专利名称:交流电梯的控制装置的制作方法
本发明涉及到一种用于交流电梯的控制装置，其中用于操纵电梯车箱的感应电动机是由可变频率电源驱动的。
交流电梯是这样的一种电梯使用感应电动机作为驱动电梯车箱的电动机，而该感应电动机由一个可变频率电源的输出供电，从而通过变化转差频率(Slip frequeney)来实现其转矩控制。在这方面，已经提出了一种方法，该方法控制加到感应电动机上电源的频率和电压，以防止感应电动机在制动方式或卸载运行(重负载下降运行或轻负载上升运行)时产生再生功率。
图2是一个感应电动机简化了的等效电路图，用来解释上述防止产生再生功率的方法。图中，符号l1和l2分别表示感应电动机原边和付边的漏感，符号r1和r2分别表示原边和付边上的电阻。字母s表示滑差，字母V和I分别表示加到感应电动机上的电压和流过它的电流。
这里，假设滑差S为S＝-r2/r1…(1)则机械输入(Mechanical imput)Pm为Pm＝ (1-S)/(S) r2·I2＝-(r1+r2)I2…(2)另一方面，感应电动机消耗的电功率为PE＝(r1+r2)I2…(3)
以使机械输入和感应电动机中的功率消耗相等。因此，当感应电动机运行在满足等式(1)的滑差状态时，感应电动机不产生再生功率，电功率的提供不是必须的。同时，令Wr代表转子的旋转角速度，和WO代表输入角频率，则感应电动机产生由下式给定的转矩TT =Pmωr=1( 1 - s ) ω0·1 - ss· r2I2=roωosI2… ( 4 )]]>把等式(1)代入等式(4)则T = (r1)/(ωo) I2…(5)另外，当等式(1)中指出的S＝-r2/r1应用于图2时，则得到下面的电压V和电流I之间的关系式V＝(l1+l2)ωOI …(6)当将等式(6)代入等式(5)时，得到下列等式T = - 1/(ωO3) · ( (r1)/(l1+l2) )·V2…(7)这样，通过基于转矩指令控制电压V，即可防止产生再生功率。
但是，就上述的控制方法而言，正如等式(7)所指出的，转矩T与输入角频率WO的三次方成反比，因此，其控制能力是很差的。另一个问题是，当滑差S根据转矩指令从运行转换到制动而逐步变到由等式(1)指出的值时，由于转子中存在剩余电流或剩余磁场，流过原边的电流会产生一个瞬时转矩，因此，使电梯乘坐者感到不舒服。
本发明旨在解决先有技术中的上述问题，并为提供这样一种用于交流电梯的控制装置作为其目标这种装置防止了电梯在慢降方式和卸载运行时产生再生功率，并确保良好的控制能力及使乘坐舒适。
根据本发明用于交流电梯的控制装置，执行这样一种控制，以使在引起感应电动机产生控制转矩情况下，与电流指令值一致的电流可以加到感应电动机，该电流指令具有不致引起再生功率的频率和基于转矩指令的幅度。
用于交流电梯的控制装置具有这样的结构，以致电流本身是受控制的，因此，与先有技术相比，转矩的控制能力大为增强。此外，在从运行转换到制动时，不用担心会出现附加的转矩。因此，该电梯控制装置能够得上“乘坐舒适”。
图1是根据本发明的用作交流电梯控制装置的一个实施例的电路图;
图2是一个感应电动机的简化了的等效电路图，用以解释先有技术中交流电梯控制装置的控制方法的原理;
图3示出了一个控制补偿器的内部结构的电路图;
图4是图3中控制补偿器的输出的示意图;
图5是一个电路图，示出了选择开关的一个可实际操作的电路例子;
图6是一个感应电动机的等效电路图;
图7是一个电路方块图，示出了运行侧电流指令发生器的内部配置;
图8是一个电路方块图，示出了制动侧电流指令发生器的内部配置。
图1是根据本发明用于交流电梯控制装置的一个实施例的电路图。参照图1，数字1表示一个减法器，该减法器从角速度指令信号Wp中减去转速发生器14(下面要说明)提供的实际速度信号Wr。数字2是一个控制补偿器，该补偿器对减法器1的输出信号进行相位补偿。数字3是一个运行侧电流指令发生器，该发生器接收实际速度信号Wr和来自控制补偿器2的转矩指令信号T，从而导出一个运行方式的瞬时电流指令值IA。数字4表示制动侧瞬时电流指令发生器，该发生器接收转矩指令信号T和实际速度信号Wr，从而导出一个制动方式的电流指令值IB。开关5或是选择运行方式的电流指令值IA，或是选择制动方式的电流指令值IB，这是根据来自控制补偿器2的转矩指令信号T的符号来转换的。
该实施例还包括减法器6，该减法器从由开关5所选择的电流指令值IA或IB中减去电流检测器15(下面要说明)的输出;一个脉冲宽度调制器7(它接收减法器6的输出信号，并对其进行脉冲宽度调制;以及一个由脉冲宽度调制器控制的变换器8。交流电梯包括一个感应电动机9，该电动机由一个可变电压和可变频率的电源驱动，一个由感应电动机9驱动的滑轮10，环绕滑轮的是钢绳13，其两端固定有电梯车箱11和重块12。转速发生器由数字14示出，数字15为电流检测器。
在上述结构的交流电梯控制装置中，当来自控制补偿器2输出的转矩指令信号T为正时，(控制补偿器2接收从角速度指令信号Wp中减去实际角速度信号Wr的输出信号)，即，要产生运行转矩的情况，则开关5选择电流指令值IA，该值是由运行侧电流指令发生器3接收转矩指令信号T和实际速度信号Wr而产生的。开关5的输出信号在减法器6中与电流检测器15的输出信号相减，即，与实际电流相比较，随后把一个必要的电流指令加到脉冲宽度调制器7上。脉冲宽度调制器7根据所要求的电流指令控制变换器8，从而控制从变换器8加到感应电动机9的电流，以便控制要产生的转矩。
下面，说明来自控制补偿器2的转矩指令信号T为负时产生控制转矩的情况，根据下列方程可由实际速度信号Wr得到速度指令信号WOωr＝(1-S)ωO…(8)把S＝-r2/r1代入方程(8)则ωO＝ωr/(1+r2/r1) …(9)另一方面，根据前述的方程(5)，可以转矩指令信号T得到下式I = KT · ωO… ( 10 )]]>
从而，制动侧电流指令发生器4产生的瞬时电流指令值IB，(该值具有分别从方程10和方程9得到的幅度和角频率)通过开关5加到减法器6。减法器6得出瞬时电流指令值IB和由电流检测器15产生的实际测量值之间的差值，并通过脉冲宽度调制器7将其加到变换器8，从而把要加到感应电动机9的电流值控制到一个目标值。
对上述实施例，有关通过开关选择运行方式和制动方式各自的电流指令值IA和IB的情况已经作了说明，但本发明并不限于此。无需多说，假如使用微计算机或类似的装置，则用来产生电流指令值的计算可根据转矩指令信号的符号来改变。
下面，对图1所示电路的一些基本组成单元加以详细说明。
控制补偿器2用于提高速度反馈控制的控制性能。虽然根据被控制系统的特性，可以有各种各样的补偿方法，在实际中利用软件技术能获得所需要的功能，但这里仍以一种硬件设计为例来说明。
图3示出了控制补偿器2的一个例子，该补偿器包括一个运算放大器A，一个电容器C2和电阻R0，R1和R2。
该电路的传递函数F(S)由下式给出F(S)= (R1)/(RO) x (T2S+1)/(T1S+1)这里T1＝(R1+R2)×C2和T2＝R2C2。该电路产生一个如图4所示的输出。速度指令与实际速度之间的偏差并不直接作为转矩指令来使用，而是使偏差随时间的变化是慢化的，以便稳定速度控制。
图3的补偿器用来提升低频区域的增益，以便减少一个固定的偏差。
控制补偿器2的输出变成转矩指令，并根据输出的符号改变必需的控制。该控制变化最好以软件的形式来实现。但是，这里为便于理解，仍参照图5的电路来加以说明。
在图5中，符号R表示一个电阻，符号RL是一个响应图1中的选择开关5的继电器，符号Tr是一个晶体管，及符号D为一个二极管。
当控制补偿器2的输出T为正时，晶体管Tr转为“导通”，使继电器RL通电，使图1中的该开关A-C相连。
另一方面，当输出T为负时，晶体管Tr转为“截止”，继电器RL不通电，使图1中的该开关B-C相连。
控制变化是由如此的操作来实现的。
现已提出了各种形式的运行侧电流指令发生器3，并常常采用软件技术来实现。但是，这里举例说明的是一个采用硬件电路的例子。
在描述一个可实用的电路之前，先说明一个感应电动机的等效电路。
图6中，符号LO表示感应电动机的激磁电感，符号r2是其付边的电阻。
电动机的输出PO为Po＝ (1-S)/(S) r2I2T…(11)另一方面，当电动机的角速度由Wr表示时，输出转矩T由下式给定T =POωr=1ωo( 1 - s )·1 - ssr2IT2T =r2ωsIT2… ( 12 )]]>这里，WS表示滑差频率，并由WO＝WOS表达。
其次，鉴于图6的等效电路，下式成立IOωOLO= (r2)/(s) IT于是IT= ωS· (LO)/(r2) ·IO… (13)
从方程(12)和(13)得T= (LO2)/(r2) ·IO2·ωS…(14)因此，假定IO恒定，则T＝K1·ωS…(15)同样的，从方程(13)得IT＝K2·ωS…(16)等式(15)和(16)指明假设电流IO恒定，即，假设磁通量(φ＝IOLO)恒定，则转矩T与滑差频率成比例，而付边电流同样比例于W2。
因此，如图7所示，当根据转矩指令信号T＊，产生滑差频率指令信号WS＊和付边电流指令信号IT＊时，电动机就能产生所希望的转矩。
图7中，电路K1和电路K2分别依照方程(15)和(16)计算并输出WS＊和IT＊。要加到电动机上的一个角速度指令信号WO＊是通过把实际角速度Wr加到信号WS＊来得到的。信号WO＊输入到一个电压一频率变换器V/F，该变换器输出的脉冲频率随输入信号而变。这些脉冲被输入到一个计数器CWT，计数器的输出使存贮器ROM产生一个(如贮存其内的)代表单位正弦波的二进制信号。所产生的输出通过一个数-模转换器D/A，转换成单位正弦波的模拟信号。
另一方面，付边电流指令信号IT＊通过一个非线性放大器AMP而变成原边电压指令信号I1＊。信号I1＊对D-A转换器D/A的输出幅度进行调制，形成一个要加到电动机的原边电流指令i1＊的模拟值。
当在各个相位均配置这样的电路时，就能产生一个要加到电动机的三相电流指令。
制动边电流指令发生器4的配置示于图8。电路K3提供一个比例于实际角上速度Wr的频率指令信号WO＊，为进行比例计算的常数K3，由下式表示K3= 1/(1 + r2/r1)同样，电路K4计算并产生电流指令I1＊，该电流指令比例于电动机的转矩指令信号T＊。
由于其它电路与图7中的相应电路相同，就不再详细说明了。
如上所述，作为根据本发明的交流电梯控制装置，流过感应电动机的电流本身是受控制的，因此，明显地增强了转矩的控制能力。另外的显著效果是，由于在从运行到制动的转换中防止了附加转矩的出现，交流电梯能受控的同时得到舒适乘坐。
更准确地说，本发明的电流控制型变换器不象先有技术的电压控制型变换器，在电压控制型变换器中，转矩指令从正变到负时，产生一个对应于负的转矩指令幅度的电压。然而，由正转矩指令产生的流过电动机转子的电流仍瞬时地存在，它引起电流流过电动机定子侧。该电流被加到主电流上，从而产生了瞬时转矩。
相反，就本发明描述的电流控制型变换器来说，流过的仅仅是对应于转矩指令的电流，而没有不必要的电流，因止，能防止产生瞬时转矩。
权利要求
1.在一个交流电梯的控制装置中，具有一个可变频率电源，该电源由直流电变换成所需频率的交流电，一个感应电动机，该电动机由可变频率电源提供的交流电驱动，由此操纵电梯车箱；其特征在于，包括一个制动侧电流指令发生器，该发生器产生一个电流指令值，该指令值具有当制动力加到所述感应电动机时，能防止所述感应电动机产生再生功率的频率，一个电流检测器用于检测流过所述感应电动机的瞬时电流，一个控制器件，用于将电流指令值与瞬时电流进行比较，并将流过所述感应电动机的电流控制到电流指令值。
2.如权利要求
1所限定的交流电梯的控制装置，其特征在于，还包括一个运行侧电流指令发生器，该发生器产生一个作为所述感应电动机的运行电流指令值，一个开关器件，把来自所述制动侧电流指令发生器的输出和来自运行侧电流指令发生器的输出，转换地加到所述控制器件及一个补偿器，它根据所述电动机的速度指令信号和所述电动机的实际速度信号之间的差引起所述开关器件转换。
3.如权利要求
2所限定的交流电梯控制装置，其特征在于，所述控制器件包括一个减法器，该减法器将通过所述开关器件提供的电流指令值与来自所述检测器的电流值进行比较，并输出它们之间的差值，及一个变换器，该变换器被根据所述减法器的输出而产生的指令信号所控制，并输出可变电压和可变频率的交流电流。
4.如权利要求
2所限定的交流电梯控制装置，其特征在于，所述补偿器根据两个速度信号之间的差，为所述电动机产生一个转矩指令。
5.如权利要求
4所限定的交流电梯控制装置，其特征在于，所述运行侧电流指令发生器和所述制动侧电流指令发生器接收来自所述补偿器的转矩指令和所述电动机的实际速度信号，并根据这些输入，分别为运行和制动输出电流指令信号，这些输出信号被加到所述开关器件。
6.如权利要求
5所限定的交流电梯控制装置，其特征在于，所述开关器件是当来自所述补偿器的转矩指令为正时，选择并传送所述运行侧电流指令发生器的输出，当来自所述补偿器的转矩指令为负时，选择并传送所述制动侧电流指令发生器的输出。
专利摘要
一个交流电梯控制装置，其中来自感应电动机的再生功率在该电动机内耗尽，在造成该感应电动机产生制动转矩的情况下，加到感应电动机上的电流是根据这样一个电流指令值来控制的，该指令值具有不产生再生功率的频率及基于转矩指令的幅度。这样，当电梯工作在其慢降方式和卸载运行时，可防止出现再生功率，以及在不有损舒适乘坐的情况下获得良好的控制能力。
文档编号H02P3/18GK86102104SQ86102104
公开日1986年10月1日 申请日期1986年3月26日
发明者野村正美 申请人:三菱电机株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan