專利名稱：采用蓄能器的變頻驅(qū)動(dòng)液壓電梯的節(jié)能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用液壓程序控制的裝置，是一種采用蓄能器的變頻驅(qū)動(dòng)液壓電梯的節(jié)能裝置。
從液壓電梯產(chǎn)生到現(xiàn)今，經(jīng)歷了閥控液壓系統(tǒng)到變頻控制液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷程。閥控液壓電梯是現(xiàn)今應(yīng)用最成熟的液壓電梯，它主要是應(yīng)用液壓技術(shù)中的節(jié)流調(diào)速技術(shù)來控制液壓電梯的運(yùn)行速度。其最大的優(yōu)勢(shì)就是系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，控制方便，但缺點(diǎn)明顯采用節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)溢流損失較大，特別是電梯下行的全部勢(shì)能都損失在節(jié)流閥口，導(dǎo)致系統(tǒng)效率較低，油液溫升很快；導(dǎo)致頻繁運(yùn)行時(shí)需要使用昂貴的冷卻系統(tǒng)來降低溫度的升高；而且油溫的升高也使得電梯的速度控制性能不穩(wěn)定，必須采用比較復(fù)雜的控制方法來取得良好的控制性能。
常規(guī)變頻驅(qū)動(dòng)的液壓電梯是通過采用變壓變頻技術(shù)來控制三相交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制定量液壓泵/馬達(dá)的輸出/輸入流量，達(dá)到按一定規(guī)律控制液壓缸頂升轎廂向上運(yùn)行速度，或者控制轎廂下行速度的目的。
如
圖1所示，常規(guī)的變頻驅(qū)動(dòng)液壓電梯簡(jiǎn)單的工作原理如下1)上行接到層站或轎內(nèi)的上行召喚信號(hào)后，計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)控制器11發(fā)出兩路信號(hào)，一路是控制變頻器的PWM信號(hào)16；一路是電機(jī)的正轉(zhuǎn)方向信號(hào)17；變頻器1根據(jù)輸入的控制信號(hào)16產(chǎn)生相應(yīng)頻率和電壓的交流電21驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)3帶動(dòng)泵/馬達(dá)2旋轉(zhuǎn)輸出壓力油，經(jīng)管路14頂開電磁閥7中的單向閥，從而推動(dòng)轎廂向上運(yùn)行；在電梯起動(dòng)前，通過壓力傳感器12主回路壓力，通過信號(hào)線19送到計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元11，與軟件中預(yù)定的設(shè)置值比較，來確定加載理想速度曲線的時(shí)刻。同時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸側(cè)的光電編碼器4檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速并把轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋給變頻器，構(gòu)成閉環(huán)矢量控制。當(dāng)電梯靠站時(shí)，計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元11給變頻器1發(fā)出停車信號(hào)，電機(jī)3轉(zhuǎn)速降為零，泵/馬達(dá)2的出口壓力也迅速降低，靠轎廂10的自重使電磁閥7中的單向閥關(guān)斷，電梯停站。如果主回路壓力超過安全閥9的設(shè)置值，則大泵/馬達(dá)輸出的壓力油通過管路15，安全閥9旁路回油箱43。
2)下行接到層站或轎內(nèi)的下行召喚信號(hào)后，計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元11首先輸出控制信號(hào)17使變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)3正向低速運(yùn)轉(zhuǎn)，給系統(tǒng)補(bǔ)油，使泵/馬達(dá)2出口管路14、15壓力迅速升高，當(dāng)壓力傳感器12檢測(cè)到泵/馬達(dá)2的出口壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元11發(fā)出三路信號(hào)，一路是控制電磁閥7的電磁鐵通電，使電磁閥7打開；一路是電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向信號(hào)17，驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)3從正向低速運(yùn)轉(zhuǎn)過渡到反向運(yùn)轉(zhuǎn)；一路是控制變頻器1的PWM信號(hào)16，變頻器1根據(jù)輸入的控制信號(hào)16向電動(dòng)機(jī)3提供相應(yīng)的制動(dòng)力矩來控制柱塞下降的速度，此時(shí)電機(jī)由電動(dòng)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，所產(chǎn)生的能量經(jīng)回饋制動(dòng)單元返回電網(wǎng)(圖中未示出)；當(dāng)電梯靠站時(shí)，計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元11使電磁閥7電磁鐵斷電，電磁閥7關(guān)閉，為避免沖擊，期間變頻器1帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)3低速反轉(zhuǎn)，等轎廂10完全停止不動(dòng)時(shí)讓變頻器1停車；電動(dòng)機(jī)3反轉(zhuǎn)過程中泵/馬達(dá)2經(jīng)單向閥8、管路25和管路15從油箱43中吸油以維持運(yùn)轉(zhuǎn)。
在轎廂10上、下運(yùn)行過程中，轎廂速度信號(hào)經(jīng)轎廂10上的光電碼盤24檢測(cè)，通過信號(hào)線22實(shí)時(shí)反饋給計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元11記錄下來，并實(shí)時(shí)地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，以供實(shí)驗(yàn)分析。同時(shí)轎廂的速度反饋也可以構(gòu)成轎廂速度反饋大閉環(huán)對(duì)轎廂速度進(jìn)行控制。
作為一種變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速方式，變頻調(diào)速能按系統(tǒng)的需要來提供流量從而將系統(tǒng)溢流的損失降到最低限度，與閥控液壓電梯系統(tǒng)相比，這種變頻驅(qū)動(dòng)容積調(diào)速液壓電梯系統(tǒng)無論負(fù)載如何變化，輸入功率都能適應(yīng)負(fù)載需求的變化，因此可大幅度降低液壓電梯上、下行能耗，提高系統(tǒng)的效率，使系統(tǒng)的溫升大幅度降低。
與閥控系統(tǒng)一樣變頻驅(qū)動(dòng)容積調(diào)速液壓電梯系統(tǒng)中元件的選擇也必須按最大功率消耗原則來選，就是在相同設(shè)計(jì)參數(shù)的前提下，變頻驅(qū)動(dòng)容積調(diào)速系統(tǒng)所需功率元件與閥控系統(tǒng)所需功率元件的最大承載功率是一致的，即它不能降低系統(tǒng)裝機(jī)功率；而目前生產(chǎn)應(yīng)用中較大功率的變頻器價(jià)格昂貴，由于批量較小，這就使標(biāo)準(zhǔn)變頻(VVVF)液壓控制系統(tǒng)成本較高。另外采用變頻驅(qū)動(dòng)的液壓電梯在下行過程中電動(dòng)機(jī)3做發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，此時(shí)若要將產(chǎn)生的電能回饋電網(wǎng)以達(dá)到節(jié)能的目的則必須用一逆變器及相關(guān)的濾波、整流電路構(gòu)成回饋電路，這樣，一來又增加了系統(tǒng)構(gòu)成成本，二來回饋的電能品質(zhì)取決于回饋電路，品質(zhì)的提高意味著回饋電路復(fù)雜性和成本的增加，電梯下行的能量回收是降低變頻控制液壓電梯能耗的關(guān)鍵，若不能很好解決，則變頻控制液壓電梯能耗雖然比閥控制系統(tǒng)小，但是與曳引電梯相比，仍然較大。
本實(shí)用新型的目的在于采用蓄能器的變頻驅(qū)動(dòng)液壓電梯的節(jié)能裝置，能解決背景技術(shù)領(lǐng)域中的變頻驅(qū)動(dòng)液壓電梯下行的能量回收，并且電梯上行過程中釋放出來，能降低液壓電梯的能耗和裝機(jī)功率。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下它包括交流矢量變頻器，大泵/馬達(dá)，交流異步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)軸側(cè)的光電編碼器，柱塞缸及柱塞，主回路電磁閥，主回路防吸空單向閥，主回路溢流閥，電梯轎廂，控制檢測(cè)單元，壓力傳感器，轎廂上的測(cè)速光電編碼器，井道及導(dǎo)軌，交流異步電動(dòng)機(jī)與大泵/馬達(dá)的聯(lián)軸器組成的主回路和負(fù)載回路。它還包括小泵/馬達(dá)，輔助回路防吸空單向閥，輔助回路電磁閥，皮囊式蓄能器，補(bǔ)油用交流異步電動(dòng)機(jī)，補(bǔ)油泵，補(bǔ)油回路防倒灌單向閥，輔助和補(bǔ)油回路溢流閥組成的蓄能器回路和蓄能器補(bǔ)油回路；小泵/馬達(dá)與交流異步電動(dòng)機(jī)用聯(lián)軸器連接，小泵/馬達(dá)一路接輔助回路防吸空單向閥，另一種經(jīng)輔路回路電磁閥接皮囊式蓄能器，輔助和補(bǔ)油回路溢流閥一路經(jīng)補(bǔ)油回路防倒灌單向閥接補(bǔ)油泵，另一路接皮囊式蓄能器，計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元經(jīng)控制信號(hào)線接輔助回路電磁閥。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是它由主回路電動(dòng)機(jī)、大泵/馬達(dá)與蓄能器回路小泵/馬達(dá)和蓄能器共同構(gòu)成壓力一能量轉(zhuǎn)換裝置。在電梯轎廂上行時(shí)，將蓄能器中儲(chǔ)存的壓力能通過小泵/馬達(dá)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能為主回路電動(dòng)機(jī)或大泵/馬達(dá)的軸提供附加力矩；而在電梯轎廂下行時(shí)，將轎廂勢(shì)能和動(dòng)能通過大泵/馬達(dá)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再通過小泵/馬達(dá)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓力能存儲(chǔ)在蓄能器中，從而實(shí)現(xiàn)能量流的相互轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，降低了電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。本實(shí)用新型不僅具有變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率高，能耗少的優(yōu)點(diǎn)，而且還大幅度降低了液壓電梯的裝機(jī)功率。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
圖1為常規(guī)的變頻驅(qū)動(dòng)液壓電梯裝置原理圖；圖2為采用蓄能器的變頻驅(qū)動(dòng)液壓電梯節(jié)能裝置原理圖。
如圖2所示，它包括交流矢量變頻器1，大泵/馬達(dá)2，交流異步電動(dòng)機(jī)3，電機(jī)軸側(cè)的光電編碼器4，柱塞缸及柱塞5、6，主回路電磁閥7，主回路防吸空單向閥8，主回路溢流閥9，電梯轎廂10，計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元11，壓力傳感器12，轎廂上的測(cè)速光電編碼器23，井道及導(dǎo)軌24，交流異步電動(dòng)機(jī)3與大泵/馬達(dá)2的聯(lián)軸器26組成的主回路和負(fù)載回路。它還包括小泵/馬達(dá)27，輔助回路防吸空單向閥28，輔助回路電磁閥29，皮囊式蓄能器30，補(bǔ)油用交流異步電動(dòng)機(jī)36，補(bǔ)油泵37，補(bǔ)油回路防倒灌單向閥38，輔助和補(bǔ)油回路溢流閥39組成的蓄能器回路和蓄能器補(bǔ)油回路；小泵/馬達(dá)27與交流異步電動(dòng)機(jī)3用聯(lián)軸器42連接，小泵/馬達(dá)27一路接輔助回路防吸空單向閥28，另一種經(jīng)輔路回路電磁閥29接皮囊式蓄能器30，輔助和補(bǔ)油回路溢流閥39一路經(jīng)補(bǔ)油回路防倒灌單向閥38接補(bǔ)油泵37，另一路接皮囊式蓄能器30，計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元11經(jīng)控制信號(hào)線31接輔助回路電磁閥29。
主回路電動(dòng)機(jī)3、大泵/馬達(dá)2與蓄能器回路小泵/馬達(dá)27和蓄能器30共同構(gòu)成壓力-能量轉(zhuǎn)換裝置。在整個(gè)運(yùn)行過程中起到一能量傳遞的橋梁作用；電梯轎廂上行過程中，它將蓄能器中儲(chǔ)存的壓力能通過小泵/馬達(dá)27轉(zhuǎn)換為機(jī)械能為主回路電動(dòng)機(jī)3或大泵/馬達(dá)2的軸提供附加力矩；而在下行時(shí)，它將轎廂勢(shì)能和動(dòng)能通過大泵/馬達(dá)2轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再通過小泵/馬達(dá)27將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓力能存儲(chǔ)在蓄能器30中，從而實(shí)現(xiàn)能量流的相互轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，達(dá)到節(jié)能并實(shí)現(xiàn)裝機(jī)功率降低的目的。
下面分上行和下行兩個(gè)工況來詳細(xì)敘述帶蓄能器的變頻驅(qū)動(dòng)液壓電梯節(jié)能控制系統(tǒng)的原理；由于皮囊式蓄能器工作的固有特性，我們還將著重討論電梯負(fù)載情況對(duì)本系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的影響(敘述前，我們假定電動(dòng)機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)應(yīng)電梯上行，反之對(duì)應(yīng)電梯下行)。上行過程接到層站或轎內(nèi)的上行召喚信號(hào)后，計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元11發(fā)出三路信號(hào)，一路是控制變頻器的PWM信號(hào)16；一路是電機(jī)的轉(zhuǎn)向信號(hào)17；另一路是控制電磁閥29的開關(guān)信號(hào)31；主回路中變頻器1根據(jù)輸入的控制信號(hào)16產(chǎn)生相應(yīng)頻率和電壓的交流電信號(hào)21驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)3輸出轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)泵/馬達(dá)2做大泵正向旋轉(zhuǎn)輸出壓力油，經(jīng)管路14頂開電磁閥7中的單向閥，從而推動(dòng)轎廂10向上運(yùn)行；在電梯起動(dòng)前，通過壓力傳感器12主回路壓力，通過信號(hào)線19送到計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元11，與軟件中預(yù)定的設(shè)置值比較，來確定加載理想速度曲線的時(shí)刻。同時(shí)蓄能器回路的電磁閥29的電磁鐵通電，電磁閥29打開，蓄能器30中的壓力油液通過管路32、33、35進(jìn)入小泵/馬達(dá)27推動(dòng)小泵/馬達(dá)27做馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，將蓄能器30中的壓力能轉(zhuǎn)化為作用于電動(dòng)機(jī)3或大泵/馬達(dá)2旋轉(zhuǎn)軸的附加驅(qū)動(dòng)力矩來共同克服負(fù)載回路阻力矩驅(qū)動(dòng)電梯上行。在整個(gè)運(yùn)行過程中，電動(dòng)機(jī)3軸側(cè)的光電編碼器4檢測(cè)電動(dòng)機(jī)3的轉(zhuǎn)速并把轉(zhuǎn)速信號(hào)20反饋給變頻器1，與理想的速度曲線比較，通過計(jì)算機(jī)控制單元11中的軟件算法，保證實(shí)際電梯速度曲線準(zhǔn)確跟蹤理想曲線，構(gòu)成閉環(huán)矢量控制，達(dá)到舒適運(yùn)行的效果。轎廂上的光電編碼器23檢測(cè)電梯實(shí)際運(yùn)行速度，實(shí)時(shí)反饋給計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元11記錄下來，并實(shí)時(shí)地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，以供實(shí)驗(yàn)分析或參與控制。當(dāng)井道里的減速點(diǎn)信號(hào)觸發(fā)時(shí)，變頻器1控制電動(dòng)機(jī)3逐漸增加制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，直到使電動(dòng)機(jī)3以某一較小的轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，電梯進(jìn)入平層段；當(dāng)轎廂13接近停靠層站時(shí)，井道中的干簧開關(guān)給出停止信號(hào)，計(jì)算機(jī)控制單元11給變頻器1發(fā)出停車信號(hào)，同時(shí)使電磁閥29電磁鐵斷電，電磁閥29關(guān)閉，電動(dòng)機(jī)3轉(zhuǎn)速降為零，大泵/馬達(dá)2的出口壓力也迅速降低，靠轎廂10的自重使電磁閥7中的單向閥關(guān)斷，電梯停站。如果主回路壓力超過安全閥。9的設(shè)置值，則大泵/馬達(dá)輸出的壓力油通過管路15、25，安全閥9旁路回油箱43。
在整個(gè)上行過程中，蓄能器30都處于釋放能量階段，油液排出、氣囊體積膨脹、蓄能器內(nèi)壓力不斷下降，因此其通過小泵/馬達(dá)27向電動(dòng)機(jī)3或大泵/馬達(dá)2旋轉(zhuǎn)軸所提供的附加驅(qū)動(dòng)力矩也隨之不斷變化，這是蓄能器的固有工作特性所決定的；(由于負(fù)載的不同，負(fù)載回路的阻力矩也不同)，這里分兩種情況著重討論由于負(fù)載的不同電動(dòng)機(jī)在整個(gè)上行過程中轉(zhuǎn)矩的變化(1)輕載(含空載)上行在剛啟動(dòng)時(shí)蓄能器30中儲(chǔ)存的油液壓力最高，其在電動(dòng)機(jī)3或大泵/馬達(dá)2的旋轉(zhuǎn)軸側(cè)所轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的附加驅(qū)動(dòng)力矩也最大，此時(shí)若轎廂10為輕載，蓄能器回路提供的附加驅(qū)動(dòng)力矩較負(fù)載回路阻力矩大，為避免電梯上行啟動(dòng)沖擊，因此在輕載啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)3必須在變頻器1控制下提供負(fù)載回路的阻力矩與蓄能器回路附加驅(qū)動(dòng)力矩之間的力矩差作為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轎廂靜止，然后再逐漸減小制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使泵/馬達(dá)2作為泵功能正方向轉(zhuǎn)動(dòng)輸出液壓油推動(dòng)轎廂10按理想速度曲線上行。隨著轎廂10的上行蓄能器回路壓力不斷降低，其所能提供的附加驅(qū)動(dòng)力矩也不斷降低，當(dāng)附加驅(qū)動(dòng)力矩已不足以推動(dòng)轎廂10按理想曲線運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)3受變頻器1控制提供電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩來共同推動(dòng)轎廂10按理想曲線運(yùn)行。(2)重載上行與輕載上行相比由于轎廂10為滿負(fù)載，負(fù)載回路的阻力矩較大，因此在剛啟動(dòng)時(shí)負(fù)載回路與蓄能器回路之間的力矩差較小，電動(dòng)機(jī)3所需提供的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)減小，與輕載上行啟動(dòng)相比，重載上行啟動(dòng)的動(dòng)、靜態(tài)性能有所改善。隨著轎廂10的上行，電動(dòng)機(jī)3受變頻器1控制提供電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩來共同推動(dòng)轎廂按理想曲線運(yùn)行。當(dāng)電梯在高樓層向上運(yùn)行時(shí)，此時(shí)蓄能器回路壓力較低，其所能提供的附加驅(qū)動(dòng)力矩相對(duì)小，而負(fù)載回路卻處于較大阻力矩狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)所需提供的電磁驅(qū)動(dòng)力矩較大；特別是當(dāng)電梯運(yùn)行接近頂部時(shí)，此時(shí)蓄能器中壓力接近最低工作壓力，其所能提供的附加驅(qū)動(dòng)力矩最小，則電動(dòng)機(jī)3需在變頻器1的控制下提供最大的驅(qū)動(dòng)力矩。此刻電動(dòng)機(jī)3處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)。下行過程下行較上行過程更為復(fù)雜由于大泵/馬達(dá)2的內(nèi)泄漏造成管路14、15中油液壓力降低，特別當(dāng)?shù)却龝r(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，管路14、15中油液壓力甚至低到油箱壓力，而管路13中油液壓力為負(fù)載壓力，同時(shí)考慮到油液的壓縮性等因素，此時(shí)若仍采取與上行同樣的控制策略，則在下行啟動(dòng)時(shí)當(dāng)電磁閥7打開的瞬間電梯轎廂會(huì)因電磁閥7兩端的壓力差產(chǎn)生向下的沖擊。因此為避免下行啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生向下沖擊，系統(tǒng)在接到層站或轎內(nèi)的下行召喚信號(hào)后，計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元11先發(fā)出電動(dòng)機(jī)3低速正轉(zhuǎn)信號(hào)17，電動(dòng)機(jī)3低速正轉(zhuǎn)，大泵/馬達(dá)2做泵工況輸出壓力油，單向閥28用來在電動(dòng)機(jī)3正轉(zhuǎn)時(shí)保證蓄能器回路泵/馬達(dá)27不會(huì)吸空；壓力傳感器12實(shí)時(shí)檢測(cè)管路14的壓力并反饋給計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元11，待管路14的壓力達(dá)到控制軟件所設(shè)定的平衡點(diǎn)后，計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元11關(guān)閉電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)信號(hào)，發(fā)出打開電磁閥7的信號(hào)18，由于阻尼作用，此閥緩慢開啟；同時(shí)計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元11發(fā)出控制變頻器的PWM信號(hào)16和電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)17，使電動(dòng)機(jī)3反向轉(zhuǎn)動(dòng)，電梯下行；在整個(gè)運(yùn)行過程中，負(fù)載回路的壓力油通過管路13、14進(jìn)入大泵/馬達(dá)2推動(dòng)大泵/馬達(dá)2做馬達(dá)工況，將負(fù)載回路的壓力能轉(zhuǎn)化為作用于電動(dòng)機(jī)3或小泵/馬達(dá)27旋轉(zhuǎn)軸的附加驅(qū)動(dòng)力矩，而小泵/馬達(dá)27在大泵/馬達(dá)2和電動(dòng)機(jī)3的共同驅(qū)動(dòng)下做泵工況，向蓄能器30中充入壓力油，存儲(chǔ)電梯下行的能量；同時(shí)電動(dòng)機(jī)3軸側(cè)的光電編碼器4檢測(cè)電動(dòng)機(jī)3的轉(zhuǎn)速并把轉(zhuǎn)速信號(hào)20反饋給變頻器1，與理想的速度曲線比較，通過計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元11中的軟件算法，保證實(shí)際電梯速度曲線準(zhǔn)確跟蹤理想曲線，構(gòu)成閉環(huán)矢量控制，達(dá)到舒適運(yùn)行的效果。當(dāng)井道里的減速點(diǎn)信號(hào)觸發(fā)時(shí)，變頻器1控制電動(dòng)機(jī)3逐漸增加制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，直到使電動(dòng)機(jī)3以某一較小的轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，電梯進(jìn)入平層段；當(dāng)轎廂10接近?？繉诱緯r(shí)，井道中的干簧開關(guān)給出停止信號(hào)，計(jì)算機(jī)控制單元11給變頻器1發(fā)出停車信號(hào)，同時(shí)使電磁閥7電磁鐵斷電，電磁閥7關(guān)閉，電動(dòng)機(jī)3轉(zhuǎn)速降為零，小泵/馬達(dá)27的出口壓力迅速降低，電磁閥29兩端的壓力差使之關(guān)閉，電梯停站。設(shè)置單向閥28的目的是防止小泵/馬達(dá)低速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生吸空現(xiàn)象，可以通過油箱43，單向閥27，管路34吸油到小泵/馬達(dá)入口。安全閥39的設(shè)置可以在輔助回路壓力過高時(shí)，蓄能器的油液通過管路40，安全閥39回油箱。
在整個(gè)下行過程中，蓄能器30都處于儲(chǔ)蓄能量階段；油液進(jìn)入蓄能器，壓縮氣囊內(nèi)氣體，壓力升高，因此其通過小泵/馬達(dá)27向電動(dòng)機(jī)3或大泵/馬達(dá)2旋轉(zhuǎn)軸所提供的阻力矩也隨之不斷變化；與上行分析過程類似，此處也依負(fù)載不同分兩種情況分析電動(dòng)機(jī)4轉(zhuǎn)矩變化(1)重載下行在剛啟動(dòng)時(shí)蓄能器30中儲(chǔ)存的油液壓力最低，其在電動(dòng)機(jī)3或大泵/馬達(dá)2的旋轉(zhuǎn)軸側(cè)所轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的阻力矩也最小，而此時(shí)轎廂為滿載，負(fù)載回路提供的附加驅(qū)動(dòng)力矩相對(duì)較大，因此在重載下行過程剛啟動(dòng)時(shí)，為避免電梯下行過沖，電動(dòng)機(jī)3必須在變頻器1控制下提供蓄能器回路的阻力矩與負(fù)載回路附加驅(qū)動(dòng)力矩之間的力矩差作為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轎廂靜止，然后再逐漸減小制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使大泵/馬達(dá)2作為馬達(dá)功能反方向轉(zhuǎn)動(dòng)輸入液壓油使轎廂10按理想速度曲線下行。隨著轎廂10的下行蓄能器回路壓力不斷升高，其所提供的阻力矩也不斷增加，當(dāng)負(fù)載回路提供的附加驅(qū)動(dòng)力矩已不足以使轎廂10按理想曲線運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)3受變頻器1控制提供電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩來共同推動(dòng)轎廂10按理想曲線運(yùn)行。(2)輕載(含空載)下行與滿載下行相比由于轎廂10為空載，負(fù)載回路的附加驅(qū)動(dòng)力矩較小，因此在下行過程剛啟動(dòng)時(shí)負(fù)載回路與蓄能器回路之間的力矩差較小，電動(dòng)機(jī)3所需提供的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)減小，與重載下行啟動(dòng)相比，輕載下行啟動(dòng)的動(dòng)、靜態(tài)性能有所改善。
隨著轎廂10的下行，電動(dòng)機(jī)3受變頻器1控制提供電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩來共同推動(dòng)轎廂按理想曲線運(yùn)行。當(dāng)電梯在低樓層向下運(yùn)行時(shí)，此時(shí)蓄能器回路壓力較高，其所提供的阻力矩相對(duì)較大，而負(fù)載回路為輕載，所提供的附加驅(qū)動(dòng)力矩較小，電動(dòng)機(jī)3所需提供的電磁驅(qū)動(dòng)力矩較大；特別是當(dāng)電梯運(yùn)行接近底部時(shí)，此時(shí)蓄能器中壓力接近最高工作壓力，其所提供的阻力矩最大，則電動(dòng)機(jī)3需在變頻器1的控制下提供最大的驅(qū)動(dòng)力矩。此刻電動(dòng)機(jī)3處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)。
根據(jù)以上分析可見，本項(xiàng)目節(jié)約能源、降低裝機(jī)功率的關(guān)鍵就在于引入了壓力能量轉(zhuǎn)換裝置，并將轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)化為作用于電動(dòng)機(jī)3軸側(cè)的附加驅(qū)動(dòng)力矩，從而大幅降低了電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低了電動(dòng)機(jī)的功率；電動(dòng)機(jī)3、主回路大泵/馬達(dá)2和蓄能器小泵/馬達(dá)27工作在四個(gè)象限，從而充分地利用了電動(dòng)機(jī)3的工作能力；采用交流變頻調(diào)速技術(shù)構(gòu)成的液壓容積調(diào)速回路屬于功率適應(yīng)系統(tǒng)，系統(tǒng)效率高，降低了電梯的運(yùn)行能耗和油液的溫升，避免了使用昂貴的冷卻器；變頻器和電動(dòng)機(jī)容量的降低，不但使得系統(tǒng)的成本得到了降低，而且節(jié)省了用戶在電氣線路上的費(fèi)用。而本項(xiàng)目的重點(diǎn)在于如何確定蓄能器回路中蓄能器6的各工作點(diǎn)參數(shù)如蓄能器回路泵/馬達(dá)排量的選取、電動(dòng)機(jī)功率的確定、蓄能器充氣壓力p0、蓄能器最低充油壓力p1、蓄能器最高充油壓力p2等；同時(shí)也可看到電梯在接近頂部時(shí)重載上行和電梯在接近底部時(shí)輕載下行這兩種工況是比較極端的情況，這兩種狀況下電動(dòng)機(jī)3都將以滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
從最大限度地降低系統(tǒng)的裝機(jī)功率的角度，基于如下基本規(guī)則來確定蓄能器工作參數(shù)，其中忽略了系統(tǒng)的各種摩擦損失和泵/馬達(dá)泄漏造成的容積損失1)蓄能器30能夠提供的平均功率Waverage為電梯滿載所需平均功率Wmax和電梯空載所需平均功率Wmin之和的一半，即Waverage＝(Wmax＋Wmin)/2其中Wmax＝p2AvWmin＝p1AvWaverage=∫0tpaQadtt=∫0tpadVdt*dtt=∫V(0)V(t)padVt]]>式中A——柱塞6的橫截面積；v——柱塞6的平均速度；t——柱塞6單程運(yùn)行的時(shí)間；pa——平均壓力；pa＝(p1＋p2)/2；Qa——平均流量；V——蓄能器30在工作狀態(tài)中的氣體體積。
2)根據(jù)在構(gòu)建變頻(VVVF)控制液壓電梯中得到的經(jīng)驗(yàn)當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率滿足要求時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩卻并不一定滿足，造成力矩超載；直接的反映就是電動(dòng)機(jī)電流過載。因此考慮電動(dòng)機(jī)4滿負(fù)荷的兩種工況下的力矩平衡關(guān)系(1)接近底部時(shí)輕載下行pd*qpth2π+Tmax=p2*qsth2π]]>(2)接近頂部時(shí)滿載上行pu*qpth2π=pl*qsth2π+Tmax]]>式中pd——輕載下行時(shí)泵/馬達(dá)2進(jìn)口壓力；pu——重載上行時(shí)泵/馬達(dá)2出口壓力；Tmax——電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩；qpth——泵/馬達(dá)2的排量；qsth——泵/馬達(dá)27的排量；在這兩個(gè)基本規(guī)則的基礎(chǔ)上可知本系統(tǒng)中Waverage＋Wmotor＝WmaxWmotor＝Wmax-WaverageWmotor＝(Wmax-Wmin)/2式中Wmotor——電動(dòng)機(jī)3的額定功率；由此可見系統(tǒng)的裝機(jī)功率大幅的降低了。由于泵/馬達(dá)元件容積效率的存在，以及電磁閥29的內(nèi)泄漏，使得每個(gè)運(yùn)行周期蓄能器30都將損失部分容積，如此一來在運(yùn)行數(shù)次后蓄能器30將漏空；為避免這種現(xiàn)象出現(xiàn)則必須在系統(tǒng)中增設(shè)一補(bǔ)油裝置對(duì)損失的容積進(jìn)行補(bǔ)償。同時(shí)補(bǔ)油裝置還有另一重要功能，即滿足蓄能器30第一次充油的需要，充油壓力值由安全閥39控制，這樣就無需額外的充油設(shè)備。因此如何合理的設(shè)計(jì)和使用補(bǔ)油裝置也成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。
在每次電梯運(yùn)行時(shí)同時(shí)啟動(dòng)補(bǔ)油裝置對(duì)蓄能器30進(jìn)行過程補(bǔ)油，電梯停止時(shí)補(bǔ)油過程也停止。補(bǔ)油用液壓泵的選型設(shè)計(jì)是基于電梯在一個(gè)單行程運(yùn)行中蓄能器回路損失的容積進(jìn)行換算得到的，下面以上行過程為例給出簡(jiǎn)單的換算過程。
電梯從底樓到頂樓泵/馬達(dá)2所需提供的液體容積VpVp＝s·A/ηpv折算到蓄能器回路泵/馬達(dá)27輸出油液容積VsVs＝(Vp/ηsv)*(qsth/qpth)在此過程中蓄能器回路經(jīng)泵/馬達(dá)27泄露體積為VxVx=Vs-sAqsthqpth]]>蓄能器回路泄露體積所折算的排量為qxqx=VxVp/qpth=qsthηsv-ηmvqsth]]>式中ηmv——泵/馬達(dá)2的容積效率；ηsv——泵/馬達(dá)27的容積效率；
權(quán)利要求1.采用蓄能器的變頻驅(qū)動(dòng)液壓電梯的節(jié)能裝置，它包括交流矢量變頻器[1]，大泵/馬達(dá)[2]，交流異步電動(dòng)機(jī)[3]，電機(jī)軸側(cè)的光電編碼器[4]，柱塞缸及柱塞[5、6]，主回路電磁閥[7]，主回路防吸空單向閥[8]，主回路溢流閥[9]，電梯轎廂[10]，計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元[11]，壓力傳感器[12]，壓力傳感器信號(hào)線[19]，轎廂上的測(cè)速光電編碼器[23]，井道及導(dǎo)軌[24]，交流異步電動(dòng)機(jī)[3]與大泵/馬達(dá)[2]的聯(lián)軸器[26]組成的主回路和負(fù)載回路；其特征在于還包括小泵/馬達(dá)[27]，輔助回路防吸空單向閥[28]，輔助回路電磁閥[29]，皮囊式蓄能器[30]，補(bǔ)油用交流異步電動(dòng)機(jī)[36]，補(bǔ)油泵[37]，補(bǔ)油回路防倒灌單向閥[38]，輔助和補(bǔ)油回路溢流閥[39]組成的蓄能器回路和蓄能器補(bǔ)油回路；小泵/馬達(dá)[27]與交流異步電動(dòng)機(jī)[3]用聯(lián)軸器[42]連接，小泵/馬達(dá)[27]一路接輔助回路防吸空單向閥[28]，另一種經(jīng)輔路回路電磁閥[29]接皮囊式蓄能器[30]，輔助和補(bǔ)油回路溢流閥[39]一路經(jīng)補(bǔ)油回路防倒灌單向閥[38]接補(bǔ)油泵[37]，另一路接皮囊式蓄能器[30]，計(jì)算機(jī)控制檢測(cè)單元[11]經(jīng)控制信號(hào)線[31]接輔助回路電磁閥[29]。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種采用蓄能器的變頻驅(qū)動(dòng)液壓電梯的節(jié)能裝置,在常規(guī)變頻驅(qū)動(dòng)液壓電梯裝置的主回路和負(fù)載回路中增設(shè)蓄能器回路和蓄能器補(bǔ)油回路。由主回路電動(dòng)機(jī)、大泵/馬達(dá)與蓄能器回路小泵/馬達(dá)和蓄能器共同構(gòu)成壓力一能量轉(zhuǎn)換裝置。在電梯上行時(shí),將蓄能器儲(chǔ)存的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能作用于主回路電動(dòng)機(jī)軸,提供附加力矩;在電梯下行時(shí),將電梯勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能再轉(zhuǎn)換成壓力能存儲(chǔ)在蓄能器中,從而實(shí)現(xiàn)能量流的相互轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ),降低電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。
文檔編號(hào)F15B1/00GK2482602SQ01228018
公開日2002年3月20日 申請(qǐng)日期2001年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月14日
發(fā)明者徐兵, 楊華勇, 王亮 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)