Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ПИТАНИЯ ЛИФТА И ЗДАНИЯ С УПРАВЛЕНИЕМ ВТОРИЧНЫМ ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к системам питания. В частности, настоящее изобретение относится к системе питания для управления мощностью от вторичного источника питания для электрической лифтовой системы и электрической системы здания.

Система привода лифта обычно предназначена для работы в определенном диапазоне входных напряжений от источника питания. Элементы привода имеют номинальные параметры тока и напряжения, обеспечивающие непрерывную работу привода, в то время как источник питания остается в пределах заданного диапазона входных напряжений. Однако на некоторых рынках инженерная сеть менее надежна, и в ней преобладают кратковременные падения напряжения, броски напряжения, снижения мощности, т.е. состояния, при которых напряжение падает ниже поля допуска привода, и/или потеря питания

При проседании напряжения или потере мощности лифт может застрять в шахте между этажами до тех пор, пока источник питания не вернется к номинальному диапазону рабочих напряжений. В обычных системах, пассажиры могут оставаться в лифте до тех пор, пока мастер по обслуживанию не отпустит тормоз для управления движением кабины вверх или вниз, обеспечивая движение лифта до ближайшего этажа. В последнее время используются лифтовые системы, в которых предусмотрены автоматизированные системы, используемые при проведении аварийно-спасательных работ. Эти лифтовые системы содержат аккумуляторы электроэнергии, управление которыми после аварии в энергосистеме обеспечивает количество энергии, достаточное для перемещения лифта до следующего этажа с целью высадки пассажиров. Однако большинство современных автоматизированных систем спасения являются сложными и дорогостоящими и не могут обеспечить бесперебойной подачи питания к приводу лифта после неисправности питания. Кроме того, эти системы часто не в состоянии обеспечить мощность, достаточную для работы систем освещения и управления, систем связи, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, которые необходимы во время спасения или эвакуации.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к системе для управления мощностью от вторичного источника питания для подачи мощности к лифтовой системе и системе здания после отказа основного источника питания. Устройство для отслеживания доступной мощности обеспечивает индикацию величины мощности, которой располагает вторичный источник питания. Система для отслеживания потребностей в обслуживании выдает сигнал относительно потребностей в обслуживании пассажиров для каждого лифта в лифтовой системе. После этого контроллер устанавливает приоритет при выделении мощности от вторичного источника питания в лифтовую систему и систему здания исходя из мощности, которой располагает вторичный источник питания, и потребностей в обслуживании пассажиров в лифтовой системе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 показан схематичный чертеж системы питания для приведения в действие электрической лифтовой системы и электрической системы здания здания в нормальных условиях и при неисправности питания.

На фиг.2 приведена блок-схема процесса управления мощностью от вторичного источника питания с подачей мощности к электрической лифтовой системе и электрической системе здания после возникновения неисправности питания.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 показан схематичный чертеж системы 10 мощности для приведения в действие подъемного электродвигателя 12 лифта 14, электрической лифтовой системы 16 и электрической системы 18 здания. Электрическая система 16 может включать, например, систему освещения лифта и систему электрического управления. Примерами электрических систем 18 здания могут служить система 18а отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, коммуникационная система 18b здания, например громкоговорители, и системы 18 с отображения информации здания. Система 10 также включает в себя основной источник 20 питания, силовой преобразователь 22, силовую шину 24, сглаживающий конденсатор 26, инвертирующий усилитель 28 мощности, датчик 29 обесточивания, вторичный источник 30 питания, устройство 32 для отслеживания доступной мощности, блок 34 управления, систему 36 для ввода пункта назначения, устройства 37а для ввода пункта назначения, видеодатчики 37b, силовые преобразователи 38 и переключатели 39а, 39b, 39с, 39d и 39е. В качестве основного источника 20 питания может быть использована энергосистема общего пользования, например, промышленная электросеть. В качестве вторичного источника 30 питания может быть выбран резервный источник питания здания, например генератор или возобновляемый источник энергии, например аккумуляторные батареи, который включается в случае выхода из строя основного источника 20 питания. Лифт 14 содержит кабину 40 лифта и противовес 42, которые через систему 44 тросов связаны с подъемным электродвигателем 12. Датчик 46 веса нагрузки выполнен с возможностью подачи на блок 34 управления сигнала о весе нагрузки в кабине 40 лифта.

Как описано ниже, система 10 выполнена с возможностью приведения в действие подъемного электродвигателя 12, электрических систем 16 и электрических систем 18 при недостаточной мощности основного источника 20 питания. Однако в некоторых рыночных условиях, инженерная сеть менее надежна в эксплуатации, и в ней преобладают кратковременные падения напряжения или частичное нарушение электроснабжения, т.е. состояния, при которых напряжение падает ниже поля допуска привода. Система 10 в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает непрерывность работы подъемного электродвигателя 12, электрических систем 16 лифта и электрических систем 18 здания во время таких перебоев. Система 10 энергоснабжения управляет подачей мощности от вторичного источника 30 питания, обеспечивая при этом продолжительную работу лифтовой системы и системы здания после аварии в энергосистеме или во время частичного нарушения электроснабжения.

Силовая шина 24 связывает силовой преобразователь 22 и инвертирующий усилитель 28 мощности. Сглаживающий конденсатор 26 включен параллельно силовой шине 24. Основной источник 20 питания обеспечивает подачу электроэнергии к силовому преобразователю 22. Силовой преобразователь 22 представляет собой трехфазный инвертирующий усилитель мощности, который предназначен для преобразования мощности трехфазного переменного тока основного источника 20 питания в мощность постоянного тока. В одном из вариантов реализации изобретения, силовой преобразователь 22 содержит силовые транзисторные схемы, содержащие параллельно включенные транзисторы 50 и диоды 52. Каждый транзистор 50 может представлять собой, например, биполярный транзистор с изолированным затвором. Управляемый электрод (т.е. затвор или база) каждого транзистора 50 связан с блоком 34 управления. Блок 34 управления управляет силовыми транзисторными схемами для преобразования мощности трехфазного переменного тока основного источника 20 питания в выходную мощность постоянного тока. Силовой преобразователь 22 обеспечивает подачу выходной мощности постоянного тока на силовую шину 24. Сглаживающий конденсатор 26 сглаживает выпрямленную мощность, которую силовой преобразователь 22 подает на силовую шину 24 постоянного тока. Следует отметить, что несмотря на то, что основной источник 20 питания и вторичный источник 30 питания показаны в виде трехфазных источников питания переменного тока, система 10 энергоснабжения может быть адаптирована к приему мощности от источника питания любого типа, включая однофазный источник питания переменного тока, источник питания постоянного тока и пр..

Силовые транзисторные схемы силового преобразователя 22 обеспечивают также преобразование мощности на силовой шине 24 и ее подачу к основному источнику 20 питания и/или вторичному источнику 30 питания. В одном из вариантов реализации изобретения, блок 34 управления использует широтно-импульсную модуляцию для создания пропускающих импульсов, обеспечивающих периодическое переключение транзисторов 50 силового преобразователя 22 для подачи мощности трехфазного переменного тока к основному источнику 20 питания. В другом варианте реализации изобретения, блок 34 управления использует транзисторы 50 для подачи мощности постоянного тока к вторичному источнику 30 питания. Такая схема рекуперации позволяет уменьшить мощность, потребляемую основным источником 20 питания, и/или подзарядить вторичный источник 30 питания.

Инвертирующий усилитель 28 мощности представляет собой трехфазный инвертирующий усилитель мощности, который выполнен с возможностью преобразования мощности постоянного тока силовой шины 24 в мощность трехфазного переменного тока. Инвертирующий усилитель 28 мощности содержит силовые транзисторные схемы, содержащие параллельно-включенные транзисторы 54 и диоды 56. Каждый транзистор 54 может представлять собой, например, биполярный транзистор с изолированным затвором. Управляемый электрод (т.е. затвор или база) каждого транзистора 54 связан с блоком 34 управления. Блок 34 управления управляет силовыми транзисторными схемами для преобразования мощности постоянного тока силовой шины 24 в выходную мощность трехфазного переменного тока. Мощность трехфазного переменного тока с выходов инвертирующего усилителя 28 мощности подают на подъемный электродвигатель 12. В одном из вариантов реализации изобретения, блок 34 управления использует широтно-импульсную модуляцию для создания пропускающих импульсов, обеспечивающих периодическое переключение транзисторов 54 инвертирующего усилителя 28 мощности для подачи мощности трехфазного переменного тока на подъемный электродвигатель 12. Блок 34 управления может менять скорость и направление движения лифта 14 за счет регулирования частоты и амплитуды пропускающих импульсов на транзисторы 54.

Кроме того, силовые транзисторные схемы 54 инвертирующего усилителя мощности выполнены с возможностью выпрямления мощности, вырабатываемой при приведении лифтом 14 в действие подъемного электродвигателя 12. Например, если подъемный электродвигатель 12 вырабатывает мощность, то блок 34 управления управляет транзисторами 54 в инвертирующем усилителе 28 мощности, обеспечивая преобразование выработанной мощности и подачу ее на силовую шину 24 постоянного тока. Сглаживающий конденсатор 26 сглаживает преобразованную мощность, которую инвертирующий усилитель 28 мощности подает на силовую шину 24.

Подъемный электродвигатель 12 управляет скоростью и направлением движения кабины 40 лифта и противовеса 42. Мощность, необходимая для приведения в действие подъемного электродвигателя 12, меняется в зависимости от ускорения и направления лифта 14, а также от нагрузки кабины 40 лифта. Например, при ускорении кабины 40 лифта во время движения вверх, в случае, когда вес нагрузки кабины лифта превышает вес противовеса 42 (т.е. при большой загрузке), либо при движении вниз, когда вес нагрузки в кабине лифта меньше веса противовеса 42 (т.е. при малой загрузке), для приведения в действие подъемного электродвигателя 12 необходима максимальная мощность. В случае если лифт 14 стоит или движется с постоянной скоростью при сбалансированной нагрузке, то он потребляет меньшую мощность. В случае торможения кабины 40 лифта при движении вниз с большой нагрузкой или при движении вверх с малой нагрузкой, кабина 40 лифта приводит в действие подъемный электродвигатель 12. В этом случае, подъемный электродвигатель 12 вырабатывает мощность трехфазного переменного тока, которая может быть преобразована в мощность постоянного тока с помощью инвертирующего усилителя 28 мощности, управляемого блоком 34 управления. Преобразованная мощность постоянного тока может быть возвращена основному источнику 20 питания, вторичному источнику 30 питания и/или рассеяна в подключенном параллельно силовой шине 24 резисторе динамического торможения.

Следует отметить, что хотя в данном описании рассмотренная система 10 связана с одним подъемным электродвигателем 12, она может быть видоизменена с возможностью подачи питания на несколько подъемных электродвигателей 12. Например, несколько инвертирующих усилителей 28 мощности могут быть включены параллельно силовой шине 24 для подачи мощности на несколько подъемных электродвигателей 12. Кроме того, несмотря на то, что в данном описании вторичный источник питания подключен к одной фазе трехфазного входа силового преобразователя 22, в соответствии еще с одним вариантом осуществления изобретения, вторичный источник 30 питания может быть связан с силовой шиной 24 постоянного тока.

В случае когда мощности основного источника 20 питания недостаточно для приведения в действие подъемного электродвигателя 12 и систем 16, 18, например при неисправности питания либо вследствие регламентированного или внепланового снижения напряжения, мощность для управления этими системами обеспечена вторичным источником 30 питания. Датчик 29 неисправности питания выявляет аварию с полным отключением и режимы с пониженной мощностью и подает сигнал на блок 34 управления, который распределяет энергию от вторичного источника 30 питания к подъемному электродвигателю 12 и системам 16, 18.

На фиг.2 приведена блок-схема процесса управления мощностью от вторичного источника 30 питания с подачей мощности к подъемному электродвигателю 12, электрическим системам 16 и 18 после отказа основного источника 20 питания. Напряжение вторичного источника 30 питания измерено датчиком 32 напряжения (шаг 60). Устройство 32 для отслеживания доступной мощности подает на блок 34 управления сигнал относительно мощности, которой располагает вторичный источник 30 питания. При использовании в качестве вторичного источника 30 питания системы для аккумулирования электроэнергии (например, аккумуляторных батарей или конденсаторов большой емкости) сигнал о доступной мощности, которой располагает вторичный источник питания, представляет собой оценку уровня зарядки исходя из измеренного напряжения, по меньшей мере одного значения тока и температуры вторичного источника 30 питания.

В вариантах реализации изобретения, в которых во вторичном источнике 30 питания накоплена механическая энергия, например маховиковой системы, устройство 32 может вырабатывать сигнал относительно запасенной механической энергии. В вариантах реализации изобретения, в которых в качестве вторичного источника 30 питания использован топливный генератор, сигнал, выдаваемый устройством 32, зависит от остатка топлива.

Блок 34 управления также определяет потребность в обслуживании пассажиров для каждого лифта с установлением числа пассажиров, ожидающих или пользующихся лифтовой системой после возникновения неисправности питания (шаг 62). В некоторых вариантах реализации изобретения, блок 34 управления принимает сигнал о нагрузке кабины 40 лифта от датчика 46 веса нагрузки. В этом случае, блок 34 управления может использовать это значение для оценки количества пассажиров в кабине 40 лифта. Измерение веса может быть также использовано для определения присутствия пассажиров в кабине 40 лифта при неисправности питания. Кроме того, блок 34 позволяет определить мощность вторичного источника 30 питания, необходимую для удовлетворения оставшихся потребностей в обслуживании в лифтовой системе.

В некоторых других вариантах реализации изобретения, блок 34 управления получает информацию от системы 36 для ввода пункта назначения о потребности в обслуживании пассажиров в лифтовой системе, включая информацию о количестве пассажиров в кабине 40 лифта и количестве пассажиров, ожидающих ее прибытия. Система 36 может обслуживать одну кабину 40 лифта, как показано на чертеже, но обычно используется для обслуживания системы из нескольких лифтов. В устройствах 37а для ввода пункта назначения системы 36, расположенных на каждом этаже здания, пассажиры указывают требуемый этаж. Кроме того, видео датчики 37b могут обеспечивать поступление в систему 36 информации о количестве пассажиров, ожидающих лифт на каждом этаже. После этого, каждому пассажиру будет выделена та кабина 40 лифта, которая наиболее эффективно обслужит его вызов. Лифт будет останавливаться на этажах, указанных пассажирами, а также на этажах, где необходимо подобрать новых пассажиров. Блок 34 управления может использовать эту информацию о выделении лифта для определения количества мощности, необходимое вторичному источнику 30 питания для обслуживания оставшихся потребностей в обслуживании в лифтовой системе.

Далее, блок 34 управления устанавливает приоритет распределения мощности от вторичного источника 30 питания на основе измеренного напряжения вторичного источника 30 питания и количества вызовов (шаг 64). Приоритет использования энергии вторичного источника 30 питания электрическими системами лифта и здания выбран из условия эффективного, быстрого и безопасного обслуживания пассажиров или их эвакуации из здания в аварийных ситуациях. Электрические системы в системе 10 включают подъемный электродвигатель 12, электрическую лифтовую систему 16, систему 18а отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, коммуникационную систему 18b здания и систему 18 с для отображения информации здания. Блок 34 управления может устанавливать самый высокий приоритет для минимальных аварийных функций здания в случае аварии в энергосистеме, такие как приведение в действие подъемного электродвигателя 12 и обеспечение минимального освещения в электрической системе 16. Блок 34 управления может устанавливать меньшие уровни приоритета для других электрических систем или их соответствующих подсистем исходя из их важности с точки зрения обслуживания пассажиров и безопасности здания. Эти уровни приоритета могут быть обусловлены напряжением вторичного источника 30 питания, при условии что по мере уменьшения энергии вторичного источника 30 питания сначала будет отключено питание электрических систем с самым низким приоритетом, а затем электрических систем с самым высоким приоритетом. Максимально длительная работа электрических систем 16, систем 18а отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, коммуникационных систем 18b и информационных табло 18 с здания обеспечивает более быструю передачу информации об аварии в энергосистеме людям, назодящимся в здании и пассажирам в кабине 40 лифта. Это обеспечивает лучшую информированность людей, находящихся в здании, и позволяет им максимально быстро и эффективно покинуть здание в случае аварии.

Блок 34 управления может также регулировать уровни приоритета распределения мощности вторичного источника 30 питания исходя из условий, сложившихся в системах лифта и здания. Например, если сигналы датчика 46 веса груза и/или системы 36 ввода пункта назначения указывают на необходимость обслуживания вызовов, оставшихся после аварии в энергосистеме, то подача питания к подъемному электродвигателю 12 и электрическим системам 16 лифта, например системе освещения, коммуникациям лифта и т.д., может иметь приоритет перед подачей питания к другим системам, которые не имеют решающего значения для обслуживания вызовов пассажиров, например, системам 18а отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха или табло 18 с здания. После удовлетворения всех потребностей в обслуживании пассажиров блок управления может изменять приоритет распределения энергии таким образом, что система 18а отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, коммуникационные системы 18b и табло 18с здания получат более высокий приоритет по сравнению с электрической системой 16 и подъемным электродвигателем 12. Таким образом, установление приоритета распределения энергии в блоке 34 управления представляет собой динамический процесс, так как уровни приоритета могут быть изменены в зависимости от ситуации в здании.

Комбинация сигналов от датчика 46 и системы 36 может быть также использована для обслуживания всех вызовов кабины 40 лифта при эффективном использовании энергии вторичного источника 30 питания. Например, как рассмотрено выше, при замедлении хода кабины 40 лифта, при движении вниз с большой загрузкой либо при движении вверх с малой загрузкой, она может привести в действие подъемный электродвигатель 12. Таким образом, блок 34 управления может управлять числом пассажиров в кабине 40 лифта через систему 36 таким образом, чтобы максимально увеличить число рейсов лифта, обеспечивающих рекуперацию мощности с помощью подъемного электродвигателя 12. Это обеспечивает использование мощности, обычно расходуемой на управление подъемным электродвигателем 12, для питания других электрических систем лифта и здания. Следовательно, блок 34 управления может менять уровни приоритетов электрических систем 18 на более высокие при рекуперации мощности подъемным электродвигателем. Кроме того, после момента, когда возможно начать дополнительные рекуперативные проходы, рекуперированная мощность может быть преобразована и возвращена вторичному источнику 30 питания, обеспечивая продление работы электрических систем лифта и здания после возникновения неисправности питания и предотвращая разряд аккумуляторной батареи.

Далее, блок 34 управления распределяет мощность к электродвигателю 12, электрическим системам 16 и электрическим системам 18 на основе приоритетов распределения мощности (шаг 66). В варианте реализации изобретения, показанном на фиг.1, блок 34 управления выполнен с возможностью подачи сигналов на переключатели 39а, 39b, 39с, 39d и 39е. В качестве переключателей 39а-39е могут быть использованы любые регуляторы мощности, которые обеспечивают регулируемое соединение между двумя узлами, включая транзисторы, механические переключатели и преобразователи постоянного тока. Блок 34 управления управляет состоянием переключателей 39а-39е, соединяя электрические системы 16 и электрические системы 18 с вторичным источником 30 питания исходя из уровней приоритета различных систем и измеренного напряжения вторичного источника 30 питания. Переключатели 39а-39е могут просто включать или отключать питание или производить регулировку подаваемой мощности. Каждый переключатель 39а-39е может представлять собой отдельное переключающее устройство или несколько устройств так, что мощность может поступать на некоторые отдельные элементы либо узлы электрических систем 16,18.

Силовые преобразователи 38 постоянного тока соответствующего размера включены между вторичным источником 30 питания и каждой электрической системой для повышения или понижения напряжения от вторичного источника 30 питания до уровня, соответствующего системе. Например, если измеренное напряжение вторичного источника 30 питания и уровни приоритета таковы, что мощность должна быть распределена только к подъемному электродвигателю 12 и электрической лифтовой системе 16, блок 34 управления выключает переключатели 39а и 39b с обеспечением соединения электрической системы 16 со вторичным источником 30 питания и использует преобразователь 22 и инвертор 24 для подачи трехфазного питания к подъемному электродвигателю 12. В качестве еще одного примера, после удовлетворения всех потребностей в обслуживании блок 34 управления может выключить переключатели 39а, 39с, 39d и 39е и включить переключатель 39b с обеспечением соединения вторичного источника 30 питания с электрическими системами 18 для упрощения эвакуации из здания.

Во время эвакуации из здания при прекращении электроснабжения движение пустой кабины лифта вверх, а также ее движение вниз при полезной нагрузке более 50% позволяет вырабатывать мощность. При управлении процессом эвакуации с возможностью использования этого преимущества после определения потерь энергии мощность, которой располагает вторичный источник 30 питания, может быть увеличена в сравнении со случайной работой с периодами выработки и потребления энергии. Таким образом, блок 34 управления может перевести работу лифта 14 в режим, при котором пассажирам рекомендовано посредством голосовой связи или светосигнальных табло, связанных с устройствами 37а для ввода пункта назначения, спускаться вниз и выходить из здания. Эвакуация будет проведена с верхнего этажа здания вниз. Датчики 37b на этажах возле посадочных площадок регистрируют присутствие пассажиров, а датчик 46 в кабине 40 лифта определяет, является ли эта кабина 40 пустой или легкой.

Таким образом, настоящее изобретение относится к системе для управления мощностью от вторичного источника питания, обеспечивающей питание лифтовой системы и системы здания после отказа первичного источника питания. Устройство для отслеживания доступной мощности определяет мощность, которой располагает вторичный источник питания. Система для отслеживания потребностей в обслуживании вырабатывает сигнал, относительно потребностей в обслуживании пассажиров для каждого лифта в лифтовой системе. Далее, контроллер устанавливает приоритет для выделения мощности вторичного источника питания в лифтовую систему и систему здания исходя из доступной мощности вторичного источника питания потребностей в обслуживании пассажиров в лифтовой системе. За счет управления мощностью вторичного источника питания можно обеспечить улучшенные и расширенные аварийно-спасательные, аварийно-технические и эвакуационные характеристики обслуживания и возможности лифта. Кроме того, мощность вторичного источника питания может быть использована для питания ключевых противоаварийных устройств, расположенных в здании, но не относящихся к лифтовой системе, а также для питания систем освещения лифта и здания и информационных табло. Эти дополнительные возможности могут быть решающими для эффективного и действенного обслуживания оставшихся вызовов лифта после аварии в энергосистеме или частичного нарушения электроснабжения.

Хотя описание настоящего изобретения составлено со ссылкой на предпочтительные варианты реализации изобретения, специалистами в данной области могут быть внесены изменения по форме и деталям без выхода за пределы сущности и объема изобретения.