一多个开关装置。将逆变器可操作地连接至电动机和所述DC总线，其中所述逆变器包括与所述电动机的每一相和所述DC总线选择性地通信的第二多个开关装置。控制器响应于由所述电动机驱动的负载的紧急停止条件来命令通过被动延迟电路使制动器落下，并且在所述制动器实际上落下之前减小所述DC总线上的电压。
本公开的实施方案的技术效果包括在驱动系统中提供增强的紧急停止。
先前特征和元件可以没有排他性地用各种组合来组合，除非另有明确指示。这些特征和元件以及其操作将根据以下描述和附图变得更显而易见。然而，应当理解，以下描述和图式意图在本质上是说明性和解释性的，并且是非限制性的。
附图说明
本公开是以举例而非限制的方式在附图中图示，在附图中，相同的附图标记指示相同的元件。
图1是根据一实施方案的电力系统的部件的框图；
图2是根据一实施方案的驱动系统的简化示意图；
图3是根据一实施方案的直流联接电路的简化示意图；
图4是根据一实施方案的电梯系统的简化示意图；
图5描绘了根据一实施方案的方法的流程图；以及
图6描绘了根据一实施方案的方法的另一流程图。
具体实施方式
对公开的系统和方法的一个或多个实施方案的详细描述是参考图式以例证而非限制的方式在本文中呈现。通常，本文中的实施方案涉及电动机驱动的紧急制动，所述电动机驱动使用有源转换器为直流(DC)总线供电，DC总线又供应电压到逆变器，所述逆变器产生电动机激励信号以驱动电动机。紧急制动响应是通过如下方式来增强：命令通过被动延迟电路使制动器落下，同时减小供应到电动机的电压，以平滑由电动机驱动的负载的停止响应。本文中的实施方案阐述了用于转换器的驱动和电动机系统，所述转换器用以主动地控制通常从交流(AC)侧正弦电流产生的DC电压。DC电压用于使用电力电子设备的快速切换来产生AC激励电压以控制电动机。
出于促进理解本公开的原理的目的，现在将参考图式中所图示的实施方案，将使用特定语言来描述所述实施方案。尽管如此，仍将理解，不意图由此来限制本公开的范围。以下描述在本质上仅为说明性的并且不意图限制本公开、其应用或使用。应当理解，在图式中，对应的附图标记指示相同或对应的部分和特征。如本文中所使用，术语控制器指的是处理电路，所述处理电路可以包括专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、电子电路、电子处理器(共享、专用或组)和执行以非暂时形式存储的一个或多个软件或固件程序的存储器，组合逻辑电路，和/或提供所描述功能的其他合适接口和部件。
图1是一实施方案的电力系统10的部件的框图，电力系统10可用以为一个或多个负载23供电。电力系统10包括AC电源12，例如电力主线(例如，440伏，3相)。AC电源12提供AC电力到驱动系统20。驱动系统20可以作为电动机驱动和能够在被驱动的负载23的制动期间从电动机22收获再生能量的再生驱动来操作。驱动系统20还能够通过被动延迟电路24来触发制动器25的接通，以停止负载23的移动。被动延迟电路24能够包括一个或多个被动延迟诱发电气部件，例如一个或多个二极管、电容器、电感器和类似部件。在主动地减慢通过驱动系统20实现的电动机22的旋转的同时，被动延迟电路24避免主动地延迟电动机22和/或负载23的物理制动。制动器25是机械制动器，其可操作以响应于通过被动延迟电路24传播的制动信号来通过弹簧力或类似机制关闭以快速地停止负载23的移动。在一实施方案中，关于电梯系统101(图4)来描述电力系统10；然而，可以设想对使用电动机驱动的任何系统的应用。举例来说，在一些实施方案中，负载23能够是任何类型的由电动机驱动的乘客输送工具，例如自动扶梯、自动人行道、小车或类似物。
图2是电力系统10的简化示意图，其中驱动系统20被更详细地描绘。电力系统10中的AC电源12可为例如电力主线(例如，440伏，3相)。在图2的实例中，驱动系统20能够是再生驱动，其包括具有3个相臂(phase leg)R、S和T的转换器32。每一相臂R、S和T包括开关装置31，开关装置31由来自控制器30的控制信号控制，以将AC电转换成具有高侧36和低侧38的DC总线34上的DC电。驱动系统20还包括具有3个相臂W、V和U的逆变器40。每一相臂W、V和U包括开关装置31，开关装置31由来自控制器30的控制信号控制，以将DC总线34上的DC电转换成AC驱动信号以对电动机22供电。在实施方案中，DC联接电路46可操作地连接在DC总线34的高侧36与低侧38之间，以有选择地消耗DC总线34的能量，如本文中进一步所描述。控制器30可操作以通过图1的被动延迟电路24来触发制动器关闭命令，以使图1的制动器25实际上落下并且暂停负载23的运动。控制器30可以使用执行存储在存储媒体上的计算机程序以执行本文中所描述的操作的通用微处理器来实现。可选地，控制器30可以用硬件(例如，ASIC、FPGA)或硬件/软件的组合来实现。
图3根据一示例性实施例更详细地描绘了DC联接电路46。在图3的实例中，DC联接电路46包括与开关元件70并联的DC联接电容器62，开关元件70与动态制动电阻器72串联，前述部件处于DC总线34的高侧36与低侧38之间。图2的控制器30可操作以通过动态制动控制信号71来触发开关元件70的打开和关闭。在正常操作期间，命令开关元件70打开以移除穿过动态制动电阻器72的电路径。当动态制动电阻器72不电连接至DC总线34的高侧36和低侧38两者时，DC联接电容器62能够在DC总线34上充电并且可以起作用以减小纹波电流。在制动条件下，开关元件70响应于动态制动控制信号71而关闭，并且通过动态制动电阻器72在DC总线34的高侧36与低侧38之间建立电连接，以减小DC总线34上的电压。当与DC联接电容器62并联地电连接时，动态制动电阻器72可操作以消耗能量并且使DC总线34上的电压缓降以使图1和图2的电动机22减速。在一些实施方案中，省略了开关元件70和动态制动电阻器72，并且能够通过控制图2的转换器32或其他电压减小元件的状态来提供电压缓降。将了解，DC联接电路46能够包括图3中未描绘的其他元件，诸如监测电路。
图4是电梯系统101的透视图，电梯系统101包括电梯轿厢103、配重105、一个或多个承载构件107、导轨109、机器111、位置编码器113和电梯控制器115。电梯轿厢103和配重105通过承载构件107来彼此连接。承载构件107可以是例如绳索、钢缆和/或涂层钢带。配重105被配置成平衡电梯轿厢103的负载并且被配置成促进电梯轿厢103在电梯井117内并且沿着导轨109相对于配置105的同时并且在相反方向上的移动。电梯轿厢103和配重105是图1的负载23的实例，其中电梯轿厢103是乘客输送工具。
承载构件107将机器111接通，机器111是电梯系统101的架空结构的部分。机器111被配置成控制电梯轿厢103与配重105之间的移动。位置编码器113可安装在限速器系统119的上部绳轮上并且可配置来提供与电梯轿厢103在电梯井117内的位置相关的位置信号。在其他实施方案中，位置编码器113可直接安装到机器111的移动部件，或可位于如所属领域中已知的其他位置和/或配置中。
如所示，电梯控制器115位于电梯井117的控制器121中并且被配置来控制电梯系统101且特别地电梯轿厢103的操作。举例来说，电梯控制器115可以包括图1和图2的驱动系统20，将驱动信号提供到机器111以控制电梯轿厢103的加速、减速、平层、停止等。电梯控制器115还可配置成接收来自位置编码器113的位置信号。当在电梯井117内沿着导轨109上下移动时，电梯轿厢103可以由电梯控制器115控制而停靠在一个或多个层站125。虽然在控制器室121示出，但是所属领域的技术人员应当了解，电梯控制器115能够位于和/或配置在电梯系统101内的其他地点或位置。在一些实施方案中，电梯控制器115能够配置成控制电梯轿厢103内的特征，包括但不限于灯光、显示屏、音乐、口语音频词等。
机器111可以包括图1和图2的电动机22，和包括图1的制动器25和被动延迟电路24的制动系统。虽然是参考基于绳索的承载系统来示出和描述，但是采用使用图1的电动机22、制动器25和被动延迟电路24而使电梯轿厢在电梯井内移动的其他方法和机制的电梯系统可以使用本公开的实施方案。图4仅是出于说明和例证目的而呈现的非限制性实例。
图5描绘了根据一实施方案的方法200的流程图。方法200是参考图1至图5来描述并且可以包括超出图5中所描绘和描述的要素的额外要素。方法200的次序不受图5的顺序限制，所述顺序提供实例以用于解释目的。
在块205，将转换器32可操作地连接至AC电源12和DC总线34。转换器32包括与AC电源12的每一相R、S、T和DC总线34选择性地通信的第一多个开关装置31。
在块210，将逆变器40操作性地连接至电动机22和DC总线34。逆变器40包括与电动机22的每一相W、V、U和DC总线34选择性地通信的第二多个开关装置31。
在块215，响应于由电动机22驱动的负载23的紧急停止条件，控制器30命令通过被动延迟电路24使制动器25落下。紧急条件能够检测为导致驱动电动机22的安全链丢失的任何外部事件，或由驱动系统20检测到的其他此类操作条件。安全链是通过接触器的电信号并且是驱动输入。安全链控制能够中断能量流动到电动机22和/或制动器25的至少一个继电器。如果接触器打开，从而使安全链信号中断，则驱动系统20会失去施加电力至电动机22和/或使制动器25落下的能力。作为一个实例，安全链信号能够通过电梯轿厢门和一个或多个井道门(例如，前门和后面，如果存在的话)上的接触器。如果接触器中的任一个打开，则这种情况能够被视为紧急条件并且驱动系统20丢失安全链，从而导致到电动机22和/或制动器25的电力中断。一些紧急条件能够在内部由驱动系统20检测到，例如电动机电流过高、速度追踪故障、安全故障和类似情况。
在块220，控制器30在制动器25实际上落下之前减小DC总线34上的电压减小。举例来说，被动延迟电路24能够将预定量的延迟时间(例如，10至50毫秒)增加至制动器25的致动。在制动器25的延迟时段和任何固有致动延迟期间，控制器30通过缓降DC总线34上的电压来主动地减小电动机22的速度。DC联接电路46的一个或多个元件(例如动态制动电阻器72)能够用以用于使DC总线34上的电压缓降。作为一替代例或在另外组合中，控制器30能够控制转换器32的开关装置31的状态，以使DC总线34上的电压缓降。举例来说，AC电源12的一个或多个相能够在转换器32处电断开，以放弃AC电源12的一个或多个相，同时至少一个其余相可将电压从DC总线34传回到AC电源12。
图6描绘了根据一实施方案的方法300的流程图。方法300是参考图1至图6来描述并且可以包括超出图6中所描绘和描述的要素的额外要素。方法300的次序不受图6的顺序限制，所述顺序提供实例以用于解释目的。方法300能够由控制器30实现以在紧急停止条件下更平稳地暂停负载23的移动。
方法300从块302开始，并且在块304执行紧急停止检测。如先前所描述，紧急停止条件可触发控制器30中的中断以命令负载23的快速停止。如果在块304未检测到紧急停止条件，则不需要在块306执行另外的紧急相关动作。如果在块304检测到紧急停止条件，则在制动器25发出命令以使用被动延迟电路24落下，并且在块308，可以响应于所述紧急停止条件来命令逆变器40变到关闭状态。
在块310，控制器30起始一序列以响应于所述紧急停止条件来将电压缓降功能应用于电动机22以控制电动机22的减速。使DC总线34的电压缓降能够通过选择性地打开转换器32的开关装置31和/或关闭开关元件70以通过动态制动电阻器72建立DC总线34的高侧36与低侧38之间的电连接来执行，以减小DC总线34上的电压。控制器30还可以受控制以将电压从DC总线34传回到AC电源12。在块314，控制器30能够监测电动机22的速度，并且通过重复块310至314来继续将所述电压缓降功能应用于电动机22，直到阈值条件被满足。阈值条件是具有公差(例如，小于10转每分钟)的近零值。如果阈值条件被满足，则在块316，驱动系统20能够暂停操作，直到紧急停止条件被解决。
如本文中所描述，在一些实施方案中，各种功能或动作可以在给定地点和/或结合一个或多个设备、系统或装置的操作来进行。举例来说，在一些实施方案中，给定功能或动作的一部分可以在第一装置或地点处执行，且其余的功能或动作可以在一个或多个额外装置或地点处执行。
实施方案可以使用一个或多个技术来实现。在一些实施方案中，设备或系统可以包括一个或多个处理器和存储指令的存储器，所述指令在由所述一个或多个系统执行时致使设备或系统执行如本文中所描述的一个或多个方法动作。在一些实施方案中，可以使用所属领域的技术人员已知的各种机械部件。
实施方案可以实现为一个或多个设备、系统和/或方法。在一些实施方案中，指令可以存储在一个或多个计算机程序产品或计算机可读媒体(例如暂时性和/或非暂时性计算机可读媒体)上。指令在执行时可致使实体(例如，设备或系统)执行如本文中所描述的一个或多个方法动作。
术语“约”意图包括基于在提交申请当时可用的设备的与对特定量的测量相关的错误程度。举例来说，“约”能够包括给定值的±8％或5％或2％的范围。
本文中所使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而不意图限制本公开。如本文中所使用，单数形式“一”和“所述”意图也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应当了解，术语“包括”在用于本说明书中时规定了所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。
另外，术语“示例性”在本文中用以意谓“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示例性”的任何实施方案或设计不一定要解释为比其他实施方案或设计优选或有利。术语“至少一个”和“一个或多个”应理解为包括大于或等于一的任何整数数目，即一、二、三、四等。术语“多个”应理解为包括大于或等于二的任何整数数目，即两、三、四、五等。术语“连接”能够包括间接“连接”和直接“连接”。
虽然已经参考一示例性实施方案或多个实施方案描述了本公开，但是所属领域的技术人员应当理解，在不背离本公开的范围的情况下，可作出各种改变并且等同物可以取代其元件。另外，在不背离本公开的基本范围的情况下，可作出许多修改以使特定情形或材料适合本公开的教示内容。因此，意图是本公开不限于作为预期实行本公开的最佳模式而公开的特定实施方案，但本公开将包括属于权利要求的范围的所有实施方案。

Claims (16)

1.一种用于紧急制动的系统，所述系统包括：
转换器，所述转换器操作性地连接至交流AC电源和直流DC总线，所述转换器包括与所述AC电源的每一相和所述DC总线选择性地通信的第一多个开关装置；
逆变器，所述逆变器操作性地连接至电动机和所述DC总线，所述逆变器包括与所述电动机的每一相和所述DC总线选择性地通信的第二多个开关装置；以及
控制器，所述控制器可操作以响应于由所述电动机驱动的负载的紧急停止条件来命令通过被动延迟电路使制动器落下，以及在所述制动器实际上落下之前，通过放弃所述AC电源的至少一个相和/或使用动态制动电阻器来减小所述DC总线上的电压,
其中所述控制器还可操作以响应于所述紧急停止条件来命令所述逆变器变到关闭状态；以及
响应于所述紧急停止条件来将电压缓降功能应用于所述电动机。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器可操作以监测所述电动机的速度，并且继续将所述电压缓降功能应用于所述电动机，直到阈值条件被满足。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器可操作以打开所述第一多个开关装置中的一个或多个，以减小所述DC总线上的所述电压。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器可操作以通过所述动态制动电阻器在所述DC总线的高侧与低侧之间选择性地建立电连接，以减小所述DC总线上的所述电压。
5.如权利要求4所述的系统，所述系统还包括处于所述DC总线的所述高侧与所述低侧之间的DC联接电容器。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器还可操作以通过所述转换器将电压从所述DC总线传回到所述AC电源。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述被动延迟电路包括串联的至少一个二极管。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述负载包括由所述电动机驱动的乘客输送工具。
9.一种用于紧急制动的方法，所述方法包括：
将转换器可操作地连接至交流AC电源和直流DC总线，所述转换器包括与所述AC电源的每一相和所述DC总线选择性地通信的第一多个开关装置；
将逆变器可操作地连接至电动机和所述DC总线，所述逆变器包括与所述电动机的每一相和所述DC总线选择性地通信的第二多个开关装置；
通过控制器，响应于由所述电动机驱动的负载的紧急停止条件来命令通过被动延迟电路使制动器落下；
在所述制动器实际上落下之前减小所述DC总线上的电压；
响应于所述紧急停止条件来命令所述逆变器变到关闭状态；以及
响应于所述紧急停止条件来将电压缓降功能应用于所述电动机。
10.如权利要求9所述的方法，所述方法还包括：
监测所述电动机的速度；以及
将所述电压缓降功能应用于所述电动机，直到阈值条件被满足。
11.如权利要求9所述的方法，所述方法还包括：
打开所述第一多个开关装置中的一个或多个，以减小所述DC总线上的所述电压。
12.如权利要求9所述的方法，所述方法还包括：
通过动态制动电阻器在所述DC总线的高侧与低侧之间选择性地建立电连接，以减小所述DC总线上的所述电压。
13.如权利要求12所述的方法，其中DC联接电容器处于所述DC总线的所述高侧与所述低侧之间。
14.如权利要求9所述的方法，所述方法还包括：
放弃所述AC电源的一个或两个相；以及
通过其余相将电压从所述DC总线传回到所述AC电源。
15.如权利要求9所述的方法，其中所述被动延迟电路包括串联的至少一个二极管。
16.如权利要求9所述的方法，其中所述负载包括由所述电动机驱动的乘客输送工具。
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