CN104995116A - 电池供电的电梯系统中的电梯轿厢速度控制 - Google Patents

Abstract

一种电梯系统包括：电池；机器，其具有用于将运动赋予电梯轿厢的电动机；逆变器，其用于在电动模式下将来自所述电池的DC电力转换成用于所述机器的AC电力，且在再生模式下将来自所述机器的AC电力转换成用于所述电池的DC电力；以及控制器，用以控制所述逆变器，所述控制器实施以下步骤中的至少一个：在电动模式下检测所述电池处的过载，且响应于所述过载而降低轿厢速度；在再生模式下检测所述电池处的过充电，且响应于所述过充电而降低轿厢速度；在电动机场弱化模式下检测电动机直流，且响应于所述电动机直流而降低轿厢速度；以及检测轿厢负载，且响应于轿厢负载而调整轿厢速度。

Description

电池供电的电梯系统中的电梯轿厢速度控制

发明领域

本文所公开的标的物大体上涉及电梯系统领域，且更明确地说，涉及电池供电的电梯系统中的电梯轿厢速度控制。

背景

电池供电的电梯系统使用电池作为电梯机器的电源，其将运动赋予所述电梯轿厢。含有逆变器的驱动单元通常连接在电池与所述机器之间。在电动模式下，所述逆变器将来自电池的DC电力转换成用于所述机器的AC驱动信号。在再生模式下，所述逆变器将来自所述机器的AC电力转换成用于为所述电池充电的DC电力。

在电池供电的电梯系统中，当处于电动模式下时，电池可能经历过载，或在再生模式下经历过充电。过载不利地影响电池的充电状态/电池作为电压/电力来源的可用性。过充电不利地影响电池的健康。通常使用动态制动电阻器来控制过充电，且通常用轮廓修改来控制过载。

简述

根据示例性实施方案，一种电梯系统包括：电池；机器，其具有用于将运动赋予电梯轿厢的电动机；以及逆变器，其用于在电动模式下将来自电池的DC电力转换成用于机器的AC电力，且在再生模式下将来自所述机器的AC电力转换成用于所述电池的DC电力；以及控制器，用以控制所述逆变器，所述控制器实施以下步骤中的至少一个：在电动模式下检测电池处的过载，且响应于所述过载而降低轿厢速度；在再生模式下检测电池处的过充电，且响应于所述过充电而降低轿厢速度；在电动机场弱化模式下检测电动机直流，且响应于所述电动机直流而降低轿厢速度；以及检测轿厢负载，且响应于轿厢负载而调整轿厢速度。

本发明的实施方案的其它方面、特征和技术将从结合图式进行的以下描述变得更明显。

附图简述

现在参看图式，其中相同元件在图中相同编号：

图1是示例性实施方案的电梯系统的组件的框图；

图2描绘示例性实施方案中的电梯系统的组件；

图3描绘用于控制电池过载的示例性实施方案中的电池电压和电梯轿厢速度的曲线图；

图4描绘用于控制电池过充电的示例性实施方案中的电池电压和电梯轿厢速度的曲线图；

图5描绘用于在场弱化模式下控制电池电压不足的示例性实施方案中的电池电压、机器直流和电梯轿厢速度的曲线图；

图6是用于响应于轿厢负载来控制轿厢速度的示例性实施方案中的轿厢负载对轿厢速度的曲线图；

图7是用于响应于轿厢负载来控制轿厢速度的示例性实施方案中的轿厢负载对轿厢速度的曲线图；以及

图8是示例性实施方案中的用于控制轿厢速度的过程的流程图。

详述

图1是示例性实施方案中的电梯系统10的组件的框图。电梯系统10包括AC电力12的来源，例如主电网(例如，230伏，单相)。将AC电力12提供到开关面板14，其可包括断路器、仪表等。从开关面板14，将AC电力提供到电池充电器16，电池充电器16将AC电力转换成DC电力，来为电池18充电。电池18可为铅酸电池或其它类型的电池。电池18为驱动单元20供电，驱动单元20将来自电池18的DC电力转化为AC驱动信号，其驱动机器22以将运动赋予电梯轿厢23。所述AC驱动信号可为用于机器22中的三相电动机的多相(例如，三相)驱动信号。注意，电池18是驱动单元20的唯一电源，且AC电力12不直接耦合到驱动单元20。

图2描绘示例性实施方案中的电梯系统10的组件。驱动单元20包括耦合到电池18的第一DC链接30(例如，正DC电压)，以及耦合到电池18的第二DC链接32(例如，负DC电压或接地)。一个或多个DC链接电容器34链接在第一DC链接30与第二DC链接32之间。逆变器部分使用开关40来产生用于机器22的电动机的驱动信号。开关40可为MOSFET晶体管，但应理解，可使用其它类型的开关。开关40布置在相脚中，每一相脚连接在第一DC链接30与第二DC链接32之间。在每一相脚中的开关40的结点(例如，源极-漏极结点)处提供AC端子42。AC端子42耦合到机器22的电动机绕组。在示例性实施方案中，机器22包括三相、永磁体同步电动机。图2描绘三相逆变器和三相电动机，但实施例不限于特定数目的相。

逆变器将来自电池18的DC电力转换成用于在电动模式下驱动机器22的AC电力。当在再生模式下操作时，逆变器还将来自机器22的AC电力转换成用于为电池18充电的DC电力。当空电梯轿厢正向上行进时，或当有负载的电梯轿厢正向下行进时，可发生再生模式。再生模式可包括提供AC电力的机器22的再生制动器。将AC端子42处接收到的AC电力转换成为电池18充电的DC电力。

在电动模式期间，控制器50提供控制信号来接通和断开开关40，以在每一AC端子42处产生AC驱动信号。AC驱动信号可为变频信号。在再生模式期间，控制器50提供控制信号来接通和断开开关40，以将来自机器22的AC电力转换成用于为电池18充电的DC电力。在每一AC端子42处提供电流传感器44，以允许控制器50在电动模式和再生模式两者下，检测每一AC端子42处的电流。在电池18处提供电压传感器51，以检测电池电压，并将感测到的电压提供给控制器50。可使用执行存储在存储媒介上的计算机程序以实施本文所述的操作的通用微处理器来实施控制器50。或者，可在硬件(例如，ASIC、FPGA)中或在硬件/软件的组合中实施控制器50。控制器50也可为电梯控制系统的部分。

驱动单元20还包括动态制动电阻器60和动态制动开关62。动态制动开关62可为MOSFET晶体管，但应理解，可使用其它类型的开关。在再生模式下，如果机器22处所产生的电流过多，那么接通(例如，以某一工作周期来脉冲接通和脉冲关断)动态制动开关62，且电流流经动态制动电阻器60。过多的能量通过动态制动电阻器60来耗散。应理解，在驱动单元20中，可使用多个动态制动电阻器60以及动态制动开关62。

在示例性实施方案中，控制器50响应于电梯系统的操作参数(包括电池电压、电动机直流、轿厢负载等)，来控制电梯轿厢23的速度。当机器22在电动模式下操作时，示例性实施方案保护电池18免于过载(即，透支电流)。如果机器22使电池18过载，那么电池电压将下降。控制器50监视来自电压传感器51的感测到的电池电压，并响应于感测到的电池电压来调整轿厢速度。在电动模式下，控制器50可将感测到的电池电压与阈值进行比较，且如果感测到的电池电压小于所述阈值(任选地，在某一周期内)，那么控制器50使轿厢速度降低某一预定量(例如，当前速度的设定m/sec或百分比)。另外，可使用多个阈值来提供对速度降低的更精细的控制。在其它实施方案中，基于使电池电压与轿厢速度相关的函数来得出轿厢速度，使得控制器50响应于感测到的电池电压来执行连续速度调整。所使用的阈值或使电池电压与轿厢速度相关的函数也可取决于电池的类型(例如，铅酸、锂离子等)。

图3描绘用于控制电池过载的示例性实施方案中的电池电压和电梯轿厢速度的曲线图。当感测到的电池电压下降到低于48V(作为实例阈值)时，控制器50将轿厢速度从第一速度(例如，630mm/s)调整到较低的第二速度(例如，580mm/s)。如果感测到的电池电压在某一周期时间(例如，t)内保持低于所述阈值，那么控制器50可再次降低轿厢速度。如上文所述，可使用多个电压阈值，或轿厢速度可通过函数与感测到的电池电压相关，以提供连续速度调整。在替代实施方案中，可使用感测到的电池电压的变化率来控制轿厢速度，使得如果感测到的电池电压已稳定(例如，感测到的电池电压的变化率小于阈值)，那么不进行进一步的速度调整。

示例性实施方案在机器22正在再生模式下操作时，保护电池18免于过充电。在现有系统中，使用动态制动电阻器60来耗散再生模式下的过量电流。可以工作周期来脉冲接通-关断动态制动电阻器60，以调整耗散的电流。当存在大再生电流时，甚至以100％的工作周期，动态制动电阻器60也不能够耗散与过量电流相关联的所有能量。这可导致电池18被过充电并损坏。

为了解决此问题，控制器50监视来自电压传感器51的感测到的电池电压，并响应于所述感测到的电池电压来调整轿厢速度。在再生模式下，控制器50可将感测到的电池电压与阈值进行比较，且如果电池感测到的电池电压大于所述阈值(任选地，在某一时间周期内)，那么控制器50可渐增地接通动态制动开关62，以通过动态制动电阻器60来耗散再生电流。如果动态制动电阻器60满负载(例如，动态制动开关62以100％工作周期工作)，且来自电压传感器51的感测到的电池电压仍高于阈值(可确定所述阈值来确保电池健康)，那么控制器50使轿厢速度降低某一预定量(例如，当前速度的设定m/sec或百分比)。另外，可使用多个阈值来提供对速度降低的更精细的控制。在其它实施方案中，基于使电池电压与轿厢速度相关的函数来得出轿厢速度，使得控制器50响应于感测到的电池电压来执行连续速度调整。所使用的阈值或使电池电压与轿厢速度相关的函数也可取决于电池的类型(例如，铅酸、锂离子等)。

图4描绘用于控制电池过充电的示例性实施方案中的电池电压和电梯轿厢速度的曲线图。当感测到的电池电压超过阈值(例如，64伏)时，控制器50激活动态制动开关62，其使增加的电池电压稳定，如部分200处所示。最后，动态制动电阻器可不再耗散进一步的能量，且感测到的电池电压增加。此时，控制器50降低轿厢23的速度，以减小来自机器22的再生电流。如果感测到的电池电压在某一时间周期内超过阈值，那么控制器50可再次降低轿厢速度，如400处所示。如上文所述，可使用多个电压阈值，或轿厢速度可通过函数与感测到的电池电压相关，以提供连续速度调整。在替代实施方案中，可使用感测到的电池电压的变化率来控制轿厢速度，使得如果感测到的电池电压已稳定，那么不进行进一步的速度调整。

当控制器50正在场弱化模式下操作机器22的电动机时，另一示例性实施方案保护电池18免于电压不足。场弱化模式是电动机的已知操作模式，且涉及增加的绕组电流(在电动机控制术语中，此电流称为d轴电流、场弱化电流或电压调节电流)，以在归因于电梯运动电动机所需的扭矩下实现较高速度。场弱化时可接受的操作模式，主要到电动机的电流不是相当大，且电池未过载即可。

为了保护电池免于电压不足(归因于电动机中增加的损失和/或来自电动机的增加的电力)，且也为了保护电动机免遭过量电流，在场弱化模式下，控制器50通过处理电流传感器44的信号(称为，向控制场的3/2-DQ变换)来监视电动机直流(d轴电流)。在场弱化模式下，控制器50可将感测到的电动机直流与阈值进行比较，且如果感测到的电动机直流大于所述阈值(任选地，持续某一时间周期)，那么控制器50使轿厢速度降低某一预定量(例如，当前速度的设定m/sec或百分比)。另外，可使用多个阈值来提供对速度降低的更精细的控制。在其它实施方案中，基于感测到的电动机直流的函数来得出轿厢速度，使得控制器50响应于感测到的电动机直流来执行连续速度调整。所使用的阈值或使感测到的电动机直流与轿厢速度相关的函数也可取决于电池的类型(例如，铅酸、锂离子等)。

图5描绘用于控制电池电压不足的示例性实施方案中的电池电压、电动机直流和电梯轿厢速度的曲线图。当感测到的电动机直流超过阈值(例如，100安培)时，控制器50降低轿厢23的速度，以减少电动机的电流汲取。如果感测到的电动机直流超过所述阈值达某一周期时间，那么控制器50可再次降低轿厢速度。如上文所述，可使用多个阈值，且轿厢速度可通过函数与感测到的电动机直流相关，以提供连续速度调整。在替代实施方案中，可使用感测到的电动机直流的变化率来控制轿厢速度，使得如果感测到的电动机直流已稳定，那么不进行进一步的速度调整。也可使用在场弱化模式下响应于感测到的电动机直流来控制轿厢速度，以允许轿厢在受限的时间周期内以较高速度行进，直到电池电压下降为止，此时轿厢速度降低以适应电池不足。

另一示例性实施方案响应于轿厢行进方向和轿厢负载来控制轿厢速度。当轿厢23向上行进且负载较低时，可以上速度值(例如，1m/s)来设定轿厢速度。这是归因于机器22在低负载下不需要大量电力来使轿厢23升高的事实，这强加从电池18的较低电力汲取。随着轿厢负载增加，控制器50使轿厢23的速度降低到下速度值(例如，630mm/s)，以较少机器22处所需的电力，以及因此电池18的消耗。图6是用于响应于轿厢负载来控制轿厢速度的示例性实施方案中的用于向上行进轿厢的轿厢负载对轿厢速度的曲线图。如图6中所示，当负载低于负载阈值时，将轿厢速度设定在上速度值(例如，1m/s)。一旦轿厢负载超过负载阈值(例如，最大负载的50％)，那么线性减小所述速度，直到在负载限制(例如，最大负载的80％)下达到下速度值(例如，630mm/s)为止。应理解，可以不同于最大负载的百分比的格式来表示轿厢负载。

图6的上速度值、下速度值、负载阈值和负载限制是示例性值。应理解，可将其它值用于这些参数。另外，可使用多个负载阈值来提供对轿厢速度的更精细的控制。在其它实施方案中，基于轿厢负载的函数得出轿厢速度，使得控制器50响应于轿厢负载来执行连续速度调整。

图7中示出相反的行进方向。当轿厢23正向下行进且负载较低时，可将轿厢速度设定在下速度值(例如，630mm/s)。这是归因于机器22在低负载下需要大量电力来使轿厢23降低的事实，这强加从电池18的较大电力汲取。随着轿厢负载增加，控制器使轿厢23的速度增加到上速度值(例如，1m/s)，因为机器23需要来自电池18的较少电力来较低负载较多的轿厢。图7时用于响应于轿厢负载来控制轿厢速度的示例性实施方案中的轿厢负载对轿厢速度的曲线图。如图7中所示，当负载低于负载阈值时，将轿厢速度设定在较低速度值(例如，630mm/s)。一旦轿厢负载超过负载阈值(例如，最大负载的20％)，那么线性减小所述速度，直到在负载限制(例如，最大负载的50％)下达到上速度值(例如，1m/s)为止。应理解，可以不同于最大负载的百分比的格式来表示轿厢负载。

图7的上速度值、下速度值、负载阈值和负载限制是示例性值。应理解，可将其它值用于这些参数。另外，可使用多个负载阈值来提供对轿厢速度的更精细的控制。在其它实施方案中，基于轿厢负载的函数得出轿厢速度，使得控制器50响应于轿厢负载来执行连续速度调整。

在图6和图7的实施方案中，可以多种方式获得轿厢负载。在一个实施方案中，轿厢23配备有负载测量系统，其测量轿厢23的负载。在另一实施方案中，从控制器50所产生的速度控制输出得出轿厢负载。如本领域已知，在轿厢加速之前，可通过将速度命令值与测得速度进行比较，来将轿厢23的速度测量用作轿厢负载的指示符。换句话说，在机器制动器被提起之后，且优选在某一量的时间已逝去之后，速度控制器(其可为速度比例-积分(PI)调节器或PI调节器后接P调节器)的输出(其为到电动机的扭矩命令)被闩锁，以允许信号过滤。优选的是，闩锁扭矩命令在实际电梯运动之前即刻发生。可经由线性关系，将此被闩锁的扭矩命令转换成轿厢估计中的负载。

注意，可结合基于轿厢负载的速度控制(图6和图7)，使用场弱化模式下的电梯速度控制(图5)。举例来说，如果电梯速度控制例程命令轿厢速度增加，那么这可导致机器22的电动机进入场弱化模式。在此情形中，控制器50将响应于电动机直流而降低轿厢速度，以防止电池过载，如参考图5所述。在其它实施方案中，可执行某一水平的场弱化电流注入，以补偿机器电压归因于温度或材料变化而发生的变化。场弱化可结合基于负载的速度调度来使用，以确保达到所命令的速度。然而如果场弱化模式下的电动机直流高于阈值，那么可使用如上文所述的图5的速度降低方法。因此，场弱化模式下的电梯速度控制可基于轿厢负载来增加速度控制。

图8是由示例性实施方案中的控制器50执行的过程的流程图。应理解，图8中的步骤的次序是示例性的，且可同时实施一个以上控制框，作为连续控制过程的一部分。在300处，控制器50通过监视电压传感器51处感测到的电池电压来确定电池18在电动模式下是否过载。如果感测到的电池电压过低，那么流程进行到302，其中控制器50使轿厢速度降低某一量(例如，当前速度的设定m/sec或百分比)。流程返回进行到300，其中控制器50继续监视电池电压，直到电池电压处于合适水平为止。可以逐步方式使用302处的进一步速度降低，直到电池电压低于阈值为止。

如果在300处，电池18未过载，那么流程进行到304，其中控制器50通过监视电压传感器51处感测到的电池电压来确定电池18在再生模式下是否过充电。如果在304处，感测到的电池电压过高，那么流程进行到306，其中控制器50尝试通过动态制动电阻器60来降低电池电压。如果动态制动电阻器60使电池电压降低到可接受水平，那么流程返回到304。如果未使电池电压降低到可接受水平，那么流程进行到308，其中控制器50使轿厢速度降低某一量(例如，当前速度的设定m/sec或百分比)。流程返回进行到304，其中控制器50继续监视电池电压，直到电池电压处于合适水平为止。可以逐步方式使用308处的进一步速度降低，直到电池电压低于阈值为止。

如果在304处，电池18未过充电，那么流程进行到310，其中控制器50确定场弱化模式下的电动机直流是否过高。如果过高，那么流程进行到312，其中控制器50使轿厢速度降低某一量(例如，当前速度的设定m/sec或百分比)。流程返回进行到310，其中控制器50继续监视电池电压，直到电池电压处于合适水平为止。可以逐步方式使用312处的进一步速度降低，直到电池电压低于阈值为止。

如果310处不存在电池不足，那么流程进行到314，其中控制器50确定轿厢负载是否可用。如果可用，那么流程进行到316，其中控制器50响应于轿厢行进方向和轿厢负载来控制轿厢速度，如图6和图7中所示。如上文所述，在场弱化模式下使用电动机直流的轿厢速度控制也可结合响应于轿厢负载来调整轿厢速度(如图8中所表示)使用。

本文所使用的术语是仅出于描述特定实施方案的目的，且无意限制本发明。虽然已出于例示和描述的目的来呈现本发明的描述，但所述描述无意为详尽的或限于所公开形式的本发明。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域的技术人员将明白本文未描述的许多修改、变化、更改、替代或等效布置。另外，虽然已描述了本发明的各种实施方案，但将理解，本发明的方面可仅包括所描述实施方案中的一些实施方案。因此，不将本发明视为受前面的描述限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (17)

1.一种电梯系统，其包括：

电池；

机器，其具有用于将运动赋予电梯轿厢的电动机；

逆变器，其用于在电动模式下将来自所述电池的DC电力转换成用于所述机器的AC电力，且在再生模式下将来自所述机器的AC电力转换成用于所述电池的DC电力；以及

控制器，其用以控制所述逆变器，所述控制器实施以下各项中的至少一个：

在电动模式下检测所述电池处的过载，且响应于所述过载而降低轿厢速度；

在再生模式下检测所述电池处的过充电，且响应于所述过充电而降低轿厢速度；

在电动机场弱化模式下检测电动机直流，且响应于所述电动机直流而降低轿厢速度；以及

检测轿厢负载，且响应于轿厢负载而调整轿厢速度。

2.如权利要求1所述的电梯系统，其中：

在电动模式下检测所述电池处的所述过载，且响应于所述过载而降低轿厢速度包括：

检测所述电池处的电压，且如果所述电池处的所述电压低于阈值，那么降低轿厢速度。

3.如权利要求1所述的电梯系统，其中：

在电动模式下检测所述电池处的所述过载，且响应于所述过载而降低轿厢速度包括：

检测所述电池处的电压，且响应于使电池电压与轿厢速度相关的函数来控制轿厢速度。

4.如权利要求1所述的电梯系统，其中：

在再生模式下检测所述电池处的所述过充电，且响应于所述过充电而降低轿厢速度包括：

检测所述电池处的电压，且如果所述电池处的所述电压超过阈值，那么降低轿厢速度。

5.如权利要求1所述的电梯系统，其中：

在再生模式下检测所述电池处的所述过充电，且响应于所述过充电而降低轿厢速度包括：

检测所述电池处的电压，且响应于使电池电压与轿厢速度相关的函数来控制轿厢速度。

6.如权利要求1所述的电梯系统，其还包括：

动态制动电阻器，其耦合到转换器；

其中在再生模式下检测所述电池处的所述过充电包括：

所述控制器将电流从所述转换器引导到所述动态制动电阻器，以在降低轿厢速度之前降低电池电压。

7.如权利要求1所述的电梯系统，其中：

在电动机场弱化模式下检测电动机直流，且响应于所述电动机直流而降低轿厢速度包括：

检测电动机直流，且如果电动机直流超过阈值，那么降低轿厢速度。

8.如权利要求1所述的电梯系统，其中：

在电动机场弱化模式下检测电动机直流，且响应于所述电动机直流而降低轿厢速度包括：

检测电动机直流，且响应于使电动机直流与轿厢速度相关的函数来控制轿厢速度。

9.如权利要求1所述的电梯系统，其中：

检测轿厢负载，且响应于轿厢负载来调整轿厢速度包括：

确定所述轿厢正向上行进；

将所述轿厢速度设定在上速度值；

随着轿厢负载增加而降低所述轿厢速度。

10.如权利要求9所述的电梯系统，其中：

随着轿厢负载增加而降低所述轿厢速度包括将所述轿厢负载与负载阈值进行比较，且在所述轿厢负载超过所述负荷阈值后，即刻降低所述轿厢速度。

11.如权利要求9所述的电梯系统，其中：

随着轿厢负载增加而降低所述轿厢速度包括响应于使轿厢速度与轿厢负载相关的函数来控制轿厢速度。

12.如权利要求1所述的电梯系统，其中：

检测轿厢负载，且响应于轿厢负载来调整轿厢速度包括：

确定所述轿厢正向下行进；

将所述轿厢速度设定在下速度值；

随着轿厢负载增加而增加所述轿厢速度。

13.如权利要求12所述的电梯系统，其中：

随着轿厢负载增加而增加所述轿厢速度包括将所述轿厢负载与负载阈值进行比较，且在所述轿厢负载超过所述负荷阈值后，即刻增加所述轿厢速度。

14.如权利要求12所述的电梯系统，其中：

随着轿厢负载增加而增加所述轿厢速度包括响应于使轿厢速度与轿厢负载相关的函数来控制轿厢速度。

15.如权利要求1所述的电梯系统，其中：

所述控制器实施以下各项中的至少两个：

在电动模式下检测所述电池处的过载，且响应于所述过载而降低轿厢速度；

在再生模式下检测所述电池处的过充电，且响应于所述过充电而降低轿厢速度；以及

在电动机场弱化模式下检测电动机直流，且响应于所述电动机直流而降低轿厢速度。

16.如权利要求1所述的电梯系统，其中：

所述控制器实施以下各项中的每一个：

在电动模式下检测所述电池处的过载，且响应于所述过载而降低轿厢速度；

在再生模式下检测所述电池处的过充电，且响应于所述过充电而降低轿厢速度；以及

在电动机场弱化模式下检测电动机直流，且响应于所述电动机直流而降低轿厢速度。

17.如权利要求1所述的电梯系统，其中：

检测所述轿厢负载包括响应于速度控制输出而得出所述轿厢负载。