专利名称：可容耐不稳定电源的电梯马达驱动的制作方法
技术领域：
本发明涉及电梯系统领域，尤其地，本发明涉及一种动力系统，可由不 稳定电源供电来驱动电梯升降马达。
背景技术：
用于电梯升降马达的一种再生驱动器典型地包括通过DC总线连接到反
发电辅助设施)。当电梯升降马达运转时，来自AC电源的电力给转换器提 供动力，其将AC电力转换为DC电力用于DC总线。反向器然后将DC总 线上的DC电力转换为AC电力用于驱动起重马达。在再生模式下，电梯内 的负载驱动起重马达，从而其作为发电机产生AC电力。反向器将升降马达 的AC电力转换为DC总线上的DC电力，转换器然后将其转换为AC电力 以传送给AC电源。
驱动器典型地被设计为在来自AC电源的一特定输入电压范围内运行。 该范围通常被限定为带有公差带的一额定运行电压(举例来说，480VAC± 10%)。因此，驱动器元件具有额定电压和电流，其允许当AC电源保持在 设定输入电压范围内时，驱动器持续运行。然而，在某些市场上，公共网络 不是非常可靠，持续的公共电压漂移或断电情况(也就是电压状况低于驱动 器公差带)是非常普遍的。当公共电压漂移发生时，驱动器从AC电源中获 取更多电流以维持升降马达的均衡动力。在传统系统中，当过多的电流从 AC电源中被传送出时，驱动器将关闭以避免损坏驱动器元件。而结果就是， 直到AC电源回到额定运行电压范围，吝则电梯将不提供服务。
发明内容
本发明提供一种系统，用于持续地由不稳定电源供电来驱动电梯升降马
达。该系统包括一再生驱动器，用于在电源与升降马达之间传送电力。 一控 制器测量一电源电压来响应电源电压内的检测变化，并且控制再生驱动器以 调节电梯额定运动轮廓，其与测量的电源电压到额定电力电压的调节比率成 比例。
图1是根据本发明实施例的一种动力系统的示意图，其包括一控制器， 该控制器被用于由一不稳定电源供电来驱动电梯升降马达。
图2是根据本发明显示电梯升降马达速度调节的图表，其响应于电源电 压的漂移。
图3是显示电力总线电压调节的图表，其与响应于电源电压漂移的电梯 升降马达内的速度调节成比例。
具体实施方式
图1是根据本发明的一个实施例一种动力系统10的示意图，其包括从 电源16驱动电梯14的升降马达12的一控制器11。电梯14包括电梯轿厢 20和配重22，其通过拉索23连接到升降马达12上。电源16从电力设备如 商用电源被电力供给。在某些市场上，公共网络不是非常可靠，持续的公共 电压漂移或断电情况(也就是电压状况低于驱动器公差带)是非常普遍的。 根据本发明的动力系统IO允许升降马达12在这些不稳定期间由电源16供 电而持续运4亍。
动力系统10包括控制器11、线路电抗器28、电力转换器30、滤波电 容器32以及电力反向器34。电力转换器30和电力反向器34通过DC电力 总线36连接。滤波电容器32连接到DC电力总线36上。控制器11包括热 量观测器40、锁相环路42、转换器控制器44、 DC总线电压调节器46、反 向器控制器48、电源电压传感器50、电梯运动轮廓控制器52以及位置速度 和电流控制器54。在一个实施例中，控制器11为一数字信号处理器(DSP)， 并且控制器11的每个元件为功能模块，其被应用在由控制器11执行的软件
上。
热量观测器40连接在线路电抗器28和电力转换器30之间，并提供一 风扇控制信号作为其输出。锁相环路42从电源16接收三相信号做为一输入， 并提供一输出到转换器控制器44、 DC总线电压调节器46以及电源电压传 感器50上。转换器控制器44同样从DC总线电压调节器接收一输入，并提 供一输出到电力转换器30上。电源电压传感器50将一输出提供到电梯运动 轮廓控制器52上，其继而将一输出提供到位置速度电流控制器54上。DC 总线电压调节器46从锁相环路42和位置速度电流控制器54上接收信号， 并监控通过DC电力总线36的电压。反向器控制器48同样接收来自位置速 度电流控制器54的信号并将一控制输出提供到电力反向器34上。
电源16,其为来自商用电源的三相AC电源，将电力提供给电力转换器 30上。电力转换器30为三相电力反向器，其可操作地将来自电源16的三 相AC电力转换为DC电力。在一个实施例中，电力转换器30包括多个功 率管电路，其包括平行连接的晶体管56以及二极管58。每个晶体管56可 以为如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。每个晶体管56的控制电极(如栅极和 基极)被连接到转换器控制器44。转换器控制器44控制功率管电路用以调 整从电源16到DC输出电力的三相AC电力。DC输出电力通过电力转换器 30被提供在DC电力总线上。滤波电容器32平滑了通过电力转换器30提供 到DC电力总线上的调整动力。应当注意的是，虽然电源16示为三相AC 电源，动力系统10可适用于从任何类型的电源接收电力，包括单相AC电 源以及DC电源。
电力转换器30的功率管电路同样允许DC电力总线36上的电力被反向 并提供到电源16上。在一个实施例中，控制器11使用脉沖宽度调节(PWM) 以产生选通脉冲，从而周期性地转换电力转换器30的晶体管56以给电源 16提供三相AC电力信号。该再生配置降低了电源16的需求。线路电抗器 28被连接在电源16和电力转换器30之间用以控制在电源16和电力转换器 30之间流通的电流。在另一个实施例中，电力转换器30包括三相二极管电
桥整流器。
电力反向器34为一三相电力反向器，其可操作地将来自DC电力总线 36的DC电力转换为三相AC电力。电力反向器34包括多个功率管电路， 其包括平行连4妻的晶体管60以及二极管62。每个晶体管60可以为如绝缘 栅双极晶体管(IGBT)。在一个实施例中，每个晶体管60的控制电极(如 栅极和基极)通过反向器控制器48被控制，用以将DC电力总线38上的 DC电力转换为三相AC输出电力。电力反向器34的输出上的三相AC电力 被提供到升降马达12上。在一个实施例中，转换器控制器48使用PWM以 产生选通脉沖，从而周期性地转换电力反向器34的晶体管56以给升降马达 12提供三相AC电力信号。通过调节控制脉冲到晶体管60的频率和幅度， 反向器控制器48可改变电梯运动的速度和方向。
另外，电力反向器34的功率管电路可操作地调整当电梯14启动升降马 达12时产生的电力。例如，如果升降马达12产生了电力，反向器控制器 34停用电力反向器34内的晶体管60,用以允许生成的电力通过二极管62 被调整并提供到DC电力总线36上。滤波电容器32平滑了调整电力，其通 过DC电力总线36上的电力反向器34而提供。
升降马达12控制电梯桥厢20和配重22之间的运动速度和方向。需要 驱动升降马达12的电力随着电梯14的加速和方向以及电梯桥厢20内的负 载而变动。例如，如果电梯14被加速，向上负载大于配重22的重量(重载)， 或者向下负载小于配重22的重量(轻栽)，需要电力最大量用于驱动升降 马达12。如果电梯14平稳或者在带有平衡负载的一固定速度上运行，它可 使用更少量的电力。如果电梯14降速，重栽下降或者轻载上升，电梯14驱 动升降马达12。在这种情况下，升降马达12产生三相AC电力，其通过电 力反向器34在反向器控制器30控制下转换为DC电力。转换的DC电力储 存在DC电力总线36上。
根据本发明，控制器11监控电源16,用于改变其电压水平和控制电力
系统10,以通过电源16电压的改变持续地运行升降马达12。电源16的三 相输出被提供到锁相环路42。锁相环路42将电源16的相位和幅度提供到 转换器控制器44、 DC总线电压调节器46以及电源电压传感器50。电源电 压传感器50持续地监控电源16的电压幅度，并且当电源16的电压改变时， 产生信号。例如，当电源电压漂移在动力系统10的公差带之外时(举例而 言，低于额定电压的10%),电源电压传感器50可产生信号。包括电源16 的新电压水平信息的信号被提供到电梯运动轮廓控制器52。
电梯运动轮廓控制器52产生用于控制电梯14运动的信号。尤其地，自 动电梯运行包括电梯升降过程中的电梯12速率控制。用于一完整行程的速 率内的时间变化被称为电梯14的"运动轮廓"。因此，电梯运动轮廓控制 器52产生一电梯运动轮廓，其设置了电梯14的最大加速度、最大稳态速度 和最大减速度。通过电梯运动轮廓控制器52产生的特定运动轮廓和运动参 数代表了 "最大"期望速度和对于维持乘客可接收水平的舒适性需求之间的 折衷方案。
当电源16电压漂移在动力系统IO公差带外部时，为了允许动力系统 IO持续地驱动升降马达12，电梯运动轮廓控制器52基于电源16电压的改 变，调整电梯运动轮廓。更特殊地，当电源16电压漂移时，如果电梯运动 轮廓保持不变的话，动力系统IO通常可从电源16吸收更多电流。为了将从 电源16吸收的电流保持在动力系统IO元件的电流额定值内，电梯运动轮廓 控制器52调节电梯运动轮廓与电源电压的改变成比例。因此，电梯运动轮 廓的正常加速、稳定状态速度以及降速通过电源16的测量电压与电源16的 额定电压的比率被调节。 一调节信号被提供到电梯运动轮廓控制器52上， 其涉及该调节比率。在一个实施例中，当电源16的电压漂移在大约低于额 定电力电压15%时，动力系统IO调节电梯运动轮廓。运动轮廓调节可被实 行在多个时间，其取决于电压漂移的严重程度和时间长度。当电源16的电 压返回到额定运行范围时(如480Vac士100/0),电梯运动轮廓控制器52调 节电梯运动轮廓用于正常运行条件。
另外，当电源16的电压漂移低于阈值电压时，在阈值电压下无法进行 进一步地运行(举例而言，低于额定电力电压的30%),电梯运动轮廓控 制器52产生一运动轮廓，其将速度、加速度、以及减速度降到零。当该运 动轮廓产生时，动力系统10运行起重马达12直到所有活动电梯的运行完成， 并且忽视任何进一步地接送需求直到电源16的电压返回到额定运行范围。
电梯运动轮廓控制器52运动轮廓输出被提供到位置速度和电流控制器 54。运动轮廓包括参考信号，其涉及用于升降马达12的调节速度位置以及 马达电流并与调节运动轮廓相对应。这些信号与位置速度和电流控制器54 的马达位置(posm)、马达速度(vm)、以及马达电流(Im)的实际反馈值 相比较以确定一误差信号，其涉及升降马达12的实际运行参数和调节运动 轮廓的目标运行参数之差。例如，位置速度和电流控制器54可包括比例积 分放大器，用以提供实际和期望调整运动参数之间误差的确定。该误差信号 通过位置速度和电流控制器54被提供到反向器控制器48和DC总线电压调 节器46。
基于位置速度和电流控制器54的误差信号，反向器控制器48计算被提 供到电力反向器34上的信号，用于当升降马达12运行时，其根据运动轮廓 驱动升降马达12。如上所述，反向器控制器48可使用PWM来产生选通脉 冲以周期性地转换电力反向器34的晶体管60,用于将一三相AC电力信号 提供到升降马达12上。通过调节选通脉沖到晶体管60的频率和幅度，反向 器控制器48可改变电梯14的速度和方向。因此，在电压漂移事件中，当升 降马达12在电动时，反向器控制器48改变PWM到晶体管60的选通信号， 从而根据电源电压的降低成比例地降低电梯14的速度。
图2图示了响应于电源16电压漂移(线62 )的电梯升降马达12速度 的调节(线60)。在时间64处，电梯14没有运行并且电梯14的速度为零。 随着电梯14的运行，电梯14的速度增加到通过实际电梯运行轮廓建立的一 稳定状态速度(时间66)。随着电源16电压开始漂移(线62)，电梯14 的速度按照电源16电压的降低按比例被调节(时间68)。随着电源16的
电压进一步地持续漂移，电梯速度再次按照电源电压的降低按比例减少(时
间70)。这些改变可在运行时发生，因此电梯14的速度降低从而不最小化 对乘客的影响。当电源16返回到其额定电压时，升降马达的运动轮廓保持 相同直到运行完成，在那点上电梯的速度再次降低到零(时间72)。
请再次参考图1， DC总线电压调节器46控制通过DC电力总线36的 电压。再生驱动活动的线性转换器如电力转换器30， DC电力总线36被控 制到与电源16电压相独立的一固定电压。该通过DC电力总线36的电压典 型地设定为高于电源16的电压，以允许足够的余额用于电力转换器30的滤 波电容器32和晶体管56。在该方式下，电力转换器30运行不仅将电源16 的AC电力转换为DC电力，而且控制电源16和电力转换器30之间的AC 电流。
当由于电源16上的电压漂移，升降马达12的速度降低时，通过DC电 力总线36电压必须响应地降低。如果相同电压被维持通过DC电力总线36， 通过DC电力总线36上的电压和来自电源16上的电压的差值可导致电力转 换器30和线路电抗器28的紋波电流的开关损耗。因此，锁相环路42和位 置速度和电流控制器54的输出被提供到DC总线电压调节器46上。另外， 一调节信号被提供到锁相环路42和DC总线电压调节器46上，用以通过调 节电源16的减少运行电压和电源16的额定运行电压的比率，调节DC总线 电压调节器46和锁相环路42的控制增益。基于这些信号，DC总线电压调 节器调节通过DC电力总线36的电压维持与升降马达12的速度降低成比例。 当电源16的电压返回到额定运行范围时，通过DC电力总线36的电压返回 到正常维持电压。
图3图示了响应于电源电压的漂移(线82)，与电梯升降马达12的速 度调节成比例的通过DC电力总线36的电压调节(线80)。在时间84上， 因为没有控制信号被提供到电力转换器30上(也就是电梯14没有运行)， DC电力总线36被维持在靠近电源16的调整电压的较低电压。随着电梯14 开始运行，总线电压跳到其额定维持电压(时间86),在该情况下为750Vdc。
随着电源16的电压开始漂移(线82)，升降马达12的速度被调整，并且 DC电力总线36的电力与升降马达12的速降成比例地被调节到第一降低水 平(时间88)。随着电源16的电压进一步地持续漂移，升降马达12的速 度开始被调节，并且DC电力总线36上的电力再次与升降马达12的速降成 比例地^L调节到第二降低水平(时间90)。当电源16返回到其额定电压时， 升降马达12的运动轮廓返回到正常，并且通过DC电力总线36的电压响应 地返回到额定维持电压(时间92)。
除了控制通过DC电力总线上的电压，DC总线电压调节器46还提供一 信号到转换器控制器4 4上，其涉及通过D C电力总线3 6的电压的比例改变。 转换器控制器44同样接收来自锁相环路42的一信号，其涉及电源16电压 的幅度以及线路电抗器28和电力转换器30之间连接的电流馈电正向信号。 转换器控制器44通过这些输入计算提供到电力转换器30的信号，用以调整 电源16的电力。如上描述，转换器控制器44可使用PWM来产生选通脉冲 以周期性地转换电力转换器30的晶体管60，用于将电源16的三相AC电力 信号调整为用在DC电力总线36上的DC电力。另外，通过比较来自DC总 线电压调节器46的信号以及比较其到电流馈电正向信号，转换器控制器44 调节经过线路电抗器28的电流。根据参考信号，转换器控制器44运行电力 转换器30以调节线路电抗器28和电力转换器30之间的电流。
因为动力系统IO被设计为运行为延长运行在降低速度，线路电抗器28 和用于电力转换器30和电力反向器34的散热器可经受热量超栽。热量观测 器40监控线路电抗器28的温度并且使用风扇控制器，用以阻止例如线路电 抗器温度过高以及散热器温度过高等情况。为了实现此目的，热量观测器 40监控线路电抗器28和电力转换器30之间的电流。当电流到达相对于线 路电抗器28的持续功率(举例而言，90% )，热量观测器40发送一风扇控 制信号来全速运行线路电抗器28、电力转换器30以及电力反向器34上的 冷却风扇。这就避免了由于热量过载降低动力系统10需要的可能性。
总之，本发明涉及一种用于持续驱动由不稳定电源供电的电梯的升降马
达的系统。该系统包括一再生驱动器用于在电源和升降马达之间传送电力。 控制器测量响应于电源电压的 一检测改变的电源电压，并控制再生驱动器， 用以调节电梯的一额定运动轮廓，其与测量电源电压到额定电源电压的调节 比率成比例。当电源电压漂移时在没有吸收电源过多电压下，这样允许了电 梯持续地运行。结果是，对升降马达驱动元件的损害被避免了 ，并且由于升 降马达驱动器的关闭，在较小的耽搁下电梯能够持续运行。
虽然本发明参考例子和优选实施例进行了描述，但容易理解，本领域的 一般技术人员在本发明的保护范围内，可以对本发明作出各种修改和改变。
权利要求
1.一种用于持续驱动由不稳定电源供电的电梯升降马达的系统，该系统包括一再生驱动器，用于在电源和升降马达之间传送电力；一控制器，可操作地测量响应于电源电压的一检测改变的电源电压，并控制再生驱动器，用以调节电梯的一额定运动轮廓，其与测量电源电压到额定电源电压的调节比率成比例。
2. 如权利要求1所述的系统，其中当电源电压正常时，额定运动轮廓包括电 梯的最大加速度、最大稳定状态速度以及最大减速度的至少一个。
3. 如权利要求2所述的系统，进一步地包括一感测装置，用于确定升降马达是否正在电动回转或发电，其中控制器 进一步地运行再生驱动器，用以基于升降马达是否电动回转或发电，与调节 比率成比例地调节电梯的运动轮廓。
4. 如权利要求3所述的系统，其中当电梯电动回转时，最大加速度和最大稳 定状态速度被调节为与调节比率成比例，其中当电梯正在发电时，最大减速 度和最大稳定状态速度被调节为与调节比率成比例，并且其中当电梯既不电 动回转也不发电时，运动轮廓不^f皮调节。
5. 如权利要求1所述的系统，其中再生驱动器包括一转换器，用于将电源的交流(AC)电力转换为直流(DC)电力；一反向器，用于通过将转化器的DC电力转换为AC电力驱动升降马达， 并且当升降马达发电时，将由升降马达产生的AC电力转换为DC电力；一电力总线，其连接在转换器和反向器之间，用以从转换器和反向器接 收DC电力。
6. 如权利要求5所述的系统，其中基于电梯的调节额定运动轮廓，控制器控 制转换器用以驱动升降马达。
7. 如权利要求5所述的系统，其中控制器进一步地调节通过电力总线的电压 为与调节比率成比例，其响应于电源电压的改变。
8. 如权利要求1所述的系统，进一步地包括线路电抗器，其连接在再生驱动器到电源之间。
9. 如;^又利要求8所述的系统，进一步地包括一热量控制模块，用于当通过线路电抗器的电流接近线路电抗器的持续 额定电流时，以最大速度运行一驱动冷却风扇。
10. —种用于持续驱动用于不稳定电源的电梯的升降马达的方法，包括测量一 电源电压响应于电源电压的改变；调节电梯的额定运动轮廓与测量电源电压到正常电源电压的调节比率成 比例，用以产生一新运动轮廓，其中当电源电压正常时，额定运动轮廓包括 电梯的最大加速度、最大稳定状态速度以及最大减速度的至少一个；以及基于该新运动轮廓，用一驱动电流驱动电梯升降马达。
11. 如权利要求10所述的方法，其中调节电梯的额定轮廓包括确定升降马达 是否正在电动回转或发电，并基于升降马达是否正在电动回转或发电，调节 电梯的运动轮廊与调节比率成比例。
12. 如权利要求11所述的方法，其中当电梯正在电动回转时，最大加速度和 最大稳定状态速度被调节为与调节比率成比例，其中当电梯正在发电时，最 大减速度和最大稳定状态速度被调节为与调节比率成比例，并且其中当电梯 既不电动回转也不发电时，运动轮廓不#>调节。
13. 如权利要求12所述的方法，进一步地包括当电源返回到正常电源电压时，基于额定运动轮廓在一驱动电流下驱动 电梯升降马达。
14. 一种用于控制一再生驱动器的系统，该再生驱动器包括通过一直流(DC ) 总线连接的一转换器和一反向器，反向器连接到一电梯升降马达上，并且反向器通过线路电抗器连接到一交流(AC)电源，该系统包括一电压传感器，用于检测电源电压的改变并测量电源电压；一电梯运动轮廓发生器，其响应于电源电压的改变，产生为额定运动轮 廓的一新运动轮廓，该额定运动轮廓通过测量电源电压与额定电源电压的调 节比率成比例地被调节；一故障校正装置，其接收新运动轮廓以及升降马达的实际运行参数，并 产生一故障信号，该故障信号涉及基于新运动轮廓的实际运行参数和目标运 行参数之差；以及一反向器控制器，其接收故障信号并控制反向器，用以驱动升降马达到 目标运行参数。
15. 如权利要求14所述的系统，其中当电源电压正常时，额定运动轮廓包括 电梯的最大加速度、最大稳定状态速度以及最大减速度的至少一个。
16. 如权利要求l5所述的系统，其中当电梯正在电动回转时，电梯运动轮廓 发生器将最大加速度和最大稳定状态速度调节为与调节比率成比例，其中当 电梯正在发电时，电梯运动轮廓发生器将最大减速度和最大稳定状态速度调 节为与调节比率成比例，并且其中当电梯既不电动回转也不发电时，电梯运 动轮廓发生器不调节运动轮廓。
17. 如权利要求14所述的系统，进一步地包括一DC总线电压调节器，可操作地调节通过DC总线的电压与调节比率 成比例，其响应于电源电压的改变。
18. 如权利要求14所述的系统，进一步地包括一电流调节器，用于确定电源电压和DC总线电压之差并且运行转换器， 用以平衡电源电压和DC总线电压以调节通过线路电抗器的电流。
19. 如权利要求18所述的系统，其中转换器包括多个功率管电路，每个功率 管电路包括一平行连接的晶体管和二极管，并且其中电流调节器使用脉沖宽度调节以产生选通脉沖，其周期性地转换晶体管以平衡电源电压和DC总线 电压。
20.如权利要求14所述的系统，其中反向器包括多个功率管电路，每个功率 管电路包括一平行连接的晶体管和二极管，并且其中电流调节器使用脉冲宽 度调节以产生选通脉沖，其周期性地转换晶体管以平衡电源电压和DC总线 电压。
全文摘要
一种用于电梯(14)的升降马达(12)由一不稳定电源(16)供电而被持续地驱动。一再生驱动器(10)在电源(16)和升降马达(12)之间传输电力。一控制器(11)测量响应于电源电压检测改变的电源电压，并控制再生驱动器(10)，用以将电梯(14)的额定运动轮廓调节为与测量电源电压到额定电源电压的调节比率成比例。
文档编号B66B1/06GK101360674SQ200580052506
公开日2009年2月4日 申请日期2005年11月23日 优先权日2005年11月23日
发明者C·切尔温斯基, E·皮达, F·希金斯, H·金, I·阿吉尔曼, J·伊扎德, V·布拉斯科 申请人:奥蒂斯电梯公司