專(zhuān)利名稱(chēng)：電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及斷電應(yīng)急運(yùn)行系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型技術(shù)涉及變頻電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償和電梯應(yīng)急平層裝置，尤指一 種電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及斷電應(yīng)急運(yùn)行系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器作為電力電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的 各個(gè)領(lǐng)域如冶金、石化、自來(lái)水、電力等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。 特別是近來(lái)建筑行業(yè)大發(fā)展，住宅樓、寫(xiě)字樓、大賓館林立，電梯以驚人的速度快速增長(zhǎng)，同 時(shí)電梯的耗電也以驚人的速度快速增長(zhǎng)，電梯節(jié)能問(wèn)題早已嚴(yán)峻地?cái)[在我們面前。電梯屬 于勢(shì)能性負(fù)載，在減速制動(dòng)過(guò)程中，大量的勢(shì)能將通過(guò)曳引電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能。對(duì)于這一問(wèn)題，現(xiàn)行有以下幾種解決方法1、對(duì)于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，由于二極管的單向?qū)щ娦阅?，電機(jī)制動(dòng)的再生能量無(wú) 法回饋給電網(wǎng)。為了裝置的安全運(yùn)行，這部分能量必須通過(guò)一定的途徑消耗掉。在中小容 量系統(tǒng)中，一股采用能耗制動(dòng)方式，該方法雖然簡(jiǎn)單，但是有如下缺點(diǎn)浪費(fèi)能量，系統(tǒng)效率 低；電阻發(fā)熱嚴(yán)重，影響系統(tǒng)的其他部分正常工作；簡(jiǎn)單的能耗制動(dòng)不能及時(shí)抑制快速制 動(dòng)產(chǎn)生的泵升電壓，限制了性能的提高。2、PWM整流器可實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)。PWM整流器實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)電流正弦化且運(yùn)行于 單位功率因數(shù)，具有綠色電能變換特性。此外，由于PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)出受控電流源特 性，因而這一特性使PWM整流器及其控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域得到了發(fā)展和拓寬。但PWM整流 器承擔(dān)了負(fù)載功率的傳遞，因而不適合大功率的應(yīng)用場(chǎng)合。3、能量回饋裝置通過(guò)對(duì)變頻器在電機(jī)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的泵升電壓來(lái)進(jìn)行控制，利用 PWM逆變技術(shù)可將再生能源回饋給電網(wǎng)。近年來(lái)國(guó)外大公司紛紛投入此項(xiàng)研究之中，比如， 德國(guó)西門(mén)子公司已經(jīng)推出了電機(jī)四象限運(yùn)行的電壓型交-直-交變頻器，日本富士公司也 成功研制了電源再生裝置，如RHR系列、FRENIC系列電源再生單元，它把有源逆變單元從變 頻器中分離出來(lái)，直接作為變頻器的一個(gè)外圍裝置，可并聯(lián)到變頻器的直流側(cè)，將再生能量 回饋到電網(wǎng)中。但這些產(chǎn)品普遍存在的問(wèn)題是這些裝置價(jià)格昂貴，而且功能單一，再加上一 些產(chǎn)品對(duì)電網(wǎng)的要求很高，不適合我國(guó)的國(guó)情?，F(xiàn)代都市中，電梯是高層住宅和寫(xiě)字樓的必備設(shè)施，它的安全性非常重要。由于 我國(guó)電力供應(yīng)緊張趨勢(shì)暫未得到緩解，停電時(shí)有發(fā)生，電梯在停電的時(shí)候，對(duì)被困在電梯內(nèi) 乘客的生命安全將構(gòu)成嚴(yán)重威脅，電梯維護(hù)人員在進(jìn)行人工救援時(shí)首先把外電網(wǎng)切斷，如 果電梯在某層平層位置，維保人員人工打開(kāi)電梯廳轎門(mén)釋放被困乘客；如果電梯不在平層 位置，維保人員要將電梯主電機(jī)抱間松開(kāi)，電梯溜車(chē)至某層平層后，維保人員才可以人工打 開(kāi)電梯廳轎門(mén)釋放被困乘客。整個(gè)過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)乘客在生理和心理都有很大的影響，因 此，保證電梯正常安全運(yùn)行有著重大的意義。電梯應(yīng)急裝置是一種電梯困人緊急救援設(shè)備， 主要用于電梯運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)交流電源突然停電或電控系統(tǒng)發(fā)生故障而使轎廂停在井道中 時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換，切斷原電控系統(tǒng)，供給電梯交流電源并將轎廂曳引至平層位置后開(kāi)門(mén)，使受困乘客能及時(shí)脫離險(xiǎn)境。中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN200710168665. 3于2007年12月7日公開(kāi)了一種“適用于整流裝 置的能量回饋與諧波無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)”，該系統(tǒng)利用有源濾波器和諧波補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)能量回饋以 及諧波無(wú)功補(bǔ)償，但其對(duì)于電梯系統(tǒng)的針對(duì)性不強(qiáng)，且不能實(shí)現(xiàn)應(yīng)急平層功能中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN 201089681 Y于2008年9月24日公開(kāi)了一種“電梯應(yīng)急裝置”， 可以實(shí)現(xiàn)電梯的應(yīng)急平層，但該裝置利用率不高。能量回饋裝置可有效地回收利用電梯制動(dòng)時(shí)的再生能源；無(wú)功補(bǔ)償可以減少輸電 損耗，提高輸電質(zhì)量；電梯應(yīng)急裝置可以保證電梯在斷電情況下正常運(yùn)行，將三者融合起 來(lái)，可以解決現(xiàn)行電梯功耗過(guò)大問(wèn)題的同時(shí)，可以減少蓄電池的人工定期維護(hù)的次數(shù)，使電 梯可以更安全更經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。綜上所述，研究能夠解決電梯在電動(dòng)和制動(dòng)狀態(tài)所產(chǎn)生的能 耗問(wèn)題并能在電梯斷電情況下應(yīng)急平層的裝置，有著重大的理論與實(shí)踐意義。因此，本實(shí)用 新型的目的就是提供一種針對(duì)這種普遍使用的電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及應(yīng)急平層裝置及 其方法。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提出一種電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及斷電應(yīng)急運(yùn)行系統(tǒng)。本 實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、損耗小、成本低、功率因數(shù)高、對(duì)電網(wǎng)無(wú)諧波污染，集成了電 梯變頻器外掛式能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及應(yīng)急平層等多種功能。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下一種電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及斷電應(yīng)急運(yùn)行系統(tǒng)，該電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及 斷電應(yīng)急運(yùn)行系統(tǒng)與電梯的原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連；電梯的原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為電網(wǎng)通過(guò)不可控二極管整流裝置與變頻器逆變裝置為電梯 的牽引電機(jī)提供電力；該電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及斷電應(yīng)急運(yùn)行系統(tǒng)包括逆變裝置、濾波裝置、控制裝 置、雙向直流變換裝置以及蓄電池；逆變裝置的直流輸入側(cè)接不可控二極管整流裝置的直流輸出側(cè)，逆變裝置的交流 輸出側(cè)依次通過(guò)濾波裝置與第一接觸器(KM2)與不可控二極管整流裝置的輸入側(cè)相接；雙向直流變換裝置的一側(cè)通過(guò)第二接觸器(KM3)與逆變裝置的直流輸入側(cè)相接， 雙向直流變換裝置的另一側(cè)接蓄電池，蓄電池通過(guò)第三接觸器(KM7)與電梯的抱閘的供電 端相接；逆變裝置的控制端以及雙向直流變換裝置的控制端均與控制裝置相接；控制裝置 上設(shè)有平層信號(hào)輸入接口以及安全及門(mén)鎖信號(hào)輸入接口 ；用于檢測(cè)電網(wǎng)電壓的同步電路、 用于檢測(cè)不可控二極管整流裝置交流側(cè)相電流的電流檢測(cè)電路、用于檢測(cè)逆變裝置直流輸 入側(cè)直流電壓的直流電壓檢測(cè)電路均與控制裝置相接；濾波裝置的輸出端還通過(guò)第四接觸器(KM5)與電梯的牽引電機(jī)相接。所述的逆變裝置采用全橋逆變電路，逆變裝置的輸入側(cè)跨接有第一電容(C2)，所 述的濾波裝置采用阻容濾波電路，所述的控制裝置的主芯片采用DSP，所述的雙向直流變換 裝置的構(gòu)造為第一功率管的C極經(jīng)第二接觸器(KM3)接逆變裝置的直流側(cè)正極，第一功率 管的E極經(jīng)電感L接蓄電池的正極；第二功率管的C極與第一功率管的E極相接，第二功率管的E極接蓄電池的負(fù)極；第二電容(C3)跨接在蓄電池的正負(fù)極兩端；電網(wǎng)與不可控二 極管整流裝置的輸入側(cè)之間接有第五接觸器(KMl)，變頻器逆變裝置(2)通過(guò)第六接觸器 (KM4)與牽引電機(jī)(3)連接。對(duì)應(yīng)電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及斷電應(yīng)急運(yùn)行裝置的電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及 斷電應(yīng)急運(yùn)行方法，采用權(quán)利要求2所述的電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及斷電應(yīng)急運(yùn)行系統(tǒng)， 所述的電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及斷電應(yīng)急運(yùn)行方法具體包括以下內(nèi)容檢測(cè)電網(wǎng)供電是否異常，若異常則啟動(dòng)應(yīng)急平層功能模式；否則進(jìn)入能量回饋和 無(wú)功補(bǔ)償模式；電網(wǎng)異常包括電網(wǎng)掉電或缺相；判斷蓄電池是否需要維護(hù)的時(shí)間，如果還沒(méi)有到需要維護(hù)的時(shí)間，則進(jìn)入能量回 饋和無(wú)功補(bǔ)償模式；否則進(jìn)入電池維護(hù)模式；根據(jù)電梯所用電池的具體使用情況采取定時(shí) 維護(hù)的方式，比如一個(gè)月維護(hù)一次；所述的能量回饋和無(wú)功補(bǔ)償模式為將第一電容(C2)的電壓值與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn) 行比較產(chǎn)生偏差信號(hào)，該偏差信號(hào)通過(guò)電壓控制算法獲得控制量，這里的電壓控制算法為 傳統(tǒng)的PI算法，再與同步信號(hào)相乘獲得輸出有功電流的控制信號(hào)，同步信號(hào)指由檢測(cè)電路 電壓互感器獲得的與電網(wǎng)電壓同頻同相的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)為通過(guò)降壓變壓器獲得， 該電壓信號(hào)的有效值為1 6V。接下來(lái)利用PQ分解算法計(jì)算得到負(fù)載電流的無(wú)功分量，并 將有功電流的控制信號(hào)和負(fù)載電流的無(wú)功分量相加得到電流控制參考信號(hào)，再通過(guò)電流控 制算法控制逆變裝置輸出有功電流或無(wú)功補(bǔ)償電流輸送至電網(wǎng)；PQ分解算法請(qǐng)參考文獻(xiàn) “王兆安，楊君，劉進(jìn)軍等.諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償(第六章).機(jī)械工業(yè)出版社，2006. 1”電流控制算法采用迭代學(xué)習(xí)控制，具體算法可參考文獻(xiàn)“孫明軒黃寶健.迭代學(xué) 習(xí)控制(第二章).國(guó)防工業(yè)出版社，1999. 5”所述的電池維護(hù)模式的具體過(guò)程為首先根據(jù)蓄電池的當(dāng)前電壓值判斷電池是需 要放電還是充電，即微處理器監(jiān)測(cè)蓄電池的電壓，當(dāng)電壓低到某一程度則表示需要放電，電 壓高到何種程度需要充電。具體參數(shù)根據(jù)蓄電池的規(guī)格確定，為現(xiàn)有技術(shù)，若需要放電，控 制雙向直流變換裝置升壓，將蓄電池的電能送至雙向直流變換裝置的直流母線(xiàn)；若需要充 電，控制雙向直流變換裝置降壓，將雙向直流變換裝置的直流母線(xiàn)的電能送至蓄電池；雙向 直流變換裝置降壓和升壓的技術(shù)可參考文獻(xiàn)“李軍.雙向直流變換系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)移控制研究 (第三章).武漢理工大學(xué)碩士論文，2008. 4”。所述的應(yīng)急平層功能模式的具體過(guò)程為首先切斷第五接觸器(KMl)、第一接觸 器(KM2)和第六接觸器(KM4)來(lái)斷開(kāi)電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及斷電應(yīng)急運(yùn)行系統(tǒng)、牽引 電機(jī)和電網(wǎng)之間的聯(lián)系，閉合第二接觸器(KM3)，再由控制裝置檢測(cè)平層信號(hào)判斷電梯是否 處于平層位置，若電梯在平層位置，閉合第七接觸器(KM6)，并控制裝置(9)控制雙向直流 變換裝置(7)和逆變裝置(5)輸出單相或三相的交流電壓驅(qū)動(dòng)門(mén)機(jī)，打開(kāi)轎門(mén)和廳門(mén)，讓 乘客安全走出電梯，電梯有兩層門(mén)，一個(gè)是在轎廂上的，為轎門(mén)，另一個(gè)在每一層都有，為廳 門(mén)，由門(mén)機(jī)一起打開(kāi)；若電梯不在平層位置，先閉合第三接觸器(KM7)，提供抱閘的線(xiàn)圈所 需電壓，再利用控制裝置控制雙向直流變換裝置和逆變裝置輸出三相的交流電驅(qū)動(dòng)牽引電 機(jī)(閘通電時(shí)會(huì)松開(kāi)，使轎廂能夠移動(dòng)；而斷電時(shí)則會(huì)“抱死”，阻止轎廂移動(dòng))，使電梯運(yùn)行 至平層位置，再打開(kāi)轎門(mén)和廳門(mén)，讓乘客安全走出電梯。本實(shí)用新型的電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及斷電應(yīng)急運(yùn)行系統(tǒng)由能量回饋、無(wú)功補(bǔ)
5償和電梯斷電應(yīng)急運(yùn)行三大模塊組成，具體包括控制裝置、逆變裝置、濾波裝置、雙向直流 變換裝置、蓄電池、以及狀態(tài)切換開(kāi)關(guān)KM1-KM7組成?？刂蒲b置由同步電路、檢測(cè)電路和控制驅(qū)動(dòng)電路三部分組成，各部分的功能分別 為a.檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器直流電壓和逆變器輸出電流、電網(wǎng)電流的檢測(cè)獲得 0 3V的電壓信號(hào)，為電壓、電流閉環(huán)控制提供反饋信號(hào)，并將安全及閉鎖回路信號(hào)和平層 信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送給控制驅(qū)動(dòng)電路，保證回饋裝置可靠動(dòng)作；b.同步電路利用電壓互感器獲得與電網(wǎng)電壓同頻同相的基準(zhǔn)信號(hào)；c.控制驅(qū)動(dòng)電路以DSP芯片為核心，利用DSP片內(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元對(duì)來(lái)自同步 電路和檢測(cè)電路的信號(hào)進(jìn)行采集，通過(guò)程序進(jìn)行運(yùn)算和判斷，再利用DSP片內(nèi)的PWM單元對(duì) 控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，從而產(chǎn)生PWM控制脈沖信號(hào)。逆變裝置由六個(gè)功率開(kāi)關(guān)管和直流電容組成，利用來(lái)自控制裝置產(chǎn)生的PWM信號(hào) 控制功率開(kāi)關(guān)管的通斷，將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，實(shí)現(xiàn)能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償和電梯斷電 應(yīng)急供電的功能濾波裝置是由電感和電容構(gòu)成的低通濾波器，實(shí)現(xiàn)濾除逆變裝置產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)諧 波。雙向直流變換裝置實(shí)現(xiàn)不同的直流電壓等級(jí)的變換，充電狀態(tài)時(shí)，將不可控二極 管整流裝置直流側(cè)母線(xiàn)電壓變換成一定電壓給蓄電池充電；應(yīng)急運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，雙向直流變 換裝置從蓄電池獲取能量變換電壓幅值送至逆變裝置逆變形成不同等級(jí)的電壓送至相應(yīng) 機(jī)構(gòu)；蓄電池定期放電狀態(tài)時(shí)，雙向直流變換裝置從蓄電池獲取能量變換電壓幅值送至逆 變裝置產(chǎn)生有功電流。有益效果本實(shí)用新型的電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及斷電應(yīng)急運(yùn)行系統(tǒng)包括能量回饋模塊、 無(wú)功補(bǔ)償模塊和電梯斷電應(yīng)急運(yùn)行模塊。具體由逆變電路、控制電路、濾波電路組成的能量 回饋模塊和無(wú)功補(bǔ)償模塊能夠?qū)㈦娞菰谥苿?dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量反饋到電網(wǎng)，在電梯電動(dòng)運(yùn)行狀 態(tài)時(shí)發(fā)出無(wú)功電流補(bǔ)償無(wú)功功率；由逆變電路、控制電路、濾波電路、電池組成的電梯斷電 應(yīng)急運(yùn)行電路能夠保證電梯在電網(wǎng)供電異常的情況下，通過(guò)開(kāi)關(guān)切換接管電梯控制權(quán)，將 電梯運(yùn)行到平層位置并打開(kāi)轎門(mén)和廳門(mén)，讓乘客安全走出電梯；控制算法可以對(duì)蓄電池進(jìn) 行定期維護(hù)，減少人工維護(hù)的次數(shù)，并在維護(hù)時(shí)，將蓄電池的電能回饋給電網(wǎng)，節(jié)約了電能。 本裝置具有對(duì)電網(wǎng)無(wú)諧波污染，能夠有效處理電梯應(yīng)急缺電、可靠性高、功率因數(shù)高、損耗 小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型將能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償與應(yīng)急平層三種功能有機(jī)結(jié)合，提高了電梯運(yùn) 行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。具體優(yōu)點(diǎn)說(shuō)明如下(1)本實(shí)用新型裝置屬于外掛式系統(tǒng)，無(wú)需對(duì)電梯原有的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，易于 工程應(yīng)用。(2)可以將電梯制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生電能回饋給電網(wǎng)，起到節(jié)能的目的。(3)可以在電梯電動(dòng)時(shí)產(chǎn)生無(wú)功電流，為電梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供無(wú)功功率，從而降低了 輸電損耗和用電成本。(4)可以在電網(wǎng)供電異常時(shí)，將轎廂牽引至平層位置，并打開(kāi)轎廂門(mén)放出乘客。[0043](5)可以對(duì)蓄電池進(jìn)行定期維護(hù)，減少人工維護(hù)的次數(shù)，并在維護(hù)時(shí)，將蓄電池的 電能回饋給電網(wǎng)，節(jié)約了電能。此外，還可以在電梯應(yīng)急響應(yīng)后，自動(dòng)對(duì)蓄電池充電。(6)通過(guò)設(shè)計(jì)的控制方法將能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償與應(yīng)急平層三種功能集合在一套 裝置上，提高了設(shè)備的利用率，并降低了設(shè)備的成本。

圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型的控制程序主流程圖；圖3為本實(shí)用新型的充電控制部分流程圖；圖4是本實(shí)用新型適用于電梯的能量回饋與無(wú)功補(bǔ)償以及應(yīng)急平層一體化系統(tǒng) 的實(shí)例電路圖；圖5為控制系統(tǒng)原理圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合圖和具體實(shí)施過(guò)程對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1 如圖1所示，原電梯變頻系統(tǒng)包括電網(wǎng)4、不可控二極管整流裝置1、變頻器逆變裝 置2以及牽引電機(jī)3。不可控二極管整流裝置1的直流母線(xiàn)正、負(fù)極輸出端與本實(shí)用新型系 統(tǒng)的逆變裝置5電容正、負(fù)極對(duì)應(yīng)相連。本實(shí)用新型適用于電梯的能量回饋與無(wú)功補(bǔ)償以及應(yīng)急平層一體化系統(tǒng)，包括 逆變裝置5、濾波裝置6、雙向直流變換裝置7、蓄電池8、控制裝置9以及狀態(tài)切換開(kāi)關(guān) KM1-KM7 組成。為能實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的能量回饋和無(wú)功功率補(bǔ)償，需要對(duì)本實(shí)用新型裝置輸出電流進(jìn) 行控制，而電流受控的條件是逆變裝置5電容的電壓大于電網(wǎng)4線(xiàn)電壓的最大值，因而，本 實(shí)用新型提出了一種逆變裝置5電容電壓的控制方法，該方法在系統(tǒng)一旦進(jìn)入能量回饋和 無(wú)功補(bǔ)償模式時(shí)，通過(guò)電壓的閉環(huán)控制，將直流電壓總是控制在設(shè)定值，此實(shí)例中取660V， 當(dāng)電梯處于制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，不可控二極管整流裝置1的直流母線(xiàn)電壓將高于一體化裝置 預(yù)設(shè)值時(shí)，此實(shí)例中取660V，能量將通過(guò)逆變裝置流向電網(wǎng)；當(dāng)電梯處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)， 逆變裝置將通過(guò)自舉的方式保持電容的電壓為預(yù)設(shè)值。所提出的方法將能量回饋和無(wú)功補(bǔ) 償很好地融合在一起。此外，為對(duì)蓄電池8定期進(jìn)行充放電維護(hù)，在本實(shí)用新型的能量回饋 和無(wú)功補(bǔ)償模式中，還設(shè)計(jì)了蓄電池的電能管理方法，有效利用了蓄電池的電能。逆變裝置5接受來(lái)自控制裝置9的PWM控制信號(hào)，通過(guò)其6只功率開(kāi)關(guān)管的通斷， 將直流電轉(zhuǎn)換成交流電送至濾波裝置6。濾波裝置6接受來(lái)自逆變裝置5的有功或無(wú)功電流，濾去逆變器5產(chǎn)生的高次諧 波后，將電流送至電網(wǎng)4或牽引電機(jī)3、門(mén)機(jī)11。雙向直流變換裝置7接受來(lái)自控制裝置9的PWM控制信號(hào)，通過(guò)其2只功率開(kāi)關(guān) 管的通斷，在蓄電池8充電時(shí)，實(shí)現(xiàn)降壓功能，使逆變裝置5的直流母線(xiàn)上的電能流向蓄電 池8 ；在蓄電池8放電或輸出電能時(shí)，實(shí)現(xiàn)升壓功能，使蓄電池8的電能流向逆變裝置5的 直流母線(xiàn)。
7[0058]蓄電池8接收來(lái)自雙向直流變換裝置7的電能進(jìn)行儲(chǔ)能或輸出電能至雙向直流變 換裝置7，還通過(guò)KM7為抱閘10提供電能。如圖2和圖3所示，控制裝置9通過(guò)電流傳感器和電壓傳感器獲取不可控二極管 整流裝置1的輸入負(fù)載電流、電網(wǎng)3的電壓和逆變裝置5電容的直流母線(xiàn)電壓，同時(shí)通過(guò)接 口電路獲取原電梯系統(tǒng)的平層信號(hào)。根據(jù)獲取的參數(shù)控制產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)分別控制逆變裝置 5內(nèi)6只功率開(kāi)關(guān)管和雙向直流變換裝置7內(nèi)2個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的通斷、同時(shí)控制狀態(tài)切換 開(kāi)關(guān)KM1-KM7的通斷。控制裝置9的控制流程如圖2所示，控制裝置9先檢測(cè)電網(wǎng)電壓，若 正常則再檢測(cè)逆變裝置5電容的電壓和負(fù)載電流，判斷電梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是否工作，若在工作， 本實(shí)用新型裝置進(jìn)入能量回饋和無(wú)功補(bǔ)償模式，然后判斷蓄電池是否需要定期維護(hù)，如果 蓄電池?zé)o需維護(hù)，將逆變裝置5電容電壓與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較產(chǎn)生偏差信號(hào)，該偏差信 號(hào)通過(guò)電壓控制算法獲得控制量，再與同步信號(hào)相乘獲得輸出有功電流的參考信號(hào)，接下 來(lái)利用PQ分解算法得到負(fù)載電流的無(wú)功分量，并將有功和無(wú)功控制信號(hào)相加得到電流控 制參考信號(hào)，再通過(guò)電流控制算法控制逆變裝置5輸出有功電流或無(wú)功補(bǔ)償電流輸送至電 網(wǎng)3，如圖5所示。本實(shí)用新型的能量回饋和無(wú)功補(bǔ)償模式通過(guò)所提出的方法將能量回饋和 無(wú)功補(bǔ)償很好的融合在一起。在蓄電池定期維護(hù)的子程序中，首先判斷電池是需要放電還 是充電，若需要放電，控制雙向直流變換裝置7升壓，將電池的電能送至直流母線(xiàn)；若需要 充電，控制雙向直流變換裝置7降壓，將直流母線(xiàn)的電能送至蓄電池。若電網(wǎng)供電異常，則 啟動(dòng)應(yīng)急平層功能，首先切斷KMl、KM2和KM4來(lái)斷開(kāi)電機(jī)及一體化系統(tǒng)與電網(wǎng)的聯(lián)系，閉合 KM3，再判斷電梯是否平層，若電梯在平層位置，控制裝置9控制雙向直流變換裝置7和逆變 裝置5輸出單相或三相的交流電壓驅(qū)動(dòng)門(mén)機(jī)，打開(kāi)轎門(mén)和廳門(mén)，讓乘客安全走出電梯；若電 梯不在平層位置，閉合KM7，提供抱閘線(xiàn)圈所需電壓，再利用控制裝置9控制雙向直流變換 裝置7和逆變裝置5輸出三相的交流電壓驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)，使電梯至平層位置，再打開(kāi)轎門(mén)和 廳門(mén)，讓乘客安全走出電梯。圖4是圖1本實(shí)用新型適用于電梯變頻節(jié)能及電梯斷電應(yīng)急處理的一體化裝置的 實(shí)例電路圖，下面通過(guò)圖4再對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的介紹。該實(shí)例是以DSP為控制核心的一個(gè)適用于電梯的能量回饋與無(wú)功補(bǔ)償以及應(yīng)急 平層一體化系統(tǒng)的實(shí)例。該實(shí)例選用二極管Dl保證系統(tǒng)能量單向流動(dòng)，其正極接在不可控 二極管整流裝置1的直流側(cè)穩(wěn)壓電容C 1的正極，其負(fù)極接逆變裝置5直流側(cè)的穩(wěn)壓電容 (即第一電容C2)的正極；逆變裝置5采用三相全橋結(jié)構(gòu)；為了有效地濾除與開(kāi)關(guān)頻率相關(guān) 的高次諧波，濾波裝置6采取由電感和電容組成的濾波器結(jié)構(gòu)；控制裝置9由用于檢測(cè)電網(wǎng) 電壓的同步電路9. 1、電流檢測(cè)電路9. 2、直流電壓檢測(cè)電路9. 3和控制驅(qū)動(dòng)板9. 4組成，控 制驅(qū)動(dòng)板9. 4采用DSP實(shí)現(xiàn)。負(fù)載是電梯的電動(dòng)機(jī)。同時(shí)本實(shí)用新型能量回饋及諧波無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)與不可控二極管整流裝置共地線(xiàn) 連接，即本實(shí)用新型能量回饋及諧波無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)是并聯(lián)接入原系統(tǒng)的?？刂蒲b置9的四個(gè)部分之間的關(guān)系如下，同步電路9. 1從電網(wǎng)3獲取三相電壓Usa、 Usb和Us。，電流檢測(cè)電路9. 2從不可控二極管整流裝置1的輸入路徑和濾波裝置6流向電網(wǎng) 的路徑分別獲取負(fù)載電流和補(bǔ)償電流Ila、Ilb和I。a、I。b，直流電壓檢測(cè)電路9. 3從逆變裝置 5的第一電容C2和蓄電池的兩端分別獲得電壓Vdcl和Vd。2，再將獲取的電流和電壓信號(hào) 入 控制驅(qū)動(dòng)板9. 4。通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)板9. 4的控制作用得到逆變裝置5中功率開(kāi)關(guān)管的控制信
8號(hào)Sl S6和雙向直流變換裝置7中(可參考文獻(xiàn)“李軍.雙向直流變換系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)移控 制研究(第三章).武漢理工大學(xué)碩士論文，2008. 4”)開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)S7 S8。本實(shí)用 新型的控制電路和主電路直接采用了光隔離和磁隔離。當(dāng)然，為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的應(yīng)用實(shí)例的完善功能，還需要其它的輔助電路，但這 些屬本領(lǐng)域一股技術(shù)，在此不一一列出。以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明實(shí)用新型，很明顯本實(shí)用新型并不受這些實(shí)施例的限制。 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員任何基于本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)內(nèi)容的修改、變形或等同替換，均涵蓋在 本實(shí)用新型權(quán)利要求范圍當(dāng)申。本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。逆變裝置5中第一電容C2為1000 μ F，逆變裝置5中功率管(每個(gè)包含了一個(gè) IGBT和一個(gè)反并聯(lián)二極管)的型號(hào)為GT40Q321，二極管Dl的型號(hào)為ΡΧ10Α13Α，濾波裝置6 中電感和電容分別為ImH禾Π 3 μ F。
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權(quán)利要求一種電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及斷電應(yīng)急運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于，該電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及斷電應(yīng)急運(yùn)行系統(tǒng)與電梯的原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連；電梯的原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為電網(wǎng)通過(guò)不可控二極管整流裝置與變頻器逆變裝置為電梯的牽引電機(jī)提供電力；該電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及斷電應(yīng)急運(yùn)行系統(tǒng)包括逆變裝置、濾波裝置、控制裝置、雙向直流變換裝置以及蓄電池；逆變裝置的直流輸入側(cè)接不可控二極管整流裝置的直流輸出側(cè)，逆變裝置的交流輸出側(cè)依次通過(guò)濾波裝置與第一接觸器(KM2)與不可控二極管整流裝置的輸入側(cè)相接；雙向直流變換裝置的一側(cè)通過(guò)第二接觸器(KM3)與逆變裝置的直流輸入側(cè)相接，雙向直流變換裝置的另一側(cè)接蓄電池，蓄電池通過(guò)第三接觸器(KM7)與電梯的抱閘的供電端相接；逆變裝置的控制端以及雙向直流變換裝置的控制端均與控制裝置相接；控制裝置上設(shè)有平層信號(hào)輸入接口以及安全及門(mén)鎖信號(hào)輸入接口；用于檢測(cè)電網(wǎng)電壓的同步電路、用于檢測(cè)不可控二極管整流裝置交流側(cè)相電流的電流檢測(cè)電路、用于檢測(cè)逆變裝置直流輸入側(cè)直流電壓的直流電壓檢測(cè)電路均與控制裝置相接；濾波裝置的輸出端還通過(guò)第四接觸器(KM5)與電梯的牽引電機(jī)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及斷電應(yīng)急運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于， 所述的逆變裝置采用全橋逆變電路，逆變裝置的輸入側(cè)跨接有第一電容(C2)，所述的濾波 裝置采用阻容濾波電路，所述的控制裝置的主芯片采用DSP，所述的雙向直流變換裝置的構(gòu) 造為第一功率管的C極經(jīng)第二接觸器(KM3)接逆變裝置的直流側(cè)正極，第一功率管的E極 經(jīng)電感L接蓄電池的正極；第二功率管的C極與第一功率管的E極相接，第二功率管的E極 接蓄電池的負(fù)極；第二電容(C3)跨接在蓄電池的正負(fù)極兩端；電網(wǎng)與不可控二極管整流裝 置的輸入側(cè)之間接有第五接觸器(KMl)，變頻器逆變裝置(2)通過(guò)第六接觸器(KM4)與牽引 電機(jī)⑶連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提出了一種電梯能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及斷電應(yīng)急運(yùn)行系統(tǒng)。本實(shí)用新型包括能量回饋模塊、無(wú)功補(bǔ)償模塊和電梯斷電應(yīng)急運(yùn)行模塊，由逆變電路、控制電路、濾波電路組成的能量回饋模塊和無(wú)功補(bǔ)償模塊能夠?qū)㈦娞菰谥苿?dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量反饋到電網(wǎng)，在電梯電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)發(fā)出無(wú)功電流補(bǔ)償無(wú)功功率；電梯斷電應(yīng)急運(yùn)行電路能夠保證電梯在電網(wǎng)供電異常的情況下，通過(guò)開(kāi)關(guān)切換接管電梯控制權(quán)，將電梯運(yùn)行到平層位置并打開(kāi)轎門(mén)和廳門(mén)，讓乘客安全走出電梯。本實(shí)用新型所涉及的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、損耗小、成本低、功率因數(shù)高、對(duì)電網(wǎng)無(wú)諧波污染，集成了電梯變頻器外掛式能量回饋、無(wú)功補(bǔ)償及應(yīng)急平層等多種功能。
文檔編號(hào)H02J3/18GK201737550SQ20102028115
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者唐欣, 姚成誠(chéng), 湯小東, 譚敏 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙理工大學(xué)