專利名稱:交流電梯的控制裝置的制作方法
本發(fā)明涉及到一種用于交流電梯的控制裝置，其中用于操縱電梯車箱的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是由可變頻率電源驅(qū)動(dòng)的。
交流電梯是這樣的一種電梯使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電梯車箱的電動(dòng)機(jī)，而該感應(yīng)電動(dòng)機(jī)由一個(gè)可變頻率電源的輸出供電，從而通過變化轉(zhuǎn)差頻率(Slip frequeney)來實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)矩控制。在這方面，已經(jīng)提出了一種方法，該方法控制加到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)上電源的頻率和電壓，以防止感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)方式或卸載運(yùn)行(重負(fù)載下降運(yùn)行或輕負(fù)載上升運(yùn)行)時(shí)產(chǎn)生再生功率。
圖2是一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化了的等效電路圖，用來解釋上述防止產(chǎn)生再生功率的方法。圖中，符號(hào)l1和l2分別表示感應(yīng)電動(dòng)機(jī)原邊和付邊的漏感，符號(hào)r1和r2分別表示原邊和付邊上的電阻。字母s表示滑差，字母V和I分別表示加到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)上的電壓和流過它的電流。
這里，假設(shè)滑差S為S＝-r2/r1…(1)則機(jī)械輸入(Mechanical imput)Pm為Pm＝ (1-S)/(S) r2·I2＝-(r1+r2)I2…(2)另一方面，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為PE＝(r1+r2)I2…(3)
以使機(jī)械輸入和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中的功率消耗相等。因此，當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在滿足等式(1)的滑差狀態(tài)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)不產(chǎn)生再生功率，電功率的提供不是必須的。同時(shí)，令Wr代表轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度，和WO代表輸入角頻率，則感應(yīng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生由下式給定的轉(zhuǎn)矩TT =Pmωr=1( 1 - s ) ω0·1 - ss· r2I2=roωosI2… ( 4 )]]>把等式(1)代入等式(4)則T = (r1)/(ωo) I2…(5)另外，當(dāng)?shù)仁?1)中指出的S＝-r2/r1應(yīng)用于圖2時(shí)，則得到下面的電壓V和電流I之間的關(guān)系式V＝(l1+l2)ωOI …(6)當(dāng)將等式(6)代入等式(5)時(shí)，得到下列等式T = - 1/(ωO3) · ( (r1)/(l1+l2) )·V2…(7)這樣，通過基于轉(zhuǎn)矩指令控制電壓V，即可防止產(chǎn)生再生功率。
但是，就上述的控制方法而言，正如等式(7)所指出的，轉(zhuǎn)矩T與輸入角頻率WO的三次方成反比，因此，其控制能力是很差的。另一個(gè)問題是，當(dāng)滑差S根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令從運(yùn)行轉(zhuǎn)換到制動(dòng)而逐步變到由等式(1)指出的值時(shí)，由于轉(zhuǎn)子中存在剩余電流或剩余磁場(chǎng)，流過原邊的電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩，因此，使電梯乘坐者感到不舒服。
本發(fā)明旨在解決先有技術(shù)中的上述問題，并為提供這樣一種用于交流電梯的控制裝置作為其目標(biāo)這種裝置防止了電梯在慢降方式和卸載運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生再生功率，并確保良好的控制能力及使乘坐舒適。
根據(jù)本發(fā)明用于交流電梯的控制裝置，執(zhí)行這樣一種控制，以使在引起感應(yīng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生控制轉(zhuǎn)矩情況下，與電流指令值一致的電流可以加到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，該電流指令具有不致引起再生功率的頻率和基于轉(zhuǎn)矩指令的幅度。
用于交流電梯的控制裝置具有這樣的結(jié)構(gòu)，以致電流本身是受控制的，因此，與先有技術(shù)相比，轉(zhuǎn)矩的控制能力大為增強(qiáng)。此外，在從運(yùn)行轉(zhuǎn)換到制動(dòng)時(shí)，不用擔(dān)心會(huì)出現(xiàn)附加的轉(zhuǎn)矩。因此，該電梯控制裝置能夠得上“乘坐舒適”。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的用作交流電梯控制裝置的一個(gè)實(shí)施例的電路圖;
圖2是一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化了的等效電路圖，用以解釋先有技術(shù)中交流電梯控制裝置的控制方法的原理;
圖3示出了一個(gè)控制補(bǔ)償器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖;
圖4是圖3中控制補(bǔ)償器的輸出的示意圖;
圖5是一個(gè)電路圖，示出了選擇開關(guān)的一個(gè)可實(shí)際操作的電路例子;
圖6是一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等效電路圖;
圖7是一個(gè)電路方塊圖，示出了運(yùn)行側(cè)電流指令發(fā)生器的內(nèi)部配置;
圖8是一個(gè)電路方塊圖，示出了制動(dòng)側(cè)電流指令發(fā)生器的內(nèi)部配置。
圖1是根據(jù)本發(fā)明用于交流電梯控制裝置的一個(gè)實(shí)施例的電路圖。參照?qǐng)D1，數(shù)字1表示一個(gè)減法器，該減法器從角速度指令信號(hào)Wp中減去轉(zhuǎn)速發(fā)生器14(下面要說明)提供的實(shí)際速度信號(hào)Wr。數(shù)字2是一個(gè)控制補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器對(duì)減法器1的輸出信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償。數(shù)字3是一個(gè)運(yùn)行側(cè)電流指令發(fā)生器，該發(fā)生器接收實(shí)際速度信號(hào)Wr和來自控制補(bǔ)償器2的轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)T，從而導(dǎo)出一個(gè)運(yùn)行方式的瞬時(shí)電流指令值IA。數(shù)字4表示制動(dòng)側(cè)瞬時(shí)電流指令發(fā)生器，該發(fā)生器接收轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)T和實(shí)際速度信號(hào)Wr，從而導(dǎo)出一個(gè)制動(dòng)方式的電流指令值IB。開關(guān)5或是選擇運(yùn)行方式的電流指令值IA，或是選擇制動(dòng)方式的電流指令值IB，這是根據(jù)來自控制補(bǔ)償器2的轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)T的符號(hào)來轉(zhuǎn)換的。
該實(shí)施例還包括減法器6，該減法器從由開關(guān)5所選擇的電流指令值IA或IB中減去電流檢測(cè)器15(下面要說明)的輸出;一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器7(它接收減法器6的輸出信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制;以及一個(gè)由脈沖寬度調(diào)制器控制的變換器8。交流電梯包括一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)9，該電動(dòng)機(jī)由一個(gè)可變電壓和可變頻率的電源驅(qū)動(dòng)，一個(gè)由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)9驅(qū)動(dòng)的滑輪10，環(huán)繞滑輪的是鋼繩13，其兩端固定有電梯車箱11和重塊12。轉(zhuǎn)速發(fā)生器由數(shù)字14示出，數(shù)字15為電流檢測(cè)器。
在上述結(jié)構(gòu)的交流電梯控制裝置中，當(dāng)來自控制補(bǔ)償器2輸出的轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)T為正時(shí)，(控制補(bǔ)償器2接收從角速度指令信號(hào)Wp中減去實(shí)際角速度信號(hào)Wr的輸出信號(hào))，即，要產(chǎn)生運(yùn)行轉(zhuǎn)矩的情況，則開關(guān)5選擇電流指令值IA，該值是由運(yùn)行側(cè)電流指令發(fā)生器3接收轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)T和實(shí)際速度信號(hào)Wr而產(chǎn)生的。開關(guān)5的輸出信號(hào)在減法器6中與電流檢測(cè)器15的輸出信號(hào)相減，即，與實(shí)際電流相比較，隨后把一個(gè)必要的電流指令加到脈沖寬度調(diào)制器7上。脈沖寬度調(diào)制器7根據(jù)所要求的電流指令控制變換器8，從而控制從變換器8加到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)9的電流，以便控制要產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。
下面，說明來自控制補(bǔ)償器2的轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)T為負(fù)時(shí)產(chǎn)生控制轉(zhuǎn)矩的情況，根據(jù)下列方程可由實(shí)際速度信號(hào)Wr得到速度指令信號(hào)WOωr＝(1-S)ωO…(8)把S＝-r2/r1代入方程(8)則ωO＝ωr/(1+r2/r1) …(9)另一方面，根據(jù)前述的方程(5)，可以轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)T得到下式I = KT · ωO… ( 10 )]]>
從而，制動(dòng)側(cè)電流指令發(fā)生器4產(chǎn)生的瞬時(shí)電流指令值IB，(該值具有分別從方程10和方程9得到的幅度和角頻率)通過開關(guān)5加到減法器6。減法器6得出瞬時(shí)電流指令值IB和由電流檢測(cè)器15產(chǎn)生的實(shí)際測(cè)量值之間的差值，并通過脈沖寬度調(diào)制器7將其加到變換器8，從而把要加到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)9的電流值控制到一個(gè)目標(biāo)值。
對(duì)上述實(shí)施例，有關(guān)通過開關(guān)選擇運(yùn)行方式和制動(dòng)方式各自的電流指令值IA和IB的情況已經(jīng)作了說明，但本發(fā)明并不限于此。無需多說，假如使用微計(jì)算機(jī)或類似的裝置，則用來產(chǎn)生電流指令值的計(jì)算可根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)的符號(hào)來改變。
下面，對(duì)圖1所示電路的一些基本組成單元加以詳細(xì)說明。
控制補(bǔ)償器2用于提高速度反饋控制的控制性能。雖然根據(jù)被控制系統(tǒng)的特性，可以有各種各樣的補(bǔ)償方法，在實(shí)際中利用軟件技術(shù)能獲得所需要的功能，但這里仍以一種硬件設(shè)計(jì)為例來說明。
圖3示出了控制補(bǔ)償器2的一個(gè)例子，該補(bǔ)償器包括一個(gè)運(yùn)算放大器A，一個(gè)電容器C2和電阻R0，R1和R2。
該電路的傳遞函數(shù)F(S)由下式給出F(S)= (R1)/(RO) x (T2S+1)/(T1S+1)這里T1＝(R1+R2)×C2和T2＝R2C2。該電路產(chǎn)生一個(gè)如圖4所示的輸出。速度指令與實(shí)際速度之間的偏差并不直接作為轉(zhuǎn)矩指令來使用，而是使偏差隨時(shí)間的變化是慢化的，以便穩(wěn)定速度控制。
圖3的補(bǔ)償器用來提升低頻區(qū)域的增益，以便減少一個(gè)固定的偏差。
控制補(bǔ)償器2的輸出變成轉(zhuǎn)矩指令，并根據(jù)輸出的符號(hào)改變必需的控制。該控制變化最好以軟件的形式來實(shí)現(xiàn)。但是，這里為便于理解，仍參照?qǐng)D5的電路來加以說明。
在圖5中，符號(hào)R表示一個(gè)電阻，符號(hào)RL是一個(gè)響應(yīng)圖1中的選擇開關(guān)5的繼電器，符號(hào)Tr是一個(gè)晶體管，及符號(hào)D為一個(gè)二極管。
當(dāng)控制補(bǔ)償器2的輸出T為正時(shí)，晶體管Tr轉(zhuǎn)為“導(dǎo)通”，使繼電器RL通電，使圖1中的該開關(guān)A-C相連。
另一方面，當(dāng)輸出T為負(fù)時(shí)，晶體管Tr轉(zhuǎn)為“截止”，繼電器RL不通電，使圖1中的該開關(guān)B-C相連。
控制變化是由如此的操作來實(shí)現(xiàn)的。
現(xiàn)已提出了各種形式的運(yùn)行側(cè)電流指令發(fā)生器3，并常常采用軟件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。但是，這里舉例說明的是一個(gè)采用硬件電路的例子。
在描述一個(gè)可實(shí)用的電路之前，先說明一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等效電路。
圖6中，符號(hào)LO表示感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的激磁電感，符號(hào)r2是其付邊的電阻。
電動(dòng)機(jī)的輸出PO為Po＝ (1-S)/(S) r2I2T…(11)另一方面，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的角速度由Wr表示時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩T由下式給定T =POωr=1ωo( 1 - s )·1 - ssr2IT2T =r2ωsIT2… ( 12 )]]>這里，WS表示滑差頻率，并由WO＝WOS表達(dá)。
其次，鑒于圖6的等效電路，下式成立IOωOLO= (r2)/(s) IT于是IT= ωS· (LO)/(r2) ·IO… (13)
從方程(12)和(13)得T= (LO2)/(r2) ·IO2·ωS…(14)因此，假定IO恒定，則T＝K1·ωS…(15)同樣的，從方程(13)得IT＝K2·ωS…(16)等式(15)和(16)指明假設(shè)電流IO恒定，即，假設(shè)磁通量(φ＝IOLO)恒定，則轉(zhuǎn)矩T與滑差頻率成比例，而付邊電流同樣比例于W2。
因此，如圖7所示，當(dāng)根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)T＊，產(chǎn)生滑差頻率指令信號(hào)WS＊和付邊電流指令信號(hào)IT＊時(shí)，電動(dòng)機(jī)就能產(chǎn)生所希望的轉(zhuǎn)矩。
圖7中，電路K1和電路K2分別依照方程(15)和(16)計(jì)算并輸出WS＊和IT＊。要加到電動(dòng)機(jī)上的一個(gè)角速度指令信號(hào)WO＊是通過把實(shí)際角速度Wr加到信號(hào)WS＊來得到的。信號(hào)WO＊輸入到一個(gè)電壓一頻率變換器V/F，該變換器輸出的脈沖頻率隨輸入信號(hào)而變。這些脈沖被輸入到一個(gè)計(jì)數(shù)器CWT，計(jì)數(shù)器的輸出使存貯器ROM產(chǎn)生一個(gè)(如貯存其內(nèi)的)代表單位正弦波的二進(jìn)制信號(hào)。所產(chǎn)生的輸出通過一個(gè)數(shù)-模轉(zhuǎn)換器D/A，轉(zhuǎn)換成單位正弦波的模擬信號(hào)。
另一方面，付邊電流指令信號(hào)IT＊通過一個(gè)非線性放大器AMP而變成原邊電壓指令信號(hào)I1＊。信號(hào)I1＊對(duì)D-A轉(zhuǎn)換器D/A的輸出幅度進(jìn)行調(diào)制，形成一個(gè)要加到電動(dòng)機(jī)的原邊電流指令i1＊的模擬值。
當(dāng)在各個(gè)相位均配置這樣的電路時(shí)，就能產(chǎn)生一個(gè)要加到電動(dòng)機(jī)的三相電流指令。
制動(dòng)邊電流指令發(fā)生器4的配置示于圖8。電路K3提供一個(gè)比例于實(shí)際角上速度Wr的頻率指令信號(hào)WO＊，為進(jìn)行比例計(jì)算的常數(shù)K3，由下式表示K3= 1/(1 + r2/r1)同樣，電路K4計(jì)算并產(chǎn)生電流指令I(lǐng)1＊，該電流指令比例于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)T＊。
由于其它電路與圖7中的相應(yīng)電路相同，就不再詳細(xì)說明了。
如上所述，作為根據(jù)本發(fā)明的交流電梯控制裝置，流過感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電流本身是受控制的，因此，明顯地增強(qiáng)了轉(zhuǎn)矩的控制能力。另外的顯著效果是，由于在從運(yùn)行到制動(dòng)的轉(zhuǎn)換中防止了附加轉(zhuǎn)矩的出現(xiàn)，交流電梯能受控的同時(shí)得到舒適乘坐。
更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明的電流控制型變換器不象先有技術(shù)的電壓控制型變換器，在電壓控制型變換器中，轉(zhuǎn)矩指令從正變到負(fù)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)于負(fù)的轉(zhuǎn)矩指令幅度的電壓。然而，由正轉(zhuǎn)矩指令產(chǎn)生的流過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的電流仍瞬時(shí)地存在，它引起電流流過電動(dòng)機(jī)定子側(cè)。該電流被加到主電流上，從而產(chǎn)生了瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩。
相反，就本發(fā)明描述的電流控制型變換器來說，流過的僅僅是對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)矩指令的電流，而沒有不必要的電流，因止，能防止產(chǎn)生瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩。
權(quán)利要求
1.在一個(gè)交流電梯的控制裝置中，具有一個(gè)可變頻率電源，該電源由直流電變換成所需頻率的交流電，一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)由可變頻率電源提供的交流電驅(qū)動(dòng)，由此操縱電梯車箱；其特征在于，包括一個(gè)制動(dòng)側(cè)電流指令發(fā)生器，該發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)電流指令值，該指令值具有當(dāng)制動(dòng)力加到所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，能防止所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生再生功率的頻率，一個(gè)電流檢測(cè)器用于檢測(cè)流過所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)電流，一個(gè)控制器件，用于將電流指令值與瞬時(shí)電流進(jìn)行比較，并將流過所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電流控制到電流指令值。
2.如權(quán)利要求
1所限定的交流電梯的控制裝置，其特征在于，還包括一個(gè)運(yùn)行側(cè)電流指令發(fā)生器，該發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)作為所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流指令值，一個(gè)開關(guān)器件，把來自所述制動(dòng)側(cè)電流指令發(fā)生器的輸出和來自運(yùn)行側(cè)電流指令發(fā)生器的輸出，轉(zhuǎn)換地加到所述控制器件及一個(gè)補(bǔ)償器，它根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)的速度指令信號(hào)和所述電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度信號(hào)之間的差引起所述開關(guān)器件轉(zhuǎn)換。
3.如權(quán)利要求
2所限定的交流電梯控制裝置，其特征在于，所述控制器件包括一個(gè)減法器，該減法器將通過所述開關(guān)器件提供的電流指令值與來自所述檢測(cè)器的電流值進(jìn)行比較，并輸出它們之間的差值，及一個(gè)變換器，該變換器被根據(jù)所述減法器的輸出而產(chǎn)生的指令信號(hào)所控制，并輸出可變電壓和可變頻率的交流電流。
4.如權(quán)利要求
2所限定的交流電梯控制裝置，其特征在于，所述補(bǔ)償器根據(jù)兩個(gè)速度信號(hào)之間的差，為所述電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩指令。
5.如權(quán)利要求
4所限定的交流電梯控制裝置，其特征在于，所述運(yùn)行側(cè)電流指令發(fā)生器和所述制動(dòng)側(cè)電流指令發(fā)生器接收來自所述補(bǔ)償器的轉(zhuǎn)矩指令和所述電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度信號(hào)，并根據(jù)這些輸入，分別為運(yùn)行和制動(dòng)輸出電流指令信號(hào)，這些輸出信號(hào)被加到所述開關(guān)器件。
6.如權(quán)利要求
5所限定的交流電梯控制裝置，其特征在于，所述開關(guān)器件是當(dāng)來自所述補(bǔ)償器的轉(zhuǎn)矩指令為正時(shí)，選擇并傳送所述運(yùn)行側(cè)電流指令發(fā)生器的輸出，當(dāng)來自所述補(bǔ)償器的轉(zhuǎn)矩指令為負(fù)時(shí)，選擇并傳送所述制動(dòng)側(cè)電流指令發(fā)生器的輸出。
專利摘要
一個(gè)交流電梯控制裝置，其中來自感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的再生功率在該電動(dòng)機(jī)內(nèi)耗盡，在造成該感應(yīng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的情況下，加到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)上的電流是根據(jù)這樣一個(gè)電流指令值來控制的，該指令值具有不產(chǎn)生再生功率的頻率及基于轉(zhuǎn)矩指令的幅度。這樣，當(dāng)電梯工作在其慢降方式和卸載運(yùn)行時(shí)，可防止出現(xiàn)再生功率，以及在不有損舒適乘坐的情況下獲得良好的控制能力。
文檔編號(hào)H02P3/18GK86102104SQ86102104
公開日1986年10月1日 申請(qǐng)日期1986年3月26日
發(fā)明者野村正美 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan