CN116281481A - 可变速电梯安全保护方法 - Google Patents

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CN116281481A CN202310375934.2A CN202310375934A CN116281481A CN 116281481 A CN116281481 A CN 116281481A CN 202310375934 A CN202310375934 A CN 202310375934A CN 116281481 A CN116281481 A CN 116281481A
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陈祎为
刘玉兵
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Abstract

本发明公开了一种可变速电梯安全保护方法，包括以下步骤：计算及记录电机的额定功率，当电梯处于可变速运行状态，计算电机的当前功率，将当前功率与额定功率比较，当所述当前功率大于额定功率时，控制电梯的运行速度降低至额定速度，所述电梯处于可变速运行状态是指电梯当前的运行速度大于额定速度。与现有技术相比本发明更能充分利用电机的性能和余量。

Description

可变速电梯安全保护方法
技术领域
本发明涉及电梯领域，尤其涉及一种可变速电梯安全保护方法。
背景技术
当前电梯为了减少乘客的候梯时间，提升电梯运行效率，可以配置可变速功能，在电梯启动前根据电梯的负载情况，选择此次运行相对应的最高速度及加速度，从而提高电梯运行效率。传统电梯电气系统设计时是按照100％负载在额定转速下运行为基准设计的。考虑到对重一般和轿厢50％负载时平衡，这样电梯负载在由0％到50％和100％到50％变化的过程中，电机的输出功率会小于额定功率，因此电机的曳引力余量会变大，这一部分曳引力余量为提高电梯运载效率提供了可能。可变速电梯的设计原理正是基于按一定速度运行时的电机输出功率不应大于电梯在额定载重且按额定速度运行时的电机输出功率。
目前行业内关于可变速电梯，通常会设计相关的安全保护，以确保在变速模式下电梯的安全性能，例如专利CN1676455A中提出的检测流过电源系统的电流，当电流超过设定值时减速至额定速度及额定加速度；以及专利CN102126656B中提出的对检电机或逆变器温度的检测，当温度超出异常水平则对电梯进行急停或降速至额定速度的操作。然而，上述技术方案都有其局限性未能充分利用电机的性能和余量。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为解决上述技术问题，本发明提供一种可变速电梯安全保护方法，包括以下步骤：计算及记录电机的额定功率，当电梯处于可变速运行状态，计算电机的当前功率，将当前功率与额定功率比较，当所述当前功率大于额定功率时，控制电梯的运行速度降低至额定速度，所述电梯处于可变速运行状态是指电梯当前的运行速度大于额定速度。
优选地，所述电机的额定功率和当前功率通过电机电流乘以电机电压计算，所述电机电流和电机电压通过实时检测获取。
优选地，当控制电梯的运行速度降低至额定速度后继续实时计算电机的当前功率，当当前功率依旧大于额定功率时，控制电机急停。
优选地，通过计算逆变器供给的功率P作为电机的额定功率和当前功率。
优选地，所述逆变器供给的功率P的计算公式为P＝Vd*Id+Vq*Iq+H，其中Vd及Vq分别是d轴及q轴方向的电压值或电压指令值，Id及Iq分别是d轴及q轴方向的电流值或电流指令值，H为定子铜耗值。
优选地，所述逆变器供给的功率P的计算公式为P＝Kr*Kq*Iq*ω+H，其中Iq是q轴方向的电流值或电流指令值，Kq是将Iq换算为电机转矩的系数，Kr是将单位换算为功率值的系数，ω为电机角速度，H为定子铜耗值。
优选地，通过计算当前功率与额定功率的比值K的方式来将当前功率与额定功率比较，当比值K大于1时判定所述当前功率大于额定功率。
优选地，当前功率与额定功率的比值的计算公式为K＝V*|β+Δβ-γ|/V1/|β1+Δβ-γ|，其中V为电梯当前速度，V1为电梯额定速度，β为当前负载率，β1为额定负载率，γ为平衡系数，Δβ＝(Mrm-Mrc)/Mm，Mrm为主钢丝绳补偿不足最大值，Mrc为补偿绳补偿不足最大值，Mm为额定载重量。
优选地，β1＝1+a，其中a为电机输出功率保留裕量。
优选地，在计算时根据称量实际测量值修正所述当前负载率β；当称量实际测量值小于γ-Δβ，将当前负载率β减去预设的称量装置误差系数作为计算用的当前负载率β；当称量实际测量值大于于γ-Δβ，将当前负载率β加上预设的称量装置误差系数作为计算用的当前负载率β。
与现有技术相比本发明更能充分利用电机的性能和余量。
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为实施例1的保护方法示意图；
图2为实施例2的保护方法示意图；
图3为实施例3的保护方法示意图；
图4为实施例4涉及的电梯系统结构示意图；
图5为实施例4的保护方法示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。
本发明提供一种可变速电梯安全保护方法，计算及记录电机的额定功率，当电梯处于可变速运行状态，计算电机的当前功率，将当前功率与额定功率比较，当所述当前功率大于额定功率时，控制电梯的运行速度降低至额定速度，所述电梯处于可变速运行状态是指电梯当前的运行速度大于额定速度。下面用多个具体的实施例进一步详细说明。
实施例1
实现本实施例的方法涉及电梯的硬件包括曳引电动机、电流互感器、电压检测传感器、电机速度控制装置。
电机的额定功率和当前功率通过电机电流乘以电机电压计算，所述电机电流和电机电压通过实时检测获取。即采用公式P＝U*I实现对功率的计算，其中I为电机电流，可借助电流互感器进行检测，U为电机电压，通过电压检测传感器实现实时检测。
具体方法如图1所示，当电梯处于满载状态时，以额定速度向上运行，此时利用电流及电压传感器记录对应的电机电流I与电压U，并将二者的乘积作为额定功率P1。当电梯处于可变速运行状态时，同样按照上述方法对电压、电流进行监测，并记录对应的功率P2，当P2>P1时，认为当前的可变速状态存在风险，立即降速至额定速度运行，并记录降速后的功率P3，当P3≤P1，电梯可继续以额定速度运行至目的层停靠，若P3>P1，认为电梯仍处于风险状态，立即急停。
本实施例根据电机电压与电流的乘积计算得到对应的电机输出功率，并设定相应的阈值，当风险产生时可以中止可变速运行至额定速度或急停电梯，从而保证了电梯在可变速状态下不会因功率过大而导致危险发生，与现有技术相比更能充分利用电机的性能和余量。
实施例2
实现本实施例的方法涉及电梯的硬件包括曳引电动机、逆变器、电机速度控制装置。
在控制交流电动机时，一般多采用矢量控制。因此，可以将实施例1中加在驱动电动机的逆变器上的电压及电流分解为磁通方向的d轴及与它正交的q轴方向进行控制。这时，逆变器供给的功率P近似如下所示：
P＝Vd*Id+Vq*Iq+H
式中，Vd及Vq分别是d轴及q轴方向的电压值或电压指令值，Id及Iq分别是d轴及q轴方向的电流值或电流指令值。另外，H为定子铜耗值，就是将因定子铜耗换算为功率值的量。用上述功率P同样可以实现电机功率的计算。
具体步骤如图2所示，当电梯处于满载状态时，以额定速度向上运行，此时根据主控系统中读取得到的d、q轴电流与电压以及计算得到的定子铜耗值，代入上述公式可求得额定功率P1。当电梯处于可变速运行状态时，同样按照上述方法计算可变速运行时对应的电机功率P2，当P2>P1时，认为当前的可变速状态存在风险，立即降速至额定速度运行，并记录降速后的功率P3，当P3≤P1，电梯可继续以额定速度运行至目的层停靠，若P3>P1，认为电梯仍处于风险状态，立即急停。
本实施例无需实测电机的输出电压和电流，并且在计算功率时考虑了电机的定子铜耗。
实施例3
实现本实施例的方法涉及电梯的硬件包括曳引电动机、逆变器、电机速度控制装置、速度检测器。
由于Iq与电动机产生的转矩成正比，因此根据由Iq求出的电动机产生的转矩和由速度检测器得到的电动机的转速，也能够如下所示求出逆变器供给的功率P。
P＝Kr*Kq*Iq*ω+H
式中，Kq是将Iq换算为电动机产生的转矩的系数。另外，Kr是将单位换算为功率值的系数。
具体步骤如图3所示，当电梯处于满载状态时，以额定速度向上运行，此时根据主控系统及速度检测器中读取得到的q轴电流与电机角速度ω，以及计算得到的H定子铜耗值，代入上述公式可求得额定功率P1。当电梯处于可变速运行状态时，同样按照上述方法计算可变速运行时对应的电机功率P2，当P2>P1时，认为当前的可变速状态存在风险，立即降速至额定速度运行，并记录降速后的功率P3，当P3≤P1，电梯可继续以额定速度运行至目的层停靠，若P3>P1，认为电梯仍处于风险状态，立即急停。
实施例4
实现本实施例的方法涉及电梯的硬件包括曳引电动机、称量装置、速度检测器、悬挂系统，图4为实现本实施例方法的电梯系统结构示意图。
本实施例保证即使电梯处于可变速运行状态时，输出功率始终不大于电机额定功率。采用公式P＝V*Mm*(β+Δβ-γ)*g/η/1000实现对电机功率的计算，其中V为电梯当前速度，Mm为额定载重量，β为当前负载率，γ为平衡系数，η为系统效率，Δβ＝(Mrm-Mrc)/Mm，Mrm为主钢丝绳补偿不足最大值，Mrc为补偿绳补偿不足最大值。
由此可得到可变速状态下电机当前功率与额定功率的比值
K＝V*|β+Δβ-γ|/V1/|β1+Δβ-γ|，其中V1为电梯额定速度，β1为额定负载率即为1。该公式中仅电梯当前速度V及当前负载率β为变化量。如图5所示，当电梯处于可变速运行状态时，采集电梯的当前速度V及当前负载率β，将V及β代入公式即可求得当前功率与额定功率的比值，当数值大于1时认为当前的可变速状态存在风险，立即降速至额定速度运行。
实施例5
实现本实施例的方法涉及电梯的硬件与实施例4相同，方法也基本相同，不同处在于，考虑称量误差导致所增加的电机输出功率，需要根据额定速度和载重下的电机输出功率保留一定裕量，即β1＝1+a，其中a为电机输出功率保留裕量。例如a＝15％，即β1＝1.15。
实施例6
实现本实施例的方法涉及电梯的硬件与实施例5相同，方法也基本相同，不同处在于本实施例进一步考虑称量装置的误差。即在计算时根据称量实际测量值修正所述当前负载率β。
当称量实际测量值小于γ-Δβ，相对于测量值实际载重量较小的则电机输出功率较小，因此将当前负载率β减去预设的称量装置误差系数作为计算用的当前负载率β；当称量实际测量值大于于γ-Δβ，相对于测量值实际载重量较大的则电机输出功率较大，将当前负载率β加上预设的称量装置误差系数作为计算用的当前负载率β。
预设的称量装置误差系数示例性地设为0.1。本实施例进一步考虑了称量误差，并根据轻载/重载工况设定对应的修正方向。
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可变速电梯安全保护方法，其特征在于，包括以下步骤：计算及记录电机的额定功率，当电梯处于可变速运行状态，计算电机的当前功率，将当前功率与额定功率比较，当所述当前功率大于额定功率时，控制电梯的运行速度降低至额定速度，所述电梯处于可变速运行状态是指电梯当前的运行速度大于额定速度。
2.根据权利要求1所述的可变速电梯安全保护方法，其特征在于，
所述电机的额定功率和当前功率通过电机电流乘以电机电压计算，所述电机电流和电机电压通过实时检测获取。
3.根据权利要求1所述的可变速电梯安全保护方法，其特征在于，
当控制电梯的运行速度降低至额定速度后继续实时计算电机的当前功率，当当前功率依旧大于额定功率时，控制电机急停。
4.根据权利要求1所述的可变速电梯安全保护方法，其特征在于，通过计算逆变器供给的功率P作为电机的额定功率和当前功率。
5.根据权利要求4所述的可变速电梯安全保护方法，其特征在于，所述逆变器供给的功率P的计算公式为P＝Vd*Id+Vq*Iq+H，其中Vd及Vq分别是d轴及q轴方向的电压值或电压指令值，Id及Iq分别是d轴及q轴方向的电流值或电流指令值，H为定子铜耗值。
6.根据权利要求4所述的可变速电梯安全保护方法，其特征在于，所述逆变器供给的功率P的计算公式为P＝Kr*Kq*Iq*ω+H，其中Iq是q轴方向的电流值或电流指令值，Kq是将Iq换算为电机转矩的系数，Kr是将单位换算为功率值的系数，ω为电机角速度，H为定子铜耗值。
7.根据权利要求1所述的可变速电梯安全保护方法，其特征在于，通过计算当前功率与额定功率的比值K的方式来将当前功率与额定功率比较，当比值K大于1时判定所述当前功率大于额定功率。
8.根据权利要求7所述的可变速电梯安全保护方法，其特征在于，当前功率与额定功率的比值的计算公式为K＝V*|β+Δβ-γ|/V1/|β1+Δβ-γ|，其中V为电梯当前速度，V1为电梯额定速度，β为当前负载率，β1为额定负载率，γ为平衡系数，Δβ＝(Mrm-Mrc)/Mm，Mrm为主钢丝绳补偿不足最大值，Mrc为补偿绳补偿不足最大值，Mm为额定载重量。
9.根据权利要求8所述的可变速电梯安全保护方法，其特征在于，β1＝1+a，其中a为电机输出功率保留裕量。
10.根据权利要求8所述的可变速电梯安全保护方法，其特征在于，在计算时根据称量实际测量值修正所述当前负载率β；
当称量实际测量值小于γ-Δβ，将当前负载率β减去预设的称量装置误差系数作为计算用的当前负载率β；
当称量实际测量值大于于γ-Δβ，将当前负载率β加上预设的称量装置误差系数作为计算用的当前负载率β。
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