专利名称:电梯控制设备的制作方法
本发明涉及电梯控制设备，该电梯采用感应电动机。更明确说是涉及消除磁通量波动的电梯控制设备，磁通量波动是由于传动轴的挠曲所引起的感应电动机空气间隙变化所致。
近年来，感应电动机已经作为电梯升降机的电动机，并且，可变电压和可变频率的变换系统也已经作为控制感应电动机速度的装置，该装置可在从停止状态到全速相当宽的范围内控制感应电动机。
图1是表示普通的、采用上述感应电动机作为动力的电梯用升降机的半截面图，数字1表示升降机的底座，数字2表示安装在底座1上的感应电动机。该感应电动机2包括一个定子2a和一个转子2b，定子和转子固定在感应电动机2中心轴线的旋转轴3上。旋转轴3的一端安装在与感应电动机为一体的轴承架2C上，使得轴可通过轴承4旋转，而轴3的另一端延伸出感应电动机的外壳，并安装在轴承架5上，轴承架5固定在底座1上，使得轴通过轴承6旋转。另外，卷筒7装在轴3上，位于感应电动机2与轴承架5之间。另外，在卷筒7的边缘形成整体的制动鼓8，装有制动瓦9a的制动臂9排列在制动鼓的外圆周边，使得很容易分离和接触，并且，制动臂9由制动磁铁10驱动。
在上述结构的升降机中，缠绕在卷筒7上的主钢缆悬挂着电梯车厢和配重体，所以，电梯负荷作用在卷筒7上。因此，支撑在两端的轴3向下挠曲。当轴3向下挠曲时，感应电动机的定子2a与转子2b之间的空气间隙Ga在图2所示的上方变大，在下方变小。
相同大小的磁通势作用于感应电动机，产生旋转的磁通量。当其通过低磁阻通道时，即当磁通量如图3所示箭头方向指向下或向上时，旋转磁通量最大。当磁通量指向左或指向右时，旋转磁通量最小，因为在很长的距离内通过高磁阻的空气间隙。这种情况示于图4。
图4横座标轴表示磁通量矢量角(对于图3向下的磁通量，角度为零)，纵座标轴表示磁通量大小。相对于直线1所表示的参考磁通量，轴的挠曲所伴随的磁通量矢量是正弦波形状，当转子2b旋转一周，波形起伏两个周期，如曲线Ⅱ所示。
感应电动机产生的转矩T为T＝i2g·Φ
式中i2g为垂直于旋转磁场的次电流分量。因此，当磁通量Φ按图4曲线Ⅱ方式波动，转矩以相同的频率波动，使得乘座电梯有严重的不舒适感。
为了消除上述问题，可以考虑加强旋转轴3的强度，使得即使轴受到电梯负荷的作用也不致于挠曲。然而，这要求轴要设计成粗的，基于升降机重量的增加，故这种设计是不可行的。
附图的简要说明
图1为部份剖开的侧视图，示出了采用可变电压和可变频率转换装置的交流电动机控制系统的升降机;
图2为感应电动机部份截面示意图，示出了转子与定子之间的关系;
图3为表示转子与定子之间关系的示意图;
图4为轴挠曲时，磁通量与旋转角之间的特征图;
图5为根据本发明的电梯控制装置方案的方框图;
图6为本发明中VVVF控制装置的电路图;
图7为表示本发明中修正信号产生器的一个示例的方框图;
图8为修正增益计算电路的说明性示例的电路图，该电路由本发明中的修正信号单元组成;
图9为本发明的电梯控制设备的另一方案的方框图;
图10是表示偏转轮的缠绕方式的说明图;
图11是在采用偏转轮的情况下，电动机转子与定子之间位置关系的说明图;
图12是在采用偏转轮的情况下，本发明中修正信号产生单元的一个示例的方框图;
图13是由图12的修正信号产生单元组成的△θ分量产生电路的可行示例的电路图。
本发明已经解决了上述的、先前工作中所存在的问题，并据此提出了一种电梯控制设备。该设备中控制装置是由预定频率的正弦波或类似的修正信号叠加到平行或垂直于次级交连磁通量的分量上来控制的。由于该设备即使当感应电动机旋转轴挠曲引起空气间隙偏离时，也不会发生转矩波动，所以保证了乘座电梯舒适。
本发明优选方案
现在，将叙述与附图有关的本发明优选方案。
图5-8示出了根据本发明的电梯控制设备的一个方案。其中图5为电梯控制装置的电路图，该系统采用PWM(脉冲宽度调制)转换器控制的感应电动机来控制可变的磁通量。
参见图5，数字11代表缠绕在卷筒7上的主钢缆。在该主钢缆11的一端悬挂着电梯车厢12，而另一端悬挂配重体13。用于驱动卷筒7的三相感应电动机由可变电压和可变频率控制装置(以下简写为VVVF控制装置)14供给初级电压Vu，Vv，和Vw，其值接近分电压指令Vu＊，Vv＊和Vw＊。VVVF控制装置连接位相为R，S和T的三相电源。该VVVF控制装置14从双相/三相转换电路15得到电压指令Vu＊，Vv＊和Vw＊，双相/三相转换电路由运算放大器和乘法器、即D/A转换器组成的加法-减法器所构成。
符号16a，16b和16c标记用来导出电流反馈信号iu，iv和iw的电流变换器，电流反馈信号分别对应于感应电动机2的U相、V相和W相的初级电流。由电流变换器16a-16c得到的电流反馈信号iu，iv和iw加到三相/双相转换电路17。该三相/双相转换电路17由运算放大器和乘法器，或D/A转换器组成的加法-减法电路构成，并将电流反馈信号iu，iv和iw变换成在座标轴上的分量ides和iges，与感应电动机2的次级磁通量矢量的角频率w同步旋转。根据下式进行这一变换
方程(1)中sinθ和cosθ是将要在下面描述的函数发生器25的正弦输出。
用三相/双相转换电路17提供的信号分量ides加到减法器18上，然后，它与系数倍增电路20的输出信号有关的差信号加到积分器19上。来自积分器19的输出信号加到系数倍增电路20和除法器21上，21还有三相/双相转换电路17提供的信号分量iges。
减法器18，积分器19，系数倍增电路20和除法器21组成一个计算差角频率pws和次级磁通量的电路。除法器21的输出信号变成为差角频率RWS并且倍增电路20的输出信号是次级磁通量。在系数倍增电路中的Rr和Lr标明感应电动机2的次级电阻值和次级电感值，将分别作为控制电路的参数，采用基于实验的校准值进行高精度的矢量控制。
数字22表示用来根据差频Pws判断次级磁通量矢量角频率W的加法器，Pws是除法器21的输出信号。用直接与感应电动机连接的测速发电机26产生的旋转角速度Wr的方法得到旋转角频率，Pwr用乘法器23乘以磁极对P的数量。数字24表示积分由加法器22得到的角频率w来计算次级磁通量相角θ的积分电路。当提供由积分电路24计算的相角θ的信号时，函数发生器25提供相角为θ的正弦信号sinθ和余弦信号cosθ。正弦信号sinθ和余弦信号cosθ加到双相/三相转换电路15和三相/双相转换电路17上。函数发生器25由A/D转换器、D/A转换器、ROM组成。
数值27表示磁通量指令信号产生电路。由这一电路27产生的磁通量指令信号27a加到减法器28上，它评价磁通量指令信号27a与由修正信号产生单元29发出的修正信号29a之间的差别。评价过的差值信号由减法器与倍增电路20的次级磁通量信号相比较，以便从前者中减去后者。由此而检测到的磁通量偏离值则用来控制感应电动机2的磁通量控制电路31放大，以便在全部时间内等于预先确定的指令值，亦即在磁通量控制电路31中产生电压指令V＊des并输入到双相/三相转换电路15上。
数值32表示速度指令信号产生电路。减法器33将该电路32产生的速度指令信号Wr＊与测速发电机26产生的感应电动机的旋转速度信号Wr进行比较，检测到的速度偏差(Wr＊-Wr)输入到速度控制电路34，由此而产生相应于速度偏差的感应电动机2的转矩电流指令iges＊。此外，由速度控制电路34提交的转矩电流指令iges＊和从三相/双相转换电路17的转矩电流反馈信号iges由减法器35进行比较，以便从前者中减掉后者。由此，检测到的转矩电流偏差(iges＊-iges)被转矩电流控制电路计算，并产生出电压指令Vges＊。该电压指令Vges＊提供给双相/三相转换电路15。
磁通量控制电路31和转矩电流控制电路36产生处于两种位相的电流指令Vdes＊和Vges＊提供给双相/三相转换电路15，由它转换成处于三种位相的电压指令Vu＊，Vv＊和Vw＊，再作为速度控制指令输入到VVVF控制装置14。根据下式进行该转换
当送入三相电压指令，根据该方程，VVVF控制装置14提供初级电压Vu、Vv和Vw到感应电动机2。
在图5中，数字37表示连接在电梯车厢12上的负荷检测器，它产生相应于车厢中负荷的信号37a，负荷检测器37的负荷信号37a输入到称重电路3c，该电路根据负荷信号产生称重指令值38a，称重指令值输入到修正信号产生单元29。
如图7所示，修正信号产生单元29由2倍增益非反向放大器291，余弦发生器292，修正增益计算电路293和倍增器294构成。由积分电路24(见图5)提供的次级磁通量矢量的相角θ被增益为2的非反向放大器291放大到2θ，然后这个2θ信号转变成cos2θ后，被倍增器294乘以修正增益计算电路293的输出信号Ka，产生修正信号29a。
图8示出修正增益电路293的说明性电路图。该电路由加法器(由运算放大器OP1和电阻R1～R4组成)、放大器(运算放大器OP2和电阻R5-R7组成)和可变电阻VR(它产生与车厢负载无关而对应卷筒负荷的信号D)构成。加法器将可变电阻VR的信号D和称重电路38提供的重量指令38a这两个输入加起来，得到的结果由放大器放大，以便产生输出信号Ka。因此，由修正信号产生单元29提供的修正信号29a在相位上相等，并且数值上等于可以描述旋转轴挠曲的磁通量Φ的变化(相应于图4所示的交流成份)。
图6示出了VVVF控制装置14的说明性电路图。数字39表示功率运行转换器，它由可控硅39A-39F形成三相全波整流电路，可控硅与交流电源的R、S和T相按三相桥式连接。符号39Ag-39Fg表示可控硅39A-39F的控制极。符号40表示由可控硅40A-40F组成的三相全波整流电路的再生制动转换器，可控硅的交流端连接电源R，S，T，直流端连接功率运行转换器39的直流边。符号40Ag-40Fg表示可控硅40A-40F的控制极。另外，数字41表示滤波电容，跨接在功率运行转换器39的直流端上，数字42为电压检测器，跨接在滤波电容器41的两端，它由电阻器构成。数字43为控制极电路，接收同步角速度信号W和电压检测器的输出信号42a，然后产生对应于同步角速度信号W的触发信号43a-43l。触发信号43a-43f分别加到功率运行转换器的可控硅39A-39F的控制极39Ag-39Fg上，而触发信号43g-43l分别加到再生制动转换器40的可控硅40A-40F的控制极40Ag-40Fg。数字44表示跨接在滤波电容41上的转换器。转换器包括6个晶体管44A-44F，每组有两个串联的晶体管，然后三组相互并联。另外，二极管39a-39f分别与晶体管44A-44F并联连接。因此，从串联连接的晶体管44A与44D，44B与44E，44C与44F的接点分别提供交流输出电压Vu，Vv和Vw。除此之外，数字45表示基极驱动电路，它接收来自双相/三相转换电路15的初级电压指令值Vu＊，Vv＊和Vw＊，然后产生基极驱动信号45a-45f。每个基极驱动信号45a-45f加到转换器44的晶体管44A-44F的基极44Aa-44Fa。
下面将解释如上述构成的本发明方案的工作方法。
当磁通量指令信号产生电路27发出磁通量指令信号27a时，它的修正信号产生单元29的修正信号29a被减法器28减去，接着，在减法器30中将差值信号与来自倍增电路20的磁通量信号20a比较，即根据流经感应电动机2的实际电流而计算的磁通量，以使从前者中减去后者。因而输出了两者之间差值信号，这一差值信号通过磁通量控制电路31输入到双相/三相转换电路15。
一方面，由速度指令信号产生电路32提供的速度指令值Wr＊输入到减法器33中，并与来自测速发电机26的速度信号Wr比较，以便从前者中减去后者，于是，差值信号作为两者之差输出。这一差值信号被速度控制电路34处理成为转矩电流指令iges＊再输入到减法器35。在减法器35中，iges＊与来自三相/双相转换电路17的转矩电流反馈信号iges即实际流过电动机2的电流的转矩分量进行比较，以便从前者中减去后者。于是，这两者之差的差值信号由转矩电流控制电路36作为电压指令Vges＊输入到双相/三相转换电路15。
另一方面，用乘法器23将速度信号Wr乘以磁极对数P所得到的旋转角频率Pwr用加法器22相加时，差频信号Pws变成同步角速度信号。除此之外，该角速度信号W被积分器24积分，由此而变成相应于旋转角θ的旋转角信号。相应于旋转角θ的sinθ信号25a和cosθ信号25b由正弦。余弦变换器25计算，然后送到双相/三相转换器路15以及三相/双相转换电路17。
双相/三相转换电路15转换sinθ信号25a，cosθ信号25b并以电压指令值Vdes＊和Vges＊为其输入信号以提供初级电压指令值Vu＊，Vr＊和Vw＊，这些信号加到VVVF控制装置14上。
控制极电路43根据电压检测器42的输出信号42a和同步角速度信号w判定电动机2是处于功率运行状态还是再生制动状态。如果是功率运行状态，触发信号43a-43f加到功率运行转换器39上;而若为再生制动状态，则触发信号43g-43l到再生运行转换器40上。因此，改变滤波电容器41的端电压进行所谓的PAM(脉冲幅度调制)控制基极。基极控制电路45根据初级电压指令值Vu＊，Vv＊和Vw＊将基极驱动信号45a-45f加到转换器44上，以便进行所谓的PWM(脉冲宽度调制)控制。
因此，VVVF控制装置14产生电压可变和频率可变的交流输出电压Vu，Vv和Vw，驱动感应电动机2，于是车厢12以高精度自动控制的速度运行。此时的磁通量指令是为参考的磁通量指令信号27a减去修正信号29a所得到的。并且，修正信号29a具有消除由于旋转轴所致的磁通量波动的频率、位相和幅值。所以，既使与轴挠曲造成转子位置改变有关的空气间隙改变，实际的磁通量也没有受到转矩的波动。因此，可以使乘座电梯舒适。
图9示出了本发明的电梯控制设备的另一个方案。
在该图中，如图5的相同符号表示相同部份。与图5不同之处是在耦合磁通量控制电路31和双位相/三位相转换电路15的信号线上，插入减法器46，以使从磁通量控制电路31的输出信号中减去修正信号发生单元29的修正信号29a。
由于采用了这种方案，可以预计得到与图5所示方案相同的效果。
虽然没有进行解释，但也可以允许从速度控制电路34的输出信号或转矩电流控制电路36的输出信号中减去修正信号29a。而磁通量值，乘法电路20的输出信号和旋转角θ已经由前述方案中的信号发生器评价了，这些值完全可以由霍尔元件或解析装置直接检测。
图10-13示出了在采用偏转轮情况下产生修正信号的方法。如图10所示，主钢缆11缠绕在卷筒7和偏转轮47上。车厢12与主钢缆的一端固定并悬挂在卷筒7的一侧，而配重13与主钢缆的另一端固定并悬挂在偏转轮47的一侧。结果，由于偏转轮47挠曲方向的力与垂直方向的力和如图11所示的挠曲力的合成矢量作用，旋转轴3下降。此时，合成矢量的方向定义一个角度，近似等于挠曲角θd的1/2。因此，磁通量最小时的旋转角与图3所示的情况相比，移动△θ。图12示出了产生具有△θ分量补偿修正信号的修正信号产生单元29的一种实用电路。
图12中，与图7相同的符号标示相同部份。为了补偿△θ分量，减法器295装在非反向放大器291的输入边。该减法器295由△θ分量产生电路296提供△θ角，并从相应于θ的旋转角信号中减掉相应于△θ分量的信号。其差输入到非反向放大器291中，然后通过余弦发生器292以及放大器294。因此，输出了具有△θ分量补偿的修正信号29a。
图13示出了△θ分量产生电路296的一种可行示例。该电路由直流电源E和可变电阻VR1构成。
如上所述，根据本发明，产生修正信号以便修正磁通量波动引起的转矩波动，转矩波动是由于升降机旋转轴的挠曲使感应电动机空气间隙改变所致，于是修正信号输入到控制装置内。所以，既使发生轴的挠曲，也可以避免转矩的任意波动，故可以达到乘座电梯舒适的目的。
权利要求
1、在电梯控制设备中，感应电动机的初级电流被平行于和垂直于次级交连磁通量的分量所分别控制；电梯控制设备的特点是产生具有预先确定频率相位和幅值的修正信号，消除由于电梯负荷作用而引起升降机旋转轴挠曲所致的感应电动机磁通量波动。来自上述装置的修正信号将叠加在平行和垂直于次级交连磁通量的分量上，以便控制初级电流。
2、根据权项1的电梯控制设备，还包括旋转轴挠曲检验装置，以检测轴的挠曲，修正信号发生装置接收前述的挠曲检测装置产生的轴挠曲检测信号后，发出修正信号。
3、根据权项2的电梯控制设备，还包括磁通量指令信号产生装置，以产生马达用的磁通量指令信号，磁通量检测装置检测在前述电动机中的实际磁通量，然后产生表示检测到的磁通量信号，说明接收两个信号和产生一个控制前述电动机的信号，以使磁通量检测信号与磁通量指令信号相同。
4、根据权项2的电梯控制装置，在其内修正信号与前述的磁通量指令信号产生装置所提供的磁通量指令信号组合起来，然后该组合信号加到控制信号产生装置，作为磁通量指令信号。
上述的修正信号产生装置通过接收磁通量检测信号来产生修正信号。
5、根据权项3的电梯控制设备，在其内加到修正信号产生装置上的磁通量检测信号是表达上述电动机次级磁通量矢量的相位信号。
6、根据权项3的电梯控制设备，在其内磁通量检测装置检测流经上述电动机的电流，并根据检测到的电流值产生磁通量检测信号。
7、根据权项2的电梯控制设备，在其内前述的旋转轴挠曲检测装置包括负荷检测器，它检测电梯车厢内的负荷并产生表达负荷的信号。
8、根据权项7的电梯控制装置，在其内前述的修正信号产生装置包括产生相应于作用在旋转轴上的负荷，而不计车厢内负荷的装置，以及根据产生前述的信号和车厢负荷信号两者而发出表达旋转轴挠曲的信号。
9、根据权项1的电梯控制装置，在其内前述的修正信号产生装置包括补偿信号产生装置，以补偿与作用在旋转轴上挠曲力方向一致的修正信号。
10、根据权项9的电梯控制装置，在其内电梯的升降机包括旋转轴和偏转轮，并且测定了与垂直方向的合成矢量方向一致和前述偏转轮挠曲方向一致的补偿信号。
专利摘要
电梯控制装置内的感应电动机的初级电流分别由垂直于次级交连磁场平行的分量和垂直的分量控制，具有产生预定的频率、位相和量级的修正信号装置，消除了由于电梯负荷作用引起的升降机旋转轴挠曲所致的感应电动机磁通量的波动。来自该装置的信号叠加在平行或垂直于次级交连磁通量的分量上，以便控制初级电流，这种控制消除了转矩的任何波动，因而使乘座电梯感到舒适。
文档编号B66B1/30GK85102912SQ85102912
公开日1986年10月15日 申请日期1985年4月18日
发明者釜池宏 申请人:三菱电机株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan