CN1011580B - 交流电梯控制装置 - Google Patents

Abstract

本装置用电流指令信号控制的整流器3将交流电源的交流变为直流，再用逆变器22将该直流变为可变电压可变频率的产流，以此驱动提升电梯用的感应电动机23。本装置设有检测该整流器直流端电压的直流电压检测器6、检测该交流电源相位的相位检测电路25和运算器26等，该运算器计算出使输入电压基本恒定的该交流电源电压与该整流器输入电流的相位角，并根据该相位角和上述相位检测电路的输出计算出该电流指令信号。

Description

本发明涉及感应电动机所驱动的电梯的控制装置。

图8和图9示出了日本昭和60-12568号专利公报所揭示的现有交流电梯的控制装置，图8是主要部分电路方块图，图9是矢量图。图中1是三相交流电源，2是与交流电源1连接的交流扼流圈，3是由输入端与交流扼流圈2连接的晶体管和与之反极性并联的二极管组成的、并通过脉冲宽度调制将交流变为直流的整流器，4A～4C是检测整流器3输入电流的电流检测器，5是整流器3输出端的直流母线，6是检测直流母线5、5间电压并产生直流电压信号6a的直流电压检测器，7是基准电压设定器，8是电压控制放大器，9是三相正弦波发生器，10A～10C是乘法器，11A～11C是电流控制放大器，12是锯齿波发生器，13是比较器，14是为整流器3的晶体管提供信号的基极激励电路。在该图后部与直流母线5、5连接的是逆变器，该逆变器的组成与整流器3相同，与该逆变器的输出端相连的是提升电梯用的三相感应电动机。

现有交流电梯的控制装置的构成如上所述，下面说明其工作情况。

交流电源1的交流由整流器3变为直流以供给上述逆变器，并用直流电压检测器6来检测直流母线5、5间的电压。电压控制放大器8将基准电压设定器7的输出与上述直流电压信号6a进行比较运算，并产生电流指令信号。电压控制放大器8的输出与正弦波发生器 9的输出在乘法器10A～10C中相乘，并产生正弦波的电流指令信号。电流控制放大器11A～11C运算出乘法器10A～10C输出的电流指令信号与电流检测器4A～4C输出的电流信号的差值，并将其放大。比较器13将锯齿波发生器12的输出与电流控制放大器11A～11C的输出进行比较，并产生脉冲宽度调制信号。这个脉冲宽度调制信号由基极激励电路放大后成为整流器3中的晶体管的基极信号。由于控制了整流器3，所以可将直流母线5的电压控制成为恒定值。

再者，在图8中，由于控制整流器3的电流指令信号是以正弦波给出的，输入电流也是正弦波，因此以下矢量方程式成立：

in＝

ac+jX

（1）

式中：Vin-整流器3的输入电压

Vac-交流电源1的电压

I-整流器3的输入电流

X-交流扼流圈2的阻抗

另外，为了改善功率因数，最好使输入电流I与交流电压Vac的相位相同。此时，如图9所示，交流电压Vac与交流扼流圈2上的电压降XI正交，因此变成下式：

${\mathrm{｜\; V}}_{\mathrm{in}}\mathrm{｜=}\sqrt{\mathrm{｜V}{}_{\mathrm{a\; c}}｜{}^2\mathrm{+\; ｜XI\; ｜}{}^2}\mathrm{(2)}$

但是，由于整流器3的输入端电压峰值不可能大于直流电压 Vd，所以为了不含有交次谐波成分，并使下式成立，需要选定直流电压Vd：

$\sqrt{\frac{2}{3}}\mathrm{V\; i\; n\; ＜}\frac{\mathrm{Vd}}{2}\mathrm{(\; 3\; )}$

在上述的现有交流电梯的控制装置中，为了减少整流器3输入电流的高次谐波成分，并改善功率因数，如果对整流器3的输入电流相位和电源电压相位进行控制而使之一致，则当负载电流大时，输入电压如Vin1所示;此外，当电源电压变化大时，输入电压如Vin2所示，不管哪种情况，整流器3的输入电压都需要增高。为此，必须增高直流母线5的电压，从而存在必须采用耐高压的元器件的问题。

本发明的目的在于解决上述问题，并提供即使负载电流变大、直流母线电压也不高、能减少输入电流高次谐波成分的交流电梯控制装置。

除上述目的之外，本发明的另一发明的目的在于提供即使电源电压变动、直流母线电压也不高、能减少输入电流高次谐波成分的交流电梯控制装置。

本发明所涉及的交流电梯控制装置设有检测整流器直流电压的直流检测器、检测交流电源相位的相位检测器和运算器，该运算器根据直流电压检测器的输出和相当于交流电源电压的恒定值计算出使整流器输入电压基本恒定的交流电源电压与整流器输入电流的相位角，并根据该相位角和相位检测电路的输出计算出整流器的电流指令信号。

本发明的另一发明所涉及的交流电梯控制装置，在上述组成中设有检测交流电源电压的交流电压检测电路，并以其输出代替上述的恒定值，输入到运算器。

在本发明中，为了计算出交流电源电压与整流器输入电流的相位角，确定电流指令信号以使整流器输入电压基本恒定，要根据输入电流的大小来控制整流器输入电流的相位。

此外，在本发明的另一发明中，为了把交流电源电压引入相位角的计算中使整流器的输入电压基本恒定，要根据交流电源电压的大小来控制整流器输入电流的相位。

图1～图7是表示本发明的交流电梯控制装置的一个实施例，其中：

图1是电路方框图;

图2是交流电压检测电路图;

图3是电源相位检测电路图;

图4是微型计算机的方框图;

图5是矢量图;

图6是表示微型计算机程序的流程图;

图7是矢量图。

图8和图9示出了现有交流电梯的控制装置，其中：

图8是主要部分电路方框图;

图9是矢量图。

图中1是三相交流电源，3是整流图，6是直流电压检测器，22是逆变器，23是三相感应电动机，24是交流电压检测电路，25是电源相位检测电路，26是运算器（微型计算机）。

图中相同的符号表示相同的部分。

参阅图1至图7，图中21是接在直流母线5、5之间的滤波电容器;22是与整流器3的组成相同的并通过脉冲宽度调制将直流变为电压可变、频率可变的交流的逆变器;23是与逆变器22的交流端连接的提升电梯用的感应电动机;24是检测交流电源1的电压并产生交流电压信号24a的交流电压检测器，它包含有降压变化器24A、二极管组成的三相全波整流电路24B以及电容器和电阻组成的滤波电路24C，交流电源1的电压由降压变压器24A加以降压，由三相全波整流电路24B加以整流，由滤波电路24C加以滤波后便可产生交流电压信号24a;25是检测交流电源1相位角的电源相位检测电路，它包含有降压变压器25A、运算放大器和电阻组成的比较器25B、锁相环（PLL）振荡器25C以及计数器25D，交流电源1的电压由降压变压器25A加以降压，由比较器25B来判定该降压变压器25A的输出极性，该输出为脉冲，PLL振荡器25C根据比较器25B的输出和计数器25D的输出的相位差来改变输出脉冲的频率，从而该计数器25D的输出成为与交流电源1的相位同步的相位角信号25a;26是微型计算机，该计算机具有CPU    26A、ROM    26B、RAM26C、模/数（A/D）转换器26D、26E、接口（I/F）电路26F和数/模（D/A）转换器26G～26I，A/D转换器26D和26E分别与直流电压检测器6和交流电压检测器24连接，I/F电路26F与电源相位检测电路25连接，D/A转换器26G～26I分别与电流控制放大器11A～11C连接。

下面按照图5和图6来说明上述实施例的工作，首先按照图5来 说明其工作原理。

在对整流器3的输入电流中所含高次谐波成分和功率因数进行比较时，如果功率因数在规定值（如85%）以上，则不需要比较高的电费等，因此，如图5的矢量图所示，如果使输入电流的功率因数在上述规定值以上的范围内降低，则整流器3的输入电压下降，直流电压也会下降。

然而，与负载电流的大小和交流电源1的电压变动无关，为使整流器3的输入电压低于恒定值，根据图5得出下式：

V_in＝V_acCos2θ+XISinθ＝V_cont

（4）

式中θ：电源电压与输入电流的相位角，很好地控制电流相位就可得到。

如果将（4）式变形，则得：

$\mathrm{Cos\; (\phi \; +\; 2\; \theta \; )\; =\; Vcont\; /}\sqrt{V{}^2\mathrm{ac\; +\; (XI\; )}{}^2}$

（5）

式中 φ＝tan^-1XI/V_ac（6）

因此该式变为：

${\mathrm{\theta \; =\; ｛\; Cos}}^{\mathrm{-1}}\mathrm{(V\; cont\; /}\sqrt{V{}^2\mathrm{ac\; +\; (VI\; )}{}^2}\mathrm{-\; \phi \; ｝\; \times }\frac{1}{2}\mathrm{(7)}$

从而可以求出θ。

就图6（程序存入微型计算机26的ROM 26B中）而言，在步骤31中通过A/D转换器26D读入直流电压检测器6所检测的直流电压Vd。在步骤32中对直流电压Vd和基准值进行比较运算，并计算出电流指令值I。在步骤33中通过A/D转换器26E读入交流电压检测电路24所检测的交流电源1电压V_ac。在步骤34中根据式6计算出φ＝tan¹XI/Vac。在步骤35中根据式7计算出相位角θ。在步骤36中通过I/F 26F读入电源相位检测电路25所检测的电源电压相位角ωt（ω是角速度，t是时间）。在步骤37中按照下列公式计算出电流指令值iu^＊、i

、i^＊ω。

iu^＊＝ISin（ωt+θ）

iv^＊＝ISin（ωt+θ- 2/3 π）

iω^＊＝ISin（ωt+θ- 4/3 π）

在步骤38中分别把电流指令值i

、iv^＊、iω^＊作为D/A转换器26G～26I的输出26a～26c，并送给电流控制放大器11A～11C。

后面的工作与现有装置相同，由于整流器3可以控制，因此直流母线5的电压可保持恒定。该电压由滤波电容器21加以滤波后送入逆变器22，变换成交流可变电压可变频率后供给电动机23，从而可以控制电动机23的速度。因为这些情况与本实施例无直接关系，所以不再赘述。

再者，当交流电源1的电压Vac变大甚至变为比图7所示的额定电压还大的电压Vac1时，对步骤34之后的运算要进行修正。在步骤35中计算出对应于电压Vac1的相位角θ，如图7所示，可以控制电压降jXI，从而可把整流器3的输入电压控制得不高了。

另外，在上述实施例中采用了电压检测电路24，而在交流电源1的电压变化可以忽略不计的情况下，即使不用电压检测电路也能充分实用。在这种情况下，在步骤33中最好把读入的交流电压Vac作为恒定值来处理。

在以上说明的本发明中，为使整流器的输入电压基本上保持恒定，要根据输入电流的大小来控制输入电流的相位，因此，直流电压设定得较低，于是在主要电路中所采用的元器件的耐压就可以低，从而可得到该装置造价便宜的效果。此外，即使负载变动也能具有减少输入电流高次谐波成分的效果。

在本发明的另一发明中，由于把交流电源电压引入相位角的计算中，所以即使交流电源的电压有变化也能把直流电压设定得较低，从而可得到减小输入电流高次谐波成分的效果。

Claims (2)

1、交流电梯控制装置，根据电流指令信号控制整流器把交流电源的交流变为直流，再用逆变器将该直流变为可变电压可变频率的交流，以驱动提升电梯的感应电动机，包括直流电压检测器用以检测上述整流器的直流电压，其特征在于相位检测电路用以检测上述交流电源的相位，以及将上述直流电压检测器的输出电压与电压指令值相比较以算出电流指令值的实际有效值运算器，按照上述电流指令值的实际有效值的大小，算出为使整流器的输入电压成为所定值时的电流指令的相位的运算器，根据上述电流指令值的实际有效值和相位算出电流指令值的运算器。

2、交流电梯控制装置，根据电流指令信号控制整流器把交流电源的交流变为直流，再用逆变器将该直流变为可变电压可变频率的交流，以驱动提升电梯的感应电动机，包括直流电压检测器用以检测上述整流器的直流电压;交流电压检测器用以检测上述交流电源的电压;检测上述交流电源相位的相位检测电路，其特征在于将上述直流电压检测的输出电压与电压指令值相比较并算出电流指令值的实际有效值的运算器;根据上述交流电压检测电路的输出和上述电流指令值的实际有效值，算出电流指令值与电源电压的相位差的运算器;根据上述相位检测电路的输出和上述相位差算出电流指令值的相位的运算器;以及根据上述电流指令值的实际有效值和相位算出电流指令值的运算器。

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