控制設備以及包括該控制設備的傳送系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力電子技術領域，具體地，涉及一種包括變換器的控制設備，以及包括該控制設備的傳送系統。
【背景技術】
[0002]自動扶梯、自動人行道等傳送系統被廣泛應用于商場、機場、車站等人員流動比較大的場合，這些傳送系統借助驅動電機在設定的方向上循環運行，傳送人或貨物。為了減少傳送系統的磨損與能耗，可以在有傳送需求時使傳送系統正常運行，即負載運行，而在無傳送需求時使傳送系統低速緩慢運行，即空載運行。如美國專利US4748394A和中國專利CN02123290.3中所述，傳送系統的兩種工作模式，負載運行和空載運行，可以采用包括變換器的控制設備來控制傳送系統的驅動電機實現。當傳送系統負載運行時，由電源向驅動電機供電，驅動電機運行于其額定轉速；當傳送系統空載運行時，由電源經變換器向驅動電機供電，驅動電機運行于低速，一般為額定轉速的20%到30%。此技術被稱為旁路變頻技術。
[0003]通過采用旁路變頻技術可以顯著減少和降低傳送系統的磨損及能耗，現有的傳送系統中，控制設備電耦合在電源與驅動電機之間，控制設備包括變換器，變換器包括整流單元和逆變單元，整流單元一般包括二極管不控整流器，逆變單元一般包括直流母線電容和多個開關器件。變換器的逆變單元的直流母線電壓由二極管不控整流器整流得到，大約是電源輸出線電壓有效值的1.35倍。所謂電源輸出線電壓有效值，根據中華人民共和國國家標準GB/T12325-2008，20kV及以下的三相供電電壓偏差為其額定電壓值上下7 %范圍內波動，所以電源輸出線電壓有效值在電源額定電壓值上下7%范圍內波動。逆變單元在線性調制區(在此區內，逆變單元輸出電壓的局部平均值為三相對稱正弦電壓)能夠輸出的最大線電壓有效值約為逆變單元直流母線電壓的0.707倍，即大約為電源輸出線電壓有效值的0.95倍，也即大約在電源額定電壓值的0.95倍的上下7%范圍波動。然而，逆變單元的實際輸出電壓與驅動電機的轉速成正比，由于變換器主要用于傳送系統空載時的低速工況，逆變單元的實際輸出電壓大約為驅動電機額定電壓值的20%到30%，也即電源額定電壓值的20%到30% (在傳送系統設計時，驅動電機的額定電壓通常與電源的額定電壓相等)。因此，逆變單元的實際輸出電壓遠遠低于其能夠輸出的最大線電壓有效值，所以在現有控制設備中，變換器的逆變單元的輸出電壓范圍沒有得到充分利用，而逆變單元選用了具有較高電壓容量的直流母線電容和開關器件，存在設備投資浪費的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的第一個目的是提供一種包括變換器的控制設備，用于控制具有第一工作模式和第二工作模式的傳送系統，所述傳送系統包括驅動電機，傳送系統在第一工作模式下，由電源向驅動電機供電，在第二工作模式下，由電源經變換器向驅動電機供電，具體地，第一工作模式為傳送系統負載運行時，由電源向驅動電機提供恒定電壓恒定頻率的交流電，驅動電機運行于其額定轉速，第二工作模式為傳送系統空載運行時，由控制設備控制驅動電機，驅動電機的運行低于其額定轉速，一般地，第二工作模式下驅動電機的轉速為其額定轉速的20%到30%。本發明的控制設備中的變換器包括整流單元和逆變單元，其中，整流單元包括整流輸入端子和整流輸出端子，所述整流輸入端子與所述電源電耦合；逆變單元包括逆變輸入端子和逆變輸出端子，所述逆變輸入端子與所述整流輸出端子電耦合或磁耦合，所述逆變輸出端子與所述驅動電機電耦合，其中，所述逆變輸入端子間的電壓低于電源輸出線電壓有效值的1.35倍，優選地，逆變輸入端子間的電壓不大于電源輸出線電壓有效值的40%。
[0005]所述變換器的逆變單元還包括直流母線電容和與所述直流母線電容電耦合的至少兩個開關器件，所述直流母線電容或所述至少兩個開關器件的電壓容量低于所述電源輸出線電壓有效值的1.35倍，優選地，不大于電源輸出線電壓有效值的40%。作為一種實施方式，直流母線電容和所有開關器件的電壓容量均低于電源輸出線電壓有效值的1.35倍，優選地，不大于電源輸出線電壓有效值的40%。更優的方案是，逆變單元選用具有較低電壓容量、且具有較高電流容量的直流母線電容和開關器件，其中，較高的電流容量是指直流母線電容或開關器件電流容量不低于驅動電機的額定電流值。選用具有較高電流容量的直流母線電容和開關器件的好處是，增大逆變單元的電流容量，當驅動電機啟動時，開關器件的電流容量可以加大至驅動電機的額定電流，從而提高由變換器啟動驅動電機時的轉矩輸出能力。
[0006]作為本發明控制設備的第一種實施方式，變換器還包括直流/直流變換器(DC/DC變換器)，該DC/DC變換器包括DC/DC變換器輸入端子和DC/DC變換器輸出端子，所述DC/DC變換器輸入端子電耦合到所述整流輸出端子，所述DC/DC變換器輸出端子電耦合到所述逆變輸入端子。DC/DC變換器輸出端子間的電壓低于DC/DC變換器輸入端子間的電壓，從而使變換器的逆變單元的輸入電壓(逆變輸入端子間的電壓，也稱為直流母線電壓)低于電源輸出線電壓有效值的1.35倍，優選地，不大于電源輸出線電壓有效值的40%。
[0007]作為本發明控制設備的第二種實施方式，變換器的整流單元包括變壓器和整流器，所述變壓器電耦合在電源和所述整流器之間。具體地，所述變壓器為降壓變壓器，變壓器輸出到整流器的電壓低于電源輸出線電壓有效值，從而整流器輸出到逆變單元的電壓低于電源輸出線電壓有效值的1.35倍，因此，逆變單元的直流母線電壓低于電源輸出線電壓有效值的1.35倍，優選地，不大于電源輸出線電壓有效值的40%。
[0008]作為本發明控制設備的第三種實施方式，變換器的整流單元包括晶閘管整流器或矩陣變換器整流器。與傳統的二極管不控整流器相比，晶閘管整流器或矩陣變換器整流器可以輸出低于電源輸出線電壓有效值的1.35倍的電壓到逆變單元，從而使逆變單元的直流母線電壓低于電源輸出線電壓有效值的1.35倍，優選地，不大于電源輸出線電壓有效值的 40%。
[0009]本發明的控制系統可以應用于但不限于自動扶梯、自動人行道等傳送系統。
[0010]本發明的第二個目的是提供一種具有第一工作模式和第二工作模式的傳送系統，包括控制設備和驅動電機，其中，控制設備包括變換器，具體為上文中所述本發明的任意一種控制設備。傳送系統在第一工作模式下，由電源向驅動電機供電，在第二工作模式下，由電源經變換器向驅動電機供電。
[0011]本發明的控制設備及傳送系統中，包括一種新型變換器，該變換器的逆變單元的直流母線電壓低于現有技術中變換器逆變單元的直流母線電壓，即低于電源輸出線電壓有效值的1.35倍，而同時能夠保證變換器的輸出電壓使驅動電機運行于低速，即傳送系統的第二工作模式，這樣，變換器的逆變單元可以選用具有較低電壓容量的直流母線電容和開關器件，使成本大大降低。
【附圖說明】
[0012]圖1為采用旁路變頻技術的傳送系統的電氣示意圖；
[0013]圖2為現有技術控制設備的變換器的電氣示意圖；
[0014]圖3為根據本發明控制設備第一實施例的變換器的電氣示意圖，包括DC/DC變換器;
[0015]圖4為根據本發明控制設備第二實施例的變換器的電氣示意圖，包括降壓變壓器;