HK1122264A - 用於功率再生的电梯控制系统 - Google Patents

Description

用于功率再生的电梯控制系统

技术领域

本发明涉及一种电梯系统以及一种用于控制电梯中的电梯马达(motor)的方法，可在建筑物的内部电网连接到公共配电网络时和在建筑物的电网连接到备用功率仪器(reserve power appliance)时使用该电梯系统。

背景技术

在正常的操作情形中，控制电梯，使得每次使用时，电梯考虑设备状况(aspect)和乘客舒适状况而尽可能快地运行(travel)出发楼层与目的楼层之间的距离。因此，目标是控制电梯马达，使得对于设备和乘客舒适，电梯的加速度、减速度和运行速度尽可能大。经由马达而在电气系统和电梯的牵引槽轮(sheave)之间传送的功率根据在哪个方向、以多大加速度或减速度、以及利用哪种负载(load)驱动电梯而变化。取决于驱动情形，电梯马达或者将电功率转换为机械功率，电梯车厢和任何平衡物(counterweight)和绳索利用该机械功率移动；或者将根据电梯车厢和平衡物的势能或动能的改变而传送到该牵引槽轮的机械功率转换为电功率。在马达损耗中消耗了传递到马达的一些功率。

以上述方式控制电梯的要求是电梯驱动器连接到的电气系统能够适应电梯马达的功率要求。这意味着如果需要，则电气系统必须能够向马达供应电功率和接收由马达供应到电气系统的电功率二者。在正常的操作情形中，从公共配电网络接收向马达供应的电功率。马达向电气系统供应的功率可被转换为为此目的与电气系统连接的电阻器组件(pack)中的热量，或者可以将功率供应回到建筑物的内部或公共配电网络，以便由连接到相同网络的其它负载来消耗。特别是在有效的且快速的电梯中，其中存在从马达向电气系统的大量功率传送，将所生成的电功率供应回到电网以在连接到电网的其它装置中利用是很经济的。当在较轻的方向进行驱动时，例如在配备有平衡物的电梯满负载并且全速向下驱动或空着向上驱动、或者没有平衡物的电梯向下驱动的情形中，向电网供应功率。供应回的电功率最多对应于额定功率(nominal power)的90％。为此原因，马达驱动包括所谓的受控网络桥，其形成正确频率、形式和电压的电流。

在例外情形中，例如作为功率切断的结果，电梯的电气系统到公共电网的连接可被切断。作为对这种情形的预防措施，已经在许多建筑物中布置了备用功率仪器，借助于该备用功率仪器，通常可以使用部分电气装置。在这个情况中，电梯马达必须能够在电气系统的限制内操作。根据公开EP0794919已知一种备用功率系统，其中调整电梯马达的速度，使得电梯驱动从网络取得的功率小于可调整的功率限制。

在备用功率使用中，典型地关断了建筑物的电网的一些负载的使用。当在备用功率使用中操作被布置为当在较轻方向驱动时朝电网向回供应电功率的电梯系统时，电梯系统向网络供应的功率可超过建筑物的电网的负载容量。在这个情况下，电网的电压上升，并且连接到该网络的电气装置可由于过压而被损坏。

根据现有技术，努力限制向电梯系统的网络供应的功率，使得单独的负载连接到当在较轻方向进行制动或驱动时生成的功率所供应到的电梯的电气系统，诸如电阻器组件。现有技术的解决方案中的缺点在于，对于已中断电力供应的情形向电梯提供接收功率的单独负载增加了电梯系统的成本。使用消耗功率的单独负载的另一个缺点是，必须结合电梯的机器为这些负载保留空间。此外，当使用单独的负载电阻时，电梯和乘客的势能被浪费地消耗了。在通过将电梯马达在正常情形中生成的电功率供应到电网的其它负载来利用所述电功率的系统中，仅仅在例外的场合中，电阻器组件的获得(procurement)是必要的。

发明内容

根据本发明的电梯系统的特征在于权利要求1的特征部分所公开的内容，并且根据本发明的方法的特征在于在权利要求6的特征部分所公开的内容。本发明的其它实施例的特征在于在其它权利要求中所公开的内容。一些发明实施例也呈现在本申请的描述部分中。本申请的发明内容还可与下面呈现的权利要求中的内容不同地限定。特别是如果鉴于表述或隐含的子任务、或者从所实现的优点的或优点的范畴的角度考虑本发明，该发明内容还可包括几个单独的发明。在这个情况下，从单独的发明构思的角度看，在下面的权利要求中包括的一些属性可能是多余的。

根据本发明的电梯系统连接到建筑物的内部配电网络，其还可或连接到公共配电网络或连接到备用功率仪器。该电梯系统包括至少一个电梯、电梯控制系统、电梯马达、和适于向电梯马达供电的频率转换器。可以在建筑物的配电网络连接到公共配电网络时和在建筑物的配电网络连接到备用功率仪器时，使用该电梯系统。该电梯系统包括用于控制电梯、使得当建筑物的电网连接到备用功率系统时、电梯系统向建筑物的电网供应的功率小于可为其设置的功率限制的器件(means)。该电梯系统可适于操作，使得电梯系统不向建筑物的内部电网供应功率。

在本发明的一个实施例中，所述电梯系统还包括用于控制至少一个马达、使得电梯马达所生成的电功率小于可为所生成的电功率设置的功率限制的器件。在这种情况中，用于消耗由马达所生成的电功率或用于存储能量的器件不需要布置在适于向电梯马达供电的频率转换器的中间电路中。可以将功率限制设置为对应于例如辅助装置和控制系统的功率消耗。在本发明的一个实施例中，所述系统还包括用于监视建筑物的电网的状态和用于指定功率限制的器件。

在根据本发明的用于控制电梯系统中的电梯的方法中，该电梯系统连接到建筑物的配电网络，其还可连接到公共配电网络或连接到备用功率仪器，并且该电梯系统包括至少一个电梯、电梯马达、适于向电梯马达供电的频率转换器、电梯控制系统、以及电梯的辅助装置，并且该电梯系统可以在建筑物的电网连接到公共配电网络时和在建筑物的电网连接到备用功率仪器时使用，当建筑物的电网连接到备用功率系统时，控制电梯，使得电梯系统向建筑物的电网供应的功率小于可为其设置的限制值。在本发明的一个实施例中，控制至少一个电梯马达的速度，使得电梯马达所生成的电功率小于可为所生成的功率设置的功率限制P_r。根据所述方法，还可以进一步指定电梯的辅助装置和电梯的控制系统所需要的功率，并且可以将功率限制设置为对应于电梯的辅助装置和控制系统所需要的功率。可以指定用于供应到网络的功率的功率限制，例如使得其对应于电网的其它设备的功率需求以及电梯系统本身的功率需求。

根据本发明的电梯系统可在向电梯供电的电网连接到公共配电网络时和在电网连接到备用功率时使用。可以为电梯系统向网络供应的功率设置功率限制，在该情况下，当电梯系统操作地连接到备用电源时，供应到系统的电网的功率没有超过准许的限制。当设置所述限制使得所供应的功率不超过在隔离的网络的负载中可消耗的功率时，可以省去诸如电阻器组件的用于消耗功率的器件，其通常被连接以与电梯系统的电源结合用于备用功率使用。这实现了成本节约和建筑物中的节约空间二者，因为电梯机器所需要的空间较小。

还可能限制由电梯系统的马达所生成的功率，使得其对应于电梯及其辅助装置的特定功率消耗。在这个情况下，电梯系统当在较轻方向上驱动时完全自给自足地(self-sufficiently)操作，而没有从网络取得功率或向网络供应功率。在这个情况下，可利用建筑物的备用功率容量用于其它用途。

附图说明

接下来，将参考附图借助于本发明的实施例的几个示例来更详细地描述本发明，其中：

图1图示了根据本发明的连接到建筑物的内部配电网络的一个电梯系统。

图2图示了根据本发明的连接到建筑物的内部配电网络的另一个电梯系统。

图3a图示了现有技术的电梯系统的供电仪器。

图3b图示了根据本发明的电梯系统的供电仪器。

具体实施方式

图1呈现了根据本发明的电梯系统，其中电梯系统24包括四个电梯8。在根据图1的电梯系统中，在备用功率情形中的备用功率机器或备用功率发电机(generator)2经由供电网络4向连接到网络的功率消耗装置供电。在正常操作情形中，网络4经由开关6连接到诸如公共配电网络的外部供电网络7。一些功率消耗装置是建筑物的电梯8，在这个图中存在四个电梯，但是可以有更多，并且其可以形成在经受相同组控制的电梯组24。在图2中，仅呈现了电梯8中的牵引槽轮29、驱动马达28、和用于控制马达的调整装置，诸如频率转换器26。在实际实现中，电梯、编组为电梯组的分组、以及控制装置和辅助装置的数目可变。还可能的是，电梯系统包括其自己的备用功率源，诸如UPS仪器，其可连接到例如图1的点A。

一些功耗装置是在紧急情况中必须操作的仪器，诸如应急照明设备10、风扇12。此外，建筑物中在正常情形中使用的诸如正常照明设备18和办公室机器和其它机器20之类的装置经由开关16而连接到网络4。备用功率发电机向预先指定的装置供电，而其它装置被关断操作。例如，如果需要，可关断在开关16后面的装置。结果，在备用功率使用时的建筑物的内部电网的功耗容量典型地小于从公共配电网络接收供电的正常操作情形。结果，在备用功率使用中，不能以与正常操作条件相同的方式来利用由电梯马达向电网生成的功率。

为了避免电网4中的电压的上升，电梯系统24可以不向电网4供应比可在与其相连的负载中消耗的功率更多的功率。当电梯系统24包括多于一个电梯时，不需要为了限制电梯系统向网络供应的功率而限制相对于每个单独的电梯马达28所生成的功率。在这个情况下，可利用由一个电梯马达生成的功率来移动另一个电梯车厢。根据本发明的电梯系统包括用于控制电梯、使得电梯系统向网络4供应的功率没有超过可以为其设置的限制值P_a的器件。电梯的运动按照所传递的命令的方向、以组控制的方式或者其本身为现有技术的其它控制设备的方式进行控制。控制根据本发明的电梯的速度和/或电梯马达的功率因数以及电梯的出发次序，使得电动机的输出的总和在任何给定的时刻都保持在可以设置的功率限制P_a之下。在这个情况下，单个电梯8的马达所生成的功率可大于P_a。例如，可能一个电梯首先开始在较轻方向驱动，并且在该电梯启动之后，将另一电梯设置为在较重方向驱动，使得电梯的速度适于电梯的负载和其它电梯的马达所生成的功率，成为定值。如果在系统中使用UPS，则可能驱动长时间，从而根本没有加载UPS装置的蓄电池。可以使向网络供应的功率最小化，还可以将限制值P_a设置为零，在该情况中，电梯系统根本没有向网络供应任何功率。

图2呈现了本发明的另一实施例，其中电梯系统24包括一个电梯8，其通过频率转换器26和电梯马达28来控制。在图2中使用了与图1相同的编号。接下来参考图3a和图3b来更详细地描述根据图2的电梯系统的操作。

图3a呈现了现有技术的电梯系统，包括一个可应用于高层建筑的电梯，其被设计为可在备用功率使用时和在正常连接到网络中时操作。备用功率在这里意指如下的情形，其中发电机通过不中断电源(UPS)的蓄电池、或通过被布置为向网络供应电能的另一可应用仪器，而向连接到电梯系统的建筑物的内部配电网络供电。由频率转换器26供电的马达28经由电梯的提升绳索81和牵引槽轮29来移动电梯车厢82。频率转换器26包括两个可控的整流器单元31、32以及在它们之间的连接到电阻组件30的直流电压中间电路33。电容器可附加地连接到中间电路。通过电梯控制系统34来控制频率转换器。图3a和图3b的电梯系统另外包括平衡物83，其质量典型地对应于满负载的电梯车厢的质量的大约50％。当电梯系统连接到公共配电网络时，图3a的电梯系统操作如下。当电梯在较重方向驱动时，例如当向下移动空的电梯车厢时，通过整流器单元31和32而将功率从电网传送到马达28。当电梯在较重方向驱动时，马达28生成电功率，其通过频率转换器26而被供应回到电网，以便由连接到网络的装置来消耗。当电梯系统连接到从备用功率接收其供应的电网时，不一定可从电气系统得到最大功率，在这个情况下，在较重方向驱动电梯时，可能必须限制电梯的运行速度。这类型的解决方案例如从公开EP0794920中已知。由于电梯车厢的势能和动能的改变，当在较轻方向驱动时，可以将所生成的功率供应到电梯组的其它电梯或者供应到其它电气装置。如果存在所生成的功率超过电网的负载的功率需求的风险，则在电动机中生成的功率在例如可通过其中间电路33的开关35连接到频率转换器的电阻器组件30中被消耗，即转换电能以加热。结合该电梯组，还可能通过以零速度驱动属于另一组的电梯来消耗供应到网络的能量，在这个情况下，电梯马达消耗与其损耗等同的功率量，或者通过供应所生成的功率来在较重的方向驱动另一电梯组的电梯来消耗供应到网络的能量。结合仅包含一个电梯的电梯系统，然而这是不可能的。

图3b描述了根据本发明的电梯系统。在图3b中，电梯系统的部件以与图3a相同的方式来进行编号。根据本发明的电梯系统另外地以与上述的现有技术电梯系统相同的方式来操作，但是在根据本发明的电梯系统中，马达28向网络供应的功率不限于备用功率使用，从而电动机28所生成的功率在任何操作情形中都不超过连接到电网的其它装置10、12、18、20的负载容量。在这个情况下，可通过频率转换器26将电动机所生成的功率供应回到也处在备用功率使用中的电网，并且在图3a中呈现的用于消耗功率或能量存储的电阻器组件30不是必须在中间电路33中，或者可以在关于供电系统的别处。通过省去电阻器组件，可能实现电梯系统中的大量成本节约，并且另外，在建筑物中的电梯系统的供电仪器所需要的空间更小。

在根据本发明的电梯系统中，频率转换器26在备用功率使用中控制马达28，使得马达所生成的功率不超过可以为其设置的功率限制P_r。如果电梯系统仅包括一个电梯，则也可以将功率限制P_r设置为电梯系统供应到网络的功率的功率限制P_a。

当马达用作发电机时，功率的分配可以用等式P_m＝P_e+P_l表示，其中P_m＝马达的轴上的机械功率，P_e＝所生成的电功率，以及P_l＝功率损耗。功率P_m与马达的旋转速度成正比，从而可以在电梯使用中限制马达所生成的功率，例如使得限制马达的旋转速度。在这个情况中，频率转换器根据其驱动马达的速度基准可基于可设置的功率限制P_r和基于负载数据来形成。还有可能例如通过改变供应马达的功率因数来限制所生成的功率，从而增加作为功率损耗P_l的轴功率的比例。在这种情况中，所生成的功率P_e降低。

可选择功率限制P_r，例如使得功率限制对应于控制系统34和诸如照明设备10和风扇12的辅助装置所需要的功率的总和，如果需要，则添加频率转换器的损耗。在这个情况中，不需要利用可能连接到电网的其它装置18、20的负载容量。

还有可能的是，电梯系统包括可以监视电网的状态的器件，在该情况中，通过同时比较供应到电网的备用功率和电梯系统的功率，可能指定由连接到电网的其它装置10、12、18、20消耗的电功率，并进一步有可能设置功率限制P_a和/或P_r，使得功率限制对应于连接到电网的装置所需要的功率。该功率限制P_a和P_r还可以在另一合适的基础上指定。

在紧急情况中，人们典型地离开建筑物，在该情况中，电梯车厢负重向下运行和空着向上运行，换言之，在电梯具有平衡物的情况中，在向上和向下两个方向移动时，都是在较轻方向驱动电梯。在本发明的一个优选实施例中，限制电动机的功率，使得马达所生成的功率对应于电梯系统本身及其辅助装置的特定功率消耗。在这个情况中，电梯系统可完全自给自足地操作，而没有从网络取得功率或向网络供应功率。电梯系统因此也可在建筑物的内部电网完全没有单独电源的情况下用于疏散驱动，也就是说，当网络没有连接公共配电网络并且由于一些其它原因备用功率仪器没有连接或不可用时。

如果电梯系统仅包括一个电梯，则所生成的功率可在电梯的控制系统和电梯的辅助装置中消耗。在电梯系统包括多于一个电梯时，还进一步可能将功率也供应到电梯系统的其它马达。

本发明构思还包括用于控制电梯系统中的电梯的方法。使用本身为现有技术的方法来指定电梯的驱动方向和目的地楼层。根据本发明，当建筑物的电网连接到备用电源时，控制电梯的出发次序和运行速度和/或电梯马达的功率因数，使得电梯系统供应到电网的功率没有超过可为其设置的功率限制。在电梯系统包括多于一个电梯的情况中，可利用单个电梯的马达所生成的功率以由另一电梯利用，并且可适应电梯的运行速度和/或马达的功率因数，使得电梯系统向网络供应的功率保持在准许的限制P_a之下。

在本发明的一个实施例中，控制至少一个电梯马达的速度，使得电梯马达所生成的电功率小于可为所生成的功率设置的功率限制P_r。可通过本身为现有技术的方法来实现马达的速度的调整。所述方法还可包括功率限制P_a和/或P_r本身的指定。为了指定功率限制，例如可能指定辅助装置所需要的功率、电梯的控制系统所需要的功率，并且可能设置与辅助装置和控制系统所需要的功率对应的功率限制。还可能指定备用功率仪器向建筑物的电网供应的功率以及同时指定电梯系统从网络取得或供应到网络的功率，并且通过比较备用功率仪器向网络供应的功率和电梯系统或取得或供应的功率，来指定连接到建筑物的电网的其它装置的功率需求。可以设置功率限制P_a和/或P_r，使得其对应于电网的其它装置以及电梯系统本身的功率需求。

上面借助于一些实施例描述了本发明。然而，所述实施例不应被认为限制本专利的保护范围，而是本发明的实施例可在下面的权利要求中限定的范围中变化。

Claims (10)

1.一种电梯系统(24)，该电梯系统(24)连接到建筑物的配电网络(4)，其还可连接到公共配电网络(7)或连接到备用功率仪器(2)，并且该电梯系统(24)包括至少一个电梯(8)、电梯控制系统(34)、电梯马达(28)、适于向该电梯马达(28)供电的频率转换器(26)，并且可以在建筑物的电网(4)连接到公共配电网络(7)时和在建筑物的电网(4)连接到备用功率仪器(2)时使用该电梯系统(24)，其特征在于：该电梯系统(24)包括用于控制电梯(8)使得当建筑物的电网(4)连接到备用功率仪器(2)时、电梯系统(24)向电网供应的功率不超过可为其设置的功率限制P_a的器件。

2.根据权利要求1的电梯系统(24)，其特征在于该电梯系统不向该建筑物的内部电网(4)供应功率。

3.根据权利要求1或2的电梯系统，其特征在于，该电梯系统(24)包括用于控制至少一个马达(28)使得电梯马达(28)所生成的电功率小于可为所生成的电功率设置的功率限制P_r的器件。

4.根据权利要求1到3中任一项的电梯系统，其特征在于，所述适于向电梯马达(28)供电的频率转换器(26)包括两个可控整流器单元(31，32)和在它们之间的直流电压中间电路(33)，并且对于该中间电路(33)，不安排用于消耗由该马达生成的电功率的器件。

5.根据上面的权利要求中的任一项的电梯系统，其特征在于，将所述功率限制P_a和/或P_r设置为对应于辅助装置(10，12)和控制系统(34)的功率消耗。

6.根据上面的权利要求中的任一项的电梯系统，其特征在于，所述系统还包括用于监视建筑物的电网的状态和用于指定功率限制P_a和/或P_r的器件。

7.一种用于控制电梯系统(24)中的电梯(8)的方法，该电梯系统(24)连接到建筑物的配电网络(4)，其还可连接到公共配电网络(7)或连接到备用功率仪器(2)，并且该电梯系统(24)包括至少一个电梯(8)、电梯马达(28)、适于向电梯马达供电(28)的频率转换器(26)以及电梯控制系统(34)，并且可以在建筑物的电网(4)连接到公共配电网络(7)时和在建筑物的电网(4)连接到备用功率仪器(2)时使用该电梯系统(24)，其特征在于：控制该电梯(8)，使得当建筑物的电网(4)连接到备用功率仪器(2)时、电梯系统(24)向建筑物的电网(4)供应的功率小于可为其设置的功率限制P_a。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于，控制至少一个电梯马达(28)的速度，使得电梯马达(28)所生成的电功率小于可为所生成的功率设置的功率限制P_r。

9.根据权利要求7或8的方法，其特征在于，所述方法还包括如下阶段：

-指定电梯的辅助装置所需要的功率；

-指定电梯的控制系统所需要的功率。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于，所述方法还包括如下阶段：

将所述功率限制P_a和/或P_r设置为对应于电梯的辅助装置和控制系统所需要的功率。