检测电转换器单元缺相或欠压的方法、控制单元及系统与流程

1.本发明总体上涉及输送机系统，例如电梯、自动扶梯和电动步道。然而， 特别地，但不排它地，本发明涉及在用于操作输送机的输送机系统中使用的 电转换器单元的异常运行状况的检测，例如缺相或相位欠压状况，所述输送 机是例如输送机系统的电梯轿厢、台阶或移动履带。


背景技术：

2.希望的是，用于操作电马达的电转换器，例如包含在电驱动器中的电转 换器，能够经受住异常的运行状况，例如缺相，使得它们不会变得危险或引 起火灾。不具有检测这种情况的功能的电转换器应该设计成即使在这种异常 状况下运行，也不会变得太热甚至损坏。
3.然而，有已知的尝试来检测例如电驱动器中的缺相状况。因此，如果其 转换器单元将自己检测到缺相情况并给出故障代码以防止马达运行，则可以 安全地处理异常运行状况。在缺失一个相位的情况下运行马达会导致例如转 换器的不稳定运行、其部件的应力增加以及质量问题。然而，许多已知的解 决方案往往不能在不同的运行状况下可靠地检测缺相。


技术实现要素：

4.本发明的一个目标是提供一种检测电转换器单元的缺相或相位欠压状 况的方法、一种输送机控制单元，以及一种输送机系统。本发明的另一个目 标是该方法、该输送机控制单元，以及该输送机系统使得能够在各种运行状 况下可靠地并且以鲁棒的方式检测缺相或欠压状况。
5.本发明的目标通过由相应的独立权利要求限定的一种检测电转换器单 元的缺相或相位欠压状况的方法、一种输送机控制单元，以及一种输送机系 统来达到。
6.根据第一方面，提供了一种检测电转换器单元的缺相或相位欠压状况的 方法。该方法包括确定电转换器单元的相电压在至少一个基本周期内的极值， 例如最大值和/或最小值。该方法还包括将极值与第一阈值比较，并且，基于 比较结果，如果关于第一阈值的第一阈值标准被满足，则确定缺相或相位欠 压状况。
7.在本文中，基本周期指的是交流电压和/或电流的一个循环的长度。例如， 在以50hz或60hz为特征的电网的情况下，基本周期分别是20毫秒或大 约16.7毫秒。
8.在各种实施例中，对极值的确定可以包括从极值移除相电压在至少一个 基本周期期间的平均值或dc(直流)分量。
9.替代地或附加地，极值的确定可以包括确定在相电压的至少一个基本周 期内相电压的最大值和最小值，并且计算基于该最大值和该最小值的平均值。
10.此外，第一阈值可以小于相电压的标称幅度，例如小于相电压的标称幅 度的百分之50。
11.在各种实施例中，对第一标准的满足可以包括在至少两个，例如至少五 个或十个连续的基本周期期间满足标准。
12.此外，该方法可以包括对一个或多个其他相电压也执行该方法步骤。
13.更进一步地，该方法可以包括确定电转换器单元是否具有通向主电源的 电流路径。
14.在各种实施例中，该方法可以，替代地或附加地，包括确定电转换器单 元的相电流在至少一个基本周期期间的绝对值，将相电流的绝对值关于时间 积分或者确定相电流的安培-秒平衡，并且将被积分的绝对值或安培-秒平衡 与第二阈值进行比较。此外，基于比较结果，如果关于第二阈值的第二阈值 标准被满足，则该方法可以包括将相电流之一的被积分绝对值或安培-秒平 衡与一个或多个其他相电流的被积分绝对值或安培-秒平衡进行比较。更进 一步地，基于比较结果，如果第三阈值标准被满足，则可以确定缺相。
15.此外，该方法还可以包括对所述一个或多个其他相电流执行被积分绝对 值或安培-秒平衡的比较。
16.在各种实施例中，对于第二阈值标准的满足可以与被积分绝对值或者安 培-秒平衡中的任何一者大于或等于第二阈值相关，或者在其成立时发生。
17.在各种实施例中，替代地或附加地，对于第三阈值标准的满足可以与相 电流之一的被积分绝对值或安培-秒平衡小于一个其他相电流的被积分绝对 值或安培-秒平衡相关。
18.此外，在一些实施例中，对于第三阈值标准的满足可以与相电流之一的 被积分绝对值或安培-秒平衡小于一个其他相电流的被积分绝对值或安培-秒 平衡的百分之50或25相关。
19.在各种实施例中，对第二阈值标准和/或第三阈值标准的满足可以包含在 至少两个，例如至少五个或十个连续的基本周期期间满足标准。
20.此外，相电流的极值和/或绝对值可以通过布置到电转换器单元的一个或 多个输入端相的一个或多个电压或电流测量装置分别确定。
21.更进一步地，相电流的极值和/或绝对值可以用每毫秒一个样本的采样速 率来确定。
22.根据第二方面，提供了一种输送机控制单元。输送机控制单元包括处理 单元和存储器。输送机控制单元配置为执行根据第一方面的方法。
23.根据第三方面，提供了一种输送机系统。该输送机系统，例如电梯系统、 自动扶梯，或电动步道，包括输送机，例如电梯轿厢、移动台阶或履带。输 送机系统还包括根据第二方面的输送机控制单元。
24.本发明提供了一种检测电转换器单元的缺相或相位欠压状况的方法、一 种输送机控制单元，以及一种输送机系统。本发明相对于已知的解决方案提 供优点，其在于本发明使得能够在不同的运行状况下可靠地并且以鲁棒的方 式检测电转换器单元的缺相和/或相位欠压状况，因此使得电转换器单元更安 全地运行。一些其中电压和电流相关的步骤同时地、至少部分并行地，或时 间上彼此接近地运行的实施例提供了优点，其在于本方法使得对缺相或相位 欠压的检测在不同的运行状况下更加可靠且有效。
25.基于以下详细描述，各种其他优点对于技术人员将变得显而易见。
少与这样的促动器连接。在使用一个或多个线性马达的情况下，优选地，还 可以布置有一个或多个制动器来保持电梯轿厢10和/或提供电梯轿厢10的减 速。
39.至少在一些实施例中，可以附加地布置有与电梯轿厢10连接的配重18， 例如电梯领域的技术人员已知的。更进一步地，电梯系统110可以附加地包 括一个或多个引导轨道17，其布置在电梯竖井12中，用于引导电梯轿厢10 的移动。电梯轿厢10可以包括在移动中与引导轨道17接触的导靴、滚轮等。
40.电梯系统110还可以包括电驱动单元35，例如包括至少一个转换器单元 30，例如，包括开关模式功率转换器，并且优选地包括马达20。转换器单元 30可以是可控转换器单元30，例如能够基本上连续地调整其输入和/或输出。
41.在各种实施例中，电梯驱动单元35，例如其转换器单元30，可以包括 输入端和处理单元，其中输入端用于例如从安装到电梯轿厢10和/或马达20 的编码器接收电梯轿厢10的绝对位置和速度信息，处理单元配置为计算电 梯轿厢10的运动轨迹。电梯轿厢10可以配置为由电梯驱动单元35根据运 动轨迹来驱动。运动轨迹可以根据电梯系统110的运行状况而不同。
42.此外，转换器单元30可以包括，或者基本上是逆变器或变频器，用于 连接到马达20和与转换器单元30连接的控制器，并控制其运行，其中控制 器配置为操作转换器单元30以向马达20的电磁部件(例如绕组)提供电功 率(信号)，例如具有可变电压和可变频率的电功率(信号)。控制器可以是 单独的控制器装置，或者被包括在例如转换器单元30中。在各种实施例中， 控制器可以代表输送机控制单元101。在一些实施例中，输送机控制单元101 可以是单独的，或者被包括在电梯控制单元1000中。
43.更进一步地，转换器单元30可以被安排为由电源150供电，例如电梯 100的电源，例如来自外部电网或主电源，或者另一电源，例如电池系统。 附加地，电源150可以从转换器单元30获取电力。
44.在各种实施例中，电梯系统110包括电梯控制单元1000。电梯控制单元 1000可以置于层站19的门框中，或者层站门框中。转换器单元30可以置于 电梯竖井12或井道12中。转换器单元30可以被安排为从主电源向起重机 的电马达20供电，以驱动电梯轿厢10。电梯控制单元1000可以是，例如， 配置为实现或执行以下中的至少一项：接收来自电梯乘客的服务请求，例如 经由电梯呼叫请求系统，和为电梯轿厢10计算运动轨迹以服务服务请求。 在各种实施例中，电梯控制单元1000可以代表输送机控制单元101。
45.图1b示意性地示出了根据本发明实施例的输送机系统100。在图1b中， 输送机系统100是自动扶梯120。自动扶梯120可以包括至少第一，或上层 站以及第二，或下层站，以及用于移动其台阶的电驱动系统35。此外，自动 扶梯120优选地包括用于支撑台阶125和各种其他部件的栏杆122，以及对 于技术人员本身已知的自动扶梯120的其他元件，例如移动扶手和与其相关 的部件和/或装置，以及用于通过驱动系统35来移动台阶125的驱动装置， 例如链条、驱动轮和/或链轮。
46.根据又一个实施例，输送机系统100可以是电动步道。电动步道可以基 本上类似于图1b中的自动扶梯，除了电动步道布置有移动履带而不是移动 台阶125。电动步道可以包括至少两个层站，第一和第二层站，以及用于移 动其履带的电驱动系统35。电动步道可以是水平的或倾斜的。电动步道还可 以包括电动步道的其他元件，这些元件对于技术人员
本身是已知的，例如移 动扶手和与其相关的部件和装置，以及用于通过驱动系统35来移动履带的 装置，例如链条、驱动轮和/或链轮。
47.虽然在图1b中，电驱动系统35的元件被示出为位于上层站处，应当注 意，它们也可以替代地或附加地布置在系统100的各种其他位置中。
48.图2示意性地示出了根据本发明实施例的输送机控制单元101。输送机 控制单元101可以包括一个或多个处理器204，一个或多个存储器206，以 及可选地一个或多个用户界面单元，存储器206是易失性或非易失性或非暂 时性的，用于存储计算机程序代码207a-207n和任何数据值的部分。所提到 的元件可以用例如内部总线彼此通信地联接。此外，输送机控制单元101可 以包括通信界面208，用于从输送机控制单元101接收数据和/或命令信号等， 或者将传输数据和/或命令信号等传输到输送机控制单元101的外部。因此， 例如，传感器(例如电压和/或电流传感器)的测量结果可以被通信界面208 接收。此外，优选地，输送机控制单元101可以配置为经由通信界面208将 命令信号送到输送机系统100的一个或多个装置。通信界面208可以基于无 线和/或有线技术，并且使用一个或多个通信协议，例如使用一个或多个通信 总线。
49.输送机控制单元101的处理器204至少被配置为实现本文描述的至少一 些方法步骤，例如，下文中关于图4-5所描述的至少一些方法步骤。方法的 实现可以通过安排处理器204来执行存储在存储器206中的计算机程序代码 207a-207n的至少一部分，从而使得处理器204以及输送器控制单元101实 现所描述的一个或多个方法步骤来达成。因此，处理器204被安排来访问存 储器206并从中检索任何信息和存储任何信息到其中。为了清楚起见，本文 的处理器204指的是适合于处理信息并控制输送机控制单元101的操作以及 其他任务的任何单元。还可以使用具有嵌入式软件的微控制器解决方案来实 现操作。类似地，存储器206不仅限于某种类型的存储器，而是适用于存储 所描述的信息的任何存储器类型均可以应用于本发明的上下文中。
50.图3a-3c示意性地示出了根据本发明的一些实施例的电驱动单元35或 其至少一些部分。
51.在图3a中，电驱动单元35包括电转换器单元30(例如开关模式功率 转换器单元)，以及连接到其的马达20。电转换器单元30具有变频器，其输 入端可以连接到电源150，例如单相、双相或三相电网，并且其输出端可以 连接到马达20，例如，可选地，连接到其三相。电转换器单元30与马达20 之间的可选的三相连接在图3a中用具有三条短交叉线的单线示出。
52.在各种实施例中，电驱动单元35可以包括一个或多个第一电流31和/ 或第一电压32传感器，其被安排为确定电流和/或电压，例如在电转换器单 元30的输入端的三相连接的相电流和电压。
53.此外，电驱动单元35可以，优选地，包括速度和/或位置确定装置38， 例如速度和/或位置测量装置，用于确定马达20的速度，例如旋转速度和角 度，或者线性速度和线性位置。此外，可以有第二电流36和/或第二电压34 传感器，其被安排为确定在电转换器单元30的输出端处和/或在马达20的输 入端处的电流和/或电压。
54.在图3b和3c中，以及在本发明的各种其他实施例中，马达20是三相 马达20，具有连接到电转换器单元30的输出端的马达相位u 301、v 302和 w 303。马达20可以是例如永
磁体马达。
55.在图3b中，电转换器30是变频器30a，其可以能够将例如具有第一频 率的电压和/或电流转换成具有第二频率的电压和/或电流，其中，被转换的 信号的幅度和/或第二频率相对于第一频率相同或不同。变频器30a可以包 括能够在一个或多个象限中操作的整流器相。整流器相可以能够在dc链路 (可选地是变频器30a的中间电路的dc链路)中将电源的交流(ac)电 压和电流转换成直流(dc)电源和dc电压。变频器30a还可以包括逆变 器相，该逆变器相能够将dc电压或电流转换成ac电压或电流，从而控制 电机20的运行，并且能够在一个或多个象限中运行。还可以在整流器相与 逆变器相之间连接有中间电路。中间电路可以包括电存储元件，例如(超级) 电容器或电感器，用于平滑dc电压或电流，并且至少暂时地在其中存储电 能。
56.如在图3a-3c中可以看到的，对电驱动单元35的操作可以通过输送机 控制单元101来控制。然而，在各种实施例中，可以安排有用于控制电转换 器单元30的运行的转换器控制器39，其中，转换器控制器39至少通信地连 接到输送机控制单元101，并且，由此可以是相对于输送机控制单元101分 开的装置。替代地，转换器控制器39可以被基本上被包括在输送机控制单 元101中。
57.在图3c的实施例中，示出了电驱动单元35的一部分，该部分可以是逆 变器30b。逆变器30b优选地能够将dc电压或电流转换成ac电压或电流， 因此能够控制马达20的运行，并且能够在一个或多个象限中运行。还可以 有连接到逆变器30b的dc链路的输入电路。输入电路可以包括电存储元件， 例如电容器或电感器，用于平滑dc电压或电流，并且至少暂时地在其中存 储电能。逆变器30b可以从dc源供电，或者通过整流器，或者从电池(组) 供电。
58.图4示出了根据本发明的实施例的方法的流程图。
59.步骤400指的是本方法的启动阶段。获得合适的装备和部件，例如电流 和/或电压测量装置，和/或电转换器单元30和马达20，并且组装相关的系 统并配置其用于操作，优选地，用于驱动输送机系统100的输送机。
60.步骤410指的是确定极值，例如电转换器单元30的、优选为电转换器 单元30的输入端一侧的相电压的最大和/或最小值，至少是相电压的一个基 本周期，或者多个(优选为连续的)周期的最大和/或最小值。例如，可以使 用1毫秒的采样速率。
61.在各种实施例中，极值的确定可以包括从极值移除相电压在至少一个或 多个基本周期期间的平均值或dc分量。
62.此外，替代地或附加地，极值的确定可以包括确定在相电压的至少一个 或多个基本周期内相电压的最大值和最小值，并且计算基于该最大值和该最 小值的平均值。因此，逻辑可以如下：如果u_a》max_a，则max_a＝u_a； 如果u_b》max_b，则max_b＝u_b；如果u_c》max_c，则max_c＝u_c； 如果u_a《min_a，则min_a＝u_a；如果u_b《min_b，则min_b＝u_b； 并且如果u_c《min_c，则min_c＝u_c；其中u_a到u_c是相电压(相a、 b、c；或者第一、第二，以及第三相)的值，且max_a到max_c以及min_a 到min_c是一个或多个基本周期的选定时间周期的相电压的被确定的最大 值和最小值。于是，平均值可以通过avg_a＝(max_a+min_a)/2，avg_b＝ (max_b+min_b)/2，以及avg_c＝(max_c+min_c)/2来计算。由此，平均 分量，和/或dc分量，可以基于以下内容从最大值移除：max_a＝max_a avg_a，max_b＝max_b avg_b，以
及max_c＝max_c avg_c。
63.步骤420指的是将确定的极值与第一阈值比较，并且基于该比较结果， 确定与第一阈值相关的第一阈值标准是否被满足。在一些实施例中，第一阈 值可以小于相电压的标称幅度，例如小于相电压的标称幅度的百分之50。
64.如果第一阈值标准被满足，则执行步骤430。否则，可以停止执行该方 法，或者可以确定另一个极值。
65.步骤430指的是确定缺相或相位欠压状况。这可以，例如，还包含向电 转换器单元30或其转换器控制器39提供命令信号，用于相应地改变其运行 模式，例如停止运行。
66.方法的执行可以在步骤499处停止。
67.在优选的实施例中，上文关于图4描述的方法步骤，尤其是至少步骤410 和420，还可以对一个或多个其他相电压，或者对其他相电压中的每一个执 行。
68.此外，该方法可以，根据各种实施例，包括确定电转换器单元30是否 具有通向主电源150的电流路径。这可以例如通过监视电转换器单元30的 一个或多个主接触器或一个或多个继电器来执行。应当注意，除了电流31 和/或电压测量器32之外，可以在电源150与电转换器单元30之间布置有附 加的部件/装置，例如滤波器，其例如是lcl滤波器，通过该滤波器可以建 立电流路径。在一些实施例中，确定电流路径的步骤可以在下文结合图5描 述的步骤之前执行。
69.图5示出了根据本发明的实施例的方法的流程图。图5中的步骤可以优 选地相对于图4的方法步骤，或者上文结合图4描述的一个或多个步骤基本 上同时地，或者至少部分并行地，或者至少时间方面彼此接近地，例如立刻 在另一个之后地执行。
70.步骤500指的是本方法的启动阶段。这可以，在各种实施例中，基本上 类似于步骤400，或者甚至与步骤400同时执行。然而，至少电流测量器31 可以优选地布置到电转换器单元30的输入端，如果这还没有在步骤400中 完成。
71.步骤510指的是确定至少一个或多个基本周期期间电转换器单元30的 相电流的绝对值，优选地，确定其输入端电流的绝对值。例如，可以使用1 毫秒的采样速率。
72.步骤520指的是将相电流的绝对值关于时间积分，或者确定相电流的安 培-秒平衡。积分可以例如通过将电流的连续绝对值彼此相加来执行。因此， 作为积分结果的值是正的值。
73.步骤530指的是将被积分绝对值或安培-秒平衡与第二阈值比较，并且 基于比较结果，确定与第二阈值相关的第二阈值标准是否被满足。
74.在各种实施例中，对于第二阈值标准的满足可以与被积分绝对值或者安 培-秒平衡中的任何一者大于或等于第二阈值相关。
75.非限制性的示例性的电梯变频器30a(不带中性线的3输入相)的规格 可以如下：输入标称电压400v ac，输入标称电流12.5a@400v ac，输出 标称电压0-360v，并且最大值dc链路电压800v dc。对于技术人员清楚 的是，这些值可以例如根据变频器30a的尺寸和/或设计变化。因此，在一 些实施例中，关于第一阈值，基于以上非限制性规格的峰值相电压是√2/√ 3*400v，即大约326v，在该情况下，峰值或者相电压标称幅度的50％， 将会是大约163v，以作为第一阈值。
76.如果第二阈值标准被满足，则执行步骤540。否则，可以停止执行该方 法，或者可
以确定另一组绝对值。
77.步骤540指的是将相电流之一的被积分绝对值或安培-秒平衡与其他相 电流中的一个或多个的被积分绝对值或安培-秒平衡进行比较，并且基于比 较结果，确定第三阈值标准是否被满足。在各种实施例中，被积分绝对值或 安培-秒平衡的比较还可以对其他相电流中的一个或多个，甚至每一个执行。 第三阈值标准和对应的比较可以与例如以下内容相关：如果area_a《 area_b*0.25或者area_a《area_c*0.25，即如果确定下来的area_a比area_b 的0.25倍或area_c的0.25倍小，则可以得到结论，即在对应的相(即供应 相“a”)中缺相情况是活跃的。对于其他相也可以执行相同的比较。
78.在各种实施例中，对于第三阈值标准的满足可以与相电流之一的被积分 绝对值或安培-秒平衡小于一个其他相电流的被积分绝对值或安培-秒平衡相 关。例如，对于第三阈值标准的满足可以与相电流之一的被积分绝对值或安 培-秒平衡小于一个其他相电流的被积分绝对值或安培-秒平衡的百分之50 或25相关。
79.步骤550指的是确定缺相或相位欠压状况。
80.方法的执行可以在步骤599处停止。
81.在各种实施例中，对第二阈值标准和/或第三阈值标准的满足可以包括在 至少两个，例如至少五个或十个连续的基本周期期间满足标准。
82.此外，相电流的极值和/或绝对值可以，优选地，通过布置到电转换器单 元30的一个或多个输入端相的一个或多个电压或电流测量装置分别确定。
83.通过使关于图4和图5的方法同时地，至少部分并行地，或者时间上彼 此接近地运行，提供了优点，即它们在不同的运行状况下更可靠且有效地作 出检测。例如，一旦电驱动单元35或者至少其电转换器单元30通电或停止， 就可以使用图4的方法步骤来检测相位缺失，并且在运行期间，当电流流动 时，可以使用图5的方法步骤。