FI99108C - Menetelmä hissin ohjaamiseksi - Google Patents

Description

99108

MENETELMÄ HISSIN OHJAAMISEKSI

Keksinnön kohteena on menetelmä nopeusohjatun hissikäytön säätämiseksi, jossa hissikäytössä hissikoneistoa käyttävää vaihtovirtamoottoria säädetään taajuusmuuttajalla, joka 5 syöttää ohjatulla taajuudella ja jännitteellä moottoria, ja johon hissikäyttöön kuuluu hissin kuormitustilan havaitsevat laitteet.

Hissiohjauksen tavoitteena on normaalitilanteessa ohjata hissiä niin, että hissi ajaa kullakin ajokerralla mahdollisim-10 man nopeasti lähtökerroksen ja maalikerroksen välisen matkan. Hissimoottoria pyritään siten ohjaamaan sillä tavoin, että kiihtyvyydet ja hidastuvuudet sekä nopeudet ovat kaikissa tilanteissa niin suuret kuin laitteistolle on mahdollista ja ilman, että matkustajien ajomukavuus kärsii. Ohjauksen edelly-15 tyksenä on, että hissikäyttöä syöttävä sähköverkko tuottaa kaikissa ajotilanteissa riittävän tehon. Normaalissa käyttötilanteessa ei tämä yleensä ole ongelmallista.

.. Kun tehonsyöttö jostain syystä häiriintyy, ei hissi toimi ; suunnitellulla tavalla. Sähkökatkon varalta on hisseihin : i* 20 järjestetty varmuuslaitteita, joilla hissikorit saadaan ajet-tua tasoille. Sähkökatkon jatkuessa pidempään käynnistetään : varavoimalaitteistot, jotka on yleensä mitoitettu siten, että noin neljäsosa hisseistä on matkustajien käytettävissä. Hissi-; en kuljetuskapasiteetti pienenee tällöin ratkaisevasti.

.:.25 Sähköenergian saanti voi häiriintyä ilman, että syntyy varsi-• · · · naista sähkökatkosta. Sähköverkon jännite voi laskea alle • · · nimellisarvon tai taajuus voi vaihdella sallittua määrää « *« *· * * enemmän. Tällöin sähköverkon ja sähkönkäyttäjien suojalaitteet '·**· yleensä toimivat asetetuilla raja-arvoilla. Hissikäytöissä *" 30 tällaisia tilanteita voi esiintyä paitsi heikkojen jakeluverkkojen alueella, myös rakennusvaiheessa, jolloin ollaan tilapäisen sähkönsyöttöjärjestelmän varassa, jonka mitoitus ei ole riittävä. Verkon jännitteen laskiessa verkon kuormituskyky yleensä on heikentynyt, jolloin 35 normaalintasoinen kuormitus ylikuormittaa verkkoa ja 2 99108 ylikuormittaa verkkoa ja seurauksena on jännitteen lasku edelleen ja suojalaitteiden toiminta ja sähkön katkaisu.

Patenttijulkaisusta US 5 229 558, KONE Elevator GmbH tunnetaan ratkaisu, jossa syöttöjännitteen pudotessa hissiä ajetaan 5 pienemmällä nopeudella ja/tai kiihdytyksellä, jolloin tehon tarve vastaavasti pienenee. Hissin todellista tehontarvetta ei tässä julkaisussa kuitenkaan oteta huomioon, vaan kuljetuskapasiteettia, tai siis hissin ajonopeutta pienennetään sähköverkon tilan perusteella.

10 Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uusi nopeusohjattu hissikäyttö, joka toimii mahdollisimman optimaalisesti verkon tehonsyöttökyvyn ollessa rajoitettu esimerkiksi varavoimasyö-tön yhteydessä. Lisäksi tarkoituksena on aikaansaada hissi-moottorin ohjaus, joka ei kuormita verkkoa yli verkon sietoky-15 vyn, mutta sallii eri kuormitustilanteissa maksimaalisen ajonopeuden. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että hissikoneistolle tuodaan ohjearvona tehoraja ja että taajuusmuuttajalle vietävä nopeusohje määräytyy tehorajan ja kuormitustilan perusteella.

* · · 3 99108 teessä 15-25 % nimellisteholla. Tästä seuraa kuitenkin että tyhjä hissi ajaa alaspäin erittäin hitaasti. Mikäli hississä on matkustajia tarvittava teho vähenee alaspäin ajettaessa koska hissi on tasapainotettu vastapainon avulla noin 50 5 %:sti. Kuorman ollessa selvästi yli puolet nimellisestä, riippuen pääsiassa koneiston hyötysuhteesta, hissi ei pelas-tusajossa enää tarvitse tehoa korin liikuttamiseen. Moottorin magnetointi ja ohjauksen laitteet tarvitsevat kuitenkin 10-25 % nimellistehosta toimiakseen.

10 Jos esimerkiksi neljä hissiä käsittävän hissiryhmän tapauksessa varavoima on mitoitettu keskikokoisille taloille tyypillisellä tavalla, käytettävissä oleva teho riittää yhdelle hissille kaikissa ajotilanteissa. Tällöin voidaan keksinnön mukaista ratkaisua hyödyntämällä asettaa jokaiselle hissille 15 25 % nimellistehosta. Kuormitustilanteesta riippuen voi osa hisseistä tai jopa kaikki hissit ajaa täydellä nopeudella.

Keksinnön soveltamisesta varavoimakäytössä eräs merkittävä hyöty on matkustajille muodostuva turvallisuustunne, joka saavutetaan sillä että hissit välittömästi sähkön katkettua ja .’ ^20 valojen sytyttyä uudestaan lähtevät liikkeelle. Vaihtoehtoi-• · * ! sesti markkinoiden tarpeista ja käytettävissä olevista varois- .ta riippuen voidaan osa palvelulaatuhyödystä kääntää kustan- ; : : nussäästöksi ja saavuttaa nykyinen palvelutaso huomattavasti halvemmalla. Tällainen hyöty on saavutettavissa esim. korkeis- ·.· * 25 sa asuintaloissa, joissa yleensä on kaksi hissiä jolloin odotusaika ei ole ongelma ja hyöty saavutetaan siitä että *:* varavoiman nimellisteho voidaan laskea joko noin puoleen ilman että laatu laskee merkittävästi tai noin neljännekseen nykyi- * . sestä, jolloin kuitenkin voidaan taata pelastusajo, joskin ····-.

[30 hitaasti, kaikissa tilanteissa.

:*:* Erityisen suurta hyötyä keksinnöstä on sellaisilla markkina- alueilla, joilla sähkökatkokset ovat hyvin yleisiä. Tällöin saadaan keksinnön mukaisella ratkaisulla lähes normaali tai normaalintuntuinen toiminta hissiliikenteelle. Poikkeustilanne 35 ei näin välttämättä tarvitse erityisiä ohjeita eikä vaikuta matkustajien käyttäytymiseen. Puhtaasti paristokäyttöiseen 4 99108 ratkaisuun verrattuna keksinnöllä säästetään energiavaraston perustamis- ja huoltokustannuksissa. Sähkönsyöttö ohjaus- ja oheislaitteille on myös edullisempaa.

Vielä eräs sovellusalue, jossa keksinnöllä on erityisen suurta 5 hyötyä on erittäin korkeiden talojen palotilanteet. Näissä taloissa hissit ovat ns. vaihteettomia hissejä, joiden hyötysuhde on niin suuri, että jo nykyisellä tekniikalla on mielekästä syöttää takaisin verkkoon sähköä kun hissi esimerkiksi ajaa täydellä kuormalla alaspäin, tai tyhjänä ylöspäin. Takaisin 10 syötetty sähköteho vastaa parhaimmillaan 90 % niraellistehosta. Sitä varten moottorikäytöissä on ns. ohjattu verkkosilta, joka muodostaa oikean taajuisen, muotoisen ja jännitteisen virran.

Palotilanteessa hissit voivat käyttää toistensa antamaa energiaa hyväkseen talon verkon kautta, ja näin kaikki hissit 15 voivat tässä tapauksessa käytännössä ajaa täyttä nopeutta koko ajan, koska pelastustilanteessa yleensä korit ajavat täynnä alas ja lähes tyhjänä ylös yhden palomiehen ollessa aina mukana tällaisissa tilanteissa. Muiden hissien tuottama ener-gia estää ylikuormitustilanteen syntymisen, jos hissikoneisto ! 20 hetkellisesti joutuu raskaaseen käyttöön, kun esimerkiksi • * ‘ ; hissi ajaa tyhjänä alas.

·'·! Lisäetuna palotilanteessa on vielä, että mikäli hissit voidaan pitää täydessä käytössä pelastustoimen aikana ne jopa kehittäni · vät merkittävästi lisää tehoa talon muille laitteille, kuten 25 esimerkiksi normaalivalaistukselle ja pumpuille. Keksinnön ·;· mukaisen ratkaisun avulla voidaan näin muuttaa pelastustoimen • « · · suunnitteluperusteita ja vaatia, että korkeissa taloissa on * täysi hissipalvelu käytettävissä palon sattuessa ja pelastus- • lltu I toimen ollessa varavoiman varassa. Tämän toteuttaminen on * · · · « ' *30 mahdollista ilman että kokonaiskustannukset merkittävästi :*:* nousevat.

Tehoraja voidaan asettaa suhteellisesti toiminnassa olevien hissien kesken. Tällöin voidaan alueilla, joissa on ongelmia sähkötehon riittävyyden kanssa, tehoraja asettaa verkon muusta 35 primäärisestä kuormituksesta riippuvaisesti, taikka jos sähkö- 5 99108 tehon riittävyys vaihtelee vuorokausirytmin mukaan tehoraja voidaan asetella myös vuorokausirytmin mukaan.

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti viitaten kuvioon 1, joka esittää keksinnön mukaista hissikäyttöä.

5 Nostomoottori 28 liikuttaa moottorin akselille suoraan tai vaihteiston kautta kytketyn vetopyörän 2 ja hissin nostoköy-sien 4 välityksellä hissikoria 6 ja vastapainoa 8 hissiteknii-kassa sinänsä tunnetulla tavalla. Taajuusmuuttaja 26 on liitetty teholähteeseen kolmivaihejohtimilla 40 ja vastaavasti 10 moottoriin 28 kolmivaihejohtimilla 41. Hissiohjaus puolestaan huolehtii matkustajien antamien kutsujen ja hissin sisäisten toimintaohjeiden mukaisesti korin/korien liikkeistä. Näiden toteutusmuodot vaihtelevat sovellutuskohteittain suuresti eikä niillä ole vaikutusta tämän keksinnön toimintaan. Kullakin 15 hissillä on sille ominainen nimellisteho, vaikka hissiryhmä voi toki koostua samanlaisista, vakiomitoitetuista hisseistä.

Hissikorin kuorma mitataan koriin 6 asennetulla korivaa'alla 32. Vaakatiedon avulla määritetään yksikössä 37 kuormatieto 36 .! ! hissin nostojärjestelmän mekaniikan ja osien massojen avulla.

‘ ; 20 Kuormatieto ilmaisee hissimoottorin akselilla vaikuttavan ·*;' kuormitusmomentin eli kuormitustilan. Kuormitusmomenttiin « I > ··· : vaikuttavat vastapainon, korin ja köysien massat sekä köysien ripustussuhteet ja vaihteiston välitykset.

• · ·

Normaalissa taajuusmuuttajaohjatussa hissikäytössä moottoria ••25 syötetään taajuudeltaan ohjatulla jännitteellä, joka kehittää ;*;* riittävän momentin haluttua kiihtyvyyttä ja ajonopeutta * varten. Nelikvadranttisesti ohjatussa käytössä moottorin

« I

toimiessa generaattorialueella käytön kehittämä teho voidaan

• •«M

ajaa takaisin syöttöverkkoon. Vaihtoehtoisesti syntynyt 30 energia tai osa siitä kulutetaan vastuksissa lämmöksi. Oloarvotietoina viedään taajuusmuuttajalle hissin ajonopeus tai moottorin pyörimisnopeus, kuorma- tai momenttitieto ja jännite sekä mahdollisesti virtatieto.

6 99108

Keksintöä hyödyntävässä ratkaisussa taajuusmuuttaja muodostuu syöttöverkkoon kytketystä verkkosillasta 42 ja moottoriin kytketystä moottorisillasta 46. Moottorisilta ja verkkosilta on yhdistetty tasavirtavälipiirillä, jonka johtimien 43 ja 45 5 väliin on kytketty kondensaattori 44. Moottori- ja verkkosillat on muodostettu ohjattavista kytkimistä, jotka on toteutettu esimerkiksi IGBT:illä. Siltoja ohjataan nopeussäätimellä 48, jonka ohjauksen perusteella moottoriin syötettävä teho ja syöttötaajuus sekä vastaavasti verkkoon 10 takaisin palautuva teho ovat käyttötilanteen vaatimuksen mukaiset. Välipiiriin kytkettyyn kondensaattoriin varastoitua energiaa käytetään hyväksi nopeissa kuormitusmuutoksissa.

Hissille määritetään kussakin käyttötilanteessa suurin sallittu teho PA ja sen mukaisesti määritetään pyörimisnopeus 15 ohjearvo. Ulostulotehon sallittu arvo, joka saadaan tehorajoittajasta 33, on esimerkiksi neljäsosa hissin nimellistehosta hissien toimiessa varavoimageneraattorin tuottaman tehon varassa. Ulostulotehon sallittu arvo voidaan määritellä myös muilla tavoilla kuten hissiohjauksella .-.-.20 annettavalla parametrillä.

« · · $ * ' ; Hissikäytössä vastapaino mitoitetaan siten, että korikuorman ··;' ollessa puolet nimelliskuormasta vallitsee tasapaino : vetopyörän ja vastaavasti moottorin akselilla. Korikuorman muuttuessa pienemmäksi moottorin akselilla vaikuttaa momentti V *25 vastapainon suuntaan ja korikuorman ollessa yli puolet nimelliskuormasta moottorin akselilla vaikuttaa vääntömomentti *·· korin suuntaan. Vaakatieto antaa siten suoraan momenttiin ·** ; verrannollisen suureen ja koneiston vaatima ajoteho on * verrannollinen nopeuteen ja momenttiin eli P=wT, josta w=P/T.

*30 Ilmaistaessa suureet suhteellisarvona nimellisarvoihin « · · « verrattuna saadaan ws=Ps/Ts, jossa alaindeksi s tarkoittaa suhteellisarvoa eli PS=P/PH. Tehon rajoitus 25 %:iin nimellistehosta merkitsee siten tehon suhteellisarvoa Ps=0,25. Pyörimisnopeusohje saadaan siten suoraan tehorajasta ja 35 vaakatiedosta. Sallittu tehorajoitus ilmoitetaan suhteellisena tietona, joka vastaa varavoimatehon suhdetta eli hissille varatun varavoimatehon suhdetta hissin 7 99108 nimellistehoon. Kun useita hissejä on kytketty samaan varavoimageneraattoriin, niin kullekin hissille voidaan määritellä yksilöllinen suhteellinen tehoraja, jolloin hisseillä yhdessä on käytettävissä hissikäytölle mitoitettu 5 varavoimateho.

Sallitun tehon PA määrittävä signaali ja hissistä 37 saatu kuormatieto (johdin 36) tuodaan jakajaan 34, jossa määritetään käytettävissä olevalla teholla mahdollinen moottorin ohjenopeus (aref=PA/TL, miss& TL on kuormatieto. Jakajan 34 10 määrittämä nopeusohje coref viedään johtimella 38 taajuusmuuttajassa 26 olevaan nopeussäätimeen 48, joka säätää taajuusmuuttajan ulostulon vastaavasti. Taajuusmuuttajan 26 verkosta 40 ottama teho pysyy siten sille määrätyissä rajoissa. Moottorin akselille kytketyltä takometriltä 31 15 saadaan nopeuden oloarvo ωο1ο, joka viedään johtimella 39 nopeussäätimeen 48.

Hissin kuormituksesta ja liikesuunnasta riippuen voidaan . . erottaa erilaisia kuormitustilanteita. Ajettaessa noin puolen .! ! korin kuormalla kuormitusmomentti on hyvin pieni ja edellisen « · · **20 kappaleen mukaan asetettu tehorajoitus ei pienennä ajonopeutta ···' käytännössä ollenkaan. Kun ajetaan tyhjällä korilla alaspäin : ja täydellä korilla ylös, on kuormitus suurimmillaan ja i ajonopeus putoaa tehorajoitusta vastaavalla tavalla. Edullisin V i tilanne energiakulutuksen kannalta on ylöspäin ajo tyhjällä 25 korilla ja alassuuntaan ajo täydellä korilla. Tällöin ei ·♦· tehorajoitus aseta varsinaisesti rajoitusta yksittäisen hissin 4 4 t l ajonopeuteen, vaan hissimoottori toimii generaattorialueella tuottaen tehoa, joka pitää kuluttaa tai syöttää takaisin verkkoon. Luonnollisesti kaikissa tilanteissa tulee tuottaa • '30 moottorin magnetointiteho ja häviötehot.

Hissimoottorin toimiessa generaattorialueella on edullista syöttää muodostunut energia verkkoon, jolloin energia voidaan käyttää muiden varavoimaverkkoon liitettävissä laitteissa. Jos tämä ei ole mahdollista teho kulutetaan vastuksissa. Eräs 35 mahdollisuus on myös ajaa hissiä paikallaan, jolloin 99108 8 moottoriin syötetään nollataajuudella lähtömomenttia vastaava virta.

Suhteellinen tehoraja voidaan keksinnön puitteissa määrittää usealla tavalla. Paitsi ennalta määrättynä suhteellisarvona, 5 voi tehoraja olla funktio verkon kuntoa kuvaavasta suureesta. Jännitteen aleneminen verkossa aiheuttaa tehorajan putoamisen portaittain.

Vaikka kuvion 1 mukainen tehosäätö perustuu hissien erilliseen säätöön, voidaan eri hissien kuten samaan hissiryhmään 10 kuuluvien hissien tehonkulutusta seuraamalla muuttaa kunkin hissin tehorajaa kuormitustilanteen mukaan. Käynnistystilanteen vaatima momentti tulee tuottaa, jotta hissi pääsee liikkeelle. Hissin nopeus ja kuljetuskapasiteetti, so. matkustajien lukumäärä tai oikeammin massa kertaa 15 kuljettu kerrosväli aikayksikössä määräytyy yksilöllisesti hissikohtaisesti. Kun tehoraja ilmoitetaan hissin kuluttamana tehona, ei generaattorialueella toimittaessa tehoraja rajoita nopeutta. Täyteen kuormattu hissi alassuuntaan, mikä tilanne , . on yleinen evakuointiajossa, on tehonkulutukseltaan edullinen • · · ; 20 kuten edellä todettiin ja itse asiassa tuottaa tehoa moottorin • « · : ·* toimiessa generaattorialueella. Moottori voidaan ohjata täy-dellä nopeudella, jolloin kuljetuskapasiteetti on maksimissaan ; eli täysi kuorma ja maksiminopeus. Tällöin tulee generoituva teho kuluttaa jotenkin tai syöttää verkkoon. Toisaalta kuorman :25 ollessa pieni sallitaan vain pieni nopeus alaspäin. Sen sijaan tyhjä kori ylöspäin tai hätätilanteessa usein toistuva tilanne yksi pelastushenkilö ylöspäin on samalla tavalla edullinen « #· · . ' . kuten edellä on todettu.

• · » * * Keksintöä on edellä kuvattu sen eräiden sovellusmuotojen *·**· 30 avulla. Esitystä ei ole kuitenkaan pidettävä rajoittavana, vaan keksinnön suoritusmuodot voivat vaihdella seuraavien patenttivaatimusten määrittämissä rajoissa.

H . ut.i 11· I 113'

Claims (4)

9 99108

1. Menetelmä nopeusohjatun hissikäytön säätämiseksi, jossa hissikäytössä hissikoneistoa käyttävää vaihtovirtamoottoria 5 (28) säädetään taajuusmuuttajalla (26), joka syöttää ohjatulla taajuudella ja jännitteellä moottoria (28), ja johon hissikäyttöön kuuluu hissin kuormitustilan havaitsevat laitteet (32), tunnettu siitä, että hissikoneistolle tuodaan ohjearvona tehoraja (PA) ja että taajuusmuuttajalle vietävä 10 nopeusohje (38) määräytyy tehorajan (PA) ja kuormitustilan perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hissikäyttö, tunnettu siitä, että tehoraja (PA) annetaan suhteellisena arvona hissin 15 nimellistehosta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hissikäyttö, tunnettu siitä, että kuormitustila määritetään hissikorin korivaa'an (32) mittaussignaalista. 20

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hissikäyttö, tunnettu siitä, että tehoraja (PA) määritetään verkon tehonsyöttökyvyn ' ·' ·' mukaan. •« · I I • · * · · • · · >1· · • · · • » · · • · · i : : • 1 * · ' « · 1 • · · • · · • · · j" ; · 10 99108