CN1898142A - 电梯用逆变器的速度控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种电梯用逆变器的速度控制方法及装置，用于改善电梯的轿箱急减速所引起的重力变化、振动等所引起的乘坐感觉，即使变为任意频率的设定值也能提高就位精度。用开环控制的逆变器对感应电动机(5)进行加速/定速/减速控制，减速控制是在电梯轿箱(8)到达了离就位位置有一定距离的减速开始位置时以一定的减速度使之减速，在感应电动机(5)停止时，预先求得从基准频率到调平频率以一定的减速度使之减速了时的升降距离，使得求出的升降距离与从任意频率到调平频率以一定的减速度使之减速了时的升降距离相同而以中间频率进行一定速度运行，调整升降距离，在升降距离调整后，自动地以一定的减速度使之减速到所述调平频率。

Description

电梯用逆变器的速度控制方法及装置

技术领域

本发明涉及由逆变器(インバ一タ)驱动的电梯用感应电动机的速度控制方法及装置，尤其涉及开环速度控制类所涉及的减速控制方法及装置。

背景技术

最近的电梯大多使用容易维修而坚固的感应电动机作为原动机，由可变电压/可变频率(Variable Voltage Variable Frequency：VVVF)逆变器驱动该感应电动机。在这种将感应电动机和VVVF逆变器组合起来的电梯驱动装置中，感应电动机的速度控制，一般来说，对于低速电梯，为了简化结构、降低成本，采用电压形逆变器所涉及的开环控制，对于中/高速电梯，为了提高调平(レベリング)精度，采用设有速度检测器的速度反馈控制。另外，所谓调平，指的是电梯接近停止层时使得电梯轿箱恰好在停止层的位置就位而停止。

上述开环速度控制方式是根据速度模式来控制逆变器的输出频率，进而控制输出电压，以此来进行与速度模式相一致的加速、定速及减速。

图1是表示与本发明通用的电梯用逆变器的速度控制装置的装置构成图。

在图1中，电梯用逆变器的速度控制装置包括交流电源1、将交流电源1的交流电压转换为直流电压的整流器2、对经整流器2整流的全波或半波整流电压进行平滑的电容3、将经电容3进行平滑的直流电压转换为规定的频率及电压的交流电压的电压形逆变器主电路4、由该电压形逆变器主电路4产生的交流电压所驱动的感应电动机5、控制电压形逆变器主电路4的频率及电压的控制装置6、由感应电动机5旋转驱动的卷取机7、吊于挂在该卷取机7上的钢丝绳一端的轿箱8和吊于所述钢丝绳另一端的平衡锤9。控制装置6还具备CPU(中央处理装置)10和PWM(脉冲宽度调制器)发生部11。

以CPU10为中枢部的控制装置6，根据电梯的运行指令产生具有规定的加减速度并且具有与升降距离相对应的定速度时间的速度模式，求得逆变器运行频率及电压的振幅，根据这些频率和电压取得提供给PWM发生部11的PWM波形的门脉冲。

图6是现有装置的动作例。图7表示图1中CPU10的现有装置的动作流程。图7包括判别电梯正在运行的步骤(S200)、判别调平频率(Vj)是否被选择了的步骤(S210)、以调平频率(Vj)运行的步骤(S230)和以基准频率(Vn)运行的步骤(S220)。CPU10进行电梯轿箱8是在运行中还是停止中的监视。在运行中，通常被控制为以基准频率(Vn)来运行(S210，S220)。电梯轿箱8到达减速开始点的话，在到达了减速开始点时调平频率(Vj)指令的信号就被送给CPU10(S210)，按该信号的定时，从基准频率(Vn)到调平频率(Vj)以一定的减速度进行减速(S230)。

这种现有装置，由于以电梯的基准频率(Vn)固定，因而在运行中到达了减速开始位置时切换为调平频率(Vj)，从基准频率(Vn)到调平频率(Vj)以一定的减速度使之减速了时的升降距离(S)常相同，因此提高了就位位置的精度。

这种控制方式不需要速度检测器，降低了成本，并且不需要针对速度检测系统的故障的备用装置。

专利文献1：特开平7-291542号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在上述现有的控制方法中，在移动到下一层等短的升降距离时，如果从基准频率到调平频率急速减速，有时重力变化、振动等所引起的轿箱的乘坐感觉就会变差。

另外，在不具备速度感应器的开环速度控制方式所涉及的电梯用逆变器中，作为提高负荷变动所引起的就位精度的方法，有专利文献1所公开的方法，但并未提供在移动短的升降距离时重力变化、振动等所引起的轿箱的乘坐感觉的改善方法。

本发明的目的在于改善像移动到下一层这么短的升降距离时重力变化、振动等所引起的轿箱的乘坐感觉，提高就位位置精度。

解决课题的方案

本发明的第1构成是电梯用逆变器的速度控制方法，用开环控制的逆变器对感应电动机进行加速/定速/减速控制，减速控制是在电梯轿箱到达了离就位位置有一定距离的减速开始位置时以一定的减速度使之减速，其特征在于，在所述感应电动机停止时，预先求得从基准频率到调平频率以一定的减速度使之减速了时的升降距离，使得该升降距离与从任意频率到调平频率以一定的减速度使之减速了时的升降距离相同而以中间频率进行一定速度运行，调整升降距离，然后，自动地以一定的减速度使之减速到所述调平频率。

还有，本发明的第2构成是电梯用逆变器的速度控制装置，用开环控制的逆变器对感应电动机进行加速/定速/减速控制，减速控制是在电梯轿箱到达了离就位位置有一定距离的减速开始位置时以一定的减速度使之减速，其特征在于，具备速度补正控制装置，所述速度补正控制装置包括：在所述感应电动机停止时，预先求得从基准频率到调平频率以一定的减速度使之减速了时的升降距离的装置；使得所述求得的升降距离与从任意频率到调平频率以一定的减速度使之减速了时的升降距离相同而以中间频率进行一定速度运行，调整升降距离的装置；以及在所述升降距离的调整后，自动地以一定的减速度使之减速到所述调平频率的装置。

本发明中是以任意频率(Vs)在运行中到达减速开始位置时，切换为调平频率(Vj)指令。

此时，从任意频率(Vs)到调平频率(Vj)以一定减速度使之减速时的升降距离(S1)，加上以中间频率(Vo)进行一定速度运行的升降距离和其后自动地以一定的减速度使之减速到调平频率(Vj)的升降距离，就可以使之等于从基准频率(Vn)到调平频率(Vj)以一定的减速度使之减速时的升降距离S。

发明的效果

根据本发明，使得停止时预先从基准频率(Vn)到调平频率(Vj)以一定的减速度使之减速时的升降距离(S)与从任意频率到调平频率以一定的减速度使之减速时的升降距离(S1)相同而以中间频率(Vo)进行一定速度运行，调整升降距离，然后自动地以一定的减速度使之减速到调平频率，这样就能使升降距离S和S1相同，针对从基准频率到调平频率急减速所引起的重力变化、振动所引起的轿箱的乘坐感觉，可以变更为任意频率来改善轿箱的乘坐感觉，以中间频率进行一定速度运行，调整升降距离，以此提高就位精度。

附图说明

[图1]是表示本发明一实施方式的电梯用逆变器的速度控制装置的构成图。

[图2]是表示本实施方式实施后的动作例的说明图。

[图3]是表示本实施方式实施后的动作流程图。

[图4]是表示升降距离的求算方法的说明图。

[图5]是表示S字特性升降距离的求算方法的说明图。

[图6]是表示现有装置的动作例的说明图。

[图7]是现有装置的动作流程图。

标号说明

1交流电源

2整流器

3电容

4逆变器主电路

5感应电动机

6控制装置

7卷取机

8轿箱

9平衡锤

10CPU

11PWM发生部

12频率指令

13振幅指令

14减速开始点

15运行指令

16停止状态

17驱动状态

18本功能有效时

19本功能无效时

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

实施例1

图1是表示本发明一实施方式的装置构成图。

在本实施方式中，电梯用逆变器的速度控制装置包括交流电源1、将交流电源1的交流电压转换为直流电压的整流器2、对经整流器2整流的全波或半波整流电压进行平滑的电容3、将经电容3进行平滑的直流电压转换为规定的频率及电压的交流电压的电压形逆变器主电路4、由该电压形逆变器主电路4产生的交流电压所驱动的感应电动机5、控制电压形逆变器主电路4的频率及电压的控制装置6、由感应电动机5旋转驱动的卷取机7、吊于挂在该卷取机7上的钢丝绳一端的轿箱8和吊于所述钢丝绳另一端的平衡锤9。控制装置6还具备CPU(中央处理装置)10和PWM(脉冲宽度调制器)发生部11。

在本实施方式中，交流电源1的交流电压由整流器2转换为直流电压，由电容3进行平滑。该直流电压由电压形逆变器主电路4转换为输出频率及电压受控制的交流电压后供给作为电梯的原动机的感应电动机5。逆变器主电路4的运行频率及电压的控制通过来自控制装置6的门脉冲频率和脉冲宽度控制来进行，由此控制感应电动机5的运行速度。感应电动机5通过卷取机7驱动轿箱8和平衡锤9的负荷。

以CPU10为中枢部的控制装置6，根据电梯的运行指令生成具有规定的加减速度且具有与升降距离相对应的定速度时间的模式，求得逆变器运行频率及电压的振幅，根据这些频率和电压取得供给PWM发生部11的PWM波形的门脉冲。

设在CPU10中的速度补正控制装置进行如下控制：即使任意频率(Vs)的设定值改变，也能以中间频率(Vo)进行一定速度运行，调整升降距离，然后在电梯的轿箱8到达减速开始位置时自动地以一定的减速度使之减速到调平频率(Vj)。

图2是本发明实施方式的动作例，图3表示CPU10在本发明实施后的动作流程。图3中，S100是判断电梯轿箱是否在运行中的步骤。S110是计算从Vn到Vj的基准的升降距离(S)的步骤。S120是判断是ON还是OFF的步骤。S130是以Vs运行的步骤。S140是判别在以任意频率Vs运行中是否选择了调平频率Vj的步骤。在S140中本功能无效时(19)，原样减速到调平频率Vj。S150是以调平频率Vj运行的步骤。S160是将现在的速度的升降距离从升降距离(S)中减去的步骤。S170是计算从现在的速度到Vj的升降距离(S1)的步骤。S180是比较升降距离S和S1的大小的步骤。S190是以中间频率Vo(以Vn的40％运行)运行的步骤。

CPU10进行电梯轿箱8是在运行中还是停止中的监视(S100)，在运行中通常控制为以任意频率(Vs)运行(S120，S130)。轿箱8到达减速开始点的话，在到达了减速开始点时调平频率(Vj)指令的信号被送给CPU10，根据此信号的定时，以中间频率(Vo)进行一定速度运行，调整升降距离(S190)，以与中间频率(Vo)的减速度相同的减速度减速到调平频率(Vj)(S150)。

升降距离用图6所示的区域(S)的面积，在停止中预先求得(S110)，从基准频率(Vn)到调平频率(Vj)的升降距离(S)用以下公式求得。

[式1]

$S=\frac{\mathrm{Tdec}}{2f\max }({\mathrm{Vn}}^2-{\mathrm{Vj}}^2)+\frac{\mathrm{VnT}1+\mathrm{VjT}2}{2}$

在此，Tdec：减速时间，fmax：最高频率，Vn：基准频率，Vs：任意频率，Vj：调平频率，T1：减速开始时的S字特性时间，T2：减速结束时的S字特性时间

对于该升降距离S的求算方法，参照图4及图5进行具体说明。

图4中，从Vn减速至Vj的升降距离为阴影部分的面积。为求得该面积，先如图5一样考虑S字的特性。图5的S字特性时间T1间由于加速度的增加是一定的，可以用以下公式表示。

[式2]

$f=\frac{1}{T1}\×\frac{f\max }{\mathrm{Tdec}}\×t$

据此，图4的T1间的速度用以下公式表示。

[式3]

$f\left(t\right)={\∫}_0^{-t}\mathrm{fdt}={\∫}_0^{-t}(\frac{1}{T1}\×\frac{f\max }{\mathrm{Tdec}}\×t)\mathrm{dt}$

$=\frac{f\max }{2\mathrm{Tdec}}\×\frac{t^2}{T1}$

T1过后加速度为一定，速度变为以斜率fmax/Tdec增加的直线，T2区间成为与T1区间反向的抛物线。为求得这些面积，要把S字特性区间进行分解来考虑。A区间的函数用以下公式表示。

[式4]

$f_1\left(t\right)=\mathrm{Vn}-\frac{f\max }{2\mathrm{Tdec}}\×\frac{t^2}{T1}$

因此，其面积A如以下公式那样。

[式5]

$A={\∫}_0^{T1}{f}_1\left(t\right)\mathrm{dt}={\∫}_0^{T1}\mathrm{Vndt}-\frac{f\max }{2\mathrm{Tdec}\×T1}{\∫}_0^{T1}{t}^2\mathrm{dt}=\mathrm{VnT}1-\frac{f\max }{2\mathrm{Tdec}\×T1}\frac{{T1}^3}{3}=\mathrm{VnT}1-\frac{f\max \×{T1}^2}{6\mathrm{Tdec}}$

C区间的函数为

[式6]

$f_2\left(t\right)=\mathrm{Vj}+\frac{f\max }{2\mathrm{Tdec}}\×\frac{t^2}{T2}$

所以，其面积C为以下公式。

[式7]

$C={\∫}_0^{T2}{f}_2\left(t\right)\mathrm{dt}=\mathrm{VjT}2+\frac{f\max {\×T2}^2}{6\mathrm{Tdec}}$

B区间只要求得上底为VT2、下底为VT1、高T3的梯形的面积即可。

B区间以斜率

[式8]

$-\frac{f\max }{\mathrm{Tdec}}$

线形变化，所以高T3为以下公式。

[式9]

$T3=\frac{\mathrm{Tdec}}{f\max }(\mathrm{VT}1-\mathrm{VT}2)$

并且，

[式10]

$\mathrm{VT}1=f_1\left(T1\right)=\mathrm{Vn}-\frac{f\max }{2\mathrm{Tdec}}\×\frac{{T1}^2}{T1}=\mathrm{Vn}-\frac{f\max }{2\mathrm{Tdec}}T1$

$\mathrm{VT}2=f_2\left(T2\right)=\mathrm{Vj}+\frac{f\max }{2\mathrm{Tdec}}T2$

所以变为，

[式11]

$B=(\mathrm{VT}1+\mathrm{VT}2)\×\frac{T3}{2}=\frac{\mathrm{Tdec}}{2f\max }(\mathrm{VT}1+\mathrm{VT}2)(\mathrm{VT}1-\mathrm{VT}2)$

$=\frac{\mathrm{Tdec}}{2f\max }\{(\mathrm{Vn}-\frac{f\max }{2\mathrm{Tdec}}T1)+(\mathrm{Vj}+\frac{f\max }{2\mathrm{Tdec}}T2)\}\{(\mathrm{Vn}-\frac{f\max }{2\mathrm{Tdec}}T1)-(\mathrm{Vj}+\frac{f\max }{2\mathrm{Tdec}}T2)\}$

$=\frac{\mathrm{Tdec}}{2f\max }\{\mathrm{Vn}+\mathrm{Vj}-\frac{f\max }{2\mathrm{Tdec}}(T1-T2)\}\{\mathrm{Vn}-\mathrm{Vj}-\frac{f\max }{2\mathrm{Tdec}}(T1+T2)\}$

$=\frac{\mathrm{Tdec}}{2f\max }\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Vn}}^2-\mathrm{VnVj}-\frac{\mathrm{Vnf}\max }{2\mathrm{Tdec}}(T1+T2)\\ +\mathrm{VnVj}-{\mathrm{Vj}}^2-\frac{\mathrm{Vjf}\max }{2\mathrm{Tdec}}(T1+T2)\\ -\frac{\mathrm{Vnf}\max }{2\mathrm{Tdec}}(T1-T2)+\frac{\mathrm{Vjf}\max }{2\mathrm{Tdec}}(T1-T2)+\frac{{f\max }^2}{{4\mathrm{Tdec}}^2}(T1+T2)(T1-T2)\end{array}\right\}$

$-\frac{\mathrm{Tdec}}{2f\max }({\mathrm{Vn}}^2-{\mathrm{Vj}}^2)-\frac{\mathrm{Vn}}{4}(T1+T2)-\frac{\mathrm{Vj}}{4}(T1+T2)-\frac{\mathrm{Vj}}{4}(T1-T2)+\frac{\mathrm{Vj}}{4}(T1-T2)+\frac{f\max }{8\mathrm{Tdec}}({T1}^2-{T2}^2)$

$=\frac{\mathrm{Tdec}}{2f\max }({\mathrm{Vn}}^2-{\mathrm{Vj}}^2)-\frac{\mathrm{VnT}1+\mathrm{VjT}2}{2}+\frac{f\max }{8\mathrm{Tdec}}({T1}^2-{T2}^2)$

[式12]

$S=A+B+C$

$=\mathrm{VnT}1-\frac{f\max }{6\mathrm{Tdec}}{T1}^2+\frac{\mathrm{Tdec}}{2f\max }({\mathrm{Vn}}^2-{\mathrm{Vj}}^2)-\frac{\mathrm{VnT}1+\mathrm{VjT}2}{2}+\frac{f\max }{8\mathrm{Tdec}}({T1}^2-{T2}^2)+\mathrm{VjT}2+\frac{f\max }{6\mathrm{Tdec}}{T2}^2$

$=\frac{\mathrm{Tdec}}{2f\max }({\mathrm{Vn}}^2-{\mathrm{Vj}}^2)+\frac{2(\mathrm{VnT}1+\mathrm{VjT}2)}{2}-\frac{\mathrm{VnT}1+\mathrm{VjT}2}{2}-\frac{f\max }{6\mathrm{Tdec}}({T1}^2-{T2}^2)+\frac{f\max }{8\mathrm{Tdec}}({T1}^2-{T2}^2)$

$=\frac{\mathrm{Tdec}}{2f\max }({\mathrm{Vn}}^2-{\mathrm{Vj}}^2)+\frac{\mathrm{VnT}1+\mathrm{VjT}2}{2}-\frac{f\max }{24\mathrm{Tdec}}({T1}^2-{T2}^2)$

在此考虑到T1T2，

[式13]

$\frac{f\max }{24\mathrm{Tdec}}({T1}^2-{T2}^2)$

可以忽略。

从以上可以看出，以S字从Vn减速至Vj时的升降距离S就变为

[式14]

$S=\frac{\mathrm{Tdec}}{2f\max }({\mathrm{Vn}}^2-{\mathrm{Vj}}^2)+\frac{\mathrm{VnT}1+\mathrm{VjT}2}{2}$

(S110)。

还有，图2所示的区域(S1)的面积，即从任意频率(Vs)到调平频率(Vj)的升降距离(S1)可以用以下公式求得(S170)。

[式15]

$S1=\frac{\mathrm{Tdec}}{2f\max }({\mathrm{Vs}}^2-{\mathrm{Vj}}^2)+\frac{\mathrm{VsT}1-\mathrm{VjT}2}{2}$

升降距离在S1＜S时(S180)，以Vo运行(S190)。在下面的过程(スキヤン)中，从在停止中求得的S中减去以现在的速度(中间频率Vo)行进的距离(S160)。

[式16]

S＝S-VoTs

(Ts为抽样时间)

以中间频率(Vo)等待，直到升降距离为S1＝S后减速到调平频率(Vj)，就能使升降距离S和S1相等。

即，使得下公式成立而按时间t自动切换频率指令就能实现。

[式17]

S＝S1+ΣVo·t

在本发明的实施方式中是调整中间频率(Vo)下的运行时间，使从Vs到达Vj为止的升降距离与基准的S相同。

即，在以Vs(＜Vn)的运行中(S130)选择了Vj(S140)时，一下减速到Vn的40％(Vo)(S190)，等待到达Vj为止的升降距离成为S的时间(S180)，然后减速到Vj(S150)。

在以小于Vn的40％的速度的运行中选择了Vj时，等待以此速度到达Vj为止的升降距离成为S的时间，然后减速到Vj。

在加速中选择了Vj时，动作随此时的频率指令而不同。

在频率指令＞(Vn的40％)时，等待以Vn的40％到达Vj为止的升降距离成为S的时间，然后减速到Vj，在频率指令＜Vn的40％时，等待以此频率到达Vj为止的移动时间成为S的时间，然后减速到Vj。

这样就能使升降距离S和S1相等，在移动像到下一层等这样短的升降距离时，通过变更为任意频率来改善重力变化、振动等所引起的轿箱的乘坐感觉，以中间频率进行一定速度运行，调整升降距离，这样，就位位置太偏的问题就不存在了。

工业实用性

本发明能改善电梯轿箱的急减速所引起的重力变化、振动等所引起的轿箱的乘坐感觉，还能用于提高了就位精度的逆变器驱动的电梯用感应电动机的速度控制。

Claims (2)

1.一种电梯用逆变器的速度控制方法，用开环控制的逆变器对感应电动机进行加速/定速/减速控制，减速控制是在电梯轿箱到达了离就位位置有一定距离的减速开始位置时以一定的减速度使之减速，其特征在于，

在所述感应电动机停止时，预先求得从基准频率到调平频率以一定的减速度使之减速了时的升降距离，使得该升降距离与从任意频率到调平频率以一定的减速度使之减速了时的升降距离相同而以中间频率进行一定速度运行，调整升降距离，然后，自动地以一定的减速度使之减速到所述调平频率。

2.一种电梯用逆变器的速度控制装置，用开环控制的逆变器对感应电动机进行加速/定速/减速控制，减速控制是在电梯轿箱到达了离就位位置有一定距离的减速开始位置时以一定的减速度使之减速，其特征在于，具备速度补正控制装置，所述速度补正控制装置包括：

在所述感应电动机停止时，预先求得从基准频率到调平频率以一定的减速度使之减速了时的升降距离的装置；

使得所述求得的升降距离与从任意频率到调平频率以一定的减速度使之减速了时的升降距离相同而以中间频率进行一定速度运行，调整升降距离的装置；以及

在所述升降距离的调整后，自动地以一定的减速度使之减速到所述调平频率的装置。

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