CN1436712A - 变频驱动电梯液压控制系统 - Google Patents

Abstract

一种变频驱动电梯液压控制系统，它为解决传统阀控液压电梯的能耗问题、液压系统温升问题提供了有效途径。变频驱动的液压电梯是采用变压变频技术来控制三相交流异步电动机的转速，从而控制定量液压泵的输出流量，驱动液压柱塞缸顶升轿厢向上运行的速度；或者通过提供制动力矩来控制定量液压马达的转速，从而控制轿厢下行的速度。这种变频调速液压控制系统可大幅度降低液压电梯上、下行能耗，采用具有回馈功能的变频器或专门的变频调速再生电能回馈装置，可以将能量回馈电网，一方面可达到节能的目的，另一方面由于其能量吸收可以无穷大，制动效果相当稳定。

Description

变频驱动电梯液压控制系统

技术领域

一种变频驱动电梯液庄控制系统，其属于电梯制造领域。

背景技术

从液压电梯产生到现今，经历了阀控液压系统发展到变频控制液压系统的发展历程。阀控节流调速系统在目前电梯液压控制系统中技术最成熟、应用最广泛，它主要是应用液压技术中的节流调速技术来控制液压电梯的运行速度，其最大的优势就是系统简洁，控制方便。但其上升旁路节流负载适应，自重下降能量转化为热能散失的本质特点决定了它的如下缺陷：

1)采用节流调速系统溢流损失较大，特别是电梯下行的全部势能都损失在

  节流阀口。导致系统效率较低，能耗大；

2)启动电流大，对电网冲击影响严重；

3)油液温升很快导致频繁运行时需要使用昂贵的冷却系统来降低温度的升

  高；而且油温的升高也使得电梯的速度控制性能不稳定，必须采用比较

  复杂的控制方法来取得良好的控制性能；

4)集成控制阀块结构复杂，加工难度高。

而变频驱动的液压电梯是通过采用变压变频技术来控制三相交流异步电动机的转速，从而控制定量液压泵/马达的输出/输入流量，达到按一定规律控制液压缸顶升轿厢向上运行速度，或者控制轿厢下行速度的目的。变频调速能按系统的需要来提供流量，从而将系统溢流的损失降到最低限度，与阀控液压电梯系统相比，这种变频调速液压电梯系统无论负载如何变化，输入功率都能适应负载需求的变化，它的负载适应、流量适应以及下行能量回收的特点克服了前述阀控节流调速系统的缺点，具有如下特点：

1)能耗小，节能效果显著。电梯上行时无阀口的节流和溢流损失，若采用

  回馈制动单元，电梯下行时还能将能量反馈回电网。

2)启动电流平稳，对电网冲击小；电机的启动电流可以大为减小，从而延

  长了电机和液压泵的寿命；

3)解决了液压系统的温升问题。电梯上行时没有了溢流损失产生的热量，

  电梯下行时能量大多数被反馈回电网(回馈制动方式)或消耗在制动电

  阻上(电阻制动方式)，所以进入油液的热量很少，油温上升不明显，不

  仅可以省去一套昂贵的冷却系统，而且油箱的体积和用油量都可以减小。

4)简单的液控单向阀块取代复杂的集成调速阀块。

目前液压电梯变频调速控制系统的技术发展状况：

如美国专利US6142259采用变频和阀控技术相结合，采用动态双向流量传感器作为反馈元器件，上升的运行全部阶段的速度完全由泵和马达通过变频器控制；在下降运行全部阶段中，启动加速到一半左右的过程，以及减速段的后半段一直到轿厢停止都是由电子阀来控制，在运行过程的其他阶段则由变频器控制液压泵和马达的转速来控制。此方案的缺点是需要高精度的动态双向流量传感器和电液比例控制阀，成本高，没有完全利用变频调速系统的节能作用；且系统结构不紧凑。

鉴于已有技术中阀控调速与变频驱动技术，在电梯控制系统中都存在如上的缺点，因此，本发明人针对如上不足，设计了这种变频驱动电梯液压控制系统。

发明内容

本发明的发明目的是使电梯控制系统更加精确化，并由资源丰富的软硬件支持，达到系统控制灵活、调试方便、变频调速的使用，使液化电梯垂直提升设备降低能源消耗。

变频驱动电梯液压控制系统是由变频调速电机加定量泵的电梯上升液压容积控制装置和由液压马达、电机能量回馈制动单元构成的电梯下降能量回收容积调速控制装置二部分构成，微机控制单元连接交流矢量变频器与交流异步电动机，交流异步电动机通过联轴器与液压泵/马达同轴连接，在交流异步电动机轴侧设有光电编码器，并由其检测的转速信号反馈给变频器，构成闭环矢量控制，与液压泵/马达二端分别连接有压力脉动抑制器与过滤器，压力脉动抑制器与液控单向阀连接的压力传感器一端连接，液压泵/马达在压力脉动抑制器连接之间有防吸空单向阀与安全阀，液压缸和限速切断阀分别与手动下降阀、手动泵与液控单向阀一端的压力传感器连接。电动机通过联轴器与液压泵/马达刚性同轴连接，泵/马达经管路、压力脉动抑制器、管路与液控单向阀相连接，液控单向阀通过管道与管道相连接，管道与限速切断阀相连，限速切断阀通过管道与柱塞缸相连接。回路安全阀经管道与管道相连，以保证泵/马达的出油/进油口压力安全，防泵/马达吸空的单向阀经管路与管路相连，压力传感器接于管路上以检测泵/马达出油口压力。手动泵通过管路与液压缸相连。

附图说明

图1为本发明变频驱动电梯液压控制系统原理图。

图中元件名称与符号对照：

1           交流矢量变频器

2           液压泵/马达

3           交流异步电动机

4           电机轴侧光电编码器

5           微机控制单元

6           能量回馈制动单元

7           柱塞缸

8           柱塞

9           轿厢

10          压力脉动抑制器

11          液压管道

12          防吸空单向阀

13          安全阀

14          液控单向阀

15          限速切断阀

16          手动泵

17          手动下降阀

18            过滤器

19、20        分别为液控单向阀14两端的压力传感器

21            油箱

22            轿厢上行时变频器输出到异步电动机及轿厢下行时发电机

              输出到变频器的电源线

23            电动机轴侧光电编码器输出到电子控制单元的信号线

24、25        分别是压力传感器19、20输出到电子控制器的信号线

26            微机控制单元输出到变频器的控制电动机转向信号线

27            电动机3与泵/马达2的联轴器

28            微机控制单元输出到液控单向阀14中电磁阀的控制信号

29、30        管道

31、32        管道

33、34、35    管道

36            微机控制单元输出到变频器的控制信号线

具体实施方式

请参阅图1所示，图中，电动机3通过联轴器27与液压泵/马达2刚性同轴连接，泵/马达2经管路29、压力脉动抑制器10、管路11与液控单向阀14相连接，液控单向阀14通过管道34与管道33相连接，管道33与限速切断阀15相连，限速切断阀15通过管道35与柱塞缸7相连接。回路安全阀13经管道31与管道29相连，以保证泵/马达的出油/进油口压力安全，防泵/马达2吸空的单向阀12经管路30、31与管路29相连，压力传感器20接于管路34上以检测泵/马达2出油口压力。手动泵16通过管路34、33、35与液压缸7相连。

轿厢速度直接反馈变频控制电梯系统的工作原理如下：

a)上行

接到层站或轿厢9的上行召唤信号后，微机控制单元5发出两路信号，一路是控制变频器的PWM信号36；一路是电机的正转方向信号26；变频器1根据输入的控制信号36产生相应频率和电压的交流电信号22驱动异步电动机3带动泵/马达2旋转输出压力油，经管路29、11顶开液控单向阀14中的单向阀，从而推动轿厢向上运行；同时，电动机轴侧的光电编码器4检测电机的转速并把转速信号反馈给变频器，构成闭环矢量控制。在该电梯系统整个上行工作过程中，微机根据电梯理想曲线和实际电梯速度曲线的差值，不断校正控制信号36控制电梯轿厢按预定速度运行曲线的运行。当电梯靠站时，微机控制单元5给变频器1发出停车信号，电机3转速降为零，液压泵/马达2的出口压力也迅速降低，靠轿厢9的自重使液控单向阀14中的单向阀关断，电梯停站。

b)下行

接到层站或轿厢9的下行召唤信号后，微机控制单元5首先根据传感器19、20传送的信号来判断液控单向阀14两端的压力，若压力不等，微机控制单元5首先输出控制信号26使变频器驱动电动机3正向低速运转，给系统补油，使泵/马达2出口管路11的压力迅速升高，当使液控单向阀14两端的压力基本平衡，这时，微机控制单元5发出三路信号：一路是控制液控单向阀14中的电磁阀的电磁铁通电，使单向阀14打开；一路是电动机的旋转方向信号26，驱动异步电动机3从正向低速运转过渡到反向运转过渡到反向运转；一路是控制变频器1的转速信号36，变频器1根据输入的控制信号36向电动机3提供相应的制动力矩来控制柱塞下降的速度，此时电机由电动机状态转变为发电机状态运行，所产生的能量经回馈制动单元6返回电网；当电梯靠站时，微机控制单元5使液控单向阀14中的电磁阀的电磁铁断电，单向阀14关闭。为避免冲击，其间变频器1带动电动机3低速反转，等轿厢9完全停止不动时让变频器1停车；电动机3反转过程中泵/马达2经由单向阀12、管路30和管路31吸油以维持运转。

液压电梯在下降过程中较为复杂，电梯下降主要是利用负载自重的势能做功，外界基本上无需再给予能量。一般阀控液压电梯下降系统为节流调速系统，即通过调节节流阀开口的大小来控制液压电梯轿厢的下行速度；而对于变频调速液压电梯，其下行速度控制是利用三相交流异步电动机的发电工作状态来工作的，在电梯下降过程中，液压缸起到的是液压泵的作用，液压泵作为液压马达来使用，而三相交流异步电动机则作为发电机来使用。

系统其它组成部件中，限速切断阀15安装在靠近液压缸7底部，当单向阀14至限速切断阀15之间的管道34、33破裂导致突然失压时，限速切断阀15快速进入工作状态，切断液压缸7回油路，使电梯轿厢安全制动。

和限速切断阀一样，安全阀13和手动泵16在系统处于正常状态时，不参与工作。当系统压力因某种原因达到超常值，安全阀迅速打开，将压力保持在工作压力上限，防止其继续上升。当系统失电或变频器-电机-泵动力环节出现故障时，手动泵16能将电梯轿厢上升至期望位置。

当电梯运行过程中液压电梯下行轿厢9蹲底，或由于某些意外原因使液控单向阀14关断，而电机3仍在反向运转，则和液压泵2并联的单向阀12将打开，防止液压泵2吸空而损坏；另外，在冬季液压电梯运行前，油箱中温度较低，可利用此单向阀12构成的回路使液压泵2反转对油箱加温。

该系统配置了压力脉动抑制器10，稳定液压泵出口压力，抑制压力动态变化时的脉动现象；使压力检测信号稳定，增加系统在压力检测和控制时的鲁棒性，能够在系统负载压力的油液温度变化的情况下，仍然能够保证电梯启动的平衡性和一致性。

另外，本发明为了提高电梯启动的舒适感，采用了压力比较平衡方法：即把油泵2出口端实际压力值升高到负载(轿厢9)端实际压力值，作为判断电梯已处于起动临界状态的标志。使用这种方法，要采用两路压力传感器分别检测集成阀进口(即油泵出口)压力P1和集成阀出口(负载侧)的压力P2，两路信号输送到微机控制器5中进行数据处理和变换后，进行差值计算，当二者差值减小到设定值时，就认为电梯已处于起动的临界状态，可以加载预置的理想曲线运行了。这种方法的突出优点是无论电梯负载如何变化，微机控制器5都会找到二者压力达到平衡的理想时刻，并从此刻起控制电梯平稳起动。

综上所述，本发明通过如上技术方案的实施，达到了本发明人的发明目的。

Claims (4)

1.一种变频驱动电梯液压控制系统，其主要由变频调速电机加定量泵的电梯上升液压容积控制装置和由液压马达、电机、能量回馈制动单元构成的电梯下降能量回收容积调速控制装置二部分构成，其特征在于：其是由微机控制单元(5)连接一个交流矢量变频器(1)与交流异步电动机(3)，交流异步电动机(3)通过联轴器(27)与液压泵/马达(2)同轴相连，在交流异步电动机(3)轴侧设有光电编码器(4)，并由其检测的转速信号反馈给变频器(1)，构成闭环矢量控制，在液压泵/马达(2)端分别接有压力脉动抑制器(10)与过滤器(18)，压力脉动抑制器(10)的另一端分别与液控单向阀(14)、压力传感器(20)连接，而另一端接有过滤器(18)，液压器/马达(2)同时还连接由防吸空安全阀(13)构成闭合回路，在轿厢(9)侧的柱塞(8)及柱塞缸(7)，通过管道(35)与限速切断阀(15)相接，管道(33)连接有手动下降阀(17)和手动泵(16)，并与液控单向阀(14)一端的压力传感器(20)相连，电动机(3)通过联轴器(27)与液压泵/马达(2)刚性同轴连接，泵/马达(2)经管路(29)、压力脉动抑制器(10)、管路(11)与液控单向阀(14)相连接，液控单向阀(14)通过管道(34)与管道(33)相连接，管道(33)与限速切断阀(15)相连，限速切断阀(15)通过管道(35)与柱塞缸(7)相连接；回路安全阀(13)经管道(31)与管道(29)相连，以保证泵/马达的出油/进油口压力安全，防泵/马达(20)吸空的单向阀(12)经管路(30)、(31)与管路(29)相连，压力传感器(20)接于管路(34)上以检测泵/马达(2)出油口压力；手动泵(16)通过管路(34)、(33)、(35)与液压缸(7)相连。

2.如权利要求1所述的变频驱动电梯液压控制系统，其特征在于：还包括连接柱塞缸(7)和螺杆泵之间的控制阀及管路连通。

3.如权利要求1所述的变频驱动电梯液压控制系统，其特征在于：包括产生控制信号控制电磁阀和变频器、接受检测信号作为反馈量的微机控制单元。

4.如权利要求1所述的变频驱动电梯液压控制系统，其特征在于：控制电梯上、下行的相应程序和步骤。

Images