一種采用雙向dc-dc的電梯用變頻曳引設備節能系統的制作方法
【專利摘要】一種采用雙向DC-DC的電梯用變頻曳引設備節能系統，其特征在于，包括：超級電容模組、分別與變頻器連接的工作電源及采樣模塊、雙向DC-DC模塊和DC/AC逆變模塊，其中，所述雙向DC-DC模塊與所述工作電源及采樣模塊、所述超級電容模組和所述DC/AC逆變模塊相連，所述超級電容模組還與所述工作電源及采樣模塊相連，在本發明中使用了一套超級電容組件，電感和電容組成低通濾波器，(電感主要的作用是儲能，是一個開關電源拓撲結構的重要元器件，電容主要的作用電壓紋波。)避免了因高次諧波對電網造成的干擾，使本發明所述電梯用變頻曳引設備節能系統工作更為安全穩定可靠。
【專利說明】一種采用雙向DC-DC的電梯用變頻曳引設備節能系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及電梯節能控制領域，特別是涉及一種采用雙向DC-DC的電梯用變頻曳引設備節能系統。
【背景技術】
[0002]隨著科技的高速發展和房地產業的倔起，電梯工業隨之呈井噴式發展，人們的日常生活和工業物流等領域都大量使用了高效的變頻曳引系統，變頻曳引系統給生產生活提供了便利，提高了效率；但與此同時，變頻曳引系統也存在一個嚴重的共性問題，那就是運用變頻曳引系統的電梯、系統都采用能耗電阻來耗能，這樣使大量可利用的能源浪費掉，并由此產生了熱污染問題，該熱污染問題產生的原因是:變頻曳引系統中的設備在上升或下降運行中所產生的勢能與制動能量是由發熱電阻以熱能的形式來消耗的，如果產生的能量不及時地消耗就會使變頻器母線電壓升高影響設備的正常運行，造成故障，由此就造成了能源的嚴重浪費。
[0003]近年來人們在變頻曳引系統的能源回收方面做了很多改進，但都是把本來消耗在能耗電阻上的電能經過DC/AC逆變直接回送到電網中，這樣設備自身不能使用這部份電能，同時電能在回送時因逆變會造成高次諧波，而高次諧波會對電網造成一定程度的沖擊，影響供電電網的安全穩定運行，存在安全隱患。
[0004]綜上所述，在實際操作中迫切需要一種電梯節能控制系統，解決上述技術問題，并且提尚節能效率。
【發明內容】
[0005]為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種采用雙向DC-DC的電梯用變頻曳引設備節能系統。通過雙向DC-DC模塊，實現將超級電容儲存的電能在電梯負載工作時，直接反補變頻器直流母線。
[0006]為實現上述發明目的，本發明所提供的技術方案是:
[0007]一種采用雙向DC-DC的電梯用變頻曳引設備節能系統，包括:超級電容模組、分別與變頻器連接的工作電源及采樣模塊、雙向DC-DC模塊和DC/AC逆變模塊，其中，所述雙向DC-DC模塊與所述工作電源及采樣模塊、所述超級電容模組和所述DC/AC逆變模塊相連，所述超級電容模組還與所述工作電源及采樣模塊相連；
[0008]所述變頻器曳引設備節能系統向電梯供電時需滿足的條件為:當電梯母線電壓小于基準采樣電壓(基準采樣電壓由三相市電整流所得值)，并且所述超級電容模組的電壓大于超級電容模組設定值時，此時所述超級電容模組通過雙向DC-DC向電梯提供供電，當供電不足以滿足電梯正常工作時，電梯同時向市電取電，達到所需功率用電。
[0009]所述變頻器曳引設備節能系統回收電梯所產生的多余能量滿足的條件為:當電梯母線大于基準采樣電壓，并且所述超級電容模組的電壓小于超級電容模組設定最大容量時，此時電梯勢能所產生的多余能量通過雙向DC-DC向所述超級電容模組充電，以達到回收能量的過程；
[0010]當所述超級電容組件的端電壓大于設定的滿足電梯控制箱運行的電壓時，所述超容模組通過所述雙向DC-DC模塊為電梯控制箱的運行供電；
[0011]當所述超級電容組件的端電壓大于設定的超級電容從中間電壓到最高電壓的儲能時間大于等于電梯單程運行時間的情況下的中間電壓時，所述超容模組通過所述雙向DC-DC模塊切換為逆變供電，通過所述DC/AC逆變模塊，為電梯控制箱的運行供電。
[0012]采用上述技術方案，本發明的有益效果有:
[0013]1.在本發明中使用了一套超級電容組件，電感和電容組成低通濾波器，避免了因高次諧波對電網造成的干擾，使本發明所述電梯用變頻曳引設備節能系統工作更為安全穩定可靠。
[0014]2.本發明的雙向DC-DC的節能效率在普通DC-DC基礎上提高10%，最高DC-DC轉換功率可達7KW從650V/12A轉換90V80A。
[0015]3.本發明采用的雙向DC-DC的電梯用變頻曳引設備節能系統，在DC-DC升壓時的電流變比在保證功率的前提下可達到8倍，升壓功率回送給變頻器時可根據電梯實際負載作出相應調整。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明所述的雙向DC-DC的電梯用變頻曳引設備節能系統的結構示意圖；
[0017]圖2為本發明中節能系統的結構示意圖；
[0018]圖3為本發明中應急系統的結構示意圖；
[0019]圖4為本發明降壓式變換電路(buck)和升壓電路(boost)的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]基本條件:
[0021]I電梯母線電壓(Vl)
[0022]2基準市電電壓(V2)
[0023]3超級電容模組電壓(V3工作電壓范圍90V-150V)
[0024]4 市電 V4
[0025]當V1>V2，且V3〈150 ;電梯處于勢能狀態，Vl通過DC-DC向V3充電。當V1〈V2，且110V〈V3〈150V ;電梯處于非勢能狀態，V3通過DC-DC向Vl回送電能，此時電梯所需功率大于節能系統提高的功率時，不足部分由市電提供。
[0026]當V4 = O ;此時超容模組通過DC-DC，DC/AC向電梯提供三相380V市電，供給電梯在應急狀態下使用。
[0027]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0028]采用雙向DC-DC的電梯用變頻曳引設備節能系統，包括:超級電容模組、分別與變頻器連接的工作電源及采樣模塊、雙向DC-DC模塊、DC/AC逆變模塊，其中，所述雙向DC-DC模塊與所述工作電源及采樣模塊、所述超級電容模組和所述DC/AC逆變模塊相連，所述超級電容模組還與所述工作電源及采樣模塊相連。
[0029]變頻器曳引設備應急系統:當市電處于斷電狀態，變頻器曳引設備從節能系統切換到應急系統，此時所述超級電容模組通過雙向DC-DC向DC/AC模塊供電(580V/10A)DC/AC模塊逆變成三相380V交流電供給電梯在應急狀態下使用，電梯在應急狀態下就近原則平層停靠電梯，安全釋放乘客。
[0030]變頻器曳引設備節能系統向電梯供電時需滿足的條件為:當電梯母線電壓小于基準采樣電壓(基準采樣電壓由三相市電整流所得值)，并且超級電容模組的電壓大于超級電容模組設定值時，此時超級電容模組通過雙向DC-DC向電梯提供供電，當供電不足以滿足電梯正常工作時，電梯同時向市電取電，達到所需功率用電。
[0031]變頻器曳引設備節能系統回收電梯所產生的多余能量滿足的條件為:當電梯母線大于基準采樣電壓，并且所述超級電容模組的電壓小于超級電容模組設定最大容量時，此時電梯勢能所產生的多余能量通過雙向DC-DC向所述超級電容模組充電，以達到回收能量的過程。
[0032]本發明所述的雙向DC-DC的電梯用變頻曳引設備節能系統工作時，首先設定超級電容臨界電壓:第一臨界電壓和第二臨界電壓；將滿足電梯控制箱運行的電壓值設定為第一臨界電壓；
[0033]當T2大于等于Tl，則滿足超級電容儲存電梯回饋電能的條件；所以當T2> = Tl時，中間電壓的電壓值就是第二臨界電壓的電壓值。其中Tl為電梯單程運行時間；T1 =樓層高度/運行速度；T2:超級電容從中間電壓到最高電壓的儲能時間；儲能時間近似計算公式:C — (Vwork+Vmin) It/ (Vwork2_Vmin2) ο
[0034]其中，C:超電容的標稱容量；VWOTk:最高工作電壓；Vmin:截止工作電壓；t:在電路中要求持續工作時間:負載電流。
[0035]如圖1、2和3所示，電梯開機工作時，當與電梯用變頻曳引設備節能系統連接的變頻器有輸出時，雙向DC-DC模塊工作，對超級電容模組進行充電儲能，采用模塊確定超級電容模組的端電壓，當超級電容組件的端電壓大于設定的第一臨界電壓時，所述超容模組通過所述雙向DC-DC模塊為電梯控制箱的運行供電，正如圖2的節能系統所示。當超級電容組件的端電壓大于設定的第二臨界電壓時，并且判定出變頻器處于負重運行時，所述超容模組通過所述雙向DC-DC模塊切換為逆變供電，通過所述DC/AC逆變模塊，為電梯控制箱的運行供電，正如圖3所示的應急系統。
[0036]如圖4所示，從本發明的電路圖中可以看出，電感L和電容C組成低通濾波器，此濾波器設計的原則是使直流分量可以通過，而抑制諧波分量通過；電容上輸出電壓UO (t)就是us(t)的直流分量再附加微小紋波uripple(t)。電路工作頻率很高，一個開關周期內電容充放電引起的紋波uripple(t)很小，相對于電容上輸出的直流電壓Uo有:
[0037]|Unipple|max〈〈U0O
[0038]電容上電壓宏觀上可以看作恒定。電路穩態工作時，輸出電容上電壓由微小的紋波和較大的直流分量組成，宏觀上可以看作是恒定直流，這就是開關電路穩態分析中的小紋波近似原理。
[0039]降壓式變換電路(BUCK)的設計:當電路是BUCK降壓電路時，脈寬調制(PWMl)啟動，脈寬調制(PWM2)關閉；此時絕緣柵雙極型晶體管(IGBT-2)就等效于一個快恢復二極管D2(續流二極管)。當絕緣柵雙極型晶體管(IGBT-1)導通時，高壓電(HV)通過電路給電感(L)充電，當PWMl關閉，那么此時電感(L)通過續流二極管D2給低壓電(LV)充電。通過PWMl的不斷調節，使得LV的電壓穩定在所需要的電壓。此過程就實現了電路的降壓過程。
[0040]升壓電路(Boost)設計:當電路是boost升壓電路時，PWMl關閉，PWM2啟動，此時IGBT-1就等效于一個快恢復二極管Dl (續流二極管)。當IGBT-2導通時，LV通過電路給L充電，當PWMi關閉，LV通過Dl對HV充電，同時L也對HV充電，通過PWM2的不斷調節，使得HV的電壓穩定在我們所需要的電壓。此過程就實現了電路的升壓過程。
[0041]以上所述實施例僅表達了本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種采用雙向DC-DC的電梯用變頻曳引設備節能系統，其特征在于，包括:超級電容模組以及分別與變頻器連接的工作電源及采樣模塊、雙向DC-DC模塊和DC/AC逆變模塊，其中，所述雙向DC-DC模塊與所述工作電源及采樣模塊、所述超級電容模組和所述DC/AC逆變模塊相連，所述超級電容模組還與所述工作電源及采樣模塊相連； 所述變頻器曳引設備節能系統向電梯供電時需滿足的條件為:當電梯母線電壓小于基準采樣電壓(基準采樣電壓由三相市電整流所得值)，并且所述超級電容模組的電壓大于超級電容模組設定值時，此時所述超級電容模組通過雙向DC-DC向電梯提供供電，當供電不足以滿足電梯正常工作時，電梯同時向市電取電，達到所需功率用電； 所述變頻器曳引設備節能系統回收電梯所產生的多余能量滿足的條件為:當電梯母線大于基準采樣電壓，并且所述超級電容模組的電壓小于超級電容模組設定最大容量時，此時電梯勢能所產生的多余能量通過雙向DC-DC向所述超級電容模組充電，以達到回收能量的過程； 當所述超級電容組件的端電壓大于設定的滿足電梯控制箱運行的電壓時，所述超容模組通過所述雙向DC-DC模塊為電梯控制箱的運行供電； 當所述超級電容組件的端電壓大于設定的超級電容從中間電壓到最高電壓的儲能時間大于等于電梯單程運行時間的情況下的中間電壓時，所述超容模組通過所述雙向DC-DC模塊切換為逆變供電，通過所述DC/AC逆變模塊，為電梯控制箱的運行供電。
【文檔編號】B66B1/06GK104444648SQ201410764520
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月12日 優先權日:2014年12月12日
【發明者】徐強, 李曉峰, 金保國, 萬忠民, 曹智超, 潘樹偉, 伍慶武 申請人:蘇州弇山電子科技有限公司