專利名稱：一種電梯的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及調(diào)節(jié)一速度可控的電梯驅(qū)動的方法，其中驅(qū)動電梯機(jī)構(gòu)的一交流電機(jī)通過一變頻器來控制，該變頻器將一可控的頻率和電壓提供給電機(jī)，所述的電梯驅(qū)動配備有檢測電梯負(fù)載情況的裝置。
在正常情況下，電梯控制的目的是以這樣的方式驅(qū)動電梯，即每次操作電梯時，使電梯以最快的速度從起始樓層運(yùn)行到目標(biāo)樓層。因此，電梯電機(jī)通常如此控制使得電梯的加速度、減速度和速度在任何情況下都達(dá)到電梯機(jī)構(gòu)允許而且不會給乘客帶來不適的最高值。對于此種控制，需要在電梯操作期間的任何情況下向電梯驅(qū)動供電的電網(wǎng)應(yīng)產(chǎn)生足夠的能量。在正常使用中，這通常沒有問題。
當(dāng)電能的供給出現(xiàn)故障時，電梯將不能以預(yù)想的方式工作。為了處理電源故障，電梯配置有安全裝置以使得電梯轎廂被驅(qū)動到層站。較長時間的停電需要接入備用電源，該備用電源通常設(shè)計(jì)為保持約四部電梯中有一部可以由乘客使用。在此情形下，電梯的運(yùn)輸能力大幅下降。
即使在無實(shí)際的電源故障出現(xiàn)的情形下，電能的提供也可能出現(xiàn)障礙。供電網(wǎng)的電壓可能降低到低于額定的值，或頻率的變化超出允許的范圍。在此情形下，當(dāng)達(dá)到某些預(yù)定的極限值時，電網(wǎng)中及用電設(shè)備使用的保護(hù)裝置通常啟動。在電梯驅(qū)動中，在配電網(wǎng)薄弱的地區(qū)和建設(shè)期間由容量不足的臨時電源系統(tǒng)供電時可能出現(xiàn)這樣的情形。當(dāng)電網(wǎng)的電壓下降時，其負(fù)載能力通常下降，從而正常的負(fù)載將引起電網(wǎng)的過載，導(dǎo)致電壓的進(jìn)一步降低，以及保護(hù)裝置的啟動和電源的斷開。
從Kone Elevator GmbH的美國專利US 5229558的說明書中，可以知道一解決辦法，當(dāng)供電電壓降低時以較低的速度和/或加速度來驅(qū)動電梯，從而降低功率的需要。然而，此說明書沒有考慮電梯的實(shí)際功率需要，而只考慮運(yùn)載量，即電梯的運(yùn)行速度根據(jù)電網(wǎng)的條件降低。
本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)一新的速度可控的電梯驅(qū)動，在電網(wǎng)的供電量有限(例如在采用備用電源)時能最優(yōu)地工作。本發(fā)明的另一目的是實(shí)現(xiàn)一控制電梯電機(jī)的方法，使得不會將超過電網(wǎng)容限的負(fù)載加到電網(wǎng)上，而在不同的負(fù)載情形下允許有最大的驅(qū)動速度。本發(fā)明的方法的特征在于，將一功率極限輸入電梯機(jī)構(gòu)作為一參考值，根據(jù)功率極限和負(fù)載條件確定給變頻器的參考速度。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，功率極限以與電梯的額定功率有關(guān)的相對值形式給出。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，負(fù)載條件由電梯的稱重裝置的測量信號來確定。在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，功率極限根據(jù)電網(wǎng)的供電量來確定。利用本發(fā)明，所有可用于電梯驅(qū)動的功率得到最優(yōu)的利用。在備用電源的情形下這具有特別的重要性，因?yàn)榭捎玫墓β氏抻诒日Ｇ樾蚊黠@低的一值。
在本發(fā)明的解決方案中，電梯控制系統(tǒng)中的電機(jī)驅(qū)動能夠根據(jù)給定的條件自己確定其運(yùn)行速度。一有益的工況方式是使用相對功率。借助于采用的新型變頻器的特性，即使在最大負(fù)載條件下以額定功率的12-25％也能啟動電梯。然而，其結(jié)果是空載電梯在下行時移動非常慢。如果電梯轎廂中有乘客，由于電梯由對重平衡了50％，因此向下驅(qū)動需要的功率降低。在救援操作中，當(dāng)負(fù)載明顯超過額定負(fù)載的一半時，主要依賴于機(jī)構(gòu)的效率，電梯不再需要功率來移動轎廂。然而，電機(jī)的激勵和控制部件需要額定功率的10-25％。
例如，在備用電源容量按照中型建筑的原則設(shè)計(jì)的由四部電梯構(gòu)成的電梯組的情形下，可用的能量足夠一部電梯的所有操作情形。通過利用本發(fā)明的解決方案，每部電梯能分到額定功率的25％。根據(jù)負(fù)載情況，一些甚至所有電梯都能全速驅(qū)動。
當(dāng)與備用電源結(jié)合使用時本發(fā)明帶來的一顯著優(yōu)點(diǎn)是在乘客中產(chǎn)生安全感，這是通過在電源出現(xiàn)故障后而燈已重新打開時電梯立即重新開始運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)的?；蛘撸鶕?jù)市場需要和可用的資金，服務(wù)質(zhì)量方面的部分優(yōu)點(diǎn)可以轉(zhuǎn)化為節(jié)省投資，而以一顯著較低的代價能保持目前的服務(wù)水平。此優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)，例如，在高層住宅中，通常有兩部電梯，這意味著等候時間沒有問題，而優(yōu)點(diǎn)由于這樣的事實(shí)而產(chǎn)生，這就是備用電源的額定功率能夠降低約一半而不會明顯地降低服務(wù)的質(zhì)量水平，或降低至約當(dāng)前功率水平的四分之一而仍然保證所有電梯在任何情況下的救援操作，盡管速度慢。
在電源故障很頻繁的地方，本發(fā)明帶來了特別大的好處。在此情形下，本發(fā)明的解決方案允許基本正?；驕?zhǔn)正常電梯操作。因此，異常情形不必要給出特殊的指令，也不會影響乘客的行動。與單純的電池操作的解決方案比，本發(fā)明在建立和維護(hù)儲能裝置上可以節(jié)約成本。在將電能提供給控制和外圍裝置中，實(shí)現(xiàn)了其它的好處。
本發(fā)明可帶來特別大益處的另一應(yīng)用領(lǐng)域是在極高層建筑中出現(xiàn)著火的情形。在這樣的建筑中，使用了稱為無齒輪的電梯，該電梯具有如此高的效率，使得即使利用現(xiàn)有技術(shù)，它也將能量返回給電網(wǎng)，例如在電梯滿負(fù)載下降或空載上升時。最好的情形是，返回的電能相當(dāng)于額定功率的90％。為了此目的，電機(jī)驅(qū)動配置了一所謂的可控電力橋，以產(chǎn)生正確頻率、波形和電壓的一電流。
在著火的情形下，經(jīng)建筑物的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，電梯可以利用別的電梯產(chǎn)生的能量，從而在此情形下，所有電梯實(shí)際上總是能以全速驅(qū)動，因?yàn)榫仍修I廂一般是滿載下行和幾乎空載上行，在此情形下，一般總是有一個救火人員在轎廂中。如果電梯機(jī)構(gòu)暫時置于重負(fù)荷狀態(tài)例如當(dāng)電梯空載下行時，別的電梯產(chǎn)生的能量防止了備用電源出現(xiàn)過載。
在著火情形下的另一優(yōu)點(diǎn)是，如果電梯在救援工作中能夠以滿負(fù)載量運(yùn)行，則它們還能夠?yàn)榻ㄖ镏械钠渌b置如正常的照明設(shè)備和泵產(chǎn)生大量額外的能量。因此，利用本發(fā)明的解決方案，有助于改變救援工作計(jì)劃的基本設(shè)想，并要求在著火時及在救援工作依靠備用電源時高層建筑中可以得到全部電梯服務(wù)。這可以不用明顯地增加總成本就可以實(shí)現(xiàn)。
功率極限可以在運(yùn)行的電梯中按比例設(shè)定。在受供電不足影響的區(qū)域，這使得功率極限可通過考慮電網(wǎng)上的其它主要負(fù)載而確定，或者如果可用的能量隨一天的時間變化，則功率極限也能夠根據(jù)每日的節(jié)奏來調(diào)整。
下面，參考

圖1描述本發(fā)明，圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一電梯驅(qū)動。
通過電梯提升繩4和與電機(jī)軸直接或經(jīng)齒輪系統(tǒng)耦合的牽引滑輪2，提升電機(jī)28以電梯技術(shù)領(lǐng)域公知的方式移動電梯轎廂6和對重8。變頻器經(jīng)三相導(dǎo)線40與電源聯(lián)接并經(jīng)三相導(dǎo)線41與電機(jī)28聯(lián)接。電梯控制系統(tǒng)根據(jù)乘客的呼叫和電梯系統(tǒng)內(nèi)部的指令來控制轎廂的移動。這些的實(shí)現(xiàn)根據(jù)應(yīng)用而有很大的變化，但不影響本發(fā)明的作用。各電梯具有自己的額定功率，盡管電梯組當(dāng)然可以由同樣標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的電梯組成。
電梯負(fù)載由設(shè)置在電梯轎廂6中的稱重裝置32來稱量。利用該重量數(shù)據(jù)，單元37根據(jù)電梯的提升系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和部件的質(zhì)量產(chǎn)生一負(fù)載信號36。負(fù)載數(shù)據(jù)表示了作用在提升電機(jī)的軸上的負(fù)載力矩，即負(fù)載情況。負(fù)載力矩依賴于對重、轎廂和繩的質(zhì)量以及繩的懸掛比和齒輪系統(tǒng)的傳輸比。
在通常的變頻器控制的電梯驅(qū)動中，向電機(jī)提供一可控頻率的電壓，該電壓為期望的加速度和運(yùn)行速度提供足夠的力矩。在四象限控制(four-quadrant control)下的一驅(qū)動中，當(dāng)電機(jī)在發(fā)電機(jī)模式下工作時，電機(jī)產(chǎn)生的能量可以返還給供電網(wǎng)?；蛘?，產(chǎn)生的能量或其一部分在電阻中轉(zhuǎn)化為熱。表示電梯運(yùn)行的速度或電機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)載或力矩和電壓甚至電流的實(shí)際值的輸入數(shù)據(jù)提供給變頻器。
在利用本發(fā)明的一方案中，變頻器包括與供電網(wǎng)相連的電力橋42和與電機(jī)相連的電機(jī)橋46。電機(jī)橋和電力橋通過一直流中間電路相連，其中一電容44聯(lián)接在中間電路的導(dǎo)線43和45之間。兩個橋由如IGBT實(shí)現(xiàn)的可控開關(guān)組成。該橋通過一速度調(diào)節(jié)器48來控制，而控制這樣實(shí)現(xiàn)，使得提供給電機(jī)的能量和供電頻率以及返回電網(wǎng)的能量與操作情形的要求一致。存儲在中間電路的電容中的能量用于處理快速的負(fù)載變化。
在各操作情形下，電梯被給定一最大功率PA并相應(yīng)地確定轉(zhuǎn)速的一參考值。在電梯的備用電源產(chǎn)生的電能驅(qū)動時，從一功率限定器33得到的允許的輸出功率值是例如電梯的額定功率的四分之一。允許的最大輸出功率值也可以用其它方法如給電梯控制系統(tǒng)的一參數(shù)來限定。
電梯驅(qū)動中使用的對重的大小這樣來選擇，當(dāng)轎廂的負(fù)載量達(dá)到額定負(fù)載的一半時，在牽引滑輪和電梯電機(jī)的軸上出現(xiàn)平衡狀態(tài)。當(dāng)轎廂負(fù)載更小時，在電機(jī)軸上出現(xiàn)向?qū)χ胤较蜃饔玫牧兀?dāng)轎廂負(fù)載超過額定負(fù)載的一半時，在電機(jī)軸上出現(xiàn)向轎廂方向作用的力矩。從而，負(fù)載重量數(shù)據(jù)提供一與力矩成正比的參數(shù)，而機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動功率與速度和力矩成比例，或P=wT，從而w=P/T。將這些參數(shù)表示成相對于額定值的相對值，我們得到Wr＝Pr/Tr，這里下標(biāo)r表示一相對值或Pr=P/PN。因此將功率限定為額定功率的25％意味著相對功率值Pr=0.25。從而，直接從功率極限和負(fù)載重量數(shù)據(jù)得到轉(zhuǎn)速的參考值。允許的功率極限以與備用電源的功率成比例的相對值給出，即對應(yīng)于分配給電梯的備用電源的功率與額定功率之比。當(dāng)多部電梯連接到同一備用電源時，每一部電梯能夠指定一單獨(dú)的功率極限，這意味著電梯分享為電梯驅(qū)動設(shè)計(jì)的總的備用電源功率。
確定允許功率PA的信號和來自電梯37的負(fù)載數(shù)據(jù)(導(dǎo)線36)輸入到一除法器34，該除法器34根據(jù)可利用的功率確定可能的參考速度ωref=PA/TL，這里TL是負(fù)載數(shù)據(jù)。除法器34確定的參考速度ωref經(jīng)導(dǎo)線38送到變頻器26中的速度調(diào)節(jié)器48，該速度調(diào)節(jié)器相應(yīng)地調(diào)節(jié)變頻器的輸出。因此，變頻器從電網(wǎng)中得到的功率保持在預(yù)定的極限值內(nèi)。連接在電機(jī)軸上的測速計(jì)31提供實(shí)際的速度值ωact，該值經(jīng)導(dǎo)線39送到速度調(diào)節(jié)器48。
根據(jù)電梯負(fù)載運(yùn)行的方向，可以區(qū)分不同的負(fù)載情形。當(dāng)電梯在轎廂約半滿狀態(tài)下運(yùn)行時，負(fù)載力矩很小而根據(jù)上述段落設(shè)定的功率極限實(shí)際上完全不會降低運(yùn)行速度。當(dāng)電梯空載向下運(yùn)行或滿載向上運(yùn)行時，負(fù)載最大，運(yùn)行速度根據(jù)功率極限而降低。能量消耗的最佳情形在電梯空載向上或滿載向下時出現(xiàn)。在此情形下，功率極限實(shí)際對各電梯的驅(qū)動速度不加限制，而電梯電機(jī)以發(fā)電機(jī)的方式工作，產(chǎn)生的功率必須消耗掉或返回電網(wǎng)。當(dāng)然，在所有情形下，電機(jī)必須產(chǎn)生其激勵和功耗所需的能量。
當(dāng)電梯電機(jī)以發(fā)電機(jī)的方式運(yùn)行時，最好將產(chǎn)生的功率返回電網(wǎng)，這樣，該能量能夠被連接到備用電源網(wǎng)上的其它裝置使用。如果不行，則該功率在電阻中耗散。另一可能是操作合適的電梯，在此情形下，向電機(jī)提供一與啟動力矩相應(yīng)的零頻率電流。
在本發(fā)明的范圍中，相對功率極限可以用多種方法來確定。除了預(yù)定的相對值外，功率極限也可以是表示電網(wǎng)條件的量的函數(shù)。當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時，這導(dǎo)致功率極限的逐步降低。
雖然圖1中顯示的功率控制是基于電梯的單獨(dú)調(diào)節(jié)，但是通過監(jiān)視不同電梯如那些屬于同一電梯組的電梯的功率消耗，可以根據(jù)負(fù)載條件改變每一電梯的功率極限。必須產(chǎn)生啟動所需的力矩以使電梯開始移動。電梯的速度和運(yùn)載量，即每一單位時間內(nèi)乘客的數(shù)量(或最好是質(zhì)量)乘以運(yùn)行的樓層距離，對每部電梯可單獨(dú)確定。由于功率極限電梯消耗的能量來表示，在電機(jī)以發(fā)電機(jī)的方式工作時，不限制速度。一滿載向下運(yùn)行的電梯(在撤離期間經(jīng)常出現(xiàn)的情形)由于電機(jī)以發(fā)電機(jī)方式工作而如上所述在能量消耗上具有優(yōu)點(diǎn)并且實(shí)際上產(chǎn)生能量。電機(jī)能夠以全速運(yùn)行，意味著運(yùn)載量為最大，即電梯滿載全速運(yùn)行。這樣會產(chǎn)生的能量必定以某種方式消耗或返回給電網(wǎng)。另一方面，當(dāng)負(fù)載小時，在向下的方向上只允許低速。相反，向上運(yùn)行的一空轎廂或(在緊急情況下經(jīng)常出現(xiàn)的情形)載有一救援人員的轎廂帶來類似的優(yōu)點(diǎn)，如上所述。
上面，利用本發(fā)明的一些實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而，這些實(shí)施例不應(yīng)看成是對專利保護(hù)范圍的限制，而本發(fā)明的實(shí)施例可以在所附的權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)變化。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)節(jié)速度可控的電梯驅(qū)動的方法，其中驅(qū)動電梯機(jī)構(gòu)的一交流電機(jī)(28)通過一將可控的頻率和電壓提供給電機(jī)(28)的變頻器(26)來調(diào)節(jié)，所述的電梯驅(qū)動包括用于檢測電梯的負(fù)載條件的裝置(32)，其特征在于，一功率極限(PA)輸入給電梯機(jī)構(gòu)作為參考值，而根據(jù)功率極限(PA)和負(fù)載條件確定給變頻器的參考速度(38)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電梯驅(qū)動，其特征在于，功率極限(PA)以電梯的額定功率的相對值的形式給出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電梯驅(qū)動，其特征在于，負(fù)載條件從電梯轎廂中的稱重裝置(32)給出的測量信號來確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電梯驅(qū)動，其特征在于，功率極限(PA)根據(jù)電網(wǎng)的供電量來確定。
全文摘要
一種調(diào)節(jié)速度可控的電梯驅(qū)動的方法,驅(qū)動電梯機(jī)構(gòu)的一交流電機(jī)(28)通過一將可控的頻率和電壓提供給電機(jī)(28)的變頻器(26)來調(diào)節(jié)。電梯的負(fù)載條件通過電梯轎廂中的一稱重裝置(32)來檢測。一功率極限(P
文檔編號B66B1/28GK1171089SQ95197091
公開日1998年1月21日 申請日期1995年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月29日
發(fā)明者塞波·蘇爾-阿斯科拉, 蒂莫·萊托恩, 拉爾夫·伊克霍姆 申請人:科恩股份公司