TW483228B - Elevator motor drive system - Google Patents

Description

五 、發明說明d) 技術領域 本發明係有關於一多重结 或更多變法哭丛化A 重、、冗、、泉感應电動機的改_ . 夕殳机器故障後之減縮操誃恭:π改良，在一個 =脈寬調變（PWM)變流器所驅動。"包動機由相對應之多 背景技藝 2前技藝可得知，使用由對 之多重繞線三相電動機，每-變流器對：二流器所驅動 組繞；組。亦可獲知在-個或更多變機上之-運作中之變流器來操作該電動機。在此情^後二允許尚 器驅動其所對應之繞線組，@時切斷已故障變济：：變流 之連接。'亦可能使用—串聯電動機配置使得運ς ;: η 器在不必切換下來操作該電動機，然而，串聯配置既^ 2 且需要格外長度的軸長。對於一個雙重繞線串聯配置=貝 言’其軸長為單繞線電動機之兩倍。 機； 的 在曰本專利申請案號SHO 62 [ 1 987 ]-64957中已經揭露， 兩個分離變流器與一兩相間反應器耦合用來驅動單一電動 ;如果一變流器故障，其被切斷連接且該電動機以較低 的速度與力矩由仍運作之變流器操作。在Hokari等人於 1994年國家電機協會會議中發表之”超高速昇降機之驅動 系疵"，第551號，5-91到5-92頁中，在一雙重繞線電動機 之兩個獨立繞線的每一繞線，由一相對應之變流器獨立驅 動；當一個變流器故障時其將被切斷連接，而其他繞線組 則由運作中之變流器驅動。日本Kokoku專利’號碼HEI 7[ 1 99 5 ]-0 02 0 37，使得在一個變流器故障後，電流指令被

483228 五、發明說明（2) ' -------- 減為一半以操作一 r相雙重繞線電動 ^ .从映七乂 一々日又里凡冰电勒錢。當在其他變流器 么早後，使用一運作中之變流器來驅動一雙重繞線電動 機之一個繞線組，電動機中之激發電流指令I。·，以及力 矩電流指令1τ ·，變成先前由兩個變流器驅動°之電動機的 一半’所以電動機力矩減為正常力矩之四分之_。 發明範疇 本發明之目的包括提供一種具有多個變流器單位之三相 多重繞線電動機，在一個或更多變流器單位故障後，用來 供應仍維持運作之個別變流器單位大於正常反應下電動機 所產生之力矩；同時在一個或更多變流器單位故障後，供钃> 應一個二相多重繞線電動機於減縮操作中之電動機力矩， 該力矩大於先前技藝中所知，三相多重繞線電動機系統在 變流器故障後之減縮操作中所提供之力矩。 依據本發明，一變速驅動系統包括多個變流器單位，每 一單位驅動在一多重繞線三相電動機上之多個獨立繞線組 的對應繞線組，每一繞線組則於正常操作中貢獻其所對應 之部份電動機電流，同時在一個或更多變流器單位故障 時，力矩電流指令限制已經改變用以適應運作中變流器之 已降低電流容量。依據本發明，仍運作中變流器之操作已 經改變’因此由電動機產生之力矩增加並超過剩餘變流器 在正常操作反應下所產生之力矩。 根據本發明的一個情形中，當驅動一多重繞線三相電動 機之一個或更多變流器故障時，仍運作變流器之激發電流 與力矩電流從1/N改變到1/(N — M)，其中n為變流器之總數

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五發明說明（3) 而Μ為故障變流器數目，因此所需之電流將由較少數的變 流器所供應。根據本發明的另一種情況中，當驅動一多重 繞線三相電動機多個變流器之一個變流器故障時，提供給 仍運作變流器之激發電流指令為每一變流器可能供應最大 電流之比例分數。而根據本發明的再另一種情況中，驅動 一多重繞線三相電動機多個變流器之一個變流器有故障 時’將中斷仍運作變流器之電流回饋迴路，因此電動機將 處於一過載開端情況且只依賴速度回饋迴路。另一根據本 發明的情況中，在一個或更多變流器故障後，由仍運作變 流器提供給一多重繞線三相電動機之力矩電流，將由限制•私 速度指令來控制。其結果為，在仍運作變流器可提供之最 大力矩中達到一加速度，且同時考量其電流限制。 本發明之其他標的，特色與優點，如附隨之圖式中所說 明，將依照下列具體例證之詳細說明因此而更加顯著。 圖式簡單說明 圖1 Α與1Β為一依據先前技藝，由一對變流器所驅動之雙 繞線三相變速電動機的概要區塊圖。 圖2為一依據本發明，由一對脈寬調變變流器所驅動之 雙繞線電動機的概要區塊圖，包括故障偵測電路以說明本 發明之各種情形。 圖3為一說明力矩電流，激發電流與極限電流相互間關 係之向量圖。 圖4為一說明改進圖2中裝置，用以處理一多重繞線電動 機超過兩個以上變流器之斷面概要區塊圖。 483228 五、發明說明（4) 〜--- ^5為一說明在一雙繞線電動機中電流相互間關係之向 量圖。 圖6為一說明本發明在一雙繞線電動機中第二種情形之 部份概要區塊圖。 圖7為δ兄明有二個或更多繞線電動機中之電流的向量 圖〇 一圖8為一說明本發明中有多於兩個繞線組之電動機其第 一種情形之部份概要區塊圖。 圖9 1 2為一說明本發明中第三種情形之不同型式的部份 概要區塊圖。 圖1 3為一運用本發明之一昇降系統之簡化概要區塊圖。 圖14為一依據本發明第四種情形之速度與力矩關係圖。 施行本發明之最佳模式 參考圖1Α與1Β，一三相雙繞線變速電動機1由一對變流 器2，3驅動，每一變流器驅動一組在電動機丨中之對應線 圈。變流器2包括變流器開關以及變流器控制2β，同樣 的，變流器3包括變流器開關3 Α及變流器控制3β。一轉差 頻率產生态4對應於一激發電流指令I。·以及一力矩電流指 令Ιτ ·用以供應一轉差頻率鑭到一相加器5Α，真實轉動頻 率鐫被加入其中以供應在積分器7中積分之頻率餾a從而提 供一相位角Θ到變流器控制2B，3b之不同部門。電動機之 真實轉動頻率鐫從一脈衝產生器5之信號供應，並轉換為 在一速度偵測器6中之頻率，所有上述皆為慣用的方式。 為了用兩個變流來驅動該電動機.，每一激發電流指令

O:\58\58879.PTD 第8頁 483228 五、發明說明（5) I。以及力矩電流指令Ιτ •皆被對應之除法器8，g除為一 . 半。此動作提供同相電流指令元件、·，^·及L·，L •給 該兩個變流器控制2 B，3 B。 一比例與積分放大器10，對應介於一半激發電流指令 · i ld與由’交流為2提供之實際三相電動機電流之正交相位元 件ild間之差異，提供一力矩電壓指令△ %。一比例與積分-放大器11，對應介於一半力矩電流指令、•與實際三相電 動機電流之同相元件ilq間之差異，提供一力矩電壓指令 △ Viq。戎同相與正父相位元件由一三相到二相轉換器丨2所 提供。由放大器1 0，11所提供之電壓指令元件，被加到由j f貝用電左}曰々產生|§ 1 3所提供之同相與正交相位電壓指 令Vlq · ，Vld •，用來供應同相與正交相位電壓指令\％到 一慣用脈寬調變電路1 4，轉而控制在變流器2A中之開。 一速度指令ω/已從實際轉子速度中減去，用以提供 用於一速度放大器2 1之一速度錯誤信號。該速度放大器之 輸出應用到一限制器2 2，其限制值由一算數函數2 3提供。 因為有兩個k流器在驅動該電動機，電流限制值可為每一 變流器電流限制之兩倍，2IILIM。力矩電流指令丨•之 在圖3中作說明。 ' 由對應於多變流器之一多重繞線電動機所產生之力矩為$

T POLE ~2~ cAf(i\d + iid + i3d..){i\q + iiq + hq. 其中POLE=電動機中之電極數目

O:\58\58879.PTD 第9頁 483228 五、發明說明（6) 且 —關於電動機線圈互感之慣用常數 個或多個變流器故障時，由於失去 ΐ:力矩！減為(N_M)2/N2。在-雙重繞線電動、：中二 机态之故P早將使力矩降低為正常力矩之1 / 4。 夂 本發明之第一種情形於圖2中說明， 27使除法器短路，以便在變流器3 /夺 雷26， 一完全量測給變流器控制2B。開關26P早日=由供電流指立令之 電路30來之開關控制輸出所操作，攸故P早控制 器3〇1，一變流器開關控制3〇2，以及此―電門\包批括_故障侦測 她叫可決定變流器2, 3其中之及生制： 如保險絲故障或變&器中纟電路元件之損帛 早列 ί整ΠΓΓ令V以及力矩電流指令1到變流器= 2 B，如此以一個變流哭喷勒雷私输η ffr ^ A 又驅動電動機如同原本以兩個變流哭 驅動一般強勁。再者，由故障控制 们支机口口 數函數 之最大ΐ、、”?制：：1建立在一單一變流器11⑽中所容許 取電飢限制之基礎上。由故障控制電路3 〇來之門彳批 制輸出同時也操作一對電動機開關28，29 二f ^ ^切斷故障變流器（此處假設為變流器3)與電動機;:連用 接。 < 個變流器所驅動之電動機的特殊實.例。如圖4所示-N重繞 爹考圖3顯不在》—完全、勃蘇雷、、ώ ] · π — I . m/Λ二 。之可容許力矩電流 h在/、有1/2激發電流1/21。.時，將比平時。 依據圖2本發明的一種情況之說明，在於闡釋一

483228 五、發明說明（7) =電動機之一般情形，藉由提供除數為（n_m)之除法哭 ’ 32，本發明於此情況下可容許M個變流器故障。^ 的，异數函數24中產生之極限因子，乃由剩餘變流哭问樣 目N減去Μ所決定。當感應到有M個變流器發生故I/1之數 (N —M)數值由變流器開關控制電路3〇所提供。早$ 本發明第二種情況在圖5中作說明。其 、、六4b人· 八T ’丨於丨相啼 L曰7 llq正乂相位電流指令，與一變流器極限^^ iILIM間之關係顯示，對等於力矩電流指令卜·之同相 件丨藉由簡單算數可知等於極限電流除以二的平方根^元 參考圖6，為了以最大可能電流操作仍運行中之變I。 器，也就是說，除了開關25-27短路除法器8，9以== 2 =指令限定值外’當變流器其-故障時只以最：變 ^杰電流IILIM作限制。一開關34轉換從激發電流指令 又 ^ =又3〆^之輸入到一除法器33之輸出，該輸入為極限電 流1 ILIM，且該輸出為極限電流除以二的平方根。 //"2 )2時，算數函數2 4中之限定值在算數上減為 圖6中’因為開關34與除法器33使得當丨。·2等於

ILIM -- _ ' ^ ^

Llim/ /~2。在從除法器33來之Ild · = IILIM/ /"2，以及從限制器 22來之最大1u · = IILIM/ /2時，最大力矩在其他變流器（3)故 障後將從一變流器（2)取得。在所有其他方面上，圖6之具 體實例與圖2之具體實例完全一樣。圖7說明本發明此情況 下之一般情形，其中可能有N-Μ個運行中之變流器，而極 限電流則為Ν-Μ個變流器之極限電流。因此如圖8中所顯 不’除法器33提供之信號對等於（N-M)ilim除以二的平方

O:\58\58879.PTD 第11頁 483228 五、發明說明（8) 圖8之具體實例與圖4之具體實 根。而在所有其他方面上 例完全一樣。 之二中與△電，值指^ 來之情形下：d放：器5輸^。在沒有電流圉饋從變換器12 供 μ 4 σσ ，11之輪出將明顯地大於有電流回 :-兒明心：在輸出。依據圖9至圖12有關本發明其他情況 一旦電流回饋關閉時，上述情形將對螭韌骱宫哨 變電路？有施以較高電㈣令之；將對駆動… 除了沒有提供開關用來短路除法器8，9外，圖9類似於 二在料替的是一開關35 ’允許一"回饋關閉11指令用 =支以控制2B中關閉電流回饋。參考圖，如果 電：回饋關閉日寺，在放大器10，u之輸入 :減任何數值，因此放大器1〇>11之輸出將較平時高出許 二而電動機之驅動只由速度回饋支配到速度放大器21。 對脈寬調變電路“之驅動較正常強勁，以補償 關閉已故障之變流器^故障控制電路3〇之輸 他開關外，並同時操作開關35。依圖1〇解釋，.電 饋藉由開關35關閉外’除法器8 ’ 9也可由開關二，27 =之 來短路，因為一旦電流回饋被關閉後，指令被八為一 否只造成極小差異。圖1 1與1 2說明本發明之此第:種产”丨 :，動機使用超過兩組以上繞線'址’且由兩；以：對 32 =:所驅動的一般情況下’無論有無將除法器31， 3 2短路都可以施行。 圖13中，一個三相，Μ繞線感應電動機1驅動一滑車輪

O:\58\58879.PTD 第12頁 五、發明說明（9) 36，並 i 1 4所示 線描述 此知道 變 >(匕率 相同大 圖14 說明第 果產生 圖13 又繩索連接至一電梯車廂37以及一平衡錘38。如圖 車麻以一速度V及一加速度α移動，其中，實 ^全速運動而虛線則表示一減速運動。我們可以由 下2 S ϋ (支持負載對抗重力）在所有速度及速度 二/、、4數，且不論使用滅速分佈圖與否均維持 二C圖14說明頂端之-速度V，需要-圖14 4伤之一加速度力矩ΤΑ，負載力矩τ Α Α缸 在圖1 4最德邱柃夕她入山 、 MR為吊數，結 取俊。p伤之總合力矩Ta+Tmr。 ，用來運行電梯所需之功率PR(千瓦）FxV *

Pr 其中: 以及 —分數心其中V 電動 6120" F==力，公斤 v〜車庙及平衡錘之速度， 77 =全體電梯驅動效率 電梯中之力為相等於車廂 ’因此， 米每分鐘 電流負載之額定負載WR的 n Ku X Wr X Vr ------- 6120η 額定車廂速度 機力矩T(公斤·米）為

Px 1000 Γ〇27χΝμ 483228 五、發明說明（ίο) 其中：nm=電動機角速度，每分#轉 加速中之力矩TA為 TA=(GD2xNM)/( 375ta) 其中：GD2=電動機軸換算，公斤·米平方 以及ta=加速至一固定速度所需之時間 車廂速度v (米每秒）與電動機角速度NM關係如下 1π D Nm nDNm 2 60 60 進入力矩方程式 藉由替代電動機角速度， 加速所需之速度為：

Ta=(60GD2/ 3 7 5 TrD)v/ta = (60GD2/ 3 7 5 ttD) α 其中α為電梯車廂之平均加速度。 參考圖2，當兩個變流器其中之一發生故障，力矩電流 指令由限制器22與限制方程式24限制： •r* - (Iil,m2 - \〇2ΐΑ ❶ 且最大力矩將為 Τμαχ

Tmr + Τα

POLE Μ，Ι〇· {[(N-M)IILJ2 - l0·2}' ΤΑ = Μ，l0. {[(Ν-Μ)Ι_]2 - Ι0·Τ - Tmr 2 因此加速度必需限制為 .

O:\58\58879.PTD 第14頁 483228 、發明說明（11) ^= 3 7 5 7tD/60GDM(POLE/2)M, I〇 · { [ ( N-M) IILIJ2 - I0 · Μ 1/2^tmr} 1 以使得保持上述全部力矩，TMAX，在IT ·所容許之限制範圍 内。在一雙繞線電動機中，N-M變成單數（N-M=l)。 有關本發明之此第四種情況也可以用於結合本發明之第 二種情況，如同在此之前關於圖5 - 7的說明。在此情形 下’在一雙繞線電動機中之加速度，於一變流器故障後必 需被限定為： a=375 ^D/60GDM(P〇LE/2)M* (IIL1H/^2)[IIL1M2-(I1LIM/

11/2-tmr} α =37 5 ttD/6 0GD2{(P〇LE/2)M, (IIL1M/ v^2) [ Iilim2-( I1limV2) ”/2-tmr} a=375 ;rD/60GDM(P〇LE/2)M> (Iilim//-2)(Iilim /^2)-Tmr} «=375 ttD/60GD2{(P〇LE/2)M, Iilim2/2-Tmr} 類似的關係可提供給一有M個變流器故障之n繞線電動機的 一般情形： a=375 ttD/60GD2{(POLE/2)M，[(N-M)Iilim2]/2-丁mr}

在加速度由N - Μ運作中變流器之最大力矩限制下，速度將 無法達到額定速度，但將如圖1 4中之虛線表示。為達到此 種速度分佈圖，該速度指令，·，必需由積分上述給予 之加速度類型來決定；在圖1 4之簡單情形下，速度指令減 為 ω t = a tA 〇 因此，儘管本發明已經以相關具體解釋例證顯示與說 明，技藝熟練先進應當了解，對於·先前與各種其他改變

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Claims (1)

1. 483228 六、申請專利範圍 1. 一種昇降機電動機驅動系統，包括： 一具有複數N個繞線組之多重繞線、三相、變速電動 機； 由該電動機驅動並以繩索連接至一滑車輪之一機廂及 一平衡錘； " 複數Ν個脈寬調變變流器，每一個均用以提供電流到 相對應之繞線組其中之一； 一實際速度偵測器，對應於該電動機之角運動用來提 供一實際速度信號； 一速度控制器，接收一角速度指令信號且提供一力矩+ 電流指令信號，用以充當介於角速度指令信號與實際速度 信號間差異之限定函數； 用來提供一激發電流指令信號之裝置； 一第一算數函數，用以提供一力矩電流指令限制，該 限制等於介於所有上述變流器所收集並容許之最大電流和 的平方與上述激發電流指令平方之間差異的平方根； 其改良後之特徵包括： 一故障控制，用以提供開關控制輸出信號，對應於任 何變流器之故障以及在感應到任何變流器的故障時切斷與 上述電動機之連接； 〇 一第二算數函數，用以提供一力矩電流指令限制，該 限制等於介於所有上述該等未發生故障變流器所收集並容 許之最大電流和的平方與上述激發電流指令平方之間差異 的平方根；以及

   第17頁 483228 六、申請專利範圍 一開關，對應於該故障控制以產生電流控制，在變流 器無故障時，用以限制對應於第一算數函數之力矩電流指 令信號；以及產生電流控制，對應於該開關控制輸出信號 以及對應於該第二算數函數，用以限制力矩電流指令信 號。 2. 如申請專利範圍第1項之系統，每一個該等變流器之 進一步的特徵，尚包括： 一第一電壓指令元件放大器，用來提供一同相電壓指 令元件，以對應於介於該力矩電流指令以及實際電動機回 饋電流之一同相元件之間的差異；以及 Φ 一第二電壓指令元件放大器，用來提供一正交相位電 壓指令元件，以對應於介於該激發電流指令以及實際電動 機回饋電流之一正交相位元件之間的差異；同時其中 該開關控制輸出信號將該等實際電動機回饋電流之同 相與正交相位元件，從第一與第二放大器處脫離。 3. 如申請專利範圍第1項之系統，尚包括： 一第一除法器，用以將該激發電流指令信號除以N ; 一第二除法器，用以將該限定力矩指令信號除以N ; 一第三除法器，用以將該激發電流指令信號除以 N-M，其中Μ為故障控制所感應到已發生故障之變流器數 〇 § ； 一第四除法器，用以將該限定力矩指令信號除以 N-M ； 以及對應於該故障控制之開關，在變流器無故障時，

   第18頁 483228 、申請專利範圍 用以將電流指令從該第一鱼楚二 器；以及隨著該開關控制法器應用到？/人流 第三與第四變流器應用到;以而用以將電流指令從該 4. 如申請專利範圍第3項亥Λ未發生故障之變流器。 之特徵，又包括：一第—/二，其中每-變流器尚具 -同相電壓指令元件 二曰令元件放大器，用以提供 實際電動機回饋電1之：f於介於該力矩電流指令以及 一 g %之一同相元件之間的差異；以及 壓护：：電壓指令元件放大器，肖以提供-正交相位電 回饋# =，以對應於介於該激發電流指令與實際電動機 1;;之—正交元件之間的差異；且其中 内與=二關控制輸出信號將該等實際電動機回饋電流之相 5. 如’從該第—與第二放大器上脫離。 —專利範圍第丨項之系統，尚包括： 令信號，^ ^用以在變流器無故障時，提供該激發電流指 時斜應於兮為電動機次要磁通量與互感係數之一函數；同 信號，作^開關控制輸出信號，用以提供該激發電流指令 流，並能二可被該等未故障之變流器所容許之合計最大電 6. 如ΐ以二之平方根。 該開關it Ϊ :利範圍第1至5項中任一項之系統，尚包括隨 作為該涵—作用之裝置，用以提供角速度指令信號，以 等未故障變、土 ：速度加速區間之積分’該加速度被來自該 流器可容許机得最大力矩所限制而作為該等未故障變 箱及平衡錘ί ί ί電流總和之一函數’減去用以支持該機 ^員载所需之力矩。 . a

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