液壓電梯控制裝置的製作方法

2023-06-13 11:17:21

專利名稱：液壓電梯控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及液壓電梯的控制裝置，特別涉及通過變速驅動直接連接於液壓泵的轉動機，來控制高壓油流量，從而抑制電梯振動的液壓電梯。
以往的液壓電梯在上升運行時，電機以定速轉動，內流量控制閥調節油壓泵輸出的定量油返回油箱的量，由此控制電梯的速度，電梯在下降運行時，由流量控制閥調節靠自重下降的電梯，從而控制電梯的速度。在這種方式中，由於在電梯上升時，要使多餘的油循環，而電梯下降時，要使勢能消耗於油的發熱上，所以能量損耗大，油溫上升顯著。對此，最近如特公昭64-311號提出了以下解決方法，即使用變換器，使電壓，頻率可變，從而控制異步電機(以下稱VVVF控制)，使與異步電機直接連接的泵的輸出量可變。採用這種方式，由於在電梯上升時，只輸送所需要的流量，而在電梯下降時，使電梯再生制動，所以能量損失小，油的溫升也極小，因而可以得到高效率的液壓電梯系統。
圖3是如特公昭64-311號公報所揭示的液壓電梯控制裝置的結構圖，該裝置以油泵的輸出量為可變的液壓電梯的運轉原理為基礎，配以柱塞和鋼繩構成。
在圖3中，(1)是埋設於升降通道的地坑中的液壓缸，(2)是充滿此液壓缸的高壓油;(3)是靠此高壓油支撐的柱塞，(4)是安裝於柱塞(3)頂部的偏導器輪;(5)是一端固定於地坑，並掛在偏導器輪上的鋼繩，(6)是安裝於鋼繩(5)的另一端的電梯，(7)是引導電梯(6)的導軌，(8)是具有常時上回閥功能，且當電磁線圈通電時可轉換成反嚮導通的電磁轉換閥;(8a)是連接於液壓缸(1)和電磁轉換閥(8)之間的輸油管;(9)是可逆向運轉的、通過管(9a)在與電磁轉換閥(8)之間接送高壓油的液壓泵;(10)是儲存油的油箱，通過管(10a)在與液壓泵(9)之間接送油;(11)是驅動此液壓泵(9)的3相異步電機，將轉矩(11a)施加給液壓泵(9)。(12)是檢測3相異步電機(11)轉速的測速發電機，它輸出與三相異步電機轉速(12a)成正比的電壓;(13)是三相交流電源;(14)是變換三相電流電的換流器，(15)是將再生電力回饋給三相電源的變換器;(16)是接收(14)的直流，並控制脈衝幅度，從而產生電壓和頻率可變的三相交流的變換器，(17a)是電梯(6)的速度指令，(17b)是壓力均衡指令，其作用是，當電梯(6)起動時，在執行速度指令之前，電磁轉換閥(8)處於關閉狀態，這時使三相異步電機(11)低速轉動，從而使管(9a)和(8a)內的壓力相等;(18)是接收電梯速度指令(17a)、壓力均衡指令(17b)以及三相異步電機(11)的轉速(12a)，輸出變換器(16)的控制信號的速度控制裝置，(18a)是速度控制裝置(18)向變換器(16)發出的控制信號，圖中省略了，它在三相異步電機(11)和變換器(16)之間進行可變電壓和可變頻率的控制。三相異步電機(11)可以對應於變換器(16)的控制信號(18a)，成正比地向液壓泵(9)輸出轉矩(11a)。
圖4及圖5表示的是輸送給速度控制裝置(18)的速度指令(17a)，壓力均衡指令(17b)的特性曲線。下面，對應於圖4及圖5的指令說明圖3所示的液壓電梯控制裝置的動作。
首先，參照圖4說明上升運行時的動作。從電磁轉換閥(8)被關閉，三相異步電機(11)處五停止狀態開始，如圖4(a)所示，當把壓力均衡指令(17b)輸入到速度控制裝置(18)時，速度控制裝置(18)就向變換器(16)發了控制信號(18a)，如上所述，因為變換器(16)和三相異步電機(11)受VVVF控制，所以三相異步電機(11)將把與控制信號(18a)對應的轉矩(11a)輸送給液壓泵(9)，3相異步電機(11)及液壓泵(9)開始運轉，在管(9a)中產生壓力。這時，在液壓泵(9)中產生對應於管(9a)內壓力的負荷轉矩，三相異步電機(11)的轉速(12a)被反饋到速度控制裝置(18)中，三相異步電機(11)的轉速(12a)，與壓力均衡指令(17b)相應地上升，如圖4(c)所示。
當與電磁轉換閥(8)連接的管(9a)內的壓力與管(8a)內的壓力大致相等時，電磁轉換閥(8)開通，同時，如圖4(a)所示發出電梯速度指令(17a)。在電梯上升運行時，因為用電梯速度指令(17a)之和表示的三相異步電機(11)的轉速指令，比圖4(c)所示更高，所以三相異步電機(11)和液壓泵(9)高速轉動，油箱(10)內的油通過配管(10a)，(9a)，(8a)向液壓缸(1)內流動，從而推起柱塞(3)和偏導器輪(4)。因為鋼繩(5)掛在偏導器輪(4)上，所以偏導器輪(4)轉動，就使得電梯(6)被以兩倍於柱塞的推力推起。並且，依次轉換電梯速度指令(17a)，就可使電梯(6)的位置移動，在所需要的位置關閉電磁轉換閥(8)，就可以使電梯(6)停止。
下面，參照圖5說明電梯下降時的動作。根據圖5所示的壓力均衡指令(17b)，三相異步電機(11)轉動，電磁轉換閥(8)打開，這些動作與上升運行時相同，而當電梯速度指令(17a)，與如圖5(a)所示的壓力均衡指令(17b)反向時，三相異步電機(11)如圖5(a)所示，其轉速下降，最後向著電梯下降方向轉動。液壓缸(1)內的油(2)通過配管(8a)、(9a)、(10a)流回油箱(10)內，電梯(6)下降。這時，由於和液壓泵轉動方向相反的負荷作用於液壓泵(9)，從而使變換器(15)向三相電源(13)回饋再生電力。
如果在圖3所示的液壓電梯運行中，即在表示電磁轉換閥(8)處於開通狀態的振動變化的基本形式上，加上三相異步電機(11)的速度反饋，就形成了圖6所示的方塊圖。
在圖6中，速度控制裝置(18)內的(19)表示的是電梯速度和泵轉速之間的關係，AJ是柱塞(3)的截面積，V0是液壓泵(9)轉動1弧度時的理論輸出油量的體積;(20)是與異步電機(11)的轉速指令和實際的轉速之差的信號相對應的傳遞函數，它產生對變換器(16)的控制信號，由(11)，(13)，(14)，(15)，(16)構成的電源系統使異步電機(11)輸出轉矩(11a)。(21)由異步電機(11)和液壓泵(9)的慣性轉矩Jeq與拉普拉期算子S構成，由此輸出三相異步電機(11)的轉動速度即轉速(12a)，(22)是將異步電機(11)的速度變換成電梯速度的係數，很顯然它是(19)的倒數;(23)表示的是由液壓缸(1)內的高壓油(2)的彈性，柱塞(3)的質量，電梯(6)的質量及鋼繩(5)的彈性決定的振動系統，T0是此振動系統的時間常數;(24)是把電梯速度轉換成液壓缸(1)內的油(2)，配管(8a)，(9a)及液壓泵(9)內油的壓力的函數，(25)是液壓泵(9)轉動1弧度時的理論輸出油量的體積，把壓力和理論輸出體積(25)相乘，就是液壓泵(9)的3工作負荷。並且，當壓力大於液壓泵(9)的工作負荷時，壓力均衡指令(17b)和電梯速度指令(17a)迅速反應，這時為了使異步電機(11)轉動，就要將傳遞函數(20)的增益設定得很高。因此，在電梯速度為Xc，時間常數為T0振動時異步電機(11)的速度變化非常小，總之，即使檢測出異步電機(11)的轉動速度，也表現不出電梯的振動成分。
因為以往的泵的輸出量可控的油壓電梯控制裝置具有以上結構，所以從圖6所示的方塊圖中表示液壓，機械系統的振動特性的(23)可知，由於在其中不包含衰減項，所以在電梯運行中當轉換速度特性曲線或由電震產生相當於油壓、機械系統極限值(固有頻率1/τ°)的振動時，這種振動長時間持續，有損於乘梯舒適性。
本發明就是以解決上述問題為目的，提供一種積極地抑制液壓機械系統的極限振動成分，改善乘梯舒適性的液壓電梯的控制裝置。
本發明涉及的液壓電梯控制裝置是，由變換器變速驅動與液壓泵直接連接的轉動機，來控制電梯運行速度，這種液壓電梯具有檢測電梯速度的第1單元，檢測上述轉動機轉速的第2單元，檢測上述液壓系統壓力的第3單元。將由上述第1單元檢測出的電梯速度和根據由上述第2單元檢測出的上述轉動機的轉速求得的電梯速度算值之間的差值，以及由上述第3單元檢測出的壓力反饋到上述轉動機的速度控制系統，來抑制電梯的振動。
在本發明中，因為把電梯速度與根據如異步電機這樣的轉動機的轉速求出的電梯速度換算值之間的差值及液壓起重系統的壓力，反饋到轉動機速度控制系統中，所以能夠積極地抑制電梯振動，改善電梯的乘坐舒適性。
以下，參照


本發明的一實施例。
圖1是本發明一實施例的結構圖;
圖2是本發明的控制系統的詳細的方塊圖;
圖3是以往的液壓電梯控制裝置的結構較;
圖4和圖5是可變速運行的液壓電梯的速度指令特性曲線;
圖6表示以往的液壓電梯控制裝置的動力學及電機速度控制系統的方塊圖。
圖中，(6)是電梯，(8)是電磁轉換閥，(9)是液壓泵，(11)是三相異步電機，(12)是測速發電機，(16)是變換器，(18)是速度控制裝置，(28)是速度檢測器，(29)是壓力檢測器。
另外，圖中同一符號表示同一或相當部分。
圖1中，(1)-(18a)與以往的裝置相同。在本實施例中，為了檢測電梯(6)的速度，將鋼繩(26)安裝於電梯(6)上，在電梯(6)的上部和下部設置導向用的滑輪(27)。(28)是安裝於下部滑輪(27)上的速度檢測器，它輸出與電梯(6)的速度(28a)成正比的電壓;(29)是檢測配管(8a)內壓力的壓力檢測器，它輸出與配管(8a)內的壓力(29a)成正比的電壓。速度控制裝置(18)接收轉動機器例如三相異步電機(11)的轉速(12a)，電梯(6)的速度(28a)，配管(8a)內的壓力(29a)，電梯速度指令(17a)，以及壓力均衡指令(17)，並向變換器(16)發出控制信號(18a)。
圖2用方塊圖描繪出速度控制裝置(18)的演算內容及液壓、機械系統的傳遞特性。三相異步電機(11)的轉速(12a)乘以將其換算成電梯速度的換算係數(22a)，取此信號和電梯速度(28a)的差，再通過減去壓力均衡指令VP，分離差信號的直流成分，將它乘以增益(31)。另外，從配管(8a)內的壓力(29a)，減去關閉電磁轉換閥(8)時只按壓力均衡指令VP運行所得到的電磁轉換閥(8)開通前的壓力P，分離直流成分，把它乘以增益(32)，再加到電梯(6)和異步電機(11)的速度差信號上，通過補償單元(33)得到控制信號(34)，再經過開關(35)，將此信號反饋到異步電機(11)的速度控制系統，這裡，確定Hd(S)的大小是為了分離液壓電梯運行中配管(8a)內的壓力損失及泵的洩漏流量特性的變化而產生的直流信號的變動，進而抑制具有上述液壓，機械系統振動特性的振動系統(23)產生的極限振動值S＝i/τ°(i是虛數單位)，但如果由異步電機(11)的速度控制系統決定的極限值，比液壓、機械系統的極限S＝i/τ0高的話，可由下選定式Hd(S)＝τ20·S/(1+τc·S)2(1)式中τc與油壓機械系統的時間常數τ0相比選得很大。
下面說明本實施例的動作。從電磁轉換閥(8)被關閉，三相異步電機(11)處於停止狀態開始，當壓力均衡指令(17b)輸入到速度控制裝置(18)中時，開關(35)處於斷開位置，所以液壓電梯的動作同以往的電梯相同。當連接於電磁轉換閥(8)上的管(9a)內的壓力與管(8a)內的壓力大致相同時，電磁轉換閥(8)開通，在發出電梯速度指令(17a)的同時，開關(35)閉合，控制信號(34)反饋至三相異步電機的速度控制系統。在這裡，如圖2之方塊圖所示，因為用開通電磁轉換閥(8)之前的壓力均衡指令VP，以及減去此時的壓力而生成控制信號(34)，所以不產生由於閉合開關(35)而產生的電震。總之，因為用壓力均衡指令VP及減去此時的壓力P，分離直流成分，只檢測交流成分(振動成分)，所以，沒有伴隨開關(35)「開」、「關」的過渡變化，運行平滑，沒有附加的來自速度控制系統過渡時的幹擾。
現在，假設開關(35)處於閉合狀態，即電梯(6)處於運行狀態中，由於外部幹擾電梯(6)產生了振動，那麼如果用圖2所示的方塊圖及上述式(1)中的Hd(S)，則除去直流成分後著眼於振動成分的控制信號(34)為ud=c2s(1+cs)2(kd2p+kd1c2s)xc(2)]]>並且，因為異步電機(11)的速度控制系統的極限值比油壓、機械系統的極限值高，所以三相異步電機(11)迅速隨(2)式反應，改變其速度。再者，因為τc比液壓、機械系統的時間常數τ0選得大，所以上式(2)右邊第1項起到2次高通濾波器的作用。即，反饋上式(2)，對於油壓機械系統的極限值來說，Kd2δP相當於附加了彈性，Kd1τ2o相當於附加了衰減，如果適當選擇速度控制系統的增益Kd1和Kd2，那麼就可以任意選擇液壓機械系統的極限值，這從控制工程學理論來說是顯而易見的。另外，因為上述(2)式中的δP以及τo是檢測出的油壓起重系統的壓力和電梯(6)與異步電機(11)的速度差，所以它們根據電梯(6)中乘客數自動變化，因而，本發明的速度控制系統隨液壓電梯的乘客數所決定的液壓和機械系統極限值的變化而變化，從而其有效性不受損害。
再有，在前述實施例中，舉出了有上述(1)式作為補償單元(33)的例子，而從三相異步電機的速度控制系統的極限值和液壓、機械系統的極限值的相對關係可知，即使用其它形式的補償單元，也能得到同樣的效果。
另外，驅動液壓泵不僅限於三相異步電機，例如，用直流電機等變速控制液壓泵，也可以達到所期望的目的。
如上所述，採用本發明，通過變換器變速地驅動與液壓泵直接連結的轉動機，從而控制電梯運行速度的液壓電梯具有以下單元檢測電梯速度的第一單元，檢測上述轉動機轉速的第二單元，檢測上述液壓系統壓力的第三單元。把從上述第一單元檢測出的電梯速度和根據從上述第二單元檢測出的上述轉動機的轉速所求電梯速度換算值之間的差值以及由前述第三單元檢測出的壓力反饋至上述轉動機的速度控制系統，以便抑制電梯的振動，所以可以對應於不同的乘梯人數所產生的液壓，機械系統的極限值的變化，大幅度地抑制電梯振動，從而可以起到改善液壓電梯乘坐舒適性的效果。
權利要求
一種液壓電梯控制裝置，由變換器變速液壓泵直接連接的轉動機，從而控制電梯運行速度，其特徵在於包括檢測電梯速度的第一單元；檢測上述轉動機轉速的第二單元；檢測液壓系統壓力的第三單元；把根據上述第一單元檢測出的電梯速度和根據從上述第二單元檢測出的轉動機的轉速求得的電梯速度換算值之間的差值，以及由上述第三單元檢測出的壓力，反饋到上述轉動機的速度控制系統，由此抑制電梯的振動。
全文摘要
一種液壓電梯控制裝置，由變換器變速液壓泵直接連接的轉動機，從而控制電梯運行速度。它是根據檢測出電梯速度和轉動機的轉速求得的電梯速度換算值之間的差值，以及由檢測出的壓力，反饋到上述轉動機的速度控制系統，由此抑制電梯的振動。
文檔編號B66B1/30GK1060826SQ9110967
公開日1992年5月6日 申請日期1991年10月15日 優先權日1990年10月16日
發明者富澤正雄, 久保田猛彥 申請人:三菱電機株式會社