ЭЛЕКТРОПРИВОД ЛЕБЕДКИ ЛИФТА
ELEVATOR HOIST DRIVE

Область техники
Настоящее изобретение относится к области подъемников с электрическим приводом и может быть использовано в грузовых и пассажирских подъемниках в промышленных и жилых зданиях.
Более конкретно, изобретение относится к техническим решениям по повышению энергоэффективности, комфортности движения и расширению функциональных возможностей электропривода лебедки лифта.
Уровень техники
Известны грузовые подъемники разного тоннажа, содержащие асинхронный барабанный электропривод с редуктором и тяговыми канатами, присоединенными к грузовой платформе и противовесу. Данные подъемники широко используются в промышленном и гражданском строительстве. Недостатками таких грузовых подъемников являются повышенное удельное энергопотребление, обусловленное низким КПД редуктора, и большие динамические нагрузки при пуске и останове, а также ограниченные по высоте подъема возможности барабанного привода.
Известен грузовой подъемник, содержащий электропривод с канатоведущим шкивом трения, тяговый канат, огибающий указанный шкив и присоединенный своими концами к грузовой платформе и противовесу, перемещающимися в направляющих несущей рамы [Европейский патент EP 1772413, МПК B66B 11/00; B66B 11/02, опубл. 2007-04-11]. Использование в данном подъемнике канатоведущего шкива трения вместо барабанного привода делает возможным обеспечить подъем грузов практически на любую высоту. Использование противовеса позволяет уменьшить энергопотребление и мощность привода. Такая кинематическая схема широко распространена в существующих лифтах. Недостатком таких электроприводов лебедок подъемников являются повышенное удельное энергопотребление, обусловленное низким КПД редуктора, и большие динамические нагрузки при пуске и останове.
Известны технические решения по созданию безредукторных электроприводов лебедок, например, безредукторный привод на основе асинхронного электродвигателя специального исполнения - патент РФ 2359900 «Привод лифта», в котором асинхронный электродвигатель выполнен с электрической редукцией, которая образована тем, что обмотка статора состоит из нескольких отдельных двухслойных обмоток, рассчитанных на полное напряжение сети. Другое решение - с асинхронным электродвигателем разработки «Русэлпром» (полезная модель РФ 55224). Специальное низкоскоростное исполнение асинхронного двигателя приводит к существенному увеличению габаритов и массы электродвигателя (свыше 300 кг). Кроме того, при малых оборотах асинхронные двигатели характеризуются более высоким энергопотреблением по сравнению с синхронным двигателем на постоянных магнитах, что приводит к большим эксплуатационным расходам, т.е. к большой стоимости эксплуатации лифта, что немаловажно при современных тенденциях к снижению энергопотребления.
Известен безредукторный электропривод лебедки лифта, выполненный на базе синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов, управляемый от частотного преобразователя, и содержащий блок рекуперации, позволяющий возвращать электроэнергию во время движении загруженной кабины вниз или пустой кабины вверх, а также во время торможения лифта («СитиЛифт, www.CITYLIFT.ru). Недостатками указанного электропривода являются высокие массогабаритные показатели электродвигателя вследствие обычного исполнения (внутренний ротор с постоянными магнитами) и снижение энергоэффективности вследствие дополнительного преобразования при возврате рекуперируемой электроэнергии в питающую сеть и негативному влиянию на сеть из-за высокочастотных гармоник.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является безредукторный электропривод лебедки лифта, выполненный на базе обращенного синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов (ротор с постоянными магнитами снаружи, статор внутри), связанного с канатоведущим шкивом и тормозным барабаном с колодочным тормозом, управляемый от преобразователя частоты (ООО «Европейские подъемные машины», http://www.superlebedka/ru). Недостатками известного устройства являются высокие массогабаритные показатели электродвигателя, снижение энергоэффективности вследствие дополнительного преобразования при возврате рекуперируемой электроэнергии в питающую сеть и негативному влиянию на сеть из-за высокочастотных гармоник. Недостатком является также низкая комфортность - в случае отключения электроэнергии питающей сети двойной колодочный тормоз моментально блокирует канатоведущий шкив, что приводит к остановке кабины в произвольном месте и требует проведения дополнительных работ по освобождению «застрявших» пассажиров.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является устранение ряда отмеченных недостатков: снижение массогабаритных показателей электродвигателя, что существенно при современных тенденциях строительства зданий без машинного отделения лифта; повышение энергоэффективности и расширение функциональных возможностей для исключения некомфортных ситуаций при отключении электроэнергии питающей сети.
Указанные цели достигаются в предлагаемом электроприводе лебедки лифта. Он содержит электродвигатель, связанный с канатоведущим шкивом и тормозным барабаном, управляемый от обратимого транзисторного преобразователя, питаемого от промышленной сети через выпрямительное устройство. С целью повышения энергоэффективности и расширения функциональных возможностей в электропривод введен блок накопителя на базе суперконденсаторов, подключенный к шине постоянного тока (выходу выпрямительного устройства) через обратимый преобразователь (DC-DC) постоянного тока со своей схемой управления. Кроме того, электродвигатель выполнен в виде низкооборотного высокомоментного двигателя обращенной конструкции (ротор снаружи, статор внутри) с возбуждением от постоянных магнитов с двойным магнитным зазором. Упомянутая схема управления при работе электродвигателя в двигательном режиме (например, при подъеме кабины лифта, масса которой больше массы противовеса) в первую очередь питание электропривода лебедки производит из накопителя, а при работе электродвигателя в тормозном режиме (например, спуске кабины лифта, масса которой больше массы противовеса) рекуперируемую энергию закачивает в накопитель. При отдаче энергии из накопителя упомянутая схема управления сохраняет в накопителе запас энергии, достаточный для движения максимально загруженной кабины лифта вверх на один этаж и открытия дверей при исчезновении питающей сети. Механический тормоз на тормозной барабан накладывается при практически полной остановке кабины лифта, а снимается при нарастании тока электродвигателя до заданного значения, а также структура управления транзисторного преобразователя электропривода формирует закон изменения тока электродвигателя при разгоне и торможении, обеспечивающий изменение момента без рывков и ударов. Питание вспомогательных узлов лифта - электропривода открывания дверей кабины, электромагнита механического тормоза лебедки лифта, освещения кабины и шахты лифта и схемы управления электрооборудованием лифта осуществляется от шины постоянного тока (выхода выпрямительного устройства).
На фиг.1 изображена функциональная схема электропривода лебедки лифта.
Подробное описание изобретения
Предлагаемый электропривод лебедки лифта содержит электродвигатель 1, связанный с канатоведущим шкивом и тормозным барабаном (на схеме не показаны), управляемый от обратимого транзисторного преобразователя 2, питаемого от промышленной сети через выпрямительное устройство 3, блок накопителя на базе суперконденсаторов 4, подключенный к шине постоянного тока (выходу выпрямительного устройства 3) через обратимый преобразователь (DC-DC) постоянного тока 5 со своей схемой управления 6. К этой же шине подключены вспомогательное оборудование лифта 7 - электропривод открывания дверей кабины, электромагнит механического тормоза лебедки лифта, освещение кабины и шахты лифта и схема управления электрооборудованием лифта. Целесообразно, чтобы электродвигатель 1 был выполнен в виде низкооборотного высокомоментного двигателя обращенной конструкции (ротор снаружи, статор внутри) с возбуждением от постоянных магнитов с двойным магнитным зазором.
Упомянутая схема управления 6 преобразователя 5 при работе электродвигателя 1 в двигательном режиме (например, при подъеме кабины лифта, масса которой больше массы противовеса), опираясь на информацию с датчиков: тока потребления обратимого транзисторного преобразователя 2, напряжения на шине постоянного тока - выходе выпрямительного устройства 3 и напряжения на зажимах накопителя 4 (датчики на фиг.1 не показаны) в первую очередь отдачу энергии (питание электропривода лебедки) производит из накопителя 4, а при работе электродвигателя 1 в тормозном режиме (например, спуске кабины лифта, масса которой больше массы противовеса) рекуперируемую энергию закачивает в накопитель 4. При отдаче энергии из накопителя 4 упомянутая схема управления 6 преобразователя 5 сохраняет в накопителе 4 запас энергии, достаточный для движения максимально загруженной кабины лифта вверх на один этаж и открытия дверей при исчезновении питающей сети. Механический тормоз на тормозной барабан накладывается при практически полной остановке кабины лифта, а снимается при нарастании тока электродвигателя 1 до заданного значения. Схема управления 8 транзисторного преобразователя 2 электропривода формирует закон изменения тока электродвигателя 1 при разгоне и торможении, обеспечивающий изменение момента без рывков и ударов.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Уровень запаса электроэнергии в накопителе, определяемый величиной емкости суперконденсаторов накопителя 4 и квадратом напряжения на зажимах накопителя, при стоящей кабине лифта в произвольном месте поддерживается на среднем уровне. Т.о., при спуске с верхнего этажа полностью загруженной кабины на нижний этаж накопитель 4 в состоянии принять максимально возможное количество энергии рекуперации. При подъеме максимально загруженной кабины с нижнего этажа на верхний этаж накопитель 4 отдает энергию, т.е. питает электропривод лебедки, сохраняя определенный минимум энергии. Величина этого минимума определяется возможностью полностью загруженной кабины при движении вверх проехать расстояние одного этажа.
Взаимодействие накопителя 4 и питающей сети осуществляется следующим образом. При необходимости отдачи энергии из накопителя 4 схема управления 6 обратимого преобразователя (DC-DC) постоянного тока 5 поддерживает напряжение на шине постоянного тока на уровне большем, чем выходное напряжение выпрямительного устройства 3. При этом диоды выпрямительного устройства 3 закрываются и питание электропривода лебедки лифта и вспомогательных узлов лифта 7 - электропривода открывания дверей кабины, электромагнита механического тормоза лебедки лифта, освещения кабины и шахты лифта и схемы управления электрооборудованием лифта осуществляется от шины постоянного тока (выхода выпрямительного устройства 3) за счет энергии разряжаемого суперконденсатора накопителя 4. При рекуперации энергии электроприводом лебедки (например, движении максимально загруженной кабины лифта вниз) напряжение на шине постоянного тока повышается за счет рекуперируемой энергии электропривода, диоды выпрямительного устройства 3 запираются.
Схема управления 6 обратимого преобразователя (DC-DC) постоянного тока 5 осуществляет заряд суперконденсаторов накопителя 4 за счет рекуперируемой энергии электропривода лебедки. Питание вспомогательных узлов 7 в этом режиме также производится за счет рекуперируемой энергии электропривода лебедки. При стоянке и движении кабины при недостатке энергии в накопителе 4, питание вспомогательных узлов 7, электропривода лебедки лифта, а также при необходимости пополнения запаса энергии в накопителе 4 до среднего уровня осуществляется за счет питающей сети через выпрямительное устройство 3. Питание всего электрооборудования лифта от шины постоянного тока и хранение рекуперируемой энергии в суперконденсаторе накопителя 4 с последующим использованием для питания электропривода лебедки лифта и вспомогательных узлов лифта 7 исключает необходимость возврата рекуперируемой энергии в питающую сеть, что снижало бы энергоэффективность системы из-за необходимости дополнительного преобразования энергии и «засорения» питающей сети высшими гармониками, а также обеспечивает новые функциональные возможности электропривода лебедки лифта - возможность продолжения движения до ближайшего этажа и открывания дверей кабины при внезапном исчезновении напряжения питающей сети.
При пуске электропривода лебедки лифта электромагнит механического тормоза включается при достижении током двигателя 1 лебедки определенного уровня для исключения проседания нагруженной кабины перед движением вверх. Отключение электромагнита и наложение механического тормоза на тормозной барабан производится при электрическом торможении кабины лифта практически до полной остановки кабины. Т.о. обеспечивается максимальное использование кинетической энергии подвижной системы для рекуперации, обеспечения комфортного перемещения и уменьшения износа тормозных колодок механического тормоза.
Исполнение электродвигателя 1 лебедки лифта в виде низкооборотного высокомоментного двигателя обращенной конструкции (ротор снаружи, статор внутри) с возбуждением от постоянных магнитов с двойным магнитным зазором улучшает массогабаритные характеристики двигателя 1 благодаря более высокому значению удельного коэффициента момента (Нм/кг), непосредственная связь ротора с канатодвижущим шкивом и тормозным барабаном повышает КПД системы и соответственно энергоэффективность системы и снижает величину требуемой габаритной мощности двигателя 1.
При разгоне и торможении кабины лифта схема управления 8 транзисторного преобразователя 2 электропривода формирует закон изменения тока электродвигателя 1, обеспечивающий изменение момента без рывков и ударов, чем обеспечивается комфортность перемещения, исключаются динамические перегрузки и повышается надежность кинематической цепи лифта.