液壓式電梯的控制裝置的製作方法

2023-09-10 05:23:00

專利名稱：液壓式電梯的控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及浸入式液壓式電梯的控制裝置，特別是涉及不使用速度檢測器就可以實現高精度控制的液壓式電梯的控制裝置。
以前那種使用油壓等等的液壓式電梯，其速度控制裝置採用以下幾種控制方式，如流量控制閥的控制法，泵控制法和電機轉速控制法等。
其中利用流量控制閥的控制方式，是在電梯上升時，使輸送壓油用的電機保持以恆定速度轉動，並且使從油壓泵輸出的一定量的壓油返還到貯油槽中，在發出起動指令時，則用流量控制閥調節返還到貯油槽的壓油的流量，從而控制電梯轎廂的速度。在電梯下降時，用流量控制閥調節電梯轎廂在自重作用下的下降，從而控制其速度。該控制法是在上升時，使多餘部分的壓油循環流動，在下降時，由於依靠壓油的發熱來消耗勢能，所以能量的損耗大而且壓油的溫升也就變大了。
相對於此，泵控制法和電機轉速控制法是在電梯上升時，只輸送必要量的壓油，下降時由於使電機再生制動，所以抑制了上述能量的損耗。但其中的泵控制法由於用可變容量式泵控制其輸出量。因此，控制裝置和泵的構造複雜、價格昂貴。
而電機轉速控制法由於使用變壓變頻(VVVF)變換器，能夠在大範圍內對感應電機的轉速進行控制，使用定排出量泵、通過改變感應電機的轉速來控制泵的輸出量，所以價格低廉並且可靠性高。
圖3是日本專利文獻特開昭60-248576號公報所記載先有技術的電機轉速控制法所用的液壓式電梯控制裝置的結構圖。圖4是圖3中壓油傳動部分即電梯傳動部分的側視圖。圖5是圖3中未示出的運轉指令接觸器外部電路的接線圖。圖6是詳細地說明圖3中速度控制裝置的方框圖。圖7是表示各圖型的波形圖。
圖3中液壓缸(2)埋設在電梯升降通路(1)的井坑中，液壓缸(2)內充填有壓油(3)。在由壓油(3)支撐的活塞杆(4)的頂部，通過電梯轎廂的底座(6)安裝上電梯轎廂(5)。在升降通路(1)的側壁設置有數個站臺底座，電梯轎廂(5)的外側壁裝有凸輪(8)，在升降通路(1)的內壁，與凸輪盤(8)相對地裝有數個減速指令開關(9)和停止指令開關(10)。
液壓缸(2)內的壓油(3)通過管子(11a)與電磁轉換閥(11)連通。電磁轉換閥(11)平時起單向閥的作用，在電磁線圈(11b)通電時，則反方向也導通。通過管子(12a)與電磁轉換閥(11)相通的油壓泵(12)依靠三相感應電機在正反兩個方向旋轉，從而可在油壓泵與電磁轉換閥(11)之間輸送或接受壓油(3)。在感應電機(13)上安裝有使用了由諸如光電耦合器之類的數字式脈衝編碼器構成的轉速檢測用的測速發電機(14)。另外，在油壓泵上安裝有接受壓油(3)的油槽(15)。通過管子(15a)輸送或接受壓油(3)。包括油壓泵(12)在內的電梯傳動部分的外部構造如圖4所示，油壓泵(12)與感應電機(13)一起安裝在油槽(15)的外部。
對感應電機(13)的轉速作VVVF控制的換流電路(20)具有輸入三相交流電源R、S、T的整流器(21)、將整流器(21)輸出的直流電壓平滑濾波的電容器(22)、對電容器(22)兩端的直流電壓作脈衝寬度控制並輸出VVVF三相交流電壓的逆變器(23)、以及把電容器(22)上的直流電壓返還到三相交流電源R、S、T的反饋用逆變器(24)。
在感應電機(13)和換流電路(20)之間接有運轉接觸器(30)(參照圖5)的常開接點(30a)～(30c)。
對逆變器(23)進行控制的速度控制裝置(25)，根據由減速指令開關(9)發出的減速指令信號(9a)、由測速發電機(14)發出的速度信號(14a)、經由運轉指令定時繼電器(30T)(參照圖5)的常開接點(30Tc)送來的運轉指令信號以及經由運轉接觸器(30)的常開接點(30d)送來的運轉信號，輸出控制信號(25a)。
圖5中，運轉指令定時繼電器(30T)、運轉接觸器(30)、電磁線圈(11b)和速度控制裝置(25)分別並聯在控制電源的正極及負極上。
在減速指令信號(9a)作用下斷開、而在呼叫信號和自動關門檢測信號等作用下閉合的起動指令電路(28)，與運轉指令定時繼電器(30T)串聯連接。停止指令開關(10)(參照圖3)的常閉接點(10b)和運轉指令定時繼電器(30T)的常開接點(30Ta)串聯連接後與起動指令電路(28)並聯連接。異常檢測繼電器(圖中未表示)的常開接點(29a)和(29b)，分別串聯連接在運轉指令定時繼電器(30T)及運轉接觸器(30)上。在正常情況下，由於異常檢測繼電器處於勵磁狀態，所以，常開接點(29a)和(29b)平時是閉合的。
運轉指令定時繼電器(30T)的定時復位常開接點(30Tb)串聯連接在運轉接觸器(30)上。運轉接觸器(30)的常開接點(30f)、運轉指令定時繼電器(30T)的常開接點(30Td)，以及只在下降運行期間閉合的下方向接點(41Db)，與電磁線圈(11b)串聯連接。
在詳細地表示速度控制裝置(25)的圖6中，延遲電路(40)把經由運轉指令定時繼電器(30T)常開接點(30Tc)送來的運轉指令信號延遲一定時間後輸出。上升運行圖型發生電路(41U)和下降運行圖型發生電路(41D)，根據由延遲電路(40)延遲的運轉指令信號，分別產生規定的運行圖型，同時根據減速指令信號(9a)把運行圖型轉變為低速。只在上升運轉期間閉合的上方向接點(41Ua)接在上升運行圖型發生電路(41U)的輸出端，而只在下降運轉期間閉合的下方向接點(41Da)接在下降運行圖型發生電路(41D)的輸出端。
根據經由運轉接觸器(30)的常開接點(30d)送來的運轉信號和經由常開接點(30Tc)送來的運轉指令信號，偏置圖型發生電路(45)產生偏置圖，使油壓泵(12)以恰好抵消此時油壓泵(12)的壓油(13)洩漏量所需的轉速轉動，並根據常開接點(30d)斷開時產生的停止指令信號，使偏置圖型回零。加法器(46)將偏置圖型與運行圖型發生電路(41U)和(41D)其中之一的輸出作加法運算。
轉換電路(47)使速度信號(14a)的電平與各運行圖型的電平相一致。減法器(48)求出加法器(46)的輸出和轉換電路(47)輸出的差，並把減法運算的結果輸入到傳輸電路(49)。加法器(50)把轉換電路(47)的輸出加在由傳輸電路(49)放大後的輸出上，並輸出頻率指令信號ω0。函數發生器(51)產生相對於頻率指令信號ω0呈直線狀變化的電壓指令信號V。標準正弦波發生電路(52)根據頻率指令信號ω0和電壓指令信號V輸出對逆變器(23)進行控制的控制信號(25a)。根據這一控制信號(25a)，逆變器(23)產生正弦波的三相交流電壓。
在表示各圖型波形的圖7中，(a)為偏置圖型，(b)為下降時運行圖型，(c)為與感應電機(13)轉速相對應的電機運行圖型，(d)為電梯轎廂(5)的箱體速度圖型，(e)為與實際輸出相對應的壓油(3)的流量圖型。
下面參照圖7各圖型的波形圖來說明圖3～圖6中所表示的現有技術液壓式電梯控制裝置的具體動作。由於上升或下降的各運行圖型只是極性有所不同，所以在此只說明下降時的運行圖型。
開始，電梯轎廂(5)先處於停止狀態，當呼叫電梯下降時，電梯轎廂(5)的門關閉後輸入起動指令。這時，圖5中的運轉指令定時繼電器(30T)勵磁，並依靠常開接點(30Ta)的閉合能自己保持此勵磁狀態。與此同時，常開接點(30Tb)～(30Td)閉合。
由於常開接點(30Tb)的閉合，運轉接觸器(30)被勵磁，圖3中的常開接點(30a)～(30c)及(30d)與圖5的常開接點(30f)閉合。由於常開接點(30a)～(30c)的閉合，感應電機(13)與逆變器(23)接通後供電。另外，由於常開接點(30Tc)和(30d)的閉合，圖6中的偏置圖型發生電路(45)，從時間to開始產生偏置圖型(如圖7的(a)所示)。在該偏置圖型作用下，逆變器(23)輸出低壓低頻的三相交流電，使感應電機(13)以可抵消油泵(12)漏洩量的低轉速驅動油泵(12)。因而，在偏置圖型的驅動下，電梯轎廂(5)並不上升而是仍舊保持停止狀態。
此外，在下降運行中，由於常開接點(41Da)和(41Db)是閉合的，所以電磁線圈(11b)因常開接點(30f)、(30Td)及(41Db)的閉合而被勵磁，電磁轉換閥(11)開放，並在時間tP時完全打開。
另一方面，由於運轉指令定時繼電器(30T)的勵磁，常開接點(30Tc)閉合後，經過一定時間到達t1時，延遲電路(40)產生輸出。下降運行圖型發生電路(41D)如圖7所示，從時間t1開始產生運行圖型的前沿段。這時，由於加法器(46)把運行圖型和偏置圖型相加，所以感應電機(13)的轉速慢慢下降，從零向逆方向轉動。於是，電梯轎廂(5)如圖7(d)所示，沿下降方向運行，到時間為t2時達到穩定速度。
當電梯轎廂(5)下降到時間為t3時，到達接近目的層的某一規定位置。凸輪(8)使減速指令開關(9)動作，從而產生減速指令信號(9a)。因此，由下降運行圖型發生電路(41D)發出的圖型信號減小，電梯轎廂(5)從時間t3開始減速，直至時間為t4時，降到一定的低速，並繼續下降。這時，由於減速指令信號(9a)的作用，起動指令電路(28)已處於斷開狀態。因此，在時間t5時，凸輪(8)使停止指令開關動作，並打開常閉接點(10b)時，運轉指令時間繼電器(30T)消磁。由此，下降運行圖型發生電路(41D)的輸出逐漸降為零，所以運行圖型進一步減小，電梯轎廂(5)在時間為t6時停止。這時，儘管運轉指令定時繼電器(30T)已消磁，常開接點(30Tb)仍能保持在閉合一定時間後定時復位。所以，運轉接觸器(30)仍保持勵磁狀態，同時，感應電機(13)按照偏置圖型繼續運轉。
另外，由於停止指令開關(10)的斷開，使運轉指令定時繼電器(30T)消磁，常開接點(30Td)斷開，所以，電磁線圈(11b)被消磁，電磁轉換閥(11)慢慢地閉合。然後，在時間為tD時全部閉合。其結果，停止了從液壓缸(2)向油槽(15)的壓油供給，從而使電梯轎廂(5)保持停止狀態。
當時間為t7時，常開接點(30Tb)斷開，使運轉接觸器(30)去磁，於是，常開接點(30a)～(30f)斷開。由此，感應電機(13)停止供電，同時偏置圖型發生電路(45)停止輸出偏置圖型。在時間為t8時，感應電機(13)停止轉動。
電梯轎廂(5)上升時的工作情況，除了感應電機(13)的轉動方向與下降時相反，電磁轉換閥(11)保持原閉合狀態之外，其它均與上述情況基本相同。這樣，使用逆變器(23)的控制方式，使液壓式電梯能發揮良好的性能。
然而，近來為了達到防止噪音和小形化等目的，開始採用如圖8所示的那種把包括油壓泵(12)和感應電機(13)的電梯驅動部分浸入油槽內的浸入方式。這種情況下，由於把測速電機(14)與電磁轉換閥(11)、油壓泵(12)及感應電機(13)一起浸沒在油槽(15)內，所以，不能使用光學式的脈衝編碼器等作為測速電機(14)。
因此，提出了如特開昭64-34881號公報中所記載的一種方案，其結構是只使感應電機(13)的轉動軸突出在油槽(15)的外面，再在軸上裝上測速電機(14)。但是，實際上由於壓油是通過感應電機(13)的轉動軸而流出的，所以仍不實用。
如上所述，現有技術的液壓式電梯控制裝置存在著一些問題，即為了對感應電機(13)進行速度控制而使用了測速電機(14)，所以，必須把測速電機(14)直接安裝在驅動部分，因此對於浸入型的液壓式電梯控制裝置來說，其實用性低，難以完滿地控制感應電機(13)的轉速。
本發明的目的是獲得不使用測速電機就可以控制感應電機轉速的液壓式電梯控制裝置。
本發明的液壓式電梯控制裝置採用無傳感器的控制電路作為速度控制裝置，並根據感應電機的電壓和電流，計算出它的轉速。
在本發明中，因為不用測速電機就能控制感應電機的轉速。所以對於浸入式液壓電梯控制裝置，可以用VVVF換流器，實現高精度的速度控制。
圖1是表示本發明某一實施例的功能方框圖，圖2是感應電機的等效電路圖，圖3是表示現有技術的液壓式電梯控制裝置的結構圖，圖4是表示圖3中電梯驅動部分構造的側視圖，圖5是表示現有技術的運轉接觸器外部電路的接線圖，圖6是表示現有技術的速度控制裝置的方框圖，圖7是說明現有技術的液壓式電梯控制裝置運行圖型的波形圖，圖8是表示浸入式電梯驅動部分構造的側視圖。
以下結合


本發明的一個實施例。圖1是表示本發明某一實施例的主要部分的功能方框圖。其中(13)、(20)、(30a)～(30c)所代表的部分與前面所述的相同。
圖2是感應電機(13)為兩極單相電動機模型時的等效電路圖，感應電機(13)由一次電阻R1、與一次電阻R1串聯的一次漏抗l1、與一次漏抗l1串聯的二次漏抗l2、與二次漏抗l2串聯的二次電阻R2、以及接在二次漏抗12和二次電阻R2兩端間的勵磁阻抗M組成。一次漏抗l1和勵磁阻抗M的和構成一次自阻抗L1二次漏抗l2和勵磁阻抗M的和構成二次自阻抗L2。
圖1中，速度控制裝置(25A)由如日本電氣學會研究資料SPL-88-42～46中記載的無傳感器向量式控制電路構成，並具備有求出速度指令ωn＊和速度運算ωn°之差的減法器(61)、輸出對應於減法器得出的速度偏差的轉矩電流指令I1q＊的速度控制器(62)、對轉矩電流指令I1q＊和磁通指令φ2＊作除法運算的除法器(63)、根據除法器(63)的結果輸出轉差角速度ωs°的轉差運算器(64)、計算轉矩電流指令I1q＊和轉矩電流運算值I1q°之差的減法器(65)、根據減法器(65)算出的電流偏差用PI控制輸出速度運算值ωn°的頻率控制器(66)、計算轉差角速度ωs°和速度運算值ωn°的和之後輸出磁場角速度ω的加法器(67)、對磁場角速度ω進行時間積分再把它轉換為εjQ的所謂VCO(Voltage Controlled Oscillator)電壓控制振蕩器(68)、計算磁通指令φ2＊和磁通振幅運算值φ2°之差的減法器(70)、根據減法器(70)求出的磁通偏差輸出一次電流指令Ild＊的磁通控制器(71)、根據轉矩電流指令I1q＊和一次電流指令Ild＊進行向量運算的向量運計器(72)、計算向量運算器(72)的輸出信號εjr和電壓控制振蕩器(68)的輸出信號εjQ之和的加法器(73)、根據向量運算器(72)的輸出信號(Ilq＊2+Ild＊2)
，和加法器(73)的輸出信號εjQ1，輸出電流指令值i1＊的向量轉動器(74)、檢測感應電機(13)的一次電流i1的電流互感器(75)、檢測感應電機(13)的一次端電壓V1°的電壓檢測器(76)、根據電壓控制振蕩器(68)的輸出信號εjQ、一次電流i1及一次端電壓V1°輸出磁通振幅運算值φ2°及轉矩電流運算值I1q°的磁通轉矩運算器(77)，以及計算電流指定值i1＊和一次電流i1的差並輸出對換流電路(20)的控制信號(25a)的減法器(78)。
在此，與電壓控制振蕩器(68)的輸出信號εjQ、向量運算器(72)的輸出信號εjr和加法器(73)的輸出εjQ1有關的Q、r及Q1分別為Q＝ωtr＝tan-1(I1q＊/I1d＊)Q1＝ωt+r另外，由於速度控制電路(25A)是不含控度檢測器的電子電路，可以與換流電路(20)一起裝在油槽(15)的外部，即使用於浸入式的液壓電梯控制裝置，也不會有任何問題。
下面參照圖2對圖1所示的本發明某一實施例的動作加以說明。有關無傳感器向量式控制的詳細說明記載在上述文獻中，所以在此只扼要說明一下與本發明直接有關的內容。
一般地，向量控制是一種對產生電轉矩的二次電路的交鏈磁通(二次磁通)和二次電流進行互不相干的獨立控制，從而獲得與直流電機等效的控制性能的控制方式。
該理論可以由以下的基礎方程式導出。在以角速度ω轉動的磁場上的二維座標(d、q)中，感應電機(13)的電壓和電流的關係表示為
①式中V1d，V1qd軸，q軸的一次電壓I1d，I1qd軸，q軸的一次電流I2d，I2qd軸，q軸的二次電流ω磁場角速度ωs轉差角速度P微分算子R1，R2一次、二次電阻M勵磁電感L1一次自感L2二次自感i1一次漏感i2二次漏感設二次磁通的d、q成分分別為φ2d，φ2q，並且
φ2d＝M I1d+L2·I2d …… ②φ2q＝M I1q+L2·I2q …… ③由此下式成立0＝R2·I2d+Pφ2d-ωs·φ2q …… ④0＝R2·I2d+Pφ2q-ωs·φ2d …… ⑤電轉矩Te可表示為Te＝φ2d·I2q-φ2q·I2d …… ⑥在此，把二次磁通向量的軸改為d軸，那麼φ2q＝0由此⑥式為Te＝φ2d·I2q＝-M/L2·φ2d·I1q …… ⑦由⑦式清楚地表示出電轉矩Te可用二次磁通φ2d和與它正交的二次電流I2d，或換算為一次轉矩電流I1q來表示。
因此，如果能實現φ2q＝0，那麼，電轉矩Te可以由二次磁通φ2d和轉矩電流換算值I1q來控制。
另外，作為二次磁通向量的控制方法，即向量控制的實現方法，有轉差頻率控制法、磁場定位法等等，這裡所敘述的是根據轉矩成分電流(轉矩電流換算值)的頻率數進行反饋控制的向量控制法。
感應電機(13)的轉子速度ωn用磁場角速度ω和轉差角速度ωs表示，為ωn＝ω-ωs …… ⑧由此可以求得轉子速度。
這裡，磁場角速度ω可直接由換流電路(20)內的控制裝置求出，轉差角速度ωs可表示為ωs＝-R2·I2q/φ2d＝(M/L2)·R2·I1q/φ2d＝(1/T2)·I1q/I1d …… ⑨另外，由於向量控制的成立，如果使用指令值和感應電機(13)的常數，那麼，轉差角速度計算值ωs°可表示為ωs°＝｛(M/L2)·R2·I1q/φ2d｝＊＝｛(1/T2)·I1q/I1d｝＊…… ⑩因此，速度計算值ωn°可由ωn°＝ω-ωs° …… (11)計算推導出來，在⑨～(11)式中，T2是二次電路的時間常數，並且T2＝L2/R2另外，｛｝＊內表示給定值或指令值。
以上的運算功能可由圖1的系統結構來實現。即，通過速度控制器(62)把速度指令ωn＊和速度計算值ωn°的速度偏差轉換成轉矩電流指令I1q＊。通過減法器(65)求出該轉矩電流指令I1q＊與磁通轉矩運算器(77)所算出的轉矩電流計算值I1q°的差，即電流偏差。該電流偏差通過頻率控制器(66)，在加法器(67)中與轉差角速度ωs°相加後，輸入到電壓控制振蕩器(68)中。這樣，以轉矩電流運算值I1q°與轉矩電流指令I1q＊相一致的方式來控制磁通角速度ω，並使它與感應電機(13)實際參數相匹配的轉差頻率ωs°相符。另外，一次電流指令I1d＊和轉矩電流指令I1q＊通過向量運算器(72)和向量轉動器(74)後變換為交流電流指令值i1＊，並用減法器(78)求出它和一次電流il的差，然後，輸入至換流電路(20)中。結果，將感應電機(13)的一次電流i1控制在所希望的電流值上。
另外，在上述實施例中，使用無傳感器向量式控制電路作為速度控制裝置(25A)，但是，也可以用其它種類的不使用速度檢測器的無傳感器控制電路來構成。
如上所述，本發明由於採用了無傳感器式的控制電路作為速度控制裝置，同時根據感應電機的電壓和電流計算電機的轉速而不用測速電機來控制感應電機的轉速，所以，即使是浸入式也可以得到實現高精度速度控制的液壓式電梯控制裝置。
權利要求
1.一種液壓式電梯控制裝置，具有按VVVF方式確定感應電機轉速的逆變電路和控制該逆變電路的速度控制裝置，其特徵在於用無傳感器控制電路構成上述速度控制裝置，並根據上述感應電機的電壓和電流計算上述感應電機的轉速。
全文摘要
本發明涉及一種浸入式液壓電梯控制裝置，該裝置具有按VVVF方式確定感應電機轉速的逆變電路和控制該逆變電路的速度控制裝置，其特徵在於用無傳感器控制電路構成上述速度控制裝置，並根據上述感應電機的電壓和電流計算上述感應電機的轉速，從而可以在不使用速度檢測器的情況下實現高精度控制。
文檔編號B66B1/26GK1049830SQ9010422
公開日1991年3月13日 申請日期1990年6月9日 優先權日1989年6月15日
發明者谷野純一 申請人:三菱電機株式會社