专利名称：利用优化运动轮廓的节能的制作方法
技术领域：
本发明涉及电梯，并且更具体地涉及在电梯运行期间的能量损耗。
背景技术：
典型的电梯系统包括通过绳索附连到配重的电梯轿厢。升降马达和制动器一起作用来使电梯轿箱和配重在电梯井中上下移动。电梯驱动器和控制器提供能量给电梯系统并且控制电梯系统的操作。自然地，需要能量来操作升降马达、制动器以及电梯系统的剩余部分。使用的能量中的一些做有用功，而其他使用的能量在操作期间大部分作为热简单地损失。在再生电梯系统中，升降马达可以定期采用再生模式工作来挽回使用的能量中的一些。一些系统尝试减少在操作期间使用的能量的量。例如，一些电梯控制器采用智能的方式对不同的层调派不同的电梯轿箱来避免多余的行程并且减少整个系统使用的能量。 然而，即使当轿箱没有智能地调派时，能量损耗仍发生在每个电梯运行中。一些电梯系统尝试用能量高效运动参数来操作，但这些系统没有调整运动参数来减少对于进行具体运行的具体系统的能量损耗。因此，不期望但能预防的能量损耗持续发生。
发明内容
根据本发明，电梯系统包括轿箱、用于升起和降低轿箱的升降马达、用于限制轿箱移动的制动器、用于选择运行目的地的输入装置以及控制器。该控制器从该输入装置接收命令并且控制该升降马达和该制动器的操作。该控制器具有损耗减少模式，其中该控制器对于运行选择速度轮廓(velocity prof ile)，其根据轿箱负载、运行方向和运行距离而变化来减少对于该运行的组合能量损耗集合。
图1是本发明的电梯系统的框图。图2A是图示当采用正常模式操作时对于以轻负载向上运行的速度轮廓和功率损耗曲线的曲线图。图2B图示当采用损耗减少模式操作时对于以轻负载向上运行的速度轮廓和功率损耗曲线的曲线图。图3A是图示当采用正常模式操作时对于以重负载向上运行的速度轮廓和功率损耗曲线的曲线图。图;3B是图示当采用损耗减少模式操作时对于以重负载向上运行的速度轮廓和功率损耗曲线的曲线图。图4A是图示当采用正常模式操作时对于以平衡负载向上运行的速度轮廓和功率损耗曲线的曲线图。图4B图示当采用损耗减少模式操作时对于以平衡负载向上运行的速度轮廓和功率损耗曲线的曲线图。
图5是图示操作图1的电梯系统来选择速度轮廓的方法的流程图。
具体实施例方式图1是电梯系统10的框图，其包括电梯轿箱12、配重14、绳索16、滑轮18和20、 驱动槽轮22、升降马达24、编码器26、制动器28、制动器开关30、负载称重装置32、再生驱动器34 (其包括转换器36、逆变器38和具有电容器42的DC总线40)、控制器44 (其包括电梯控制46和再生驱动器控制48)和用户界面50。在图1中示出的图中，轿箱12和配重14以2 1的绳索配置从绳索16上悬挂。 绳索16从固定附连物52向下延伸至滑轮18，然后向上越过槽轮22、向下至滑轮20，并且向上至负载称重装置32以及固定附连物54。可使用其他绳索设置，其包括1 1、4 1、 8 1以及其他。当槽轮22在一个方向上旋转时，向上驱动电梯轿箱12，并且向下驱动配重14。当槽轮22在相反方向上旋转时，向下驱动电梯轿箱12并且向上驱动配重14。配重14选择为近似等于电梯轿箱12连同平均数量的乘客(通常估计为最大负载的50% )的重量。负载称重装置32连接到绳索16来提供电梯轿箱12和它的乘客的总重的指示。负载称重装置 32可位于多种不同的位置，例如终端索结(dead end hitch)、绳索16上、在电梯轿箱12顶部、在电梯轿箱12的轿箱平台下面等。负载称重装置32提供感测的负载重量给再生驱动器34。驱动槽轮22连接到升降马达24，其控制电梯轿箱12的移动速度和方向。升降马达24是例如永磁同步机，其可作为马达或作为发电机操作。当作为马达操作时，升降马达 24从再生驱动器34接收三相AC输出电力来使驱动槽轮22旋转。升降马达24的旋转方向取决于三个AC电力相的相位关系。再生驱动器34从主电源MP接收电力，该主电源MP可以是用于供应三相AC电力给再生驱动器34的公用电网。转换器36将三相AC电力转换为 DC总线40上的DC电压。DC总线40可以包括一个或多个电容器42，其存储电力用于一个或多个目的，例如来平滑DC总线40上的电力。DC总线40上的DC电压然后转换回适合用于驱动升降马达24的三相AC电力。当升降马达24正作为发电机操作时，电力在相反的方向上移动。驱动槽轮22使升降马达24旋转并且使三相AC电力从升降马达24输送到再生驱动器34的逆变器38。逆变器38将三相AC电力转换为DC总线40上的DC电压。转换器36然后将DC总线40上的 DC电压中的一些或全部转换为适合用于返回到主电源MP的三相AC电力。在图示的实施例中，再生驱动器34将再生电力中的大部分发送回主电源MP，其中仅少量的再生电力保存在 DC总线40的电容器42上。在备选实施例中，再生驱动器34可以除使电力返回主电源MP 之外还使再生电力返回例如能量存储系统(未示出)等二次电源，或使再生电力返回例如能量存储系统(未示出)等二次电源来代替使电力返回主电源MP。控制器44与电梯系统10中的各种部件通信，其包括再生驱动器34、编码器26、制动器28、制动器开关30、负载称重装置32和用户界面50。控制器44的电梯控制46从例如用户界面50等输入装置接收输入。用户界面50可以包括例如厅门呼叫按钮等用户输入装置以及电梯轿箱12内的控制面板上的其他输入装置。电梯控制46确定电梯轿箱12应该移动的方向以及电梯轿厢12应该停靠的层。电梯控制46然后输送控制信号给再生驱动器控制48。再生驱动器控制48然后提供控制何时以及在什么方向上驱动电梯轿箱12并且还控制何时抬起制动器观来允许电梯轿箱12移动、以及何时落下制动器观来限制电梯轿箱 12移动的信号给再生驱动器34。制动器28防止马达M和驱动槽轮22旋转。制动器28是电致动的制动器，当电力由再生驱动器34输送给制动器观时，抬起该致动器或维持该制动器使其与马达轴不接触。当电力从制动器观去除时，制动器落下或接合升降马达M的轴(或到轴的附连物) 来防止旋转。制动器开关30监测制动器观的状态，并且提供输入给再生驱动器34。编码器沈安装在升降马达M的轴上并且提供编码器信号给再生驱动器控制48。 编码器信号允许再生驱动器34实现定子电流与转子磁体之间正确的相位关系，通常称为场定向。编码器26还提供编码器脉冲来提供速度反馈，使得实际电梯速度可以控制成遵循指定速度。驱动升降马达M所需要的电力随电梯轿箱12移动的加速度和方向以及电梯轿箱 12中的负载而变化。例如，如果电梯轿箱12正加速，或在电梯轿箱12和它的负载具有大于配重14的重量的组合重量的情况下向上运行，或在电梯轿箱12和它的负载具有小于配重 14重量的重量的情况下向下运行，需要来自再生驱动器34的电力来驱动升降马达M，这进而使驱动槽轮22旋转。如果电梯轿箱12正处于调平，或以平衡负载以固定速度运行，升降马达M可需要来自再生驱动器34的较少量的电力。如果电梯轿箱12正减速，或在电梯轿箱12和它的负载具有大于配重14的重量的情况下向下运行，或在电梯轿箱12和它的负载具有小于配重14的重量的情况下向上运行，电梯轿箱12驱动槽轮22和升降马达M。在该情况下，升降马达M作为发电机操作来产生供应给再生驱动器34的三相AC电力。在典型的一天中，由电梯系统10所做的功的总和平均近似为零。这是因为到这一天结束时，由于用于抬起质块的能量当那些质块下降时被再生，驱动和再生大体上应该抵消。例如，在典型的办公室建筑中，早上沿该建筑向上提起的质块在这一天结束时下降。在材料正被移进建筑的情况下，净功将是正的，然而该功是不能避免的并且提供直接值给用户。从而，不期望由电梯系统10消耗的能量的大部分将归因于电梯系统10中的能量损耗。 因此，减少电梯系统10中的能量损耗对减少电梯系统10中使用的总能量具有主要影响。电梯系统10中的能量损耗的一个主要方面是升降马达M和制动器观中的机器损耗。升降马达对具有来自绕组的电阻加热的一组损耗，通常称作“铜耗”。在例如升降马达M等永磁机中，电流与扭矩成正比并且铜耗与由升降马达M产生的扭矩的平方直接相关。由升降马达M产生的扭矩与电梯轿箱12和配重14之间的负载的不平衡加上加速扭矩成比例。铜耗可以近似为铜耗=(Kl*(L-Lb)+K2* 加速度)~2从系统参数和机器参数计算常数Kl和K2。L-Lb是电梯轿箱12中的实际负载L 与将平衡电梯轿箱12与配重14的平衡负载Lb之间的差。最终，铜耗独立于速度在低值的扭矩下减少。因为加速度可以具有正或负符号，可以对该方程代数求解来找到导致在电梯操作的加速或减速阶段期间而不是同时两个阶段期间的零铜耗的加速度值。当加速度= (Kl*(L-Lb))/(-K2)时，零铜耗发生。如果在加速期间铜耗是要考虑的唯一损耗，这将是最佳加速度。然而，因为加速度影响运行时间、速度和其他参数，单独优化铜耗是不适当的。升降马达M具有另一组损耗，通常称作“铁耗”或“芯耗”。铁耗是因为在铁中磁场的反转引起升降马达M中的涡流而发生，并且是马达速度的函数。该铁耗可以近似为铁耗=K3*速度"K4从给定的升降马达M的特定机器参数计算常数Κ3和Κ4。例如，由康涅狄格州法明顿的Otis电梯公司制造的PM 138永磁马达具有大约1.3的Κ4值。最终，铁耗很大程度上独立于加速度在低值速度下减少。制动器观具有由于升起和落下制动器观而产生的损耗。当制动器观接合(落下)时，典型地没有使用能量。当制动器观抬起时，使用电力以用于保持制动器观不接合直到运行结束，这时制动器观再一次落下。在许多电梯系统10中，制动器功率损耗在任何给定时间是常数，近似为制动器功率=Κ5 在电梯系统10的其他实施例中，制动器28具有两个功率常数，一个基于抬起制动器观所需要的功率并且另一个基于对于运行过程保持制动器观所需要的功率。在两个情况下，制动器损耗独立于速度和加速度针对较短的运行时间而减少。总的一起，总机器功率损耗近似为Ptotal = (Kl* (L-Lb) +K2* 加速度)~2+Κ3* 速度"Κ4+Κ5对于给定运行的实际能量损失是对于该运行的功率损耗曲线的时间积分。对于运行的机器损耗的减少可通过选择速度轮廓来减少功率损耗曲线下面的面积而实现。这可以通过观看对于不同运行的特定速度轮廓和功率损耗曲线而更好地理解。图2Α-4Β是图示对于以不同的负载向上运行6米(m)长的速度轮廓100和功率损耗曲线102的曲线图。这些运行分解为以下段第一等加加速J1、等加速A、第二等加加速 J2、勻速V、第三等加加速J3、等减速D和第四等加加速J4。图2A是图示采用正常模式操作时对于以轻负载的向上运行的速度轮廓100和功率损耗曲线102的曲线图。以重负载的向下运行将看上去相似。该负载是最大额定负载的 20%。在正常模式中，对于速度轮廓段的实际值是
速度轮廓段值
~2. 5(m/s"3)
~l(m/s"2)
~Y2-2. 5(m/s"3)
~~V1. 75(m/s)
~~J^-2. 5(m/s"3)
~-l(m/s"2)
~2. 5(m/s"3)该正常模式运行具有大约8，666焦耳的机器损耗并且花费大约5. 6秒。最大功率
7损耗在等减速D期间发生。因为该负载比平衡负载较轻，总的来说，该向上运行实际上将再生能量。但是，这些机器损耗可以降低，这使较多的能量转换为再生电力。图2B是图示在采用损耗减少模式操作时以轻负载的向上运行的速度轮廓100和功率损耗曲线102的曲线图。该负载再次是最大额定负载的20%。在损耗减少模式中，对于速度轮廓段的实际值是
权利要求
1.一种电梯系统，其包括轿箱；升降马达，用于升起和降低所述轿箱；制动器，用于限制轿箱移动；输入装置，用于选择运行目的地；以及控制器，用于从所述输入装置接收命令并且控制所述升降马达和所述制动器的操作， 其中所述控制器具有损耗减少模式，其中所述控制器对于所述运行选择速度轮廓，其根据轿箱负载、运行方向和运行距离而变化来减少对于所述运行的组合能量损耗集合。
2.如权利要求1所述的电梯系统，其中所述组合能量损耗集合包括马达损耗、制动器损耗和驱动器损耗。
3.如权利要求1所述的电梯系统，其中所述组合能量损耗集合在所述损耗减少模式中的一组约束内大致上最小化。
4.如权利要求3所述的电梯系统，其中所述一组约束包括对所述运行的速度、加速度、 加加速度和时间的限制。
5.如权利要求1所述的电梯系统，并且其进一步包括再生电梯驱动器，用于当采用驱动模式操作时驱动所述升降马达以及用于当采用再生模式操作时输送再生电力给电源。
6.如权利要求1所述的电梯系统，其中所述控制器进一步具有正常模式，在正常模式中对于所述运行的正常速度轮廓具有大于在所述损耗减少模式中选择的所述速度轮廓的组合能量损耗集合的组合能量损耗集合。
7.如权利要求6所述的电梯系统，其中在所述损耗减少模式中选择的所述速度轮廓的一部分在所述运行的起始或结束处具有比在对于所述运行的所述正常模式中选择的所述正常速度轮廓的对应部分要大的加加速度值。
8.如权利要求6所述的电梯系统，其中在所述损耗减少模式中选择的所述速度轮廓的一部分具有比在对于所述运行的所述正常模式中选择的所述正常速度轮廓的对应部分要大的减速度幅度。
9.一种电梯系统，其包括轿箱；升降马达，用于升起和降低所述轿箱；制动器，用于限制轿箱移动；输入装置，用于选择运行目的地；以及控制器，用于从所述输入装置接收命令并且控制所述升降马达和所述制动器的操作， 其中所述控制器具有正常模式，其对于所述运行选择第一速度轮廓；和损耗减少模式，其对于所述运行选择第二速度轮廓，其中所述第二速度轮廓对于所述运行使用比所述第一速度轮廓的能量较少的能量，并且其中所述第二速度轮廓具有比所述第一速度轮廓要大的最大加加速度幅度。
10.如权利要求9所述的电梯系统，其中所述第二速度轮廓根据轿箱负载、运行方向和运行距离而变化来减少组合能量损耗集合，其包括对于所述运行的马达损耗、制动器损耗和驱动器损耗。
11.如权利要求9所述的电梯系统，其中所述组合能量损耗集合在所述损耗减少模式的预定约束集合内大致上最小化。
12.如权利要求9所述的电梯系统，并且其进一步包括再生电梯驱动器，用于当采用驱动模式操作时驱动所述升降马达以及用于当采用再生模式操作时输送再生电力给电源。
13.如权利要求9所述的电梯系统，其中在所述第一速度轮廓的起始时的加加速度和其结束时的加加速度分别具有比在所述第二速度轮廓的起始时的加加速度和其结束时的加加速度要大的幅度。
14.一种用于操作电梯的方法，所述方法包括 在电梯轿箱中接收对于运行的命令；选择作为运行方向、运行距离和轿箱负载的函数的速度轮廓来减少对于该运行的组合能量损耗集合；以及根据选择的速度轮廓控制所述电梯轿箱的运动。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述组合能量损耗集合包括马达损耗、制动器损耗和驱动器损耗。
16.如权利要求14所述的方法，并且其进一步包括在选择所述速度轮廓之前，基于所述运行方向、运行距离和轿箱负载确定对于多个潜在速度轮廓的所述组合能量损耗集合。
17.如权利要求16所述的方法，其中确定所述组合能量损耗集合包括确定用于使所述电梯轿箱在所述运行的过程中移动的永磁马达的铜能量损耗和铁能量损耗；确定用于在所述运行的过程中操作制动器的能量损耗；确定用于在所述运行的过程中操作电梯驱动器的切换能量损耗；以及计算包括对于所述永久马达、所述制动器和所述电梯驱动器的损耗的所述组合能量损耗集合。
18.如权利要求14所述的方法，其中对于选择的所述速度轮廓的所述组合能量损耗集合比正常速度轮廓的所述组合能量损耗集合要小。
19.如权利要求14所述的方法，其中组合能量损耗在预定约束集合内最小化，该预定约束集合包括对速度、加速度、加加速度和时间的限制。
20.如权利要求14所述的方法，并且其进一步包括在选择所述速度轮廓之前确定是采用正常模式还是采用损耗减少模式使所述电梯轿箱移动。
全文摘要
电梯系统包括轿箱、用于升起和降低该轿箱的升降马达、用于限制轿箱移动的制动器、用于选择运行目的地的输入装置，以及控制器。该控制器从该输入装置接收命令并且控制该升降马达和该制动器的操作。该控制器具有损耗减少模式，其中该控制器对于运行选择速度轮廓，其根据轿箱负载、运行方向和运行距离而变化来减少对于该运行的组合能量损耗集合。
文档编号B66B1/06GK102471010SQ200980160536
公开日2012年5月23日 申请日期2009年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者R·K·普林, R·N·法戈 申请人:奥的斯电梯公司