FR2557744A1 - METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING THE CONTROL VOLTAGE OF A DIRECT CURRENT ELEVATOR MOTOR - Google Patents
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Abstract
PROCEDE ET APPAREIL D'ELABORATION D'UNE TENSION DE COMMANDE D'UN MOTEUR D'ASCENSEUR 5 A COURANT CONTINU, CE MOTEUR ETANT COMMANDE PAR L'INTERMEDIAIRE DE COMMUTATEURS A SEMI-CONDUCTEURS DANS QUATRE QUADRANTS, A PARTIR D'UN STOCKAGE D'ENERGIE 2 A TENSION CONSTANTE ET DE SES MOYENS DE CHARGE RACCORDES A UNE DISTRIBUTION DE COURANT ALTERNATIF. AFIN DE PERMETTRE UNE COMMANDE EN COURANT CONTINU, QUI EST AVANTAGEUSE EN PARTICULIER DANS DES APPLICATIONS DE FORTE PUISSANCE, UNE TENSION DE DISTRIBUTION TRIPHASEE V1, V2, V3 DE FREQUENCE CONSTANTE EST FORMEE PAR LE CIRCUIT CONVERTISSEUR 3, A PARTIR DE LA TENSION DU STOCKAGE D'ENERGIE 2, ET ELLE EST APPLIQUEE A UN CIRCUIT DE COMMANDE EN COURANT CONTINU 4 A LIGNES COMMUTEES DANS QUATRE QUADRANTS, QUI COMMANDE LE MOTEUR D'ASCENSEUR 5.METHOD AND APPARATUS FOR DEVELOPING A CONTROL VOLTAGE OF A DC ELEVATOR MOTOR 5, THIS MOTOR BEING CONTROLLED THROUGH SEMICONDUCTOR SWITCHES IN FOUR QUADRANTS, FROM A STORAGE ENERGY 2 AT CONSTANT VOLTAGE AND ITS LOADS CONNECTED TO AN ALTERNATING CURRENT DISTRIBUTION. IN ORDER TO ENABLE A DIRECT CURRENT CONTROL, WHICH IS PARTICULARLY ADVANTAGE IN HIGH POWER APPLICATIONS, A CONSTANT FREQUENCY THREE-PHASE DISTRIBUTION VOLTAGE V1, V2, V3 IS FORMED BY THE CONVERTER CIRCUIT 3, FROM THE STORAGE VOLTAGE 'ENERGY 2, AND IT IS APPLIED TO A DIRECT CURRENT CONTROL CIRCUIT 4 WITH SWITCHED LINES IN FOUR QUADRANTS, WHICH CONTROLS THE ELEVATOR MOTOR 5.
Description
La présente invention est relative à un procédéThe present invention relates to a method
et à un appareil pour l'élaboration de la tension de com- and to an apparatus for developing the com- put voltage
mande d'un moteur d'ascenseur à courant continu, à l'aide de commutateurs semi-conducteurs, qui permettent, au moyen d'un stockage d'énergie à tension constante et de ses mo- control of a direct current elevator motor, using semiconductor switches, which allow, by means of energy storage at constant voltage and its mo
yens de charge raccordés à la distribution de courant al- charge yen connected to the current distribution al-
ternatif, de commander le moteur à courant continu par l'in- ternative, to control the DC motor by the
termédiaire de commutateurs semi-conducteurs, dans quatre quadrants. semiconductor switches, in four quadrants.
Le moteur à courant continu présente des carac- The DC motor has characteristics
téristiques qualitativement supérieures dans la technolo- qualitatively superior in technology
gie des ascenseurs, par rapport à un moteur à courant alter- lifts, compared to an alternating current motor
natif. Par qualité, on entend l'absence de vibrations et la commande exacte de vitesse. C'est pour cette raison que les ascenseurs rapides sans réducteur,en particulier,sont native. By quality is meant the absence of vibration and exact speed control. It is for this reason that fast elevators without reducers, in particular, are
construits avec des moteurs à courant continu exclusivement. built with direct current motors exclusively.
Dans la technologie des ascenseurs rapides, on a adopté l'emploi d'un pont à thyristors à quatre quadrants, pour la In rapid elevator technology, the use of a four-quadrant thyristor bridge has been adopted for the
commande du moteur à courant continu. Ce procédé a mainte- DC motor control. This process has now
nant remplacé la technique Ward-Leonard usuelle. La nou- nant replaced the usual Ward-Leonard technique. The Nou-
velle technique est avantageuse par exemple à cause de son rendement élevé. Toutefois, elle a pour inconvénients un This technique is advantageous for example because of its high yield. However, it has the disadvantages of
mauvais facteur de puissance, des courants de démarrage é- wrong power factor, starting currents
levés et l'introduction d'harmoniques supérieures dans la surveys and the introduction of higher harmonics into the
distribution. Il y a également un risque que la défaillan- distribution. There is also a risk that failure to
ce de la tension de distribution fasse sauter les fusibles that of the distribution voltage blows the fuses
et que des personnes restent captives dans l'ascenseur en- and people are held captive in the elevator
tre deux étages.be two floors.
En vue d'éviter ces inconvénients, on a prévu (voir par exemple les demandes de brevet finlandais In order to avoid these disadvantages, provision has been made (see for example Finnish patent applications
n 833 051 et 833 302) l'envoi d'une tension continue, pro- n 833 051 and 833 302) sending a DC voltage, pro-
duite au moyen d'un redresseur, à un stockage d'énergie qui fournit l'énergie pour le fonctionnement du moteur à courant continu, le signal de commande du moteur à courant by means of a rectifier, to an energy storage which supplies the energy for the operation of the DC motor, the control signal of the current motor
continu étant constitué par la tension constante,ou inter- continuous being constituted by the constant tension, or inter-
médiaire,du stockage d'6nergie,obtenue par modulation de largeur d'impulsions. Cela procure certains avantages: energy storage, obtained by pulse width modulation. This provides certain advantages:
- la puissance nominale de distribution requise est fai- - the nominal distribution power required is low
ble puisque l'énergie va aussi dans le stockage lorsque l'ascenseur est immobile; puisque ce courant de charge du stockage est assez faible, le facteur de puissance et les ble since energy also goes into storage when the elevator is stationary; since this storage charge current is quite low, the power factor and the
harmoniques supérieures ne constituent plus des inconvé- higher harmonics are no longer inconveniences
nients, - le courant de démarrage n'impose pas de charge sur la nients, - the starting current does not impose any load on the
distribution, c'est-à-dire que la distribution fournit seu- distribution, that is, the distribution provides only
lement au système le courant constant de charge du stockage d'énergie, l'ascenseur dispose toujours d'une réserve d'énergie, à savoir le stockage d'énergie, de sorte qu'une défaillance In addition to the system, the constant charging current of the energy storage, the elevator always has an energy reserve, namely the energy storage, so that a failure
de la distribution ne provoque pas le fonctionnement des fu- of the distribution does not cause the fu-
sibles et qu'il n'y a pas de risque d'emprisonner des per- and there is no risk of imprisoning persons
sonnes dans l'ascenseur.rings in the elevator.
Les meilleurs moyens connus de stockage d'énergie The best known means of energy storage
à tension constante sont la batterie de stockage. Les bat- at constant voltage are the storage battery. The bat-
teries de stockage peuvent être remplacées par exemple par storage areas can be replaced for example by
un volant d'inertie, qui est caractérisé par une capacité- a flywheel, which is characterized by a capacity-
d'acceptation-et de libération d4énergie instantanée plus grande que celle de la batterie de stockage et qui demande acceptance and release of instantaneous energy greater than that of the storage battery and which requires
moins d'entretien.less maintenance.
Les circuits de modulation d'impulsions d'un appa- The pulse modulation circuits of a device
reil de ce type sont généralement réalisés au moyen du cir- reils of this type are generally made by means of the cir-
cuit connu à thyristors,de type McMurray. Avec le circuit de McMurray, on peut réaliser des systèmes utilisables de modulation d'impulsions, sans avoir besoin de composants cooked known thyristor, McMurray type. With the McMurray circuit, you can build usable pulse modulation systems, without the need for components
spéciaux.special.
Toutefois, les circuits de ce type souffrent de trois inconvénients principaux: en premier lieu, aucune However, circuits of this type suffer from three main drawbacks: first, no
technique appropriée de suppression du bruit n'a été déve- appropriate noise suppression technique has not been developed
loppée avec un résultat satisfaisant dans le cas d'un as- developed with a satisfactory result in the case of an as-
censeur; le deuxième inconvénient est l'absence d'une ten- censor; the second drawback is the lack of a
sion alternative,qui est nécessaire sur le tableau de com- alternative sion, which is required on the control panel
mande; le troisième inconvénient est que toute la puissan- mande; the third disadvantage is that all the powerful
ce du moteur traverse un seul thyristor et il faut donc de this of the motor crosses a single thyristor and it is therefore necessary to
grands thyristors, qui sont coûteux. large thyristors, which are expensive.
La présente invention a pour objet d'éviter les inconvénients ci-dessus d'un ascenseur rapide à moteur à The object of the present invention is to avoid the above drawbacks of a fast elevator with a motor
courant continu. Le procédé suivant l'invention, pour l'éla- direct current. The process according to the invention, for the ela-
boration de la tension de commande du moteur à courant con- boosting the control voltage of the constant current motor
tinu, est principalement caractérisé en ce que, à partir de la tension du stockage d'énergie, on forme, au moyen d'un tinu, is mainly characterized in that, starting from the voltage of the energy storage, one forms, by means of a
circuit convertisseur de type connu, une tension de distri- converter circuit of known type, a distribution voltage
bution triphasée de fréquence constante avec laquelle on three-phase constant frequency bution with which
alimente un circuit de commande à courant continu à commu- supplies a direct current control circuit to the
tation de lignes dans quatre quadrants, de type connu, qui tation of lines in four quadrants, of known type, which
commande le moteur de l'ascenseur.controls the elevator motor.
Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé The device for implementing the method
suivant l'invention, qui comprend des commutateurs à semi- according to the invention, which includes semi- switches
conducteurs pour l'élaboration de la tension de commande du conductors for developing the control voltage of the
moteur à courant continu d'un ascenseur et un stockage d'é- DC motor of an elevator and a storage of
nergie à tension constante ainsi que ses moyens de charge, energy at constant voltage and its charging means,
est principalement caractérisé en ce que la tension du sto- is mainly characterized in that the tension of the sto-
ckage d'énergie est raccordée à un circuit convertisseur de type connu, pour l'obtention d'une tension de distribution triphasée de fréquence constante qui est appliquée à un circuit de commande à courant continu à lignes commutées dans quatre quadrants, de type connu, pour la commande du ckage of energy is connected to a converter circuit of known type, for obtaining a three-phase distribution voltage of constant frequency which is applied to a direct current control circuit with switched lines in four quadrants, of known type, for ordering
moteur de l'ascenseur.elevator motor.
Les avantages principaux de l'invention sont les suivants: - dans le cas de l'invention, la puissance est répartie The main advantages of the invention are as follows: - in the case of the invention, the power is distributed
entre plusieurs thyristors et, comme la taille des thyris- between several thyristors and, like the size of thyris-
tors est toujours limitée, cela permet donc de traiter des puissances plus grandes, tors is always limited, so this makes it possible to process larger powers,
- puisqu'on dispose d'une distribution de courant alter- - since there is an alternating current distribution
natif triphasé, à l'intérieur de l'appareil, obtenue à par- native three-phase, inside the device, obtained from
tir de la batterie de stockage d'énergie, tous les dispo- energy storage battery shot, all available
sitifs électriques de l'ascenseur qui fonctionnent en cou- electrical components of the elevator which operate in
rant alternatif sont alimentés même lorsque la distribution électrique extérieure est coupée, ces dispositifs pouvant comprendre par exemple des transformateurs, des inductances et des contacteurs, rant alternatif are supplied even when the external electrical distribution is cut, these devices being able to include for example transformers, inductors and contactors,
- la fréquence de la distribution intérieure de l'appa- - the frequency of the internal distribution of the appliance
reil peut être supérieure à celle de la distribution exté- reil may be greater than that of external distribution
rieure, ce qui permet d'utiliser des inductances et des ca- higher, which allows the use of inductors and ca-
pacités plus petites et moins chères, pour les filtres d'é- smaller and cheaper pacities, for the filters of
limination du bruit.noise suppression.
Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de In addition to the foregoing provisions, the invention also comprises other provisions, which will emerge from
la description qui va suivre.the description which follows.
L'invention sera mieux comprise à l'aide du com- The invention will be better understood using the
plément de description qui va suivre, qui se réfère aux des- additional description which follows, which refers to the
sins annexés dans lesquels: la figure 1 illustre le procédé de commande d'un moteur à courant continu, conforme à l'invention, dans un exemple de circuit, la figure 2 est un diagramme vectoriel, tracé pour faciliter la compréhension des graphiques de tension de la partie de conversion conforme à l'invention, la figure 3 représente les configurations des sins annexed in which: FIG. 1 illustrates the method of controlling a DC motor, in accordance with the invention, in an example of a circuit, FIG. 2 is a vector diagram, drawn to facilitate the understanding of the voltage graphs of the conversion part according to the invention, FIG. 3 represents the configurations of the
tensions de phase et des tensions en triangle de la distri- phase voltages and triangle voltages of the distribution
bution interne de l'appareil,internal burn of the device,
les figures 4a à 4f représentent des configura- FIGS. 4a to 4f represent configurations
tions de tension illustrant le fonctionnement du circuit de voltage measurements illustrating the operation of the
commande à courant continu de la figure 3, lorsque ce cir- DC control of Figure 3, when this circuit
cuit est alimenté avec une tension de distribution à onde carrée conforme à l'invention, et cooked is supplied with a square wave distribution voltage according to the invention, and
les figures 5a à 5c représentent les configura- Figures 5a to 5c show the configurations
tions de tension équivalentes, dans un redresseur à six im- equivalent voltage, in a six-phase rectifier
pulsions fonctionnant à partir d'une distribution sinusolda- drives operating from a sinusolda- distribution
le. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. the. It should be understood, however, that these drawings and the corresponding descriptive parts, are given solely by way of illustration of the subject of the invention, of which they do not in any way constitute a limitation.
Le fonctionnement de l'appareil suivant l'inven- The operation of the apparatus according to the invention
tion est expliqué ci-après et on décrit plus complètement tion is explained below and more fully described
les détails de la figure 1. Le bloc 1 représente un char- the details of figure 1. Block 1 represents a char-
geur raccordé à la distribution et par l'intermédiaire du- geur connected to the distribution and through-
quel de l'énergie peut être stockée dans le stockage d'é- what energy can be stored in energy storage
nergie 2, lorsque c'est nécessaire. Le raccordement à la energy 2, when necessary. Connection to the
distribution est représenté par la tension U, qui peut ê- distribution is represented by the voltage U, which can be
tre une tension monophasée puisque le circuit de commande conforme à l'invention prélève peu d'énergie instantanée, en raison de l'effet d'égalisation du stockage d'énergie 2. Le chargeur peut être mis en service et arrêté par des be a single-phase voltage since the control circuit according to the invention takes little instantaneous energy, due to the equalization effect of the energy storage 2. The charger can be put into service and stopped by
procédés connus, qui ne sont pas décrits ici en détail. known methods, which are not described here in detail.
Le circuit 3, représenté à la partie supérieure de la figure 1, est un exemple de convertisseur ou onduleur triphasé. Dans ce dispositif, l'énergie est fournie par le stockage d'énergie 2 au moteur 5 à courant continu, par Circuit 3, shown at the top of Figure 1, is an example of a three-phase converter or inverter. In this device, the energy is supplied by the energy storage 2 to the DC motor 5, by
l'intermédiaire de thyristors T1-T6 qui constituent les com- through thyristors T1-T6 which constitute the
mutateurs à semi-conducteurs. D'une manière générale, les commutateurs à semi-conducteurs sont en parallèle avec des semiconductor mutators. Generally speaking, semiconductor switches are in parallel with
diodes D1-D6, comme représenté sur la figure 1, pour four- diodes D1-D6, as shown in Figure 1, for
nir et redresser le courant qui circule en sens inverse, end and straighten the current flowing in the opposite direction,
vers le stockage d'énergie.towards energy storage.
Les composants T1-T6 et D1-D6 constituent les composants principaux du convertisseur 3. Le convertisseur réel contient souvent d'autres éléments, nécessaires à la commutation des thyristors, à moins que ceux-ci ne soient The components T1-T6 and D1-D6 constitute the main components of the converter 3. The real converter often contains other elements, necessary for the switching of the thyristors, unless these are not
du type GTO, à gain de courant à l'ouverture. Dans le cir- GTO type, with current gain on opening. In the cir-
cuit à thyristors à commutation forcée, représentée sur la figure 1, la commutation des thyristors T1-T6 est effectuée avec un circuit de résonance constitué par un condensateur et une inductance. Le circuit de commutation forcée est un dispositif bien connu des hommes de l'art et il n'est donc pas nécessaire de décrire davantage ici le fonctionnement cooked with forced switching thyristors, shown in FIG. 1, the switching of the thyristors T1-T6 is carried out with a resonance circuit constituted by a capacitor and an inductance. The forced switching circuit is a device well known to those skilled in the art and it is therefore not necessary to describe further here the operation
du convertisseur. La tension d'alimentation triphasée pro- of the converter. The three-phase supply voltage pro-
duite par le convertisseur 3 est représentée par V1, V2 et taken by converter 3 is represented by V1, V2 and
V3, sur les figures.V3, in the figures.
La partie inférieure de la figure 1 représente un circuit de commande 4 à courant continu à lignes commutées The lower part of FIG. 1 represents a control circuit 4 with direct current with switched lines
dans quatre quadrants, comportant un dispositif de suppres- in four quadrants, including a suppressor
sion de bruit. La commande à courant continu comprend des noise. The DC control includes
thyristors T7-T18.Ces thyristors commandent le moteur 5. thyristors T7-T18. These thyristors control the motor 5.
Sur l'arbre 6 du moteur est montée une poulie de traction 7 qui met ellemême en mouvement la cabine 8 de l'ascenseur On the motor shaft 6 is mounted a traction sheave 7 which itself sets in motion the elevator car 8
et un contre-poids 9, par l'intermédiaire de câbles de le- and a counterweight 9, via cables of the
vage 10. Le dispositif de suppression de bruit du circuit de commande 4 à courant continu comprend les éléments Cl et vage 10. The noise canceling device of the DC control circuit 4 comprises the elements C1 and
L4. Les inductances de commutation L1-L3 contribuent égale- L4. The switching chokes L1-L3 also contribute
ment à la suppression du bruit. La technique de suppress- noise suppression. The removal technique
sion du bruit, utilisée ici, est décrite dans le brevet fin- noise level, used here, is described in the fin-
landais n 61252.Landes n 61252.
Le circuit de commande à courant continu, utilisé The DC control circuit used
ici, est un dispositif bien connu et il n'est donc pas dé- here, is a well known device and therefore it is not de-
crit de façon plus détaillée. Par contre, on décrit ci-après written in more detail. However, we describe below
le principe de fonctionnement des moyens conformes à l'in- the operating principle of the means in accordance with the
vention. A la partie supérieure de la figure 3 sont illus- vention. At the top of Figure 3 are illus-
trées les tensions de phase V1, V2 et V3 fournies par le circuit convertisseur 3. A partir de ces tensions de phase, on peut calculer les tensions en triangle (entre phases) U1, U2 et U3, par une méthode algébrique vectorielle simple, au moyen des formules very phase voltages V1, V2 and V3 supplied by the converter circuit 3. From these phase voltages, we can calculate the triangle voltages (between phases) U1, U2 and U3, by a simple vector algebraic method, at medium formulas
U1 = V1 - V2U1 = V1 - V2
U2 = V3 - V1U2 = V3 - V1
U3 = V2 - V3U3 = V2 - V3
Les tensions entre phases, illustrées à la partie The voltages between phases, illustrated in the section
inférieure de la figure 3, sont déterminées de cette façon. figure 3, are determined in this way.
Puisque la tension d'alimentation n'est pas sinusoïdale, comme c'est habituellement le cas, mais est au contraire Since the supply voltage is not sinusoidal, as is usually the case, but is on the contrary
une tension dite à six échelons, le fonctionnement du cir- a so-called six-step voltage, the functioning of the circuit
cuit de commande 4 à courant continu diffère du mode connu. control current 4 DC differs from the known mode.
Les tensions produites en redressement sont représentées The voltages produced in rectification are represented
par les figures 4a à 4f. Selon la position du point d'a- by Figures 4a to 4f. Depending on the position of the point of-
morçage, on obtient une situation de redressement ou une situation d'inversion. Sur la figure 4a, les tensions en Morcing, we get a recovery situation or a reversal situation. In Figure 4a, the voltages in
triangle U1, U2 et U3 ont été assemblées dans un même sys- triangle U1, U2 and U3 have been assembled in the same system
tème de coordonnées. Les figures 4b à 4d représentent des tensions redressées, de grandeur variable en fonction de coordinate coordinates. FIGS. 4b to 4d represent rectified voltages, of variable magnitude as a function of
l'instant d'amorçage T1 à T3, et les figures 4e et 4f re- the initiation time T1 to T3, and FIGS. 4e and 4f show
présentent des tensions inversées, de grandeur variable en have inverted voltages, of variable size in
fonction des instants d'amorçage T4 et T5. function of the instants of initiation T4 and T5.
On voit que les configurations de la figure 4 dif- It can be seen that the configurations in FIG. 4 differ-
fèrent nettementdes configurations de tension usuelles ob- clearly make usual voltage configurations ob-
tenues à partir d'une distribution sinusoïdale, comme cela apparaît à la comparaison des courbes de la figure 4 et de held from a sinusoidal distribution, as appears from the comparison of the curves in Figure 4 and
la figure 5. Sur la figure 5, on a calculé, de la même fa- Figure 5. In Figure 5, we calculated, in the same way
çon qu'illustré par les figures 2 et 3, les configurations de tension d'un redresseur à thyristors commutés à partir d'une distribution sinusoïdale. Les tensions de phase RST de la figure 5a donnent les tensions en triangle indiquées sur la figure 5b, qui donnent elles-mêmes, en fonction d'un angle d'amorçage donné, la tension aux bornes du moteur, indiquée sur la figure 5c. Celle-ci est obtenue à partir Lesson illustrated in FIGS. 2 and 3, the voltage configurations of a thyristor rectifier switched from a sinusoidal distribution. The phase voltages RST in FIG. 5a give the triangle voltages indicated in FIG. 5b, which themselves give, as a function of a given ignition angle, the voltage across the terminals of the motor, indicated in FIG. 5c. This is obtained from
de la configuration de tension d'un redresseur à six impul- of the voltage configuration of a six-pulse rectifier
sions fonctionnant sur une distribution sinusoïdale, pour sions operating on a sinusoidal distribution, for
un angle d'amorçage donné. On peut comparer la tension re- a given ignition angle. We can compare the voltage re-
présentée sur la figure 5c à la tension représentée sur la shown in Figure 5c at the voltage shown in the
figure 4d, qui est une tension redressée sensiblement éga- Figure 4d, which is a substantially equalized rectified voltage.
lement dirigée, dans le cas de la présente invention. Il est évident que la configuration de tension est en effet mentally directed, in the case of the present invention. It is obvious that the tension configuration is indeed
très différente.very different.
Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'in- As is clear from the above, the information
vention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mi- vention is by no means limited to those of its modes of
se en oeuvre qui viennent d'être décrits de façon explicite; are implemented which have just been described explicitly;
elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peu- on the contrary, it embraces all the variants which may
vent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée, de la présente inven- tion. wind come to the mind of the technician in the field, without departing from the scope or the scope of the present invention.
Claims (3)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI834881A FI834881A (en) | 1983-12-30 | 1983-12-30 | FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER AOSTADKOMMANDE AVSTYRSPAENNING FOER EN HISS'LIKSTROEMSMOTOR. |
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