專利名稱：可以回收能量的數(shù)控電梯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉有一種全數(shù)控的新型電梯，確切地說(shuō)，涉及一種在其升降過(guò)程中有時(shí)可以回收能量的數(shù)控電梯，屬于電力拖動(dòng)的裝置及其控制技術(shù)領(lǐng)域。
傳統(tǒng)的電梯因其需要頻繁地升降運(yùn)行，且往往是在吊倉(cāng)內(nèi)載乘許多人員進(jìn)行升降操作的，所以，在這種短時(shí)和間隙工作場(chǎng)合下，通常采用能夠產(chǎn)生大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和允許多次頻繁接通和換向的啟動(dòng)特性良好的繞繞式異步電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的。但是，這種電梯無(wú)論在上升還是下降過(guò)程中，均需從電網(wǎng)中輸入電能以驅(qū)動(dòng)繞線式異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)之。由于城市建設(shè)中高層建筑越來(lái)越多，電梯已成為供電網(wǎng)中的一個(gè)耗能大戶。然而，按照經(jīng)典物理學(xué)的能量守恒定律的原理分析，在電梯上升載客時(shí)，電機(jī)從電網(wǎng)所吸收的能量，除去必要的機(jī)械磨損外，都為克服地球重力作功而轉(zhuǎn)換為勢(shì)能，并在搭乘電梯上樓的人員身上貯存起來(lái)，而當(dāng)這些人員乘電梯下樓時(shí)，這些勢(shì)能沒(méi)有得到任何有效應(yīng)用就被白白地浪費(fèi)了。通常，人們搭乘電梯上樓之后，總是要再乘電梯下樓的，因此，從物理學(xué)的第一定律分析一個(gè)結(jié)構(gòu)先進(jìn)、正常運(yùn)行的升降載重電梯，除了消耗于裝置的機(jī)械摩擦和耗損外，吊倉(cāng)升降的能量轉(zhuǎn)換是應(yīng)該保持平衡的；也就是說(shuō)，吊倉(cāng)的升降是可以不需要消耗電能的(機(jī)械摩損所消耗能量很少而忽略不計(jì)了)。換言之，從經(jīng)典物理學(xué)的概念來(lái)衡量，電梯成為城市耗電大戶的現(xiàn)象是不合理的。
本實(shí)用新型的目的是提供一種利用當(dāng)代高新技術(shù)成果之一的數(shù)速全速稀土同步電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)而構(gòu)成的可以回收能量的數(shù)控電梯，用以解決上述傳統(tǒng)電梯所存在的不合理耗能現(xiàn)象。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)組成如附

圖1所示，它包括有吊倉(cāng)1、鋼絲繩2、滾筒3、平衡掛載4、驅(qū)動(dòng)電機(jī)10和數(shù)字控制裝置，其特征在于與滾筒相連的驅(qū)動(dòng)電機(jī)10是一個(gè)數(shù)控全速稀土同步電機(jī)，該機(jī)的轉(zhuǎn)子7外緣有稀土永磁材料制成的磁極8，在磁體外圍包有護(hù)環(huán)9，定子線圈6外接有數(shù)控可變頻逆變電源11，該逆變電源11通過(guò)一個(gè)大功率電力電子開(kāi)關(guān)組件12與供電網(wǎng)接通，還有對(duì)可變頻逆變電源11、電力電子開(kāi)關(guān)組件12和設(shè)置在各樓層的敏感器13進(jìn)行控制的，并可以與其他設(shè)備共有的可編程控制器14。
本實(shí)用新型的關(guān)鍵是采用了已被授予專利的數(shù)控全速稀土同步電機(jī)(專利號(hào)為CN91203427.0)作為電梯的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并由該電機(jī)的定子5、定子線圈6、轉(zhuǎn)子7和稀土永磁體8組成了電能與機(jī)械能的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置。這種電機(jī)與常規(guī)同步電機(jī)一樣，它既可以作為電動(dòng)機(jī)使三相調(diào)頻交流電流入定子線圈6，與轉(zhuǎn)子7的永磁體磁極8作用，產(chǎn)生力矩驅(qū)動(dòng)滾筒3旋轉(zhuǎn)，即把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，這時(shí)或者是在吊倉(cāng)1的總重量大于平衡掛載4時(shí)用于提升吊倉(cāng)1，或者是在吊倉(cāng)總重量輕于平衡掛載時(shí)用于下降吊倉(cāng)。該電機(jī)也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)，在吊倉(cāng)1與平衡配載4兩者本身的重力差驅(qū)動(dòng)下，滾筒3因其上纏繞的鋼絲繩作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，并使與其同軸的轉(zhuǎn)子7也旋轉(zhuǎn)，由此轉(zhuǎn)子7上的永磁體磁極8也隨之旋轉(zhuǎn)，該磁極磁通切割不轉(zhuǎn)動(dòng)的定子線圈6而在定子線圈6中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如用導(dǎo)線引出即產(chǎn)生電流、電能。輸出的電能通過(guò)逆變電源11和電力電子開(kāi)關(guān)組件12饋送入供電網(wǎng)，也就是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化的電能。此時(shí)或者是在吊倉(cāng)1總重量小于平衡掛載4的重量時(shí)，吊倉(cāng)1作上升運(yùn)動(dòng)，或者是在吊倉(cāng)總重量重于平衡掛載時(shí)吊倉(cāng)作下降運(yùn)動(dòng)。這樣就把一個(gè)單純耗能的傳統(tǒng)電梯轉(zhuǎn)化成一個(gè)可以回收電能的先進(jìn)的數(shù)控電梯了。由于乘座電梯上、下樓的人數(shù)基本上是相等的，因此通過(guò)本電梯的驅(qū)動(dòng)電機(jī)而相互轉(zhuǎn)化的電能與機(jī)械能基本上也是均衡的，兩者的差額主要是在吊倉(cāng)升降時(shí)克服空氣阻力和機(jī)械傳動(dòng)部件的摩擦阻力所消耗的?？偟膩?lái)說(shuō)，消耗的電能是很有限的，換句話說(shuō)，本實(shí)用新型節(jié)能非常顯著，可以稱為能量基本保持平衡的新型電梯。
本實(shí)用新型的工作原理是這樣的由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)10是稀土全速同步電機(jī)，它可以在從低速到超高速狀態(tài)下都能平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)在定子線圈6中饋入交變電流時(shí)，此電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)了7外緣固裝的稀土永磁材料制成的磁極8所產(chǎn)生的永磁場(chǎng)相互作用，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子7轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生扭矩，使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)，吊倉(cāng)升降。這里轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與交變電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度是相同的。本實(shí)用新型使用數(shù)控可變頻電源11把普通工頻交流電或直流電變成頻率和相位都可變的交流電輸出饋送給定子線圈6?？勺冾l電源11不僅可以被控改變輸出電流的頻率和相位關(guān)系，還可被控改變輸出電流的大小。而通過(guò)控制改變頻電源11的輸出電流頻率和相位，就可改變轉(zhuǎn)子7的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、加速度和旋轉(zhuǎn)方向，通過(guò)控制改變變頻電源11的輸出電流大小，可以調(diào)整轉(zhuǎn)子7的輸出扭矩，還可通過(guò)可編程控制器14對(duì)其所控的變頻逆變電源11的輸出電流、頻率進(jìn)行積分，實(shí)現(xiàn)對(duì)行程的控制?？傊?，可以通過(guò)數(shù)字控制的方法，籍助可編程控制器14對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)10的輸出轉(zhuǎn)速、加速度、轉(zhuǎn)向、扭矩和行程都實(shí)現(xiàn)精確的實(shí)時(shí)控制。這樣，本實(shí)用新型的電機(jī)10在驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)以升降吊倉(cāng)時(shí)，可以針對(duì)各種狀況(搭乘人數(shù)、上升或下降的樓層高度等等)用可編程控制器輸入相應(yīng)控制指令、程序，向變頻逆變電源發(fā)出控制信號(hào)，再籍助各樓層的敏感器13的反饋信號(hào)，對(duì)不同重量的吊倉(cāng)升降速度、加速度、方向和行程實(shí)現(xiàn)精確控制。同樣，在電梯升降過(guò)程中，由于吊倉(cāng)輕于平衡掛載而上升，或者吊倉(cāng)重于平衡掛載而下降時(shí)，一部分勢(shì)能會(huì)轉(zhuǎn)換成動(dòng)能并通過(guò)電機(jī)10而又轉(zhuǎn)換成電能┈三相交流電向外輸出。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)10作為同步發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行。輸出的三相交流電送入可變頻逆變電源11中被轉(zhuǎn)換成直流電，并由逆變電源11內(nèi)部的與三相交流電網(wǎng)同步的直流┈交流逆變器，再逆變成三相交流電，經(jīng)過(guò)一個(gè)大功率電力電子開(kāi)關(guān)組件12而饋送回供電電網(wǎng)。這里的電力電子開(kāi)關(guān)組件12的作用是當(dāng)電機(jī)10在作為電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，它處于截止?fàn)顟B(tài)，使得其后的裝置都關(guān)斷；而當(dāng)電機(jī)10作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，它才處于導(dǎo)通狀態(tài)，使轉(zhuǎn)換生成的三相交流電饋送回供電網(wǎng)。這些過(guò)程都是由可編程控制器14發(fā)出相應(yīng)指令來(lái)協(xié)調(diào)、控制相關(guān)執(zhí)行裝置完成的?？删幊炭刂破?4的控制策略和要求可以編成軟件預(yù)存在它的存儲(chǔ)器中，也可使用其他上層控制計(jì)算機(jī)通過(guò)串行通信接口給可編程控制器14輸入符合設(shè)計(jì)要求的各種數(shù)字指令，再由可編程控制器根據(jù)電梯搭乘情況和各樓層敏感器傳遞過(guò)來(lái)的運(yùn)行要求，隨時(shí)對(duì)電機(jī)10、可變頻電源11、電力電子開(kāi)關(guān)組件12發(fā)出相應(yīng)控制信息，實(shí)時(shí)完成可回收能量的數(shù)控電梯的操作運(yùn)行。
本實(shí)用新型在其回收能量并饋送回電網(wǎng)時(shí)，實(shí)質(zhì)上是把搭乘人員身上積存的勢(shì)能，再經(jīng)電機(jī)和相應(yīng)控制裝置轉(zhuǎn)換成交流電，這樣，既避免了能量的無(wú)功損耗和機(jī)械部件的加劇磨損，又提高了能量的使用效率和本實(shí)用新型的工作效率，減少了電梯的維護(hù)工作量。據(jù)測(cè)算，本實(shí)用新型電梯的工作效率可達(dá)90％以上，比傳統(tǒng)電梯高出1倍；其能耗數(shù)值在正常運(yùn)行情況下，可比傳統(tǒng)電梯低一個(gè)數(shù)量級(jí)。由于本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)電機(jī)可在低速至超高速范圍內(nèi)全速運(yùn)轉(zhuǎn)，沒(méi)有啟動(dòng)沖擊電流，其開(kāi)機(jī)啟動(dòng)電流比傳統(tǒng)電梯的要低10～20倍，這又無(wú)形中延長(zhǎng)了本實(shí)用新型機(jī)電裝置的使用壽命?？傊?，本實(shí)用新型是把電梯的驅(qū)動(dòng)、控制裝置合成一體，全部采用技術(shù)成熟的機(jī)電一體化標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便，其工作可靠性和安全性都較傳統(tǒng)電機(jī)有根本性的改善。例如，一旦遇到停電，電梯正卡在兩樓層之間進(jìn)退維谷時(shí)，本實(shí)用新型可用電機(jī)10作為發(fā)電機(jī)自發(fā)啟動(dòng)緩慢地上升或下降，把搭乘者安全送出吊倉(cāng)。
本實(shí)用新型所用的可調(diào)頻逆變電源11可以使用專利號(hào)為CN90202757或CN90203323的專利，也可以使用日本富士公司的G7系列送變器，本實(shí)用新型無(wú)特殊要求。可編程控制器14可以是普通工業(yè)過(guò)程控制器，也可以是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，還可以是與其他控制裝置或者其他設(shè)備所共有的中央控制計(jì)算機(jī)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面，使用分時(shí)分址方法，對(duì)各個(gè)執(zhí)行裝置和敏感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制。
權(quán)利要求1.一種可以回收能量的數(shù)控電梯，包括有吊倉(cāng)、鋼絲繩、滾筒、平衡掛載、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和數(shù)字控制裝置，其特征在于與滾筒相連的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是一個(gè)數(shù)控全速稀土同步電機(jī)，該電機(jī)的轉(zhuǎn)子外緣有稀土永磁材料制成的磁極，在磁體外圍包有護(hù)環(huán)，定子線圈外接有數(shù)控可變頻逆變電源，該逆變電源通過(guò)一個(gè)大功率電力電子開(kāi)關(guān)組件與供電網(wǎng)接通，還有對(duì)可變頻逆變電源、電力電子開(kāi)關(guān)組件和設(shè)置在各樓層的敏感器進(jìn)行控制的，并可以與其他設(shè)備共有的可編程控制器。
專利摘要一種可以回收能量的數(shù)控電梯，包括有吊倉(cāng)、鋼絲繩、滾筒、平衡掛載、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和由數(shù)控變頻逆變電源、電力電子開(kāi)關(guān)組件、各樓層的傳感器與可編程控制器組成的數(shù)字控制裝置，其特征主要是采用數(shù)控全速稀土同步電機(jī)作為電梯的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。本實(shí)用新型充分利用該電機(jī)兼可作為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)應(yīng)用的可逆特性，在電梯吊倉(cāng)處在不同載荷與不同升降方向運(yùn)行時(shí)，通過(guò)數(shù)控裝置，實(shí)時(shí)回收能量，饋送入供電網(wǎng)。本實(shí)用新型節(jié)能效果顯著，是一種全數(shù)控的新型電梯。
文檔編號(hào)B66B1/06GK2135559SQ9223053
公開(kāi)日1993年6月9日 申請(qǐng)日期1992年8月18日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月18日
發(fā)明者洪勝華 申請(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開(kāi)通用試驗(yàn)廠