功率传感器的制作方法

专利名称：功率传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及向用于提升与建筑维护相关联的平台的起重装置输送电功率以及通 知或防止危险状况。
背景技术：
众所周知测量电功率的方法，在该方法中，测量输送至负荷(例如电动机)的基于 时间的电流(It)和电压(vt)，作为时间的函数。然后，可以将有效功率Pr计算为Pr = Vt*Itcos θ其中，θ是Vt与It之间的相位角可以将视在功率Pa计算为Pa = Vr^Ir 其中，Vr和Ir分别是电压和电流的均方根(rms)值。另外，许多商业可购买的装置使用直接的方法或微处理器方法来提供这些计算。通常，在故障状态出现的情况下，用于监控提供至电动机的功率、电压或电流的设 备被用来中断该提供。其典型实例是热过载装置，其中使用电流的持续时间来估计负荷需 求状态。通常，该估计基于I s2t的值，作为大于特定值的能量表达式以防止继续操作。各种类型的电气传感器用于检测流过导体的电流。例如，这类传感器包括众所周 知的用于产生表示电流大小的输出电压的霍尔效应器件(HED)传感器以及更传统的电流 变换器和串联电阻器。在诸如从 Load Controls Inc. (www. loadcontrols. com)商业可购买的负荷监控 器的设备中，霍尔效应器件可以用于测量所输送的有效功率(realpower)，并且允许控制监 督系统管理电动机操作和保护。用于功率测量的霍尔效应器件是商业可购买的例如Melexis零件编号MLX90242 或Allegro零件编号ACS712。此外，众所周知，通过向霍尔效应器件提供代表Vt的电压，于 是从霍尔效应器件输出的信号代表有效功率。霍尔效应器件可以用于感测由电流流过导体而引起的磁通量。这些已知器件中 的一些器件已使用通量集中器来集中由于电流流过导体而散发的磁通量。美国专利第 4，587，509号和第4，616，207号公开了这种电流感测设备。同样众所周知的是，利用适当放置的一个或两个测量导体附近的通量密度的 霍尔传感器来测量该导体内的电流，并将该通量密度转换为与电流成比例的信号，如 US6, 130，599、US6, 271，656、US6, 642，704 和 US6, 731，105 中所公开的。另一实例是Eaton的商业可购买的基于ECS7微处理器的电流监控器。该产品可 以用于测量所输送的电流，并且允许控制监督系统管理电动机操作和保护。US6, 642，704公开了一种电流传感器组件，其保持彼此平行且靠近电子电路卡布
5置的一对磁场检测器。此外，可选择性地调节磁场检测器，以将其附加于多个电功率导体。为了各种目的，包括检测卷筒起重机(drum hoist)的潜在或实际故障操作状态， 诸如过载，或者为了检测应用于卷筒起重机的起重电动机(诸如以“Hoist Apparatus”为 标题的US6966544)内的故障，在许多情况下使用电流的测量。另一个实例参见US5896257， 标题为"Two Sensor forOver-Current Protection and Current Sensing Configuration MotorControl”，其需要多个电流传感器来完全表征电动机操作状态。

发明内容
本发明具体涉及输送至与用于建筑维护的平台紧密地相关联的电动起重装置的 功率的管理，并且涉及向设备操作员提供对潜在的危险操作状态(诸如，平台的超载、或者 在不足以足够且安全地操作该起重机的电压的情况下尝试操作该起重装置)的警告。可选 地，可以在这种不期望的操作状态出现的情况下关闭起重装置。在任一情况下，起重机或其 部件都可能产生失效，从而防止对可能导致危险或者需要呼叫应急服务的起重装置的进一 步操作，其中，该应急服务用于对困在平台上同时悬在建筑外部上的高处的操作员提供救 援。在本发明中，没有明确假设包括过电流或过电压状态。然而，容易包括这些状态的 检测并且启动适当的动作。通常，一个或多个卷筒或牵引型起重机附接至平台，并且由建筑连接的电源向其 供电。通常，存在与电功率的输送相关联的长互连绳，并且当启动起重电动机以提起平台 时，使固定负荷(标称为IOOOlbs)加速所需的高转矩以及因此需要的高启动电流可能导 致绳中的过度电压降，从而在电动机处产生不足以使得其达到正常操作速度的电压。另 外，由于电动机一般受转矩限制，因此，如果重量大的平台及其与不足以正确地启动电动 机的较低启动电压结合，则根据电动机类型，电动机可能仍然处于高电流启动状态下，或 者可选地，电动机可能在更高转矩启动状态与更低转矩操作状态之间循环。非计划中的 高-低-高-……电流或循环状态通常适用于电容器启动型感应电动机。所述非计划中的状态的结果是对电动机、其相关部件、或平台造成损坏，并且对用 户产生随之发生的危险。在本发明中，感测信号线上提供到的电动机的电流，用于当电动机按照期望停止、 启动、停转或运行时，提供对电动机的操作状态的实际估计。已知对于三相电动机，可以通 过测量两条或多条导线中的电流来实现更精确的估计，然而，为了在本发明中所公开的目 的，使用一条导线不会带来任何缺点。优选地，利用霍尔效应器件(HED)进行电流感测，霍尔效应器件对与通过导体的 电流成比例的该导体上的磁场敏感。还可以使用用于电流感测的可选项，诸如变流器、GMR 器件、串联电阻等。然而，HED提供了成本低、尺寸小和信号隔离的优点，并且是用于现在绝 对精确性不那么关键的情况下在大多数装置中进行感测的选择。HED还可以被配置为提供代表输送至电动机的有效功率的测量如果提供到HED 的电压代表提供到电动机的瞬时电压，并且如果施加于HED上的磁场与通过电动机的瞬时 电流成比例，则HED会将这两个信号完全相乘，并且来自HED的输出与如上述等式中表示的 有效功率成比例。
在本发明中，使用电压和电流的测量来确定起重机的操作状态并估计所施加的负 荷的大小。本发明中所公开的改进涉及一种用于检测起重系统的非计划中的操作模式并且 防止或表示这类发生提供管理的系统。在持续不断的过多电流可能导致损坏或危险的情况下将供给中断包括在能力中。 结果，包括了如非破坏性、可恢复保险丝的作用。


图1示出根据本发明的与起重机相关联的建筑维护平台的图示；图2示出根据本发明的功率控制器的示意性实施例；图3示出根据本发明的电流传感器与导体的优选关系的示图；图4示出电流传感器的可选结构的示图；图5示出根据本发明的电动机电流的图解波形特性；图6示出根据本发明的电动机电流的图解波形特性；图7示出根据本发明的电动机电流的采样的图解波形特性；图8A-8C是示出根据本发明的控制程序的优选实施例的流程图。
具体实施例方式可以将整个系统包括在连接至起重机的电力电缆或插头中，而不需要改进起重 机。还可以包括起重机功率传感器作为起重机的一部分，或者将功率传感器放置在该系统 中用于向起重机提供功率的任何位置。图1示出了通过箍(stirrups) 3连接至牵引起重机1的平台4，牵引起重机1包括 电动机开关和控制器30以及电动机5。在本公开中参考牵引型起重机，可选地，卷筒起重机 在功能上可以是等同的。另外，一些应用可以足以胜任于单个起重机或两个以上起重机。钢索2穿过所述起重机以支撑所述平台、该平台上的人和材料的总负荷。因此，所 述电动机所需要的向上方向启动转矩是加速并提升上述每个钢索中所反映的所述整个负 荷所需要的转矩。例如，典型的起重机需要1. 2马力1720rpm电动机以利用75in-lbs的电 机轴的转矩来提升10001b负荷。在208Vac，电动机启动电流典型地为28Amp-rms，运行电 流为 6Amp_rms0上述起重机通常经由绳7连接至电源点，其中，插头6使插脚8在插座中接合于电 源。可选地，所述起重机可以与可以包括所公开的本发明的能力的配电箱永久地相连。特 别地，将针对包括在所述绳或插头中的起重机功率控制器9来描述本发明。起重机功率控 制器同样可以被包括在所述起重机内，或者包括在电源接线中的任何位置。从附图中显而易见的是，示出了以长平台为特征的两个类似的起重系统。众所周 知，短平台可以仅需要单个起重系统。图2公开了所述起重机功率控制器的元件，包括至输入电源的连接点8(如之前经 由所述插脚)、容纳所述插脚的外壳6、和从该外壳至所述起重机的所述导线(lead)。在所述外壳内，优选实施例将霍尔效应器件(HED) 12定位为邻近于将电源连接至 所述起重机的一个导体18。所述HED被相对于所述导体放置，以使所述导体中的电流所产生的磁场与所述HED相交，从而所述HED中在导线13a上产生的电信号代表电流。可以邻 近于将电流运载至起重机的任何导体来放置该HED。多个HED的布置也可以用于电流测量。 另外，所述导体可以是构成所述HED所必需的。可选地，可以使用众所周知的测量电流的方 法，诸如载流导线中的电流变换器或者跨接串联电阻器的电压，或者将HED包括在环向磁 场集中器的间隙中。根据众所周知的基于安培定律的公式，在距载流为I的导体的距离d处的磁场B 的大小约为B= μ(ιΙ/(2π(1)，并且通过众所周知的右手定则得到该磁场的方向。优选地， 上述HED具有与入射在其量测轴上的该磁场的大小成比例的输出信号，如众所周知的。导 线13a承载的代表电流的信号可以在沿导线13b输入至微处理器14b的数字化输入以及用 于并经过根据编程到该微处理器的算法对该信号进行分析之前在反锯齿滤波器14a中被 预处理。根据来自所述HED的信号电平，可以在模块14a中提供附加信号增益。该滤波器 和增益模块可选地可以是构成所述HED所必需的。沿着电线25来自所述微处理器的输出使触发器件23经由至三端双向可控硅开关 24的栅极端子的电线32将该三端双向可控硅开关24接通至导通状态者将三端双向可控硅 开关24断开至非导电状态，并且相应地，分别允许或禁止电流经由导线19、19a流向所述起 重机。众所周知使用上述触发器件和上述三端双向可控硅开关、或者其他开关器件(诸如 以继电器或栅极截止器件为例)来控制流向诸如起重机的负荷的电流。与所述三端双向可 控硅开关相关联的是传统的吸收网络(snubber network) 28、29，以防止在切换电感负荷的 情况下由于诸如在该电动机应用中可能出现的di/dt的高值而错误地触发所述三端双向 可控硅开关。可以使用来自所述微处理器的另一输出26来根据所述算法经由晶体管20操作指 示器LED 22，以向该系统的状态的操作员提供指示。例如，该LED的稳定指示可以表示功率 是可利用的且操作状态是正常的，而脉冲指示可以表示不期望的状态。当然，可以包括多个 指示器，以根据从所述微处理器选择的输出提供多种指示，并且可以与所述LED —起使用 诸如发声器的可选指示器，或者用可选指示器替代所述LED。可以使用所述指示的各个持 续时间和重复率来描述各种状态，例如，用于所述指示的30%接通时间周期以及例如1秒 的重复率可以描述低电压状态，并且例如，用于所述指示的70%接通时间以及例如1秒的 重复率可以描述过载起重状态。可以选择用于所述指示的其他接通时间和持续时间，包括 (但不一定)脉冲宽度、脉冲位置和频率调制、或脉冲强度和颜色的组合。另外，可以包括传 送能力，以将所述起重机功率控制器的状态传送至远程站点。这类传送方法是众所周知的， 并且可以利用单独的电缆、无线、光学、电力线调制，或者是其他适当的方法。所述起重机功率控制器中包括用于获得对其中的电子部件进行操作所需的电压 (例如，5Vdc)的装置10。由于用于获得所述电压的方法众所周知，所以不进一步对其描述。在电线15上包括从分压器16、17到上述微处理器的另一输入。沿着电线15输 入至该微处理器的数字化输入端的电压代表电压幅度。可以在该微处理器中处理在电线 15处相对于所述电流信号的相位，以使处理活动与具有代表电线13b上的所述电动机电流 的信号的所述电压的过零实例一致，从而提供起重机电流与起重机电压之间的相对相位测 量。可选地，可以通过所述算法数字地处理该起重机电压和电流，以量化有效功率和视在功 率以及电流的时间特性，以使能或禁止向起重机供电，或者产生与所述起重机的应用状态相关的指示。对于本领域的技术人员众所周知的是，可以得到并评估根据电压和电流的测 量估计得到的功率，以表示所述电动机所承受的负荷。通过使用上述微处理器来处理所述电压和电流信号，可以以多种方式定义适当的 算法，以实现对起重机和平台的保护或者产生关于与设备和系统的使用相关的该起重机的 应用状态的指示。例如，平台上的操作员可以接收基于提升该平台所需要的功率的估计 (如上所公开的)的关于平台的报告信息。如果根据电流和电压的测量所估计出的操作状 态估计出超过最大值，则操作员可能接收到警报，或者如果在显著过载时对所述平台进行 评估，则在所述过载存在时可以停止操作，从而禁止任何对设备的进一步实质使用。假设所述微处理器具有实现代表电流和电压的标称瞬时采样的相乘和处理的足 够能力以得到有效功率以及电流和电压的rms值，则还可以将复杂算法包括在所述微处理 器中，否则，可以使用电压和电流具有低谐波含量并且基本上是正弦的合理假设来根据对 峰值(peak value)的测量估计rms值，其中，峰值的时间关系用于估计相位。在该申请中，通过所述电动机的电流的模式用于确定所述电动机的能力是否符合 操作状态或者设置保护或报告测量，并且功率估计用于确定该平台的过载程度以及禁止进 一步的供电操作。图3示出HED 12与将电流运载至电动机的导体18的优选布置和关系。利用右手 规则，穿过所述HED的磁场的方向是向下方向，所以必须相应地使所述HED对准以提供所述 电流的期望指示。从AllegroMicrosystem，Inc商业可购买的HED传感器类型ACS712提供 该功能作为集成组件，从而载流导体邻近于磁场感测元件穿过。图4示出HED 10与高磁导率环形磁芯44的可选布置和关系，其中，将电流运载至 电动机的导体18插过所述磁芯的内部。所述磁芯包括插入有该HED的槽。所述磁芯用于 增强该导体中的电流所产生的由该HED感测到的磁场强度。该布置的优点在于，入射在HED 上的磁场大于图3的磁场，并且减少了对电线13a上的信号进行放大的需要。此外，众所周 知，所述信号幅度可以与所述导体缠绕在所述磁芯的次数成比例增大。图5示出导体18中代表该起重机的重要操作状态的所述供电电流的时间_幅度 曲线图。当操作该起重机以使平台上的负荷小于最大额定负荷值，并且最小电压至少为较 低的额定电压值时，接着期望该起重机正常地操作。假设该电流的起始点是由时刻43代表 的时间，则曲线图40表示，在垂直轴上表示的电流在与电动机的启动绕组的接合相对应的 时间周期内上升至更高电平。一旦该电动机达到足够的速度，则该电动机自动切换至运行 模式，并且上述电流减小至较小值，这在该电动机接收功率时继续。在本发明的优选实施例 中，该电动机是商业可购买的电容器启动型电动机，其具有在约75 %的运行速度通过置于 所述电动机中的离心开关来切换状态的启动电容器。通常，这类电动机的启动转矩大于在 其运行速度时的转矩。曲线图41对应于平台负荷显著大于额定容量和/或供电电压小于所需要的最小 值的不期望状态。因此，电动机转矩不足以提升负荷，并且所述电动机不能达到所述离心开 关转换以中断所述电动机启动模式的速度，而所述电动机仍然处于提取更高所述电流的启 动状态。本发明的目的在于检测这类不期望的停转或止转转子状态并提供保护指示。曲线图42对应于另一个不期望状态，其中，电动机能够产生足以加速到在启动状 态之上的速度的转矩，而负荷太大和/或供电电压太低以致不能维持较低的转矩运行速度，因此，该电动机慢下来并且重新开始启动状态。由于在运行模式下转矩更低以及在启动 模式下转矩更高，所以电动机在所述启动状态与运行状态之间循环，从而产生演替的更高 电流循环。本发明的目的在于检测这类不期望的循环状态并提供保护指示。图6示出根据本发明的所述电动机电流的图解波形100特性，其中，例如，代表由 所述HED感测到的所述电流的信号的数字采样由示例性的瞬时采样101代表。绘出了如在 102处代表具有没有显示电流的段的电流的一系列采样，并且还绘出在103处重新开始的 代表电流的采样。嵌入微处理器14b中的算法是诸如确定所述电流的电平，并且区分诸如 更低或更高电流正在流动的周期以及电流没有在流动的周期的事件以及优选但不一定被 确定为更高电流的半周期的数量的这类事件的持续时间。为了便于呈现，图6的示图基于50Hz波形。当然，在美国，频率为60Hz，其中，各周 的时期约为16. 67ms。在标称39. 6Amp处的电流峰值104对应于28Amp的rms电流，其对应 于在电动机启动期间或在止转转子状态下的标称峰值预期电流，并且对应于更高电流。在本发明中，根据对电流和电压波形中的每一个波形的连续半周期的峰值的测 量，进行功率估计，以获得如下rms值P = 0. 5*Vpeak_ave*Ipeak_ave，应注意，作为用于计算针对 变量X(代表Vpeak_■或IPMk_aJ的平均值的方法的实例，可以节约地采用指数平滑方法。将 项Y-i用于X的之前平均的值，以及Xtl用于变量X的电流采样值，以及α用作平均率项，则 可以如下计算电流平均值Ytl:Y0 = Υ_1+ α (Xtl-YJ，然后，对于下一计算周期，设置Y— = \。可选地，可以根据以下已知直接计算公式，从电压v(j)和电流i(j)的连续数字采
样直接计算功率P 尸=-^zr1QvO') * iOl其中，采用η个采样，优选地，每供电电压全 周期采用η个采样，其中，η例如为16。应注意，由于电流与电压之间的相位关系可能随着负荷而变化，所以用于估计在 电动机中的功率的测量中反映的在平台上的负荷的rms方法在一些应用中可能不能提供 足够的灵敏度或精确性。另外，如果实现该起重机电动机的电子控制，诸如以脉冲宽度调制为例，则供电上 的谐波失真会降低rms方法的精确性。为了在本发明中公开，可以将功率测量视为rms方 法或所述直接计算方法。如果所计算出的功率大于正常运行阶段期间的特定电平，例如1100瓦特，则如之 前所详述的，可以将所述三端双向可控硅开关设置为关或非导通状态，并且从而提供附加 系统保护并从所述起重机电动机中去除功率。作为本发明的又一方面，如果所感测到的电流比最高电平40、41或42中的任一个 电平超出可特定的容限，则如之前所详述的，可以将三端双向可控硅开关设置为关或非导 通状态，并且从而提供附加系统保护并从起重机电动机中去除功率。该动作类似于由商业 可购买的保险丝和热过载装置提供的动作。由于该三端双向可控硅开关直接由所述微处理 器来控制，所以可以指定各种算法来确定该三端双向可控硅开关断开的点。例如，众所周知 的电流-时间曲线方法可以用于设置上限触发点。可选地，对应于42A的rms电流限值，例 如超过了图6中标称40A-峰值的额定电流50%因子的简单限值会设置峰值电流为60A的 限值。其他算法可以是软件限定的，并且在该微处理器中同样便利地实现。
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图7示出了不期望的操作状态的另一实例，其中，电动机没有产生足以停留在运 行速度的转矩。在时间零点处将功率施加至该电动机，并且假设对起重机的操作控制进行 操作，则该电动机加速至运行速度。示出了在启动阶段高电流处的四个半周期。由于在本 发明中使用了电流的绝对值，所以电流的每个全周期变为两个半周期。应理解，对该电动机 电流的所有将来的参考是指参考半周期。如在以下部分进一步论述的，对上述电流进行数字采样，并且将每个采样时刻示 为图7中的点，例如201。在本发明中，如果该电流的测量超过称为“10”的参考电平205，则将所述电流估 计为流动。因此，过度电平IO对应于在操作状态下。在201处，所述电流达到峰值，超过称为“II”的参考电平206。因此，过度电平Il 对应于在启动状态下。在持续时间207后，随着该电动机达到标称75%的全额定速度并且进入运行模 式，电流减小，如在持续时间208内。在该示图中，该电动机没有产生足以停留在所述运行 模式下的转矩，并且在210处重新开始该启动模式的又一持续时间。由于在电动机中耗尽了功率，并且其载流部件引起由随之发生的退化而产生的过 热，所以这是不期望的操作状态。例如，电容器启动电动机在启动期间利用电流串联放置电 容器。在20，000至50，000次启动的正常寿命内，通常针对每分钟一次启动事件为这类电 容器设定功率。由于在启动电容器中的过热产生而导致的主要故障模式之一是引起电解液 变干并且加速最终的故障。一般，电动机包括热过载以在电流维持在以207为代表的电平 处的止转转子或停转状态下防止继续操作，然而，不一定很好保护所述循环状态。本发明的目的在于检测这类不期望的循环状态并提供保护指示。图8A、图8B和图8C提供了控制微处理器14b的操作的优选控制程序或算法的示 例性流程图。该公开的起重机功率控制器9和指示器22和三端双向可控硅开关功率开关 24的操作直接由所构造的软件控制，例如由该流程图描述。当施加功率时，所述微处理器的操作开始于该控制程序的47。可以构造本领域技 术人员所熟悉的在嵌入式软件方法中提供上述控制程序的多种方式，并且例如，宽泛地说， 以下是可以描述这类事件控制序列的一种方式。在以下描述中，应理解，控制程序处于使所述微处理器正对来自所述HED且代表 电线18中的电流的信号和代表供电电压的电线15上的电压进行采样和数字化的操作状 态。微处理器对该信号进行采样的速率足以实现对所述电流和电压的合理估计，例如，基于 可控且规则的时间的每秒960次，以实现用于60Hz功率的每个周期的16个采样。因此，可 以处理采样信号，以得到例如为在特定时间间隔内的峰值或均方根(RMS)值的电流和电压 的表示。在所述控制程序的该实施例中，ADC中断的周期性发生器使内置于所述微处理器 的模数变换器对所述信号进行采样。在完成采样时，将所述采样作为参数IVoltage(电 压)I和I Current (电流)|的绝对值存储在微处理器或存储器中，其中，采样代表信号在采 样时刻处的值。从图8C中，当该ADC中断在65处发生，如果在80处检测到| Voltage!和
Current的峰值中的任一个或这两者，则在80a处，如果峰值| Current |小于特定值II， 例如代表电线18中35Amp的电流的值，则在81b处计算Power (功率)的新值，否则当平台以额定负荷(例如，IOOOlbs)加载时，将Power设置为例如代表1000瓦特的额定功率的值。 在81处，更新VpkAve和IpkAve的值，分别作为当前检测到的峰值电压和电流的平均值，并 且控制程序在67继续。如果在80处，没有检测到电流或电压的峰值，则控制程序在67处继续。当然，控制程序的不同实现可以使用电压和电流的有正负之分的表示或别的表 示，并且电流或(优选地)电压的过零点可以用于表示半周期的边界点。作为另一选项，可以计算启动阶段期间的功率并且基于该功率进行随后的确定。在67处，如果I Current I大于或等于上述特定值II，则在68处，如果设置了参数 Flagll，则达到点72，并且中断退出，以及控制程序在其中断的点处重新开始，否则，在70 处，设置参数Flagll，并使参数StartCoimtl递增1。然后，达到点72并且中断退出，以及 该控制程序在其中断的点处重新开始。可选地，在67处，如果参数ICurrentI小于特定值II，则在69处，如果参数FlagIl 为0(重置)，则达到点72并且中断退出，以及该控制程序在其中断的点处重新开始，否则， 在71处，重置参数Flagll，并且接着达到点72且中断退出，以及控制程序在其中断的点处 重新开始。在控制程序的操作的另一描述中，如图8C所示，两个其他中断起作用，如 TimerSInt和TimerDInt。在所述微处理器的控制下，可以在52处以特定值(例如，100)加 载计时器TimerS，然后使TimerS能够在特定时间(例如2秒)内以特定的恒定速率独立地 将所述特定值递增至终值(例如255)。当达到所述终值时，可以使TimerS能够产生中断 TimerSInt,并且在73处通过所述控制程序的动作，在74处设置参数FlagTS。然后，禁止 对TimerS的进一步动作，并且所述控制程序在其中断的点处重新开始。计时器TimerS的 目的在于设置累积电流半周期的次数的最大时间。当然，TimerS可以通过递减来执行其功 能。类似地，在所述微处理器的控制下，可以在61或62b处以特定值(例如100)加 载计时器TimerD，然后使TimerD能够以恒定速率独立地将所述特定值递增至终值(例如 255)。一旦达到终值，就可以使TimerD能够产生中断TimerDInt，并且在利用所述控制程序 在76处的动作下，在77处设置参数FlagTD。然后，禁止对TimerD的进一步动作，并且所述 控制程序在其中断的点处重新开始。计时器TimerD的目的在于设置显示或禁止对所述不 期望的状态的指示或者在除非这类中断需要其他动作来重新开始否则在重新开始前中断 起重机的功率的最大时间。当然，TimerTD可以通过递减来执行其功能。通过该手段，可以设置特定时间间隔，以使得能够在所述控制程序的别的地方进 行动作。应注意，TimerS和TimerD彼此独立。在可获得功率的任何时间，所述起重机的操作员可以按压所述起重机上的向上或 向下按钮，以将功率施加至所述起重机电动机5并分别使所述平台上升或下降，于是所述 电线18中的(并且此外，在返回线19、19a中的)电流大于第二特定值10，例如，代表在电 线18中的3Amp的电流的值。通常，在向上方向上提取更高电流，并且大于参数IO的任何电流都被认为表示所 述起重机正在操作。
参考图8A的主程序，当在47处向所述控制器供电时，所述控制程序将所述微处 理器初始化到初始状态从而使所有参数复位至正确程序执行所需的初始状态，并且在所述 控制程序下将诸如计时器、ADC、输入端口和输出端口的所有元件配置用于所选择的操作模 式，此后，所述控制程序周期地运行起始于48a的循环。在执行该循环期间，发生将执行转 向相关中断例程的中断，该例程在完成时将执行返回至发生了中断的点。构造这类中断例 程，以防止中断序列中的信息丢失。尽管没有明确示出，但应理解，如果包括图2中的所述可选的功率开关三端双向 可控硅开关以及相关联的部件200，则所述控制程序包括49和62处的动作，以使输送至所 述起重机的功率在49处接通以将功率提供给该起重机，以及在62处断开以使至起重机的 功率中断，否则，不管操作状态如何，仍然向起重机提供功率，除非在外部去除功率。在该循环中，将所述电流采样ICurrentI与所述电平IO进行比较，并且如果大于 或等于10，则将ICurrentI与所述特定值Il进行比较，并且如果大于或等于特定值II，则 通过重新加载该特定值来重启计时器Timers。TimerS使得在特定间隔(例如2秒)后，如 之前所述产生中断TimerSInt，否则所述控制程序在53处继续。如果在51处| Current |小 于所述特定值II，则不重启计时器并且留给超时去处理。如之前所述，是超过所述特定值11的电流周期的数量的计数，并且在53处检查参 数StartCount。如果StartCount小于特定值，例如代表启动模式的8个全周期的16，则 认为是正常操作，并且在54处，指示器22a显示绿色，并且在55处，评估参数FlagTS。在 62a处将功率评估为小于或等于限值PO (例如1100瓦特)后，如果设置FlagTS，则在56 处，在48a处继续之前，将参数StartCoimt的任何累积值清零，停止计时器TimerTS，并且 使FlagTS清零，否则在62a处将功率估计为小于限值PO (例如1100瓦特)后，随着循环在 48a处重新开始，TimerTS仍然运行，并且StartCount仍然累加，从而对应于具有短的电动 机启动时间和维持运行操作的正常操作模式。如果在62a处将功率估计为大于或等于所述限值P0，则将与状态相关的数据保存 在存储器(优选地，非易失性存储器)中，切断三端双向可控硅开关以中断向电动机的供 电，启动计时器TimerD，设置参数FlagD，并且设置指示器22以显示连续的红色。TimerD的 目的在于在至电动机的功率恢复前，在特定周期(例如30秒)内中断向电动机的供电。可 选地，可以中断功率，直到操作员进行的干预发生以提供补救措施。应注意，随着启用22或22a中的一个指示器，在本公开中暗示，禁用另一指示器。 此外，应注意，存在商业可购买的指示器，当输入电平被设置为不同电平时该指示器不同模 式下显不。如果在53处在循环的执行期间，电流周期的数量被评估为等于或大于例如16 的值，则所执行的下一个功能为57。通过该手段，所述控制程序可以检测到不期望的操 作状态，诸如电动机转矩不足以使速度加速至期望操作速度，如由启动电流的半周期的过 多次数所表明的。此外，在57处，如果供电电压的绝对值被评价为小于特定值，例如小于 170Volt rms，则可以将不期望状态表示为给系统的供电电压太低，并且通过在58处以例如 30%开至关时间的低比率以及例如1秒的闪光周期使红色显示灯22闪光来对该状态进行 指示。或者，如果将所述供电电压评估为大于或等于所述特定值，则可以将所述不期望状态 表示平台上的重量太高，并且通过在59处以例如70%开至关时间的高比率以及例如1秒的闪光周期使红色显示灯22闪光来对该状态进行指示。尽管仅示出一个所述显示灯，但是已 知，可以按照需要，采用多个灯或指示器来显示信息。在53处，如果StartCount小于所述 特定值，则如上所述，所述程序继续。在执行对应于不期望状态的58或59的之后，如果在60处没有设置参数FlagD，则 在61处，使参数StartCount清零，并且设置FlagD。此外，启动具有例如30秒的持续时间的 计时器TimerD，然后可选地，可以通过在电线25上从微处理器去除触发器使能信号，在62 处从起重机去除功率。这使三端双向可控硅开关在电流的下一过零点处停止导通。此外， 在61处，可以将关于不期望状态的数据存储在非易失性存储器，用于随后再调用。否则，在 60处，如果没有设置FlagD，则在62a处将功率评估为小于例如1100瓦特的限值PO后，该 循环在48a处重新开始。在50处，假设参数ICurrentI小于10，则在所述电动机处的电源关闭，以及假设没 有设置参数FlagD，则所述控制程序在54处继续。否则，如果对应于不期望状态的指示来设 置FlagD，则在64处，如果对应于达到用于指示不期望状态的最大时间来设置参数FlagD， 则所述控制程序在47处重置，从而使所有参数和指示器清零到初始状态并重新开始操作。 可以根据控制器的操作模式，通过在功率传感器的初始供电期间的这种动作，可以不使61 处存储在非易失性存储器中的数据清零。如果在64处没有设置FlagD，则循环在48a处重 新开始。应注意，循环的执行时间较短，例如，小于0. 1毫秒，因此，在一个供电电压周期内 整个程序将执行许多次。作为在所述控制器的操作中的另一改进，期望按照使瞬态电流最小化的方式开始 将功率施加至电动机。众所周知，在供电电压的过零点处将电压施加至电动机并在电流过 零点处去除功率一般会实现最低瞬态电流和电磁发射。可以使用可商业购得的部件和方法 将该能力包括在控制器的总设计中。作为当检测到所述不期望状态时如在“保险丝”模式切断至起重机的功率的可供 选择的办法，通过省略虚线200内的部件，灯或指示器于是将作为对操作员的报告，操作员 可以按照其选择作出决定以停止操作。这类似于在驾驶汽车而没有系座椅安全带的情况下 座椅安全带指示器闪光而不是禁用汽车。作为另一个选择，操作员可以通过使用按钮73向所述控制器发出信号来为所述 控制器选择操作模式，以设置所述操作模式。例如，对所述按钮的连续按压可以使仅报告模 式(advisory only mode)和保险丝模式交替。参照图2，可以将其他能力包括在所述控制器中，以提供所增加的效用。为了提供 用于向所述控制器发出特定命令的装置，可以包括光电检测器72。当所述光电检测器接收 到适当光信号时，则微处理器可以被配置为根据所述信号发生作用，例如以使指示器22对 应于所述光信号的意向显示或传送所存储的信息或其他信息。所显示的这类信息可以包括 来自关于与所述起重机的操作相关的所存储事件的所述微处理器存储器信息的输出。外部 计算机或手持式装置可以被配置为提供这类发信号能力，并且可选地，可以由例如无线电、 电感或声耦合来提供以发信号。可以结合到所述控制器中的另一内含物(inclusion)是，使用温度传感器74感测 例如所述三端双向可控硅开关的温度。半导体开关具有最大容许操作温度，并且对于所述三端双向可控硅开关的指定散热能力，可以将在所述三端双向可控硅开关处的温度的变化 时间速率解释为代表通过过所述三端双向可控硅开关的电流，从而提供用于评估所述起重 系统中的操作状态的另一机制。温度传感器可以是热敏电阻、RTD、热电偶、半导体结、红外 线装置或其他感温装置。在本公开中，热敏电阻被指定为提供最简单的集成。此外，如果所 述控制器位于最接近电动机处，则所述温度传感器可以用于提供关于电动机温度的信息并 且还提供所述控制程序中所包括的其他能力，以相应地管理电动机。如果本发明的方法应用于具有三相供电的电动起重机，则当从任何一个相位去除 功率时，将通过对如由代码所需要的连接相位序列继电器的预防行动来从所有三个相位去 除功率。因此，在本发明中仅利用一个相位，然而，在本文中所公开的相同原理类似地用于 多于一个相位。尽管如本文所述，电流是电动机操作的优选测度，但是还可以使用在电动机处测 量出的电压的变化来表示电动机操作。然而，任何电压变化都可以取决于在电动机与主电 源之间的电线的阻抗。此外，在电压与电流之间的相位变化可以表示电动机操作。因此，电 流测量是优选的。以上详述的说明书已通过实例和/或操作图阐述了系统和/或处理的各个实施 例。在这些示图以及/或者实例的范围内包括一个或多个功能和/或操作，本领域的技术 人员应理解，可以通过广泛范围的硬件、软件、固件或虚拟地其任何结合，单独和/或共同 地实现这些框图内的各功能和/或操作、或者实例。尽管已示出并描述本文中所描述的主题的特定方面和实施例，但本领域的技术人 员明显的是，基于本文中的教导，可以进行改变和改进，因此，所附权利要求书将本文所述 的主题的精神和范围内的所有这类改变和改进包括在其范围内。
权利要求
一种用于提起平台的设备，包括平台；耦合至所述平台并可操作以使所述平台升起的电动机，所述电动机具有用于接收代表电动机操作的电压和电流的输入；以及测量机构，用于测量输入至所述电动机的电流以确定在预定时间周期内电动机启动的次数，并且当在所述预定时间周期内所述电动机启动的次数超过预定值时去除至所述电动机的功率。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，利用霍尔效应器件(HED)测量所述输入的电流。
3.根据权利要求1所述的设备，还包括至少一个用户指示，用于指示在所述预定时间 周期内所述电动机启动的次数超过所述预定值。
4.根据权利要求1所述的设备，还包括至少一个选择机构，用于为所述电动机选择操 作模式。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电动机是电容器启动电动机，所述电容器启 动电动机具有被配置为以电动机运行速度的约75%切换的离心开关。
6.一种用于操作电动起重机的方法，所述起重机包括电动机并耦合至维护平台并可操 作以使所述平台升起，所述电动机具有用于接收代表电动机操作的电压和电流的输入，所 述方法包括测量单个导体上的所述电流；确定在预定时间周期内电动机启动的次数；以及在所述预定时间周期内所述电动机启动的次数超过预定值时进行指示。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括当在所述预定时间周期内所述电动机启动的 次数超过所述预定值时，去除至所述电动机的功率。
8.一种用于确定电动起重机的操作状态并控制所述起重机的操作模式的系统，所述起 重机包括电动机并可操作以使维护平台升起，所述系统包括用于接收代表电动机操作的电压和电流的装置； 用于确定在预定时间周期内电动机启动的次数的装置；以及用于当在所述预定时间周期内所述电动机启动的次数超过预定值时去除至所述电动 机的功率的装置。
9.一种用于操作电动起重机的方法，所述起重机包括电动机并可操作以使维护平台升 起，所述电动机具有用于接收代表电动机操作的电压和电流的输入，所述方法包括接收所述代表电动机操作的电压和电流，并且基于所述电压和所述电流确定估计功率；基于所述电流的模式确定所述电动机满足电动机操作状态的能力； 基于所述估计功率确定所述电动机的过载程度；以及 根据所述能力和所述程度禁止所述起重机的进一步操作。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，使用霍尔效应器件(HED)测量所述电流。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括当所述能力或所述程度超过预定值时，提供 指示。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述程度还基于提升所述平台所需的功率的估计。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，通过对所述电流和所述电压的标称瞬时采样 进行处理来确定所述估计功率。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述估计功率基于所述电流和电压的波形的 连续半周期的峰值，以获得所述估计功率的如下均方根值
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述估计功率使用如下公式基于电压和电流 的连续采样 ，其中，所述电压的每个全周期测量Π个采样。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，所述禁止进一步操作还包括确定所述电动机 能够产生足以达到高于所述电动机的启动状态的速度的转矩并且所述过载程度超过预定 水平。
17.根据权利要求9所述的方法，其中，所述禁止进一步操作还包括确定所述电动机 能够产生足以达到高于所述电动机的启动状态的速度的转矩并且所述电压低于预定电平。
18.一种用于确定电动起重机的操作状态并控制所述起重机的操作模式的系统，所述 起重机包括电动机并可操作以使维护平台升起，所述系统包括用于接收所述代表电动机操作的电压和电流并且基于所述电压和电流确定估计功率 的装置；用于基于所述电流的模式确定所述电动机满足电动机操作状态的能力的装置；用于基于所述估计功率确定所述电动机的过载程度的装置；以及用于根据所述能力和所述程度禁止所述起重机的进一步操作的装置。
19.根据权利要求18所述的系统，还包括用于当所述能力和所述程度超过预定值时提 供警报指示的装置。
20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述程度基于对提起所述维护平台所需的功 率的估计。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述估计功率是通过对所述电流和所述电压 的标称瞬时采样进行处理而确定的。
22.根据权利要求20所述的系统，其中，所述估计功率基于所述电流和电压的波形的 连续半周期的峰值，以获得所述估计功率的如下均方根值P 0. 5*Vpeak-aVe* Ipeak-ave 0
23.根据权利要求20所述的系统，其中，所述估计功率使用如下公式基于电压和电流 的连续采样Ρ = ^ 7=ονΟ')* )，其中，所述电压的每个全周期测量η个采样。
24.根据权利要求18所述的系统，还包括通过在供电电压的过零点处将电压施加至 所述电动机来将功率施加至所述电动机，并且在电流过零点处去除功率。
25.根据权利要求18所述的系统，还包括用于为所述电动机选择操作模式的装置。
26.根据权利要求18所述的系统，还包括用于接收光信号的装置以及用于基于所接收到的光信号确定用于所述电动机的命令的装置。
27.根据权利要求18所述的系统，还包括用于感测温度的装置、以及用于基于所述电 动机处的温度变化的时间速率来确定通过所述电动机的估计电流。
28.根据权利要求18所述的系统，还包括用于当所述平台负荷超过所述电动机的额定 能力时，检测停转或止转电动机状态的装置。
29.根据权利要求18所述的系统，还包括用于当所述电压低于预定电平时，检测停转 或止转电动机状态的装置。
30.根据权利要求18所述的系统，其中，所述禁止进一步操作还包括用于确定所述电 动机能够产生足以达到高于所述电动机的启动状态的速度的转矩并且所述过载程度超过 预定水平的装置。
31.根据权利要求18所述的系统，其中，所述禁止进一步操作还包括用于确定所述电 动机能够产生足以达到高于所述电动机的启动状态的速度的转矩并且所述电压低于预定 电平的装置。
全文摘要
公开了一种用于感测提供到用于提起维护平台的电动起重机的电流并按照期望提供例如停止、启动、停转或操作的电动机操作状态的估计的设备、系统和方法。在各个实施例中，可以使用电压和电流的测量来确定起重机的操作状态并估计所施加的负荷的大小。然后，可以确定非计划中的操作模式，从而可以向操作员指示这些状态并采取保护措施。
文档编号G01R21/06GK101910848SQ200880124124
公开日2010年12月8日 申请日期2008年11月26日 优先权日2007年11月26日
发明者克里斯多佛·加文·布里克尔, 斯科特·杰弗里·法雷尔 申请人:安全工程有限公司