專利名稱：電梯系統的電流/電壓控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電梯系統的一種電流/電壓控制裝置，特別是涉及電梯系統的一種改進的電流/電壓控制裝置，它可以防止過電流和過電壓被傳遞到逆變器上。
伴隨著大功率半導體器件的技術進步，電梯系統的電機種類從直流電機變成了感應電機。為了控制感應電機，近來越來越多地采用了基于VVVF(變壓變頻)的矢量控制方法。為了對感應電機進行矢量控制，感應電機的輸入電流實際上被分成勵磁分量電流和轉矩分量電流，以便能夠控制感應電機的瞬時轉矩。
為了實現感應電機的VVVF控制，提供了一個將三相交流電壓變換成直流電壓的變換器和一個將直流電壓變換成可變電壓和可變頻率的交流電壓的逆變器。感應電機的瞬時轉矩控制是通過控制逆變器的開關操作來實現的。因此，為此而設計的電流/電壓控制裝置應該能防止逆變器的異常操作。
圖1表示電梯系統中慣用的電流/電壓控制裝置的內部結構。
如圖中所示，慣用的電梯系統包括通過整流將三相交流電壓AC變換成直流電壓的一個變換器1，和一個將變換的直流電壓變換成可變電壓和可變頻率的交流電壓的逆變器2，一個感應電機4采用變換后的交流電壓產生驅動電梯轎廂8的動力，電流傳感器3A至3C用于檢測感應電機4內部流動的三相電流，滾筒5，纜繩6和配重7用于接收來自感應電機4的動力，并且沿著貫通各個樓層的運行路線驅動電梯轎廂8，一個速度檢測器9用于檢測感應電機4的實際轉動頻率ωr，過電流檢測器10用于將電流傳感器3A至3C檢測的各相電流與一個預先設定的限流值相比較，并且在比較的結果顯示出其電流超過了限流值時產生一個逆變器2的驅動停止信號，電流放大器11A至11C分別用于將電流傳感器3A至3C檢測的各相電流放大到預定的電平，一個電流轉換器12用于將來自電流放大器11A至11C的三相電流(ia，ib，ic)轉換成轉矩分量(Q-軸)電流(iq)和勵磁分量(D-軸)電流(id)，一個速度指令發生器13用于產生對應操作指令(D*)的速度指令(W*)，一個減法器14用于計算感應電機4的實際轉動頻率(ωr)與速度指令(W*)之間的差，一個速度控制器15用于產生與上述差成正比的轉矩分量電流指令(iq*)，一個勵磁分量電流指令發生器16用于產生對應操作指令(D*)的勵磁分量電流指令(id*)，一個減法器17用于計算相對于來自電流轉換器12的轉矩分量電流(iq)的差，一個減法器18用于計算磁通分量電流指令發生器16輸出的磁通分量電流指令(id*)與電流轉換器12輸出的磁通分量電流(id)之間的差，Q-軸和D-軸電流控制器19A和19B用于產生Q-軸和D-軸電壓指令(Vq，Vd)，以便按照減法器17和18輸出的電流來控制感應電機4的Q-軸電流和D-軸電流，一個轉差計算單元20根據轉矩分量電流指令(iq*)來計算感應電機4的轉差頻率ωs，加法器21用于將速度檢測器9檢測的轉動頻率ωr與轉差計算單元20計算出的轉差頻率ωs相加，并且輸出感應電機4的操作頻率ωe，一個電壓轉換器22用于將操作頻率ωe以及Q-軸和D-軸電壓指令Vq，Vd轉換成三相電壓指令Va，Vb，Vc，一個限壓器23用于限制三相電壓指令Va，Vb，Vc的輸出范圍，以及一個逆變器驅動單元24用于產生對應著來自限壓器23或是過電流檢測器10的逆變器驅動控制信號的一種脈沖調制信號，并且驅動逆變器2。
以下要參照圖1至4來說明慣用的電梯系統的工作方式。
首先，在輸入三相交流(AC)電壓時，三相交流電壓被變換器1變換成直流電壓，并且由電容器C平滑之后提供給逆變器2。逆變器2將輸入的直流電壓變換成可變電壓和可變頻率的交流電壓，然后提供給感應電機4。
此外，速度檢測器9檢測感應電機4的實際轉動頻率ωr，而速度指令發生器13產生對應操作指令D*的速度指令W*，由減法器14計算速度指令W*與轉動頻率ωr之間的差。速度控制器產生與這一差值成正比的轉矩分量電流指令(iq*)，而磁通分量電流指令發生器16則按照操作指令D*產生一個磁通分量電流指令(id*)。
圖2A至2C是速度指令W*，轉矩分量電流指令(iq*)和磁通分量電流指令(id*)的波形圖。
當速度指令發生器13產生圖2A所示的速度指令W*時，速度控制器15就產生圖2B所示的轉矩分量電流指令(iq*)，該指令與速度指令W*和轉動頻率ωr之間的差成正比。磁通分量電流指令發生器16產生圖2C所示的具有預定大小的電流指令(id*)，而操作指令D*則處于RUN狀態。
另外，由電流傳感器3A至3C來檢測感應電機4內部流動的三相電流，并且用電流放大器11A至11C將檢測到的三相電流放大到預定的電平。
此時，過電流檢測器10將電流檢測器3A至3C檢測的電流值與設定的限流值I-limit進行比較。根據比較的結果，如果三相電流超過了限流值，就產生逆變器驅動停止信號。
圖3A和3B表示了用于解釋過電流檢測器10操作定時的波形圖。
如圖3A所示，在電流檢測器3A至3C檢測的電流值超過了限流值I-limit的點P上，過電流檢測器10產生一個逆變器驅動停止信號，如圖3B所示。
另外，電流轉換器12按照公式1至3將經過電流放大器11A至11C放大的三相電流ia，ib和ic轉換成Q-軸電流iq和D-軸電流id。
ia＝Icos(ωe-θ)ib＝Icos(ωe-2π/3-θ)ic＝Icos(ωe-2π/3+θ)......(公式1)iα=(ic-ib)/3=-Isin(ωe-θ)]]>iβ＝ia＝Icos(ωc-θ) ......公式2id＝cos(ωet)× iα+sin(ωet)×iβ＝Isin(θ)iq＝-sin(ωet)×iα+cos(ωet)×iβ＝Icos(θ)...公式3其中的ωe代表操作頻率，θ表示相位角。
從公式3中可見，Q-軸電流iq和D-軸電流id分別被輸入減法器17和18，并且與速度控制器15和磁通分量電流指令發生器16輸出的轉矩分量電流指令(iq*)和磁通分量電流指令(id*)相比較。在輸出了一個對應這一比較的差值時，Q-軸電流控制器19A和D-軸電流控制器19B就產生Q軸和D軸電壓指令Vq和Vd。
此外，當轉差計算單元20輸出一個與速度控制器15輸出的轉矩分量電流指令(iq*)成正比的轉差頻率ωs時，加法器21將這一轉差頻率ωs與感應電機14的轉動頻率ωr相加，從而輸出一個操作頻率ωe。
另外，電壓轉換器22按照以下的公式4和5采用加法器21輸出的操作頻率ωe以及Q-軸和D-軸電流控制器19A和19B產生的Q軸和D軸電壓指令Vq和Vd輸出三相的電壓指令Va，Vb，和Vc。
Vα＝-Vq×sin(ωet)+Vd×cos(ωet)Vβ＝+Vq×cos(ωet)+Vd×sin(ωet)...公式4Va＝Vβ
Vc=-12Vβ+32Vα]]>由此計算出的三相電壓指令Va，Vb，和Vc被輸入到限壓器23，并且與限壓值V-limit相比較。僅有低于這一限壓值V-limit的電壓才能提供給逆變器驅動單元24，這樣，過電壓就不會被提供給逆變器2和感應電機4。
圖4A和4B表示提供給感應電機4的電壓信號的波形圖。
在產生了圖4A所示的速度指令W*時，就輸出圖4B所示的與產生的速度指令W*成正比的感應電機4的供電電壓。圖中的V-rate代表額定的電壓，而V-limit代表一個限壓值。
如圖4B所示，被限制在限壓值V-limit以下的供電電壓被輸入到逆變器驅動單元24，當操作指令D*處于RUN狀態即有效狀態時，逆變器驅動單元24就向逆變器2輸出一個脈沖調制信號，用來切換內部的功率晶體管，從而控制感應電機的速度和電流。
另外，感應電機4的轉動力通過滾筒5和纜繩6傳遞到轎廂8上，使轎廂8沿著運行路線移動到一個目標樓層。
在電梯系統慣用的這種電流/電壓控制裝置中提供了用于防止過電流和過電壓被傳遞到逆變器2的過電流檢測器12和限壓器23。
如圖4所示，限壓器23的限壓值V-limit一直維持在恒定值。然而，提供給感應電機4的供電電壓總是與感應電機4的速度成正比。
因此，在感應電機4低速操作時，Q-軸和D-軸電流是由低于額定電壓V-rate的電壓來控制的，因而不可能在系統中實現理想的防護操作。
另外，如果感應電機4的三相參數是平衡的，按照公式1，流經感應電機4的三相電流就應該是平衡的，因此，這三相電流的和，也就是零相分量電流就會變成0。如果由于預定的系數而使三相的參數不平衡，由于流經感應電機4的三相電流是不平衡的，三相電流的總和不會變成零。
在這種情況下，流經感應電機4的電流可能會小于過電流檢測器10的限流值I-limit，或是可能大于感應電機4的額定電流。由于慣用的過電流檢測器10不能檢測到上述問題，盡管存在上述問題，電梯系統仍然會繼續工作，這樣就有可能發生更嚴重的問題。
此外，在電流控制電路中，如果由于電流傳感器3A至3C的故障而沒有檢測到電流值，或是傳感器的輸出電纜發生短路，在低速操作期間就會在Q-軸和D-軸電流控制器19A和19B中產生很大的電壓指令。因此，在逆變器和感應電機中就會出現過電流。如果不能檢測到這種過電流，逆變器和電機就可能被損壞。
因此，本發明的目的之一是提供一種電梯系統的電流/電壓控制裝置，它可以克服背景技術中面臨的上述問題。
本發明的另一目的是提供一種電梯系統的電流/電壓控制裝置，它可以設定一個隨感應電機的速度而變化的限制電壓，以此來限制感應電機的供電電壓，從而有效地防止過電壓被提供給逆變器。
本發明的再一目的是提供一種電梯系統的電流/電壓控制裝置，它可以在感應電機的三相參數不平衡的情況下防止過電流被提供給逆變器。
本發明的又一目的是提供一種電梯系統的電流/電壓控制裝置，它可以在電流指令與實際電流之間的差(以下稱為“電流偏差”)在預定時間期間超過一個預定值時停止逆變器的驅動操作，從而防止過電流被提供給逆變器。
為了實現上述目的而提供的電梯系統的電流/電壓控制裝置包括一個限壓器，用于設定一個與感應電機的操作頻率成正比的限壓值，并且向逆變器驅動單元提供低于這一限壓值的電壓，一個零相分量電流檢測器，用于檢測零相分量電流，并且在檢測到的電流超過一個預定的參考值時向逆變器驅動單元輸出一個逆變器驅動停止信號，以及一個電流偏差檢測器，用于檢測電流的偏差值，并且在超過預定參考值的這一電流偏差值被持續維持了預定的時間向逆變器驅動單元輸出一個逆變器驅動停止信號。
根據以下的詳細說明可以更清楚地看到本發明的其他優點，目的及其特征。
通過以下僅僅為了舉例而提供的詳細說明和附圖可以更加充分地了解本發明，這些說明和附圖并不構成對本發明的限制，在附圖中圖1表示電梯系統中慣用的一種電流/電壓控制裝置的框圖；圖2A至2C是圖1的裝置中的速度分量，轉矩分量電流指令以及勵磁分量電流指令的波形圖；圖3A和3B表示圖1中的過電流檢測器輸出信號的操作定時波形圖；圖4A和4C表示提供給圖1裝置中的感應電機的電壓波形圖；圖5是表示按照本發明用于電梯系統的一種電流/電壓控制裝置的示意性框圖；圖6是圖5中的零相分量電流檢測器的詳細電路圖；圖7A至7C是零相分量電流檢測器輸出信號的操作定時波形圖；圖8A至8C是圖5中的電流偏差檢測器輸出信號的操作定時波形圖；以及圖9A至9C是圖5中的限壓器輸出信號的操作定時波形圖。
圖5表示了按照本發明用于電梯系統的一種電流/電壓控制裝置。
如圖中所示，按照本發明，用于電梯系統的電流/電壓控制裝置包括一個變換器101，用于對三相交流(AC)電壓整流，并且將其變換成直流電壓，一個逆變器102用于將變換后的直流電壓逆變成可變電壓和可變頻率的交流電壓，一個感應電機104采用變換后的交流電壓來產生驅動電梯轎廂108的動力，電流傳感器103A至103C用于檢測感應電機104內部流動的三相電流，滾筒105，纜繩106和配重107用于接收來自感應電機104的驅動力，以便沿著一條運行路線驅動電梯轎廂108，一個速度檢測器109用于檢測感應電機104的實際轉動頻率ωr，一個過電流檢測器110用于將電流傳感器103A至103C檢測的各相電流與一個預先設定的限流值I-limit相比較，并且在各相電流超過了限流值I-limit時產生一個逆變器102的驅動停止信號，電流放大器111A至111C分別用于將電流傳感器103A至103C檢測的各相電流放大到預定的電平，一個電流轉換器112用于將三相電流(ia，ib，ic)轉換成轉矩分量(Q-軸)電流(iq)和磁通分量(D-軸)電流(id)一個速度指令發生器113用于產生對應操作指令D*的速度指令W*，一個減法器114用于計算速度指令W*與感應電機4的實際轉動頻率ωr之間的差，一個速度控制器115用于產生與上述差成正比的轉矩分量電流指令(iq*)，一個磁通分量電流指令發生器116用于產生對應操作指令D*的磁通分量電流指令(id*)，一個減法器117用于計算速度控制器115輸出的轉矩分量電流指令(iq*)與電流轉換器112輸出的轉矩分量電流(iq)之間的差，一個減法器118用于計算磁通分量電流指令發生器116輸出的磁通分量電流指令(id*)與電流轉換器112輸出的磁通分量電流(id)之間的差，Q-軸和D-軸電流控制器119A和119B用于產生Q-軸和D-軸電壓指令Vq和Vd，以便按照減法器117和118的輸出電流來控制感應電機104的Q-軸電流和D-軸電流，一個轉差計算單元120根據轉矩分量電流指令(iq*)來計算感應電機4的轉差頻率ωs，加法器121用于將速度檢測器109檢測的轉動頻率ωr與轉差計算單元120計算出的轉差頻率ωs相加，并且輸出感應電機104的操作頻率ωs，一個電壓轉換器122用于將操作頻率ωe以及Q-軸和D-軸電壓指令Vq和Vd轉換成準備提供給感應電機104的三相電壓指令Va，Vb，Vc，一個逆變器驅動單元124用于接收逆變器驅動信號，產生與其對應的一種脈沖調制信號，并且驅動逆變器102。本發明進一步提供了一個限壓器123，用于設定一個與操作頻率ωe成正比的限壓值，并且向逆變器驅動單元124提供低于這一限壓值的電壓，一個零相分量電流檢測器125，用于檢測零相分量電流，并且在檢測值超過一個預定的參考值時向逆變器驅動單元124輸出一個逆變器驅動停止信號STOP1，以及一個電流偏差檢測器126，用于檢測Q-軸和D-軸電流指令(iq*，id*)與實際電流(iq，id)之間的電流偏差，并且在超過預定參考值的這一電流偏差值持續了預定的時間時向逆變器驅動單元124輸出一個逆變器驅動停止信號STOP2。
另外，圖6表示了圖5中的零相分量電流檢則器125的詳細框圖。
如圖中所示，零相分量電流檢測器125包括一個求和單元201，用于將三相電流(ia，ib，ic)相加，從中計算出零相分量電流，一個比較器202用于比較零相分量電流值和一個參考值Ref1，以及一個寄存器單元203用于在比較結果顯示出零相分量電流值超過了參考值Ref1時向逆變器驅動單元124輸出一個逆變器驅動停止信號。
以下要參照附圖來說明按照本發明的用于電梯系統的電流/電壓控制裝置的工作方式。
在說明中省略了與現有技術中相同的結構問題。
如圖5至9中所示，當被電流放大器111A至111B放大到預定電平的三相電流(ia，ib，ic)被輸入到零相分量電流檢測器125時，零相分量電流檢測器125的求和單元201將三相電流相加，從中得到零相分量電流。
另外，零相分量電流被輸入到比較器202，并且與預先設定的參考值Ref1相比較。根據比較的結果，如果零相分量電流值大于參考值Ref1，就通過寄存器單元203輸出逆變器驅動停止信號STOP1。
圖7A至7C是一些波形圖，用來解釋零相分量電流檢測器125在出現不平衡電流時的操作定時。
在輸入圖7A所示的三相電流(ia，ib，ic)時，求和運算所得的零相分量電流如圖7B所示。
比較器202將由此獲得的零相分量電流與預先設定的參考值Ref1進行比較。根據比較的結果，在零相分量電流值超過了參考值Ref1的P1點上，從比較器202輸出一個預定電平的高電位，輸出的高電位被提供給寄存器單元203，從而將圖7C所示的逆變器驅動停止信號STOP1提供給逆變器驅動單元124。
此外，電流偏差檢測器126檢測減法器117和118輸出的Q-軸和D-軸電流指令(iq*，id*)與Q-軸和D-軸電流(iq，id)之間的差值，也就是電流偏差。如果超過了一個預定參考值Ref2的這一電流偏差持續了一個預定的時間dt2，逆變器驅動單元124就輸出逆變器驅動停止信號STOP。
圖8A至8C是電流偏差檢測器126的輸出信號的操作定時圖。
圖8A是電流偏差值的波形圖，它是Q-軸和D-軸電流指令(iq*，id*)與Q-軸和D-軸電流(iq，id)之間的差值。
如果電流偏差超過參考值Ref2的時間超過了預定的時間dt2，就在點P2處向逆變器驅動單元124輸出圖8C所示的逆變器驅動停止信號STOP2，從而使逆變器102停止工作。
總之，在正常的控制狀態下，由于電流控制器119A和119B的響應級數是幾個毫秒(dt1)，作為參考值的預定時間dt2是它的2～3倍。
即使是在電流傳感器103A至103C和是過電流檢測器110中發生了故障，仍可以利用電流偏差檢測器126來避免將過電流提供給逆變器102。
限壓器123將電壓轉換器122轉換后提供給感應電機104的三相供電電壓限制在限壓值下。此時，在最初階段的預定時間內將限壓值維持在一個最高電壓。在經過預定時間之后，根據公式6與加法器121輸出的操作頻率ωe成正比地設定限壓值。
V-limit＝V-offset+ωe*K......公式6圖9A至9C是限壓器123的操作定時波形圖。
如圖中所示，在發出操作指令D*時，限壓器123在預定時間內將限制電壓V-limit維持在最高電壓V-max。經過了預定時間之后，就按照公式6與加法器121輸出的操作頻率ωe成正比地設定限壓值V-limit，從而使供電電壓受到限制。
最高電壓被維持一個預定的時間，因為在由于感應電機104的過速狀態而獲得磁通之前可以提供額定電壓。
最高電壓值V-max被設定在逆變器102可以輸出的最高電壓和感應電機104的額定電壓V-rate之間。
另外，在公式6中設定了一個比例常數K，從而使操作頻率在額定頻率的大約90％處變成最高電壓V-max，因此在按照電梯系統的操作特性完成了加速階段時提供給感應電機104的是最高電壓。在達到90％額定頻率時完成加速。
此外，偏差值V-offest被設定在感應電機104在零速度附近產生額定轉矩時所用的電壓以上。隨著操作頻率的增加，按照公式6，限壓值V-limit成正比地增加。計算的結果被控制在最高電壓V-max以下。
如上所述，本發明中，限壓器的限壓值并不是固定在一個預定的值。也就是說，它是按照感應電機的操作頻率而變化的，這樣就能在感應電機低速工作時防止向其提供預定量的驅動電壓，從而在電流傳感器發生預定的故障或是短路時防止過電流。
由于額外提供了零相分量電流檢測器，如果由于三相參數的不平衡而在零相分量電流中檢測到了預定量的參考值，就向逆變器驅動單元輸出逆變器驅動停止信號，這樣就能避免向逆變器提供過電流。
此外，如果輸入到電流控制器的電流偏差在預定時間內超過了一個預定的參考值，就向逆變器驅動單元輸出逆變器驅動停止信號，這樣就能避免過電流被傳遞到逆變器，以免逆變器和電機受到損害。
盡管上文中為了說明而公開了本發明的最佳實施例，本領域的技術人員在不脫離權利要求書所限定的本發明的精神和范圍的條件下仍可以作出其他變更和增刪。
權利要求
1.一種電梯系統的電流/電壓控制裝置，該電梯系統包括一個逆變器，用于將直流電壓逆變成可變電壓和可變頻率的交流電壓，并將其提供給感應電機，一個逆變器控制器，用于檢測感應電機內部的電流相位，根據檢測的相位產生一個電壓指令，并且控制逆變器，還有一個逆變器驅動單元，用于接收逆變器控制器的輸出信號，產生與其對應的脈寬調制信號，并且驅動上述逆變器，所說電流/電壓控制裝置包含一個限壓器，用于設定一個與感應電機的操作頻率成正比的限壓值，并且向逆變器驅動單元提供低于這一限壓值的電壓；一個零相分量電流檢測器，用于檢測零相分量電流，并且在檢測到的電流超過一個預定的參考值時向逆變器驅動單元輸出一個逆變器驅動停止信號；以及一個電流偏差檢測器，用于檢測電流的偏差值，并且在超過預定參考值的這一電流偏差值被持續了預定的時間時向逆變器驅動單元輸出一個逆變器驅動停止信號。
2.按照權利要求1的裝置，其中所述限壓器在其操作經過預定的時間，且預定的電壓被維持了預定時間之后輸出一個與操作頻率成正比的限壓值。
3.按照權利要求1的裝置，其中所述零相分量電流檢測器包括一個求和單元，用于將三相電流相加，從中獲得零相分量電流；一個比較器用于比較零相分量電流值和一個預定的參考值；以及一個寄存器單元用于在比較結果顯示出零相分量電流值超過了預定值時向逆變器驅動單元輸出一個逆變器驅動停止信號。
4.按照權利要求1的裝置，其中所述電流偏差值是相對于轉矩分量和勵磁分量的電流指令與實際檢測的電流值之間的差值。
全文摘要
一種電梯系統的電流/電壓控制裝置,包括一個限壓器,用于設定一個與感應電機的操作頻率成正比的限壓值,并且向逆變器驅動單元提供低于這一限壓值的電壓,一個零相分量電流檢測器,用于檢測零相分量電流,并且在檢測到的電流超過一個預定的參考值時向逆變器驅動單元輸出一個逆變器驅動停止信號,以及一個電流偏差檢測器,用于檢測電流的偏差值,并且在超過預定參考值的這一電流偏差值被持續維持了預定的時間時向逆變器驅動單元輸出一個逆變器驅動停止信號。
文檔編號H02P21/06GK1189440SQ9810412
公開日1998年8月5日 申請日期1998年1月14日 優先權日1997年1月14日
發明者呂煥宰 申請人:Lg產電株式會社