CN85105540A - 交流电梯在供电中断时的自动寻达楼层装置 - Google Patents

Abstract

由交流变压和变频控制操作的交流电梯在供电中断时自动寻达楼层装置，当加速期间滑差频率值接近等于预定值时被判定为重负载向上升方向运行。在供电中断实行补救操作时，负载转矩可由滑差频率值简单可靠地检测出来，并使电梯变为运行在重负载下降的方向。

另一种结构是在加速期间将滑差频率值积分，当滑差频率积分值接近等于预定值时判定为负载向上升方向运行。在供电中断实行补救操作时，最大限度地减少了加速期间滑差频率中脉动分量对控制可能产生的影响。

Description

本发明涉及到交流电梯在供电中断时自动寻达楼层装置方面的改进，该电梯是依靠交流可变电压和可变频率控制的原理工作的。

曾推荐过许多装置用于把一个因供电中断而停在楼板层中间的电梯车箱自动地抵达一层楼板。在这方面通常的作法是应用小输出电流的（即小容量的）直流电流（一般用蓄电池电源），以便获得较经济的装置。为了这个目的，一般采用检测车厢负载的方法，把车厢侧的重量与平衡锤侧的重量进行比较，然后将电梯操作使较重的一侧下行（以下这个方法表征为负载下行向，相反则为负载上行向）。

在利用测重仪检测车厢负载的方法中通常由于各种情况的不同而使检测准确度降低，例如乘客在车厢中位置的不同，仪器的老化及其各种机械因素的影响，致使电梯不能永远是被操作在负载下行向，尤其是对已装好的电梯进行改装而加上供电中断的自动寻达楼层装置，则必须同时加装测重仪，装上测重仪的工作不但很困难而且所需的改装投资也很大。

鉴于上述缺点而提出过不同任何测重仪而将电梯操作为负载下行向的方法，在日本专利申请公布号NO.54-3748中就曾公开了一个这样的实例。下面将参考图5到图7来说明在现行技术中对于应用一个固定电压和固定频率（CVCF）型逆变器的交流电梯上采用的供电中断自动寻达楼层装置。图5是现行技术中装置的电路方块图，图6为车厢速度与固定频率下的负载转矩关系，即转矩曲线图（此为已发出负载上行向指令的情况）以及图7为在各种不同的车厢负载参数下车厢速度与时间关系的曲线图。

参照图5，电梯系统的组成包括：提供功率的交流电源1，检测交流电源1供电中断的供电中断检测继电器2，在交流电源1正常工作期间运行的控制设备3，由控制设备3操作的感应电动机4，速度检测器5，它用作检测与感应电动机旋转速度相应的车厢速度，靠电动机转动而运行的车厢，受感应电动机4旋转而驱动的滑轮6，绕在滑轮6上的绳索7，车厢8系在绳索7的一端而平衡锤9则系在绳索7的另一端。

在各图中供电中断自动寻达楼层的现行技术装置包括有：一个直流电源10，它在交流电源1中断供电期间供电;起动接触器11，它的正常开断接点在供电中断检测继电器2励磁后经过预定的延时而闭合;一个固定频率的逆变器12，它将直流电源10的电源转换为交流电流;一个运行方向变换电路13，由它来判定和转换电梯的运行方向，即在供电中断时使电梯是负载下行向或是负载上行向;以及用于供电中断状态中的一个控制电路14，它在供电中断期间，根据速度检测器5所测得的结果来操作电梯运行。以上构成在供电中断时使电梯系统的车厢自动寻达楼层。

下面解释现行技术装置的操作，在电梯系统正常运行期间，亦即在交流电源处于供电状态时，供电中断检测继电器2不励磁，感应电动机受控制装置3的控制而从交流电源1供电，所以车厢8靠感应电动机的转动而上下行。

另外，在交流电源1供电中断时，供电中断检测继电器2被励磁，并且在励磁以后经过预定的延时则启动接触器11起动，借此运行方向变换电路13则提供一个预定方向的操作指令（这里假定是上升方向）。于是由直流电源10供电的直流电通过固定频率逆变器12转变成三相交流电，而且此三相交流电加在感应电动机4上，以致车厢8按照运行方向变换电路13的指令而作上升运行。

现行技术装置的转矩特性将参照图6进行解释。假定这时车厢8无负载且向下行，从感应电动机的角度来看，在这种情况下的负载转矩变成无负载状态下的负载转矩，它为负值。所以在起动时加速转矩TAN可表示为，

TAN＝起动转矩Ts-无载状态下的负载转矩TN

同理，在平衡状态下的加速转矩TAB可以表示为：

TAB＝起动转矩Ts-平衡状态下的负载转矩TB。

还有，当在车厢8中的负载比平衡锤9的重量重时（例如平衡锤为负载重的70%），它的加速转矩TAH可以表示为，

TAH＝起动转矩Ts-负载大于平衡锤重量条件下的负载转矩TN。

再有就是在额定负载状态下的加速转矩TAF可表示为，

TAF＝起动转矩Ts-额定负载状态下的负载转矩TF。如将上述相应的加速转矩相比较则下式成立，

TAN（＝Ts-TN）＞TAB（＝Ts-TB）＞

＞T_AH（＝Ts-TH）＞T_AF（＝Ts-T_F）

因此，从感应电动机4的角度来说，相对于速度指令VC下的负载转矩越大则达到预整定速度Vs时间间隔就需要越长（说明于图7中）

在图7中，V_NL表示无负载状态下的加速度曲线，V_BL为平衡状态下的加速度曲线;以及V_FL为额定负载状态下的速度曲线。时间间隔T₁，T₂和T₃分别表示沿曲线V_NL，V_BL和V_HL达到预整定速度Vs的时间。

速度检测继电器5利用上述特性检测出车厢8的升降速度并将它作为速度信号发送到供电中断状态控制电路14。如果在起动以后规定的时间内（相当于图7中的时间间隔T₂）车厢8的升降速度已经达到预整定的速度，则速度检测器即判定感应电动机4为轻负载（即负载下行），所以负载下行向的运行一直延续到车厢达到最近的楼层。

与上述相反，如果在起动后经过预定的时间间隔下的延时，车厢8的升降速度没有达到预整定的速度Vs，则速度检测器判定感应电动机4为重负载（即负载上行），所以，最初起动指令的运行方向（此时是上行向）就被转换使电梯的运行改为负载下行向。

如上所述，在现行技术中应用固定电压和固定频率（CVCF）型逆变器的系统在运行上是很有效的。

近年来，利用大功率半导体的控制技术已十分发达，并且研制了一种交流电梯，这种电梯应用一个可变电压和可变频率控制型的逆变器来实现一种滑差频率控制，甚至它能提高在供电中断期间电梯的运行效率，而且能获得更舒适的行驶和提高到达楼层的准确度。

对属于受滑差频率控制的交流电梯现参照图8到图10解释如后1图8表示一个滑差频率控制的总电路方块图，图9为一台感应电动机的等效电路图，以及图10表示车厢运行速度和时间的关系曲线。

参照图8，受滑差频率控制的该交流电梯由感应电动机4来转动，该电动机则由滑差频率控制电路20来控制，滑差频率控制电路20的组成部分有：一个速度指令电路21，它根据外部输入而产生一个速度指令Wp;一个加法器22，它接收速度指令和从速度检测器5来的车厢速度Wr，在此作比较和运算;一个速度控制放大器23，加法器的运算结果送到其中，并且发送一个转矩电流指令Tc;一个电流振幅指令电路24，它根据上述转矩电流指令Tc来确定和发出原边电流值I₁指令;一个滑差频率计算器25，它根据转矩电流指令Tc而产生一个滑差频率指令Ws;一个加法器26，它接收滑差频率指令Ws和从速度检测器5来的车厢速度Wr，并去比较和进行运算，借此发送一个频率指令W₁;一个电流指令发生器电路27，它根据频率指令W₁和原边电流I₁值来产生相应的电流指令iu，iv和iw，以为确定三相交流电电流值之用;电流控制放大器28接收电流指令iu，iu和w，和反馈电流值（电动机电流的）iu、iv和iw，后者是分别由电流检测器3lh，3lh和3lh检测出来的，用以控制电动机原边电流;和一个电源逆变器29，它根据电流控制放大器28的输出值向感应电动机4提供电功率。

下面结合图9解释滑差频率控制电路20的工作。图9表示感应电动机4的等值电路，其中V₁代表原边定子电压，R₁代表原边定子续组的电阻，L₁为原边定子绕组漏电抗，I₁为原边定子绕组电流，R₂为付边转子绕组的电阻，L₂为付边转子绕组漏电抗，I₂为付边转子绕组电流，L为励磁电抗，Im为励磁电流，E₁为原边定子绕组感应电势，以及 (1-S)/(S) R₂为负载电阻。

根据图9所示的等值电路，电机的输出Pm可用下述方程式表示：

Rm＝ (1-S)/(S) R₂I² ₂……（1）

因此输出转矩Tm变为：

Tm＝ (Pm)/(Wr) ＝ (Pm)/(W_O(1-S)) ＝ (R₂)/(Ws) I² ₂……（2）

式中W₀：电动机的输入角频率

S：滑差

Ws：滑差角频率

同时可假设W₀L₂《R₂/S，下式成立：

I₂＝ (SE₁)/(R₂) ＝ (WsE₁)/(W_OR₂) ……（3）

I² ₂＝（ (E)/(W_O) ）²· (Ws²)/(R² ₂) ……（4）

当方程式（4）代入（2）式则下式成立

Tm＝（ (E₁)/(W_O) ）²1/(R₂) ·Ws……（5）

从方程式（5）可以明显看出，当 (E₁)/(W_O) （相当于电动机的气隙磁通）被控制为常数时，则转矩Tm与滑差频率Ws（即滑差角速度）成正比例地变化。

因此从前述图8中交流电梯的总电路方块图的布置可知，该电梯是在滑差频率控制下运行的，当感应电动机4的负载转矩增大时，滑差频率指令Ws增加，从而由电流指令发生器电路27发出的电流指令iu，i

和i

增加，故馈给感应电动机4的功率增加。所以，如图10中所示，在供电中断期间补救操作的追随速度指令的性质变得与感应电动机4的负载转矩大小几乎没有关系。

更具体地说，交流电梯采用以滑差频率控制来操作，在执行供电中断的补救操作时，只要在速度方面有些差值即能产生加速度运行，无论是负载上行或是负载下行的运行都只追随速度控制而无任何值得考虑的差别，并且车厢速度即使不同也不会发生与负载转矩的大小有关。如前述的实例中，其缺点是在车厢内的负载是根据车厢速度在起动后到达规定的时限时是否达到了预定值来检测的，由此电梯被操作到负载下行向运行，因之这是十分困难的。

为了解决上述缺点，从而提出了交流电梯在供电中断时自动寻达楼层装置，其中的一个实施方案为当交流电梯在滑差频率控制下进行供电中断时补救操作，是将负载转矩根据滑差频率而简单可靠地检测出来，借此使电梯向负载下行向运行。

本发明为了解决上述缺点和滑差频率脉动分量影响，进一步提高了交流电梯在供电中断时自动寻达楼层装置的另一个实施方案即当交流电梯在滑差频率控制下进行供电中断时的补救操作，是将负载转矩根据滑差频率的积分值而简单可靠地检测出来，借此使电梯能较准确地向着负载下行向运行。

图1    是本发明中在供电中断状态下控制电路的第一实施方案的方块图;

图2    同图1但为第二实施方案;

图3    是用图1或者图2中控制电路构成的电梯系统总方块图;

图4    是对应于图1或图2的运行流程图;

图5    是现行技术中采用固定电压和固定频率控制型逆变器系统的总接线方块图。

图6    是电梯车厢速度和转矩特性曲线以及固定频率时各种负载转矩之间关系的图，

图7    是各种不同车厢负载参数下电梯车厢速度和时间关系的曲线图。

图8    是滑差频率控制的总电路方块图

图9    是图8中感应电动机的等效电路;

图10    是电梯车厢速度和时间之间的关系曲线图。

在各图中各相同的符号代表相同或对应的各个部分。

现在参照图1。图3和图4叙述这个发明的第一实施方案。示于图5到图10中各现行技术系统的那些相同和对应的各个部分将分别用相同的符号进行阐明，图1示出在本实施方案的关于供电中断状态下控制电路方块图，图3是使用在实施方案图1中控制电路和图4中运行流程图的电梯系统总方块图。参照各图，对变压变频控制的交流电梯系统按本实施方案做成的在供电中断时自动寻达楼层的交流电梯装置包括：直流电源10，当交流电源1正常运行被破坏致使供电中断时，它通过响应断电检测续电器2而动作的接触器11供电;电压和频率控制电路31，它按电压和频率的变化而控制着直流电源10的输出，起动运行指令电路32，在交流电源1供电中断时它靠直流电源19发出起动运行指令到电压和频率控制电路31;变换运行方向电路33，它靠从电压和频率控制电路31提供的滑差频率值在发出起动运行指令以后，时间限定电路35所整定的时间间隔内产生运行方向变换指令，以改变运行方向;相位置换电路34，它依靠变换指令将从电压和频率控制电路31发出的电源相位进行置换。以上所构成的装置即能实现依靠变换指令使电梯车厢自动到达最近的楼层。

对于滑差频率控制下的交流电梯在正常运行时，电压和频率控制电路31和现行技术实例图8中所解释的1滑差频率控制电路20是相同的。即符号31a为速度指令单元，符号31b为速度指令放大器，符号31c为电流振幅指令单元，符号31d为滑差频率计算器，符号31e为三项电流指令发生器电路，符号31f为每项的电流控制放大器，和符号31g为电源逆变器。这些元件组成电压和频率控制电路31。

时间限定电路35是为了产生预定的时间间隔而构成的，通过这段时间感应电动机4处于升速状态，加速度是在起动运行指令从起动运行指令电路32向电压频率控制电路31发出后开始的，然后感应电动机4在电压频率控制电路31的控制下进行旋转，并由此提供一个输出。

运行方向变换电路33加有速度检测器5的检测值，滑差频率计算器31d的指令值和时间限定电路35的输出;同时也构成了给起动运行指令电路32发送一个起动或停止指令，并且综合了接收的各输入信号给相位置换电路34送出一个变换指令。这个置换电路34也可采用诸如前述的日本专利公布号NO.54-3478中提到的接触器11-11。

运行方向变换电路33由电子计算机等组成，它接收前面所提到的3个信号并且执行如图4所示的计算处理，从而传递变换指令。

下面叙述第一实施方案的操作。在供电中断时交流电源1的输出电压消失，断电检测继电器2励磁，励磁后经过预定的延时起动接触器接点11闭合，从而把直流电源10连接到供电中断状态中用的控制电路30。假设运行方向变换电路33最初提出的是向上行的指令，起动运行指令电路32接收了这个向上方向的指令后发出起动指令到速度指令单元31a，速度指令单元31a根据这个起动指令发出一个速度指令WP到速度指令放大器31b，通过电流振幅指令单元31C到电源逆变器等单元，电梯车厢便运行在向上行的方向。这时速度控制放大器31b的转矩电流指令Tc施加到滑差频率计算器31d上，由滑差频率计算器31d提供的基本上正比于负载转矩的滑差频率值Ws;它在加速期间的变率被控制成基本上是常数（即等于加速）。接着由运行方向变换电路33判定滑差频率值Ws是否在感应电动机4起动后规定的时间间隔内已经达到预定值。当滑差频率值小于预定值时被判定为负载下行向运行，而电梯则继续向上运行直到车厢到达最近的楼层。另一方面，当滑差频率值接近等于预定值时则被判定为负载上行向运行，于是电梯停止运行并发出变换指令到相位置换电路34，从而使电梯转变为向下运行。转换到向下运行以后依照速度指令单元31a的速度指令Wp再起动作用到向下方向，在转换以前加速度期间因为就起动来说在这个时间滑差频率值Ws的变率基本上是常数。然后运行方向变换电路33在重新起动以后（加速度中途）判断滑差频率值Ws是否已达预定值或电梯车厢速度Wr是否没有达到预定值。当滑差频率值Ws接近等于预定值或电梯车厢速度Wr小于预定值时，则电路33给予电压和频率控制电路31停止指令，以便停止补救操作，从而使电梯停止运行。另一方面当滑差频率值Ws小于预定值或电梯车厢速度Wr接近等于预定值，电梯继续向下运行直到电梯车厢到达最近楼层。

在重新起动后运行方向变换电路33中考虑到电梯车厢速度Wr和滑差频率值Ws来判断补救操作是否停止是为了加强安全措施。譬如考虑到某种情况下发生制动（没示出）或速度检测器5发生故障时即以这种方法检测出不正常速度而停止运行。

下面参照图2、图3和图4叙述第二实施方案，与第一实施方案相同和相对应的部分用相同符号表示，并且不再重复解释。图2示出该实施方案中供电中断状态下的一个控制电路方块图，图3和图4分别示出的总方块图和运行流程图也适用于本方案。参照各图，按本实施方案的交流电梯供电中断时自动寻达楼层装置除第一实施方案外还包括：一个滑差频率积分电路36，它在起动运行指令电路32发出起动运行指令后，在时间限定电路35所整定的时间间隔内求得滑差频率值积分，并且它构成了依靠滑差频率积分电路36的滑差积分值Ωs而使运行方向变换电路33提供出运行方向变换指令，滑差频率积分电路36在起动以后的固定时间间隔（加速期间内）内求滑差频率值Ws的积分是为了避免由于电动机和加速期间包括在滑差频率值Ws内的脉动分量起伏变动时负载制定可能出现错误。更具体地说，滑差频率积分值被施加到变换运行方向电路33上以确定运行方向或停止运转，从而最大限度地减少了滑差频率值Ws中出现的脉动分量造成的影响。这一影响是由于本发明推荐的滑差频率控制采用了以车厢速度Wr来代表电动机旋转速度（为脉冲输出）作为反馈所造成的。

在第二实施方案的操作中除判断补救操作的向上、向下或继续运行或停止运行由滑差频率积分值Ωs代表了第一实施方案中的滑差频率值Ws以外，其他与第一实施方案相同。

而且，虽然控制系统已按滑差频率控制进行叙述，但对有更好控制特性的滑差频率矢量控制系统中也会产生相类似的效果，因为基本原理是相同的。

如上所陈述，第一实施方案是如此构成的，即当加速度期间滑差频率值接近等于预定值时即判定使负载上升向变换运转方向，这就更加有利于在供电中断时交流电梯实行补救操作，即负载转矩能够简单可靠地通过滑差频率值检测出来，因此电梯即能被操作到负载下行向运行。此外，因负载转矩是从滑差频率值价测出来的，故不需要分别地装设测重仪器，所以自动寻达楼层装置本身的结构比较简单。

第二实施方案采用了在加速期间将滑差频率值进行积分并且在滑差频率积分值达到一预定值时，即制定需转变负载上行向的运动方向;且由此产生更进一步的效果是当电中断交流电梯进行补救操作时，在加速期间包含在滑差频率中脉动分量所造成的影响减正最小，由此而使得有可能更简单和可靠地检测负载转矩，从而能够更准确地操作电梯运行到负载下行向。

Claims (10)

1、一个工作于可变电压和可变频率控制下的交流电梯系统，在供电中断时自动寻达楼层的装置包括有，一个直流电源，它在正常运行中供电的交流电源中断时提供电流；电压和预率控制装置，用于按电压和频率关系来调节上述直流电源的输出；起动运行指令装置，用于当所述交流电源供电中断时靠直流电源的电压和频率控制装置发出一个起动运行指令；运行方向变换装置，用于产生和发送一个为变换运行方向的变换指令，它是根据上述电压和频率控制装置在起动运行指令发出后规定的时间内所提供的滑差频率值建立的；以及相位置换装置，用于将通过上述电压和频率控制装置提供的电源根据上述变换指令进行相位置换，电梯车厢即能根据该变换指令实现自动地寻达最近楼层。

2、按权利要求1所述的供电中断时自动寻达楼层装置，还包括有在所述的起动运行指令装置和运行方向变换装置之间插入的时限装置，此装置直接收到起动运行指令开始计算保持运行的时间，并且经过一个预整定的时间间隔向上述运行方向变换装置提供一个输出。

3、按照权利要求2所定义的供电中断时自动寻达楼层装置，其中当所述的时限装置提供输出时，该运行方向变换装置立即将一个滑差频率指令值与预整定的规定值作比较;如果该指令值小于规定值，则运行方向变换装置执行使车厢继续运行，不论任何改变;若该指令值大于规定值，则它停止车厢运行，然后使车厢改变运行方向。

4、根据权利要求3所定义的供电中断时自动寻达楼层装置，其中所述的运行方向变换装置提供给上述起动运行指令装置和相位置换装置的信号，在续继原方向的运行过程中不作任何变换，而在作变换运行方向的过程中它向该起动运行指令装置先提供一个停止指令，然后提供一个反方向的运行指令，同时也给相位置换装置提供变换运行方向的变换指令。

5、按权利要求3所定义的供电中断时自动寻达楼层装置，其中所述的运行方向变换装置向该电压和频率控制装置提供一个使电梯停止运行的停止指令，它是基于这样的情况提供的，即在规定时间间隔内该滑差频率达到了变换运行后的规定界限值，或车厢的运行速度在变换运行后规定的时限内达不到所规定的数值。

6、按权利要求5所定义的供电中断时自动寻达楼层装置，还包括有速度检测装置，用于检测车厢速度，该速度检测装置的一个输出提供给所述的运行方向变换装置。

7、按权利要求1所定义的供电中断时自动寻达楼层装置;其中预定时间间隔是预定到能使运行在中途的电梯车厢加速运行到楼层所需的时间。

8、一个工作于可变电压和可变频率控制下的交流电梯系统，具有一个在交流电梯供电中断时自动寻达楼层装置，该装置包括有一个直流电源，它在交流电源正常运行供电中断时提供电流;电压和频率控制装置，用于按输出与电压和频率关系来调节上述直流电源的输出;起动运行指令装置，用于当所述交流电源供电中断时借直流电源对所述的电压和频率控制装置发出一个起动运行指令;滑差频率积分装置，用于对起动指令发出后规定时间内的滑差频率值Ws求积分;运行方向变换装置，用于根据上述滑差频率积分值的结果发达变换指令以及改变运行方向;以及相位置换装置，用于将上述电压和频率控制装置提供的电源根据上述变换指令进行相位置换，借此使该电梯车厢能根据该变换指令实现自动地到达最近的楼层。

9、按照权利要求8所定义的供电中断时自动寻达楼层装置，还包括有时限装置，它接在所述的起动运行指令装置和滑差频率积分装置之间，该时限装置计算自接收起动运行指令后保持运行的时间，并在延时到预定的时间间隔即向该滑差频率积分装置提供一个输出。

10、按权利要求8所定义的供电中断时自动寻达楼层装置，其中所述的运行方向变换装置向电压和频率控制装置提供一个使运行着的电梯停止的停止指令，即如果滑差频率的积分值在预定时间间隔内达到了变换运行后的规定值时，或车厢的升降速度在发出该变换运行指令后经过预定的延时而没有达到规定的值时，提供停止指令。

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