專利名稱：控制高驅(qū)動效率電梯等內(nèi)的交流電動機的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對交流電動機控制裝置的改進，尤其涉及一種適用于驅(qū)動電梯的控制裝置。
為了提高電梯驅(qū)動系統(tǒng)的效率，第59-149283(1984)號日本公開專利揭示了當電梯的速度基準和實際速度的偏差保持在預(yù)定范圍內(nèi)時，滑移角頻率固定于某預(yù)定的值。
此外，相對于非常精確地控制轉(zhuǎn)矩的同步電動機，第2-84093(1990)號日本公開專利揭示了一種轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)從檢測到的電動機電流估算電動機的轉(zhuǎn)矩，并使之于轉(zhuǎn)矩基準對應(yīng)。
一般，在電梯中，加到驅(qū)動電動機的負載總是隨著轎箱中乘客人數(shù)的連續(xù)變化而變化的。結(jié)果，對電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也依據(jù)負載而改變，同時，必須如此產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，從而電動機速度跟隨速度基準。在上述第一種已有技術(shù)中，加到電動機上的任何負載都不能保持高效率。
另一方面，在上述第二種已有技術(shù)中，也不能把效率提得很高。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種交流電動機的控制裝置和一種電梯的控制裝置，從而無論加到電動機上的負載有任何變化，即在電動機超載時，也可保持電動機的高效率。
本發(fā)明的特征是提供一種根據(jù)轉(zhuǎn)矩基準控制電功率轉(zhuǎn)換器的裝置，從而使交流電動機電流的轉(zhuǎn)矩電流分量和激勵電流分量保持一預(yù)定的關(guān)系。
在理想的實施例中，轉(zhuǎn)矩基準的運算量被分成轉(zhuǎn)矩電流基準和激勵電流基準，從而使得驅(qū)動電梯轎箱的電動機的驅(qū)動效率最大，而相應(yīng)于這兩個基準的每個電流控制感應(yīng)電動機，使每個電流即使在處于超載時也流到此電動機。
此外，在一電梯中，該電梯包括把三相交變電源電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓的轉(zhuǎn)換器、把此轉(zhuǎn)換器的輸出電壓轉(zhuǎn)換成變頻可變電壓的PWM逆變器、連接到轉(zhuǎn)換器與逆變器之間的直流電路(平滑電路)的平滑電容器、由PWM逆變器提供交變電壓的感應(yīng)電動機，被感應(yīng)電動機驅(qū)動升降的轎箱，對電梯產(chǎn)生速度基準的裝置，以及產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩基準從而使感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)速角跟隨速度基準的速度控制裝置，本發(fā)明的特征是還包括一用于檢測感應(yīng)電動機電流的裝置，以及一根據(jù)轉(zhuǎn)矩基準控制所述電功率轉(zhuǎn)換器從而使交流電動機電流的轉(zhuǎn)矩電流分量和激勵電流分量保持某一預(yù)定關(guān)系的裝置。
把電動機的驅(qū)動效率保持為最大的激勵電流對轉(zhuǎn)矩電流的比值定為依據(jù)目前所需轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩基準的運算量，則獲得轉(zhuǎn)矩電流基準和激勵電流基準。
在此情況中，把激勵電流基準對轉(zhuǎn)矩電流基準的比值定為在目前產(chǎn)生的次級磁通量中獲得所需轉(zhuǎn)矩需要的最小能量(電動機的輸入電功率)。相應(yīng)于連續(xù)變化的速度基準和轉(zhuǎn)矩基準，獲得以此方式?jīng)Q定的激勵電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的組合。
相應(yīng)地，進入轎箱的乘客人數(shù)，即不管加到電動機的負載轉(zhuǎn)矩變化多少，可在包括超載的情況下，決定相應(yīng)于速度基準獲得速度所需的轉(zhuǎn)矩，即以最小能量給出的激勵電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的組合，相應(yīng)于這兩個電流的初級電流在電動機的初級線圈中流動。
如以上本發(fā)明所述，依據(jù)目前所需的電動機轉(zhuǎn)矩把轉(zhuǎn)矩基準的運算量定為激勵電流對轉(zhuǎn)矩電流的比值，從而獲得轉(zhuǎn)矩電流基準和激勵電流基準。在此情況中，把激勵電流基準對轉(zhuǎn)矩電流基準的比值定為在當前產(chǎn)生的次級磁通量中獲得所需轉(zhuǎn)矩需要的最小能量(電動機的輸入電功率)。相應(yīng)于連續(xù)變化的速度基準和轉(zhuǎn)矩基準獲得以此方式?jīng)Q定的激勵電流分量與轉(zhuǎn)矩電流分量的組合。
相應(yīng)地，無論轎箱中的乘客人數(shù)如何，即無論加到電動機的負載轉(zhuǎn)矩如何變化，把相應(yīng)于速度基準獲得速度所需的電動機轉(zhuǎn)矩決定為最好具有最小能量的激勵電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的組合，相應(yīng)于這兩個電流分量的電流在電動機的初級線圈中流動。
此外，包含在加到電動機的負載轉(zhuǎn)矩中的轉(zhuǎn)矩振動分量，是根據(jù)由電動機速度檢測值與負載轉(zhuǎn)矩獲得的負載轉(zhuǎn)矩估算值同電動機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩估算值之間的偏差進行估算的。
在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)矩振動分量的估算值翻轉(zhuǎn)其相位從而消除振動，并被加到轉(zhuǎn)矩基準值而補償減少(最好是減到最小)升降振動，從而較大地提高乘坐的舒適性。


圖1示出本發(fā)明一個實施例的方框圖。
圖2示出激勵電流(或磁通量)對轉(zhuǎn)矩電流的關(guān)系，此關(guān)系在任何狀態(tài)下都給出最大效率。
圖3示出激勵電流(或磁通量)對轉(zhuǎn)矩電流的關(guān)系，此關(guān)系在電動機速度可變時給出最大效率。
圖4示出獲得激勵電流對轉(zhuǎn)矩電流的比值的方框圖，此比值在改變電動機的各種參數(shù)時給出最大效率。
圖5是在本發(fā)明中獲得振動抑制信號的方框圖。
圖6示出說明當某一情況下產(chǎn)生規(guī)則轉(zhuǎn)矩振動時，電梯轎箱在加上振動抑制信號前后上下振動狀態(tài)的示意圖。
圖7示出另一個實施例，其中通過圖1所示的結(jié)構(gòu)根據(jù)次級磁通量基準和轉(zhuǎn)矩電流基準提供最大效率的圖形，此外還進行轉(zhuǎn)矩控制。
圖8示出本發(fā)明的另一個實施例，其中構(gòu)成d-q軸向的電壓控制系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)矩控制，而不是從圖1所示的電流控制系統(tǒng)中獲得PWM控制的調(diào)制波。
圖9是示出本發(fā)明另一個實施例的方框圖，其中不管輸入的電源電壓如何變化都可以最大效率驅(qū)動電梯。
在用蓄電池應(yīng)付電源服務(wù)中斷的電梯驅(qū)動系統(tǒng)中，圖10示出本發(fā)明另一個實施例的方框圖，其中不管電梯驅(qū)動系統(tǒng)提供的電源電壓如何變化，都可以最大效率進行轉(zhuǎn)矩控制。
圖11是示出本發(fā)明另一個實施例的方框圖，此實施例具有另一個振動抑制裝置。
圖1示出本發(fā)明的一個實施例。
由轉(zhuǎn)換器20把交變電源電壓10轉(zhuǎn)換成直流電壓，此直流電壓被平滑電容器30平滑，然后經(jīng)平滑的直流電壓被PWM逆變器40再轉(zhuǎn)換成具有可變電壓可變頻率的交變電壓。此交變電壓被提供給感應(yīng)電動機(IM)60，并以可變的速度驅(qū)動電動機60。電動機60產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩被直接連到電動機轉(zhuǎn)子的齒輪(在圖中未示出)傳遞到滑輪70，并通過轉(zhuǎn)動滑輪推動把平衡錘80連到轎箱90的繩索，從而驅(qū)動轎箱90升降。
相應(yīng)地，把平衡錘和轎箱之間的重量差作為負載轉(zhuǎn)矩(重量)加到電動機。負載轉(zhuǎn)矩依據(jù)電梯中可變的乘客數(shù)目而連續(xù)變化，并在大部分驅(qū)動中變?yōu)樾∮陔妱訖C輸出功率的一半。此外，當電梯停止時，通常停止提供電功率。因此，為了節(jié)約電梯驅(qū)動系統(tǒng)的電功率，最好通過驅(qū)動在運行時負載很輕(超載)狀態(tài)中的電梯使電動機的驅(qū)動效率變高。
乘坐電梯的舒適性是一個重要的因素，通過考慮此因素決定采用加速圖形(基準)。此方式是由加速圖形產(chǎn)生裝置110產(chǎn)生的。從加速圖形產(chǎn)生裝置110產(chǎn)生的加速圖形被輸入速度基準產(chǎn)生裝置120。在此裝置120中，把加速圖形一起轉(zhuǎn)換成速度基準。
把速度基準ωR加到加減裝置130的加法端，把速度操作裝置121根據(jù)裝在感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子上的速度檢測裝置100產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)脈沖操作的感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度ωM引入加減裝置130的減法端，把產(chǎn)生的所述速度基準ω R和所述旋轉(zhuǎn)角速度ωM之差作為速度偏差。
把所述速度偏差輸入速度控制裝置140。由速度控制裝置140形成決定感應(yīng)電動機60中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩基準τR，從而使速度偏差變?yōu)榱恪?br> 轉(zhuǎn)矩基準τR被輸入加減裝置131的加法端，另一方面，通過使用公式(1)從產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩估算裝置152獲得的當前在電動機內(nèi)部產(chǎn)生的瞬時轉(zhuǎn)矩τM被輸入到加減裝置131的減法端。
τM＝m·p·{M/(M+l2)}·φ2·It…(1)這里，m相位的數(shù)目，p感應(yīng)電動機電極對的數(shù)目，M激勵電感，l2漏電感，It檢測到的轉(zhuǎn)矩電流，φ2次級磁通量。
次級磁通量φ2是瞬時磁通量，它有助于在通過使用次級磁通量操作裝置151根據(jù)公式(2)估算轉(zhuǎn)矩時產(chǎn)生在感應(yīng)電動機中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。
φ2＝{M·Im}/(l+T2·s )…(2)這里，T2次級時間常數(shù)sLaplace算子公式(2)中的代碼Im指激勵電流分量，是一用于產(chǎn)生從檢測裝置150檢測到的次級磁通量φ2所需的激勵電流，此檢測裝置150用于檢測激勵電流分量對轉(zhuǎn)矩電流分量的比值。這里，根據(jù)電流傳感器50、51、52檢測到的各個三相中的三相初級電流iu、iv、iw，通過用裝置150進行公式(3)的運算，來分別獲得激勵電流分量Im和轉(zhuǎn)矩電流分量It。
+iW·cos(θl★+2π/3)}
+iW·sin(θl★+2π/3)}…(3)這里，代碼
ωl是如公式(4)所示逆變器的角頻率，通過把旋轉(zhuǎn)角速度ωM和下述滑移角頻率ωs相加而獲得。
ωl＝ωM+ωs …(4)把通過速度控制裝置140獲得的轉(zhuǎn)矩基準τR與產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩估算裝置152提供的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩τM之差(轉(zhuǎn)矩偏差)輸入到轉(zhuǎn)矩控制裝置160。所述轉(zhuǎn)矩控制裝置160決定用于把轉(zhuǎn)矩偏差控制為零的轉(zhuǎn)矩基準τR的運算值(補償)τ★。所述轉(zhuǎn)矩控制裝置160通常包括PI(比例+積分算法)元件。
所述運算值τ★被輸入到轉(zhuǎn)矩電流基準操作裝置170。在所述轉(zhuǎn)矩電流基準操作裝置170中，通過公式(5)的計算獲得轉(zhuǎn)矩電流基準It★。
It★＝{τ★/φ2}·{(M+l2)/M}·{l/(m·p)} …(5)根據(jù)如下所述的技術(shù)從激勵電流和轉(zhuǎn)矩電流比值決定裝置180中獲得相應(yīng)于所述轉(zhuǎn)矩電流基準It★的激勵電流基準ImR。
決定比值的關(guān)系，從而使感應(yīng)電動機中的損耗L最小。
L＝A·Im2+B·It2…(6)這里，A＝(Rs+Rm)，B＝Rs+Rr·(M/Lr)·(M/Lr)Rs+Rr …(7)Lr＝M+l2，Rs初級電阻，Rm鐵芯損耗電阻，以及Rr次級電阻M/Lr的值通常接近于1，即與激勵電感M相比，次級漏電感l(wèi)2非常小，B是通過計算公式(7)的第二項獲得的。
這里，當產(chǎn)生預(yù)定轉(zhuǎn)矩τ所需的激勵電流Im和轉(zhuǎn)矩電流It的組合被定義為(It，Im)時，則轉(zhuǎn)矩τ正比于It和Im之積。相應(yīng)地，存在無數(shù)種上述滿足公式(8)的組合。
τ＝k It Im(k轉(zhuǎn)矩比例常數(shù))…(8)這里，在為了產(chǎn)生某一轉(zhuǎn)矩τ而由公式(6)給出的電動機的損耗L變?yōu)樽钚〉那闆r下，由公式(9)給出激勵電流Im和轉(zhuǎn)矩電流的比值αmin(＝Im/It)。
(αmin)2＝{Rs+Rr(M/Lr)2}/(Rs+Rm)…(9)相應(yīng)地，由初級電阻Rs、次級電阻Rr、激勵電感M和鐵芯損耗電阻Rm的函數(shù)給出使損耗最小的激勵電流Im與轉(zhuǎn)矩電流It的比值αmin。這里，當初級電阻Rs和次級電阻Rr隨電動機中的溫度而改變時，激勵電感M隨激勵電流Im而變化，鐵芯損耗電阻Rm隨電動機的速度(逆變器角頻率)而變化，因此，所述比值αmin應(yīng)如圖3所示依據(jù)電動機的速度變化而改變。
在如圖1所示的實施例中示出一個例子，其中依據(jù)電動機60的速度改變上述比值αmin。在圖2中，示出用于在產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩改變的情況下給出最大效率的激勵電流和轉(zhuǎn)矩電流相組合所提供的激勵電流-轉(zhuǎn)矩電流線，也提供了用公式(9)給出的參數(shù)，該參數(shù)示出不產(chǎn)生任何變化的情況。圖4示出在速度改變的情況下的激勵電流-轉(zhuǎn)矩電流線，給出最大效率的特性隨速度而變化。為了補償此變化，依據(jù)基于額定速度ωM10的速度獲得修正系數(shù)K(ωM)。
αmin＝K(ωM)·(ωM/ωM10)…(10)這里，依據(jù)速度ωM的可變性預(yù)先準備了修正系數(shù)K(ωM)的函數(shù)表。準備的此補償器用以補償鐵芯損耗電阻Rm主要依賴于速度而引起αmin的變化。實際上，因αmin隨公式(9)中電動機的溫度(初級和次級側(cè)的溫度)、電動機速度和激勵電流而改變，故必須通過圖4所示的方法獲得。
圖4示出一方法的方框圖，在此方法中，根據(jù)在公式(9)的每個參數(shù)變化的情況下的輸入信號(信息)，諸如電動機的溫度、激勵電流和電動機的速度操作給出最大效率的比值αmin。
在塊181中，預(yù)先以電動機溫度的函數(shù)獲得初級電阻Rs和次級電阻Rr(因為次級一側(cè)的溫度檢測通常很難進行，所以使用轉(zhuǎn)換成初級一側(cè)的溫度)，并準備用于此函數(shù)的表格。當檢測到電動機溫度(框架溫度)時(在圖1所示的實施例中省略了)，從表格中獲得相應(yīng)于該溫度的Rs、Rr。
在塊182中，準備了相應(yīng)于激勵電流的激勵電感M的函數(shù)表，當輸入檢測到的激勵電流時，提供相應(yīng)于該激勵電流的激勵電感M。于是，需要補償激勵電感的原因是，雖然激勵電感M在激勵電流很小的范圍內(nèi)幾乎恒定，但磁通量飽和，且激勵電感M在激勵電流變大的區(qū)域內(nèi)突然減小。此外，近來已把電動機改進得既小又輕，產(chǎn)生磁通量的電動機的鐵芯隨著電動機的超小型化也逐步變小，在激勵電流變大的區(qū)域中磁路傾向于飽和，從而激勵電感減小。
在塊183中，從上述被補償?shù)募铍姼蠱以及次級電阻Rr獲得公式(9)中分子的第二項，通過使用從此塊和塊181獲得的初級電阻Rs，以及根據(jù)從塊184檢測到的電動機速度確定的鐵芯損耗Rm來操作給出最大效率的αmin，把所述αmin與轉(zhuǎn)矩電流基準It★相乘，從而決定激勵電流基準ImR。
進行電流控制，從而使相應(yīng)于如上所述獲得的轉(zhuǎn)矩電流基準It★與激勵電流基準ImR之組合的轉(zhuǎn)矩電流It和激勵電流基準Im可在感應(yīng)電動機60內(nèi)部流動。
首先，操作激勵電流控制裝置190，從而使相應(yīng)于激勵電流基準ImR的激勵電流Im流動。這里，從加減裝置132中提供激勵電流基準ImR與從激勵電流到轉(zhuǎn)矩電流比值檢測裝置150檢測到的激勵瞬間電流Im之間的偏差，在上述激勵電流控制裝置190中，產(chǎn)生新的激勵電流的運算值Im★，從而使該偏差變?yōu)榱?。如此設(shè)定所述激勵電流控制裝置190，使它先于轉(zhuǎn)矩控制裝置160操作。激勵電流的響應(yīng)能力得到提高，從而相應(yīng)于先前所需的轉(zhuǎn)矩可獲得次級磁通量，并穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)由上述處理提供的轉(zhuǎn)矩電流基準It★和激勵電流基準的運算值Im★獲得公式(11)，電流基準運算裝置200根據(jù)公式(11)產(chǎn)生三相交流初級電流基準iu★、iv★、iw★。
iu★＝Il·cos(θl+δ)iv★＝Il·cos(θl+δ-2π/3)iw★＝Il·cos(θl+δ-2π/3)…(11)這里，θl=∫ωldt]]>ωl＝ωM+ωsωs＝(M·Im★)/(T2·φ2)，T2＝(M+I2)/r2δ＝arctan(It★/Im★)(Il)2＝(It★)2+(Im★)2
電流控制裝置220產(chǎn)生三相調(diào)制波Vu★、Vv★、Vw★(在圖1中被省略)，從而使交流電流基準iu★、iv★、iw★可相應(yīng)于從電流傳感器50、51、52中檢測到的三相交流電流iu、iv、iw。
所述調(diào)制波被輸入PWM信號產(chǎn)生裝置230，并與載波(三角波，未示出)相比較以產(chǎn)生PWM信號，所述PWM信號被加到構(gòu)成所述PWM逆變器40的電功率元件的柵極。
結(jié)果，所述PWM逆變器40的一端產(chǎn)生相應(yīng)于轉(zhuǎn)矩基準的轉(zhuǎn)矩的端電壓，在電動機內(nèi)部，流動著轉(zhuǎn)矩電流和給出最大效率的激勵電流的組合。當不管負載的狀態(tài)而保持以上關(guān)系時，電動機總是(包括瞬時狀態(tài))被最大效率驅(qū)動，且節(jié)約了能量。因此，對于電梯驅(qū)動系統(tǒng)，節(jié)能的效果特別大，因為電梯轎箱中乘客的數(shù)目一直在變化，且加到驅(qū)動電動機的負載轉(zhuǎn)矩也在變化。尤其是，因為將在電梯運行時加到電動機的平均(統(tǒng)計)負載通常處于小于電動機額定轉(zhuǎn)矩一半的輕載狀態(tài)中，所以驅(qū)動時的節(jié)能效果很大。
一般，電梯的加速圖形(基準)通常決定得使該方式是最舒適的乘坐方式，并把它綜合成產(chǎn)生速度基準。在此實施例中，對電動機的速度產(chǎn)生電動機瞬時轉(zhuǎn)矩以跟隨速度基準而不管負載狀態(tài)如何，進一步提高了乘坐的舒適度。
在此實施例中除了以上所述以外，還配備了用于反饋產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩估算裝置152的輸出的轉(zhuǎn)矩控制裝置160，此轉(zhuǎn)矩控制裝置不是必需的，可以把速度控制裝置140的輸出直接輸入轉(zhuǎn)矩電流基準運算裝置170。
電梯的固有機械振動頻率一般在易于與電動機的驅(qū)動頻率共振的區(qū)域內(nèi)，并由電動機轉(zhuǎn)矩的波動而產(chǎn)生，從而破壞了乘坐電梯的舒適性。對電動機速度產(chǎn)生一個疊加振動的模式。因此，如果通過使用檢測到的電動機速度估算負載轉(zhuǎn)矩振動，且上述被估算值的相位翻轉(zhuǎn)并被加到轉(zhuǎn)矩基準，則可抑制振動，并可保證良好的乘坐舒適性。
在圖5中示出用于形成振動抑制信號的振動抑制裝置500的方框圖的一個例子。形成上述振動抑制信號的方法如下所述。
首先，根據(jù)電動機的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩τM、出現(xiàn)在電動機軸上的干擾轉(zhuǎn)矩τd，以及加到電動機的負載轉(zhuǎn)矩τ的關(guān)系，定出以下關(guān)系。
τM+τd＝τ…(12)此外，當繞電動機軸的機械系統(tǒng)的總慣性矩被定義為J時，定出以下的關(guān)系。能單方向轉(zhuǎn)動的托輥，因此，必須在水平托輥(3)上裝有剎車裝置，由于平行的水平托輥(3)的轉(zhuǎn)動方向為上部切線相對的方向為轉(zhuǎn)動方向，由圖7可見，當皮帶(25)b自左向右運行時，由于左邊的水平托輥(3)處一正方向轉(zhuǎn)動，磨擦力很?。划斊?25)由右向左運行時，由于左邊的水平托輥與自身轉(zhuǎn)動正方向相反，磨擦力很大，這個力作用在搖蘭上，必然帶動換向搖蘭翻轉(zhuǎn)，使右邊的水平托輥接觸皮帶(25)，這時，右邊水平托輥(3)的轉(zhuǎn)動方向與其正方向一致。
圖8是一種用于水平托輥制動裝置示意圖，它是由設(shè)在水平托輥(3)外側(cè)的剎車塊(26)組成，剎車塊(26))可以靠重力與水平托輥(3)接觸，當水平托輥按自己的正方向運轉(zhuǎn)時，磨擦力很小，反之磨擦力很大。此外，水平托輥制動裝置也可以采用安放在水平托輥中的棘輪機構(gòu)，以及其他可以防止水平托輥反轉(zhuǎn)的裝置。
圖9是“一”字形托輥支架實施例示意圖，由圖可見，它也是由底座(1)，橫托桿(2)，平行的水平托輥(3)，換向搖蘭(4)，立檔輥支架(5)，檔輥(6)組成，其連接關(guān)系與
形托輥支架一樣。在此不再重述。
接著，圖7示出了另一個實施例。將只說明與圖1所示實施例不同的一部分。
首先，在圖1中，相應(yīng)于轉(zhuǎn)矩電流基準運算裝置170所提供的轉(zhuǎn)矩電流基準It★獲得激勵電流基準ImR。然而，在此實施例中，由以下公式從激勵電流基準Im★中再次獲得次級磁通量基準φ2★，所述次級磁通量基準φ2★跟隨電動機60內(nèi)部產(chǎn)生的次級磁通量φ2。
φ2★＝(ImR·M)/(l+T2·s)…(16)以與圖1相同的方式利用轉(zhuǎn)矩電流基準It★與激勵電流基準ImR的組合。在加減裝置132中引入由次級磁通量運算裝置151根據(jù)公式(2)運算的所述次級磁通量基準φ2★和次級磁通量φ2，并產(chǎn)生磁通量偏差Δφ2。次級磁通量控制裝置186決定激勵電流的運算值Im★，從而使所述磁通量偏差Δφ2收斂于零。其后，由使用激勵電流的運算值Im★和轉(zhuǎn)矩電流基準It★的電流基準產(chǎn)生裝置200產(chǎn)生三相初級電流基準iu★、iv★、iw★，調(diào)制波產(chǎn)生裝置220產(chǎn)生一調(diào)制波，從而使流入電動機初級線圈的初級電流跟隨所述電流基準，且根據(jù)所述調(diào)制波產(chǎn)生PWM信號。已在圖1示出的實施例中說明了這些操作，故省略其詳細說明。
在此實施例中，以最大效率控制轉(zhuǎn)矩電流和次級磁通量的方法是轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)，結(jié)果，效率可保持最大，同時可進一步提高轉(zhuǎn)矩控制精度。
此外，以與圖1相同的方式設(shè)置振動抑制裝置500，也以電梯的高驅(qū)動效率提高了乘坐的舒適性。
在圖6中，沒有提供電流控制裝置210，而是直接產(chǎn)生調(diào)制波，上述實施例中則用電流控制裝置210使交變電流流入電動機70的初級線圈，并組合了轉(zhuǎn)矩電流基準和給出最大效率的激勵電流基準。將只說明此實施例與上述實施例在結(jié)構(gòu)上的不同之處。
可在此實施例中以相同的方式說明由轉(zhuǎn)矩電流基準運算裝置170提供轉(zhuǎn)矩電流基準ItR(在以上實施例中被描述為It★)的處理，并省略此說明。
由加減裝置133產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩電流基準ItR與從激勵電流對轉(zhuǎn)矩電流比值檢測裝置150中檢測到的轉(zhuǎn)矩電流It之間的偏差，從而由q軸電壓決定裝置171根據(jù)上述轉(zhuǎn)矩電流偏差獲得q軸電壓Vq’，由加減裝置132產(chǎn)生激勵電流基準ImR(這里，根據(jù)ItR以上述方法從激勵電流對轉(zhuǎn)矩電流比值決定裝置180獲得ImR)與激勵電流對轉(zhuǎn)矩電流檢測裝置150提供的激勵電流Im之間的偏差，由d軸電壓決定裝置172獲得d軸電壓Vd’，這些是不同點。如果如此使用電壓Vq’和Vd’，在d軸和q軸之間產(chǎn)生相互干擾。
因此，由非干擾裝置201根據(jù)公式(17)修正電壓Vq’和Vd’來抑制d軸和q軸之間產(chǎn)生的相互干擾。
Vd★＝rl·Im★-ωl·σ·Ls·It★+Vd’Vq★＝rl·It★+ωl{σ·Ls·Im★+(M/Lr)·φ2}+Vq’σ＝l-(M/Ls)·(M/Lr)，Ls＝M+l1，r＝M+l2…(17)用兩相到三相轉(zhuǎn)換裝置202(相應(yīng)于激勵電流對轉(zhuǎn)矩電流檢測裝置150進行的三相到兩相轉(zhuǎn)換的逆轉(zhuǎn)換)把d軸電壓Vd★與q軸電壓Vq★兩相電壓轉(zhuǎn)換成三相電壓基準Vu★、Vv★、Vw★，通過把三相電壓基準作為調(diào)制波由PWM信號產(chǎn)生裝置230產(chǎn)生PWM信號，并用上述PWM信號控制PWM逆變器40來驅(qū)動感應(yīng)電動機60。
在上述實施例中，與交流電流控制系統(tǒng)相比，需要具有高速計算處理的交流電流控制系統(tǒng)，另一方面，與交流電流控制系統(tǒng)相比，在只用直流值進行處理的電壓控制系統(tǒng)中不需要高速處理且響應(yīng)增益變高，因此，可穩(wěn)定地進行驅(qū)動直到高速區(qū)域中，且在寬的負載電平中具有高效率。
此外，以與圖1相同的方式設(shè)置振動抑制裝置500，用電梯的高驅(qū)動效率也提高了乘坐的舒適性。
當添加加速圖形決定裝置并改變電源10的電壓時，能夠穩(wěn)定而高效地驅(qū)動圖9所示的實施例。將只描述此實施例與以上實施例的不同點。提供電壓檢測裝置31檢測從平滑電容器30加到轉(zhuǎn)換器20輸出一側(cè)的電壓，以檢測電源10的狀態(tài)。由電壓檢測裝置31檢測所述平滑電容器的輸出電壓，并把此電壓引入電壓電平判定裝置32。當所述電壓處于預(yù)定的恒定電平范圍內(nèi)時，所述電壓電平判定裝置32不把任何信號發(fā)送到由晶體管33、電阻器43構(gòu)成的動態(tài)制動部件以及加速圖形決定裝置111，就保持了其原來狀態(tài)。即，晶體管33不工作，當從加速圖形決定裝置111中產(chǎn)生任意信號時，加速圖形產(chǎn)生裝置111中產(chǎn)生首先決定的加速圖形。
當電壓檢測裝置31中檢測到的電壓降到低于預(yù)定值時，修正加速圖形產(chǎn)生裝置111產(chǎn)生的加速圖形的傾斜度，以使之減小。這意味著轉(zhuǎn)矩電流隨電源電壓減到低于預(yù)定值的范圍而增加，操作控制系統(tǒng)從而保證所需的轉(zhuǎn)矩。結(jié)果，當加速時有過量的轉(zhuǎn)矩電流流動，增加了銅損耗，并使效率惡化。
如下所述進行減小所述加速圖形傾斜度的判斷。首先，判斷電容器電壓30何時減小而不固定，且轉(zhuǎn)矩電流基準何時變?yōu)樽畲蟆＿@里，當只用以上判斷標準判斷時，即使電容器電壓30減小，負載也可以很輕，且轉(zhuǎn)矩基準不總是變?yōu)樽畲?，直到轉(zhuǎn)矩電流基準變?yōu)樽畲蟛奴@得高效率的控制。實際上，當電容器電壓30在預(yù)定值的范圍內(nèi)時，在加速圖形為最大的情況下不必修正轉(zhuǎn)矩電流基準。這是因為在系統(tǒng)設(shè)計中預(yù)定在最大負載中進行操作。即使系統(tǒng)中的電源惡化也保持高的驅(qū)動效率，可穩(wěn)定地驅(qū)動電梯。
圖10的實施例示出安裝用于電源中斷的電池的一個例子，以及一種用于解決電源電壓下降和電容器電壓30減小到預(yù)定值的情況的方法。將只說明與以上實施例的不同點。
當電容器30的輸出電壓下降時，電壓電平判定裝置32中產(chǎn)生一信號，電池231通過一開關(guān)元件232連在所述電容器30的端子之間，并象直流電源一樣給PWM逆變器40供電。在此情況下，加速圖形中的傾斜度α、最大值β、下降的加速圖形中的傾斜度δ、最大值ε均被加速圖形修正裝置112修正。即，在加速中，上述α和最大值β以電池231輸出功率(電容)中的適宜值被修正。因為電池231被用作應(yīng)急電源，所以通常安裝電壓比電源10的電壓輸出(電容器30的電壓)低的電池231。在此情況下，上述α和最大值β依據(jù)設(shè)定這些值時電源10的電壓輸出而安裝的電池的電壓降低而降低。從而通過以此方式進行降低來把電梯的最大速度抑制得較低，從而降低輸入感應(yīng)電動機60的功率。由此操作，可以較小的功率驅(qū)動電梯工作，以與電池231的容量平衡。即，最大限度地利用電池231的能力，并以高效率操作電池，即使發(fā)生電源中斷也不會禁閉電梯轎箱中的乘客，也可獲得其它效果，諸如提高電梯的可靠性。
此外，另一個效果是由于防止了電池的過度放電，也可提高電池本身的壽命。
當電梯克服平衡錘80的重量下降時，需要加速的功率。在此情況下，通過減小加速圖形的傾斜度δ和最佳值ε，可以上述相同方式提供類似效果。
在圖11所示的實施例中，設(shè)置了另一個振動抑制裝置501，而不是振動抑制裝置500。
此實施例與圖1所示實施例的不同在于某些結(jié)構(gòu)，以通過安裝一檢測轎箱上負載轉(zhuǎn)矩的負載轉(zhuǎn)矩檢測裝置400，以及安裝一從負載轉(zhuǎn)矩檢測裝置400的慣性矩J中獲得負載轉(zhuǎn)矩變化量ΔJ的負載變化量運算裝置401，從而依據(jù)上述ΔJ調(diào)節(jié)負載轉(zhuǎn)矩估算裝置300，以由初始慣性值運算裝置402從電動機的轉(zhuǎn)矩基準τ★和旋轉(zhuǎn)角速度ωM中獲得力矩J，并通過安裝一數(shù)據(jù)存儲裝置403來保持所述J，更新用于所述負載轉(zhuǎn)矩估算裝置300中的J。
對于電梯，力矩J總是隨轎箱中乘客的數(shù)目而改變，由負載轉(zhuǎn)矩變化量運算裝置401獲得負載變化量ΔJ，一旦乘客數(shù)目發(fā)生變化，通過增加或減小用于依據(jù)ΔJ估算負載轉(zhuǎn)矩的力矩J，可更精確地估算負載轉(zhuǎn)矩。
當在預(yù)定的周期t1內(nèi)給出恒定轉(zhuǎn)矩基準值τ1★時，初始慣性值運算裝置402可根據(jù)以下公式運算J，例如，獲得電動機的旋轉(zhuǎn)角速度ωM1。
ωM1＝τ1★t1/J…(18)如上所述，在電梯安裝后以及一般在驅(qū)動電梯后運算力矩J，通過更新用于負載轉(zhuǎn)矩估算裝置300中的力矩J來自動補償陳舊老化引起的力矩J與設(shè)計值的差異。
從而，因為總是準確地估算負載轉(zhuǎn)矩，所以不僅可抑制陳舊老化引起的活動補償紊亂和轎箱振動的增加，也可減少電梯安裝后的活動補償調(diào)節(jié)和維修檢測中的調(diào)節(jié)項目。在此實施例中，由負載轉(zhuǎn)矩變化量運算裝置401和初始慣性值運算裝置402這兩個裝置調(diào)節(jié)力矩J，然而，即使它們中只有一個可準確地估算負載轉(zhuǎn)矩，至少可期望足夠的振動抑制效果。
權(quán)利要求
1.一種電動機控制裝置，具有用于輸出變壓變頻交變電流的電功率轉(zhuǎn)換器，用提供來自轉(zhuǎn)換器的所述變壓變頻交變電流以可變速度驅(qū)動的交流電動機，用于對所述交流電動機產(chǎn)生速度基準的裝置，以及用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩基準從而使所述交流電動機的所述旋轉(zhuǎn)速度跟隨所述速度基準的速度控制裝置，其特征在于所述電動機控制裝置包括；電動機電流檢測裝置，以及一裝置，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)矩基準控制所述電功率轉(zhuǎn)換器，從而使所述電動機電流的轉(zhuǎn)矩電流分量和激勵電流分量保持預(yù)定關(guān)系。
2.一種電動機控制裝置，具有用于輸出變壓變頻交變電流的電功率轉(zhuǎn)換器，用轉(zhuǎn)換器提供的可變速度驅(qū)動的交流電動機，用于對所述交流電動機產(chǎn)生速度基準的裝置，以及對所述交流電動機的所述旋轉(zhuǎn)速度產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩基準從而跟隨所述速度基準的速度控制裝置，其特征在于所述電動機控制裝置包括電動機電流檢測裝置，轉(zhuǎn)矩估算裝置，用于從所述電動機電流檢測裝置檢測到的值中估算轉(zhuǎn)矩或與其相應(yīng)的值，如此構(gòu)成轉(zhuǎn)矩控制裝置，從而使估算裝置的估算值相應(yīng)于所述轉(zhuǎn)矩基準，以及一裝置，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)矩控制裝置的輸出控制所述電功率轉(zhuǎn)換器，從而使所述電動機電流的轉(zhuǎn)矩電流分量和激勵電流分量保持預(yù)定關(guān)系。
3.如權(quán)利要求1和2中至少一項所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述預(yù)定關(guān)系是依據(jù)所述轉(zhuǎn)矩基準確定的所述激勵電流分量對所述轉(zhuǎn)矩電流分量的比值。
4.如權(quán)利要求3所述的電動機控制裝置，其特征在于，依據(jù)所述轉(zhuǎn)矩基準確定的所述激勵電流分量對所述轉(zhuǎn)矩電流分量的所述比值同所述電動機的所述速度或所述逆變器的頻率相關(guān)。
5.如權(quán)利要求3所述的電動機控制裝置，其特征在于，依據(jù)所述轉(zhuǎn)矩基準確定的所述激勵電流分量對所述轉(zhuǎn)矩電流分量的所述比值同所述電動機的溫度相關(guān)。
6.如權(quán)利要求1和2中至少一項所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述預(yù)定關(guān)系是在電動機中依據(jù)所述轉(zhuǎn)矩基準產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)矩所需的所述轉(zhuǎn)矩電流分量與所述激勵電流分量的關(guān)系，且所述預(yù)定關(guān)系在電動機的輸入電功率值變小的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1和2中至少一項所述的電動機控制裝置，其特征在于還包括如此操作激勵電流控制裝置，從而使次級磁通量跟隨電動機中產(chǎn)生的所述激勵電流基準，所述次級磁通量相應(yīng)于根據(jù)所述電動機的所述次級磁通量對從轉(zhuǎn)矩基準獲得的所述轉(zhuǎn)矩電流的比值決定的次級磁通量基準。
8.如權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于還包括負載轉(zhuǎn)矩估算裝置，用于根據(jù)電動機的旋轉(zhuǎn)速度中估算所述電動機的負載轉(zhuǎn)矩，以及一裝置，用于根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩估算裝置的輸出與電動機中產(chǎn)生的瞬時轉(zhuǎn)矩之間的偏差調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)矩基準。
9.如權(quán)利要求8所述的電動機控制裝置，其特征在于依據(jù)電動機的負載變化調(diào)節(jié)所述負載轉(zhuǎn)矩估算裝置。
10.如權(quán)利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于還包括負載轉(zhuǎn)矩估算裝置，用于根據(jù)電動機的速度估算所述電動機的負載轉(zhuǎn)矩，以及一裝置，用于根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩估算裝置的輸出與所述轉(zhuǎn)矩估算裝置估算的轉(zhuǎn)矩之間的偏差調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)矩基準。
11.如權(quán)利要求8所述的電動機控制裝置，其特征在于依據(jù)加到電動機的負載轉(zhuǎn)矩變化調(diào)節(jié)所述負載轉(zhuǎn)矩估算裝置。
12.一種電動機控制裝置，具有用于輸出變壓變頻交變電流的電功率轉(zhuǎn)換器，用來自所述轉(zhuǎn)換器的可變速度驅(qū)動的交流電動機，用于對所述交流電動機產(chǎn)生速度基準的裝置，以及產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩基準使所述交流電動機的所述旋轉(zhuǎn)速度跟隨所述速度基準的速度控制裝置，其特征在于所述電動機控制裝置包括電動機電流檢測裝置，一裝置，用檢測到的電動機電流值檢測所述激勵電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，一裝置，根據(jù)所述檢測到的激勵電流分量估算由感應(yīng)電動機產(chǎn)生的次級磁通量，一裝置，根據(jù)所述被估算的次級磁通量和所述轉(zhuǎn)矩電流獲得所述感應(yīng)電動機產(chǎn)生的瞬時轉(zhuǎn)矩，以及一裝置，用于控制所述電功率轉(zhuǎn)換器，使所述瞬時轉(zhuǎn)矩相應(yīng)于所述轉(zhuǎn)矩基準。
13.用于把交流轉(zhuǎn)換成直流的轉(zhuǎn)換器，用于把所述轉(zhuǎn)換器的輸出電壓轉(zhuǎn)換成變頻變壓的PWM逆變器，連到所述轉(zhuǎn)換器和所述逆變器之間的直流電路的電容器，由PWM逆變器供電的感應(yīng)電動機，靠感應(yīng)電動機升降的電梯轎箱，用于產(chǎn)生電梯速度基準的裝置，以及產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩基準使感應(yīng)電動機的旋轉(zhuǎn)速度角跟隨此速度基準的速度控制裝置，其特征在于包括，一裝置，用于檢測所述感應(yīng)電動機的電流，以及一裝置，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)矩基準控制所述電功率轉(zhuǎn)換器，使所述電動機電流的轉(zhuǎn)矩電流分量和激勵電流分量保持預(yù)定關(guān)系。
14.用于把交流轉(zhuǎn)換成直流的轉(zhuǎn)換器，用于把所述轉(zhuǎn)換器的輸出電壓轉(zhuǎn)換成變頻變壓的PWM逆變器，連到所述轉(zhuǎn)換器和所述逆變器之間的直流電路的電容器，由PWM逆變器供電的感應(yīng)電動機，靠感應(yīng)電動機升降的電梯轎箱，用于產(chǎn)生電梯速度基準的裝置，以及產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩基準使感應(yīng)電動機的旋轉(zhuǎn)速度角跟隨此速度基準的速度控制裝置，其特征在于包括，一裝置，用于檢測所述感應(yīng)電動機的電流，一裝置，根據(jù)所述電流的檢測值中估算電動機的轉(zhuǎn)矩或與其相應(yīng)的適宜值，轉(zhuǎn)矩控制裝置，用于使所述被估算的轉(zhuǎn)矩與所述轉(zhuǎn)矩基準對應(yīng)，以及一裝置，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)矩控制裝置的輸出控制所述電功率轉(zhuǎn)換器。
15.用于把交流轉(zhuǎn)換成直流的轉(zhuǎn)換器，用于把所述轉(zhuǎn)換器的輸出電壓轉(zhuǎn)換成變頻變壓的PWM逆變器，連到所述轉(zhuǎn)換器和所述逆變器之間的直流電路的電容器，由PWM逆變器供電的感應(yīng)電動機，靠感應(yīng)電動機升降的電梯轎箱，用于產(chǎn)生電梯速度基準的裝置，以及產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩基準使感應(yīng)電動機的旋轉(zhuǎn)速度角跟隨此速度基準的速度控制裝置，其特征在于包括，一裝置，用于檢測所述感應(yīng)電動機的電流，一裝置，用于根據(jù)所述電流的檢測值估算電動機的轉(zhuǎn)矩或與其相應(yīng)的適宜值，以及一裝置，用于控制所述電功率轉(zhuǎn)換器，使所述電動機電流的所述轉(zhuǎn)矩電流分量和所述激勵電流分量根據(jù)所述轉(zhuǎn)矩基準和所述估算轉(zhuǎn)矩之間偏差保持一預(yù)定關(guān)系。
16.如權(quán)利要求12所述的電動機控制裝置，其特征在于還包括負載轉(zhuǎn)矩估算裝置，用于根據(jù)電動機的速度估算所述電動機的負載轉(zhuǎn)矩，以及一裝置，用于根據(jù)所述負載轉(zhuǎn)矩估算裝置的輸出與所述瞬時轉(zhuǎn)矩之間的偏差調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)矩基準。
17.如權(quán)利要求16所述的電梯控制裝置，其特征在于依據(jù)電梯的負載變化調(diào)節(jié)所述負載轉(zhuǎn)矩估算裝置。
18.如權(quán)利要求13、14和15中至少一項所述的電梯控制裝置，其特征在于還包括負載轉(zhuǎn)矩估算裝置，用于根據(jù)感應(yīng)電動機的速度估算所述感應(yīng)電動機的負載轉(zhuǎn)矩，以及一裝置，用于根據(jù)所述負載轉(zhuǎn)矩估算裝置的輸出與所述感應(yīng)電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之間的偏差調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)矩基準。
19.如權(quán)利要求8所述的電梯控制裝置，其特征在于依據(jù)感應(yīng)電動機的負載變化調(diào)節(jié)所述負載轉(zhuǎn)矩估算裝置。
20.如權(quán)利要求19、10和11中至少一項所述的電動機控制裝置，其特征在于還包括一裝置，用于通過綜合所述速度基準來運算所述加速基準。
21.如權(quán)利要求12所述的電動機控制裝置，其特征在于還包括依據(jù)加到所述轉(zhuǎn)換器的所述電源電壓的降低不超過預(yù)定值的范圍降低所述加速基準的傾斜度。
22.一種用于把交流轉(zhuǎn)換成直流的轉(zhuǎn)換器，其特征在于包括PWM逆變器，用于把所述轉(zhuǎn)換器的輸出電壓轉(zhuǎn)換成變頻變壓，電容器，連到所述轉(zhuǎn)換器和所述逆變器之間的直流電路，感應(yīng)電動機，它由PWM逆變器供電，電梯轎箱，它由感應(yīng)電動機作升降，用于所述電梯的加速基準產(chǎn)生裝置，一裝置，通過綜合所述加速基準產(chǎn)生速度基準，速度控制裝置，用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩基準，使感應(yīng)電動機的旋轉(zhuǎn)速度角跟隨此速度基準，一裝置，用于檢測所述感應(yīng)電動機的電流，一裝置，用于根據(jù)所述電流的檢測值估算電動機的轉(zhuǎn)矩或與其相應(yīng)的適宜值，以及一裝置，用于控制所述電功率轉(zhuǎn)換器，使所述電動機電流的所述轉(zhuǎn)矩電流分量和所述激勵電流分量根據(jù)所述轉(zhuǎn)矩基準和所述估算轉(zhuǎn)矩之間偏差保持一預(yù)定關(guān)系。
全文摘要
為使電梯的感應(yīng)電動機具有最佳效率和沒有任何振動的舒適性,構(gòu)成轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng),用于反饋從感應(yīng)電動機中流動的電流(相應(yīng)于速度基準和實際速度之間偏差提供的轉(zhuǎn)矩基準)獲得的估算電動機轉(zhuǎn)矩,根據(jù)相應(yīng)于所述轉(zhuǎn)矩控制裝置的輸出而給感應(yīng)電動機提供最大效率的轉(zhuǎn)矩電流分量與激勵電流分量的比值分別控制轉(zhuǎn)矩電流和激勵電流。此外,提供了振動抑制裝置。從而,可期望節(jié)約很多能量并提高電梯運行時的舒適性。
文檔編號B66B1/30GK1176933SQ9710289
公開日1998年3月25日 申請日期1997年2月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月28日
發(fā)明者武藤信義, 大沼直人, 紺谷雅宏, 安藤武喜, 大宮昭弘 申請人:株式會社日立制作所, 日立建筑系統(tǒng)株式會社