專利名稱：節(jié)能型電梯驅動及能量轉換裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于電梯均衡用電的控制裝置，特別是一種利用直流電池組直接對驅動系統(tǒng)的直流母線進行充電，調整電梯驅動裝置用電負荷與電力系統(tǒng)用電波峰、 波谷之間關系的節(jié)能型電梯驅動及能量轉換裝置。屬于載人、載貨升降設備技術領域。
背景技術：
現有的電梯系統(tǒng)等載人、載貨升降設備，一般主要由轎廂、對重、曳引機及驅動裝置等構成，曳引機通過曳引用鋼絲繩連接電梯轎廂及對重，通常對重的重量約為轎廂的自重連同額定載重的40-60%。電梯的曳引機大多采用變頻調速的驅動方式，由市電電源直接供給變頻器，再經變頻器變換調制后供給曳引機。電梯系統(tǒng)主要有兩種工作狀態(tài)，其一是耗電狀態(tài)電梯的轎廂側重量大于對重側重量時，電梯轎廂向上運行；電梯的轎廂側重量小于對重側重量時，電梯轎廂向下運行的兩種工況。其二是發(fā)電狀態(tài)電梯的轎廂側重量大于對重側重量時，電梯轎廂向下運行；電梯的轎廂側重量小于對重側重量，電梯轎廂向上運行的兩種工況，勢能做功，電梯處于發(fā)電狀態(tài)。在電梯處于發(fā)電狀態(tài)時，通常的做法是將曳引機發(fā)出的電能回饋到變頻器的直流母線上。此時，將造成直流母線電壓的升高，當直流母線上電壓值高于給定的閾值時，再從直流母線上將電能引出經逆變換成工頻交流市電回饋到電網。因此，逆變換的電壓、頻率、 及相位等參數要求較高，否則將變影響市電的品質。通常的做法還有將該發(fā)出的電能通過制動電阻的發(fā)熱消耗掉的方法，這種方法不適合當前節(jié)能減排要求；設置小容量的直流應急電源，其主要的作用是當市電電源發(fā)生停電時，作為后備的直流電源系統(tǒng)提供電梯就近?？?，打開電梯門，完成人員的解困等，但這種小容量的直流應急電源無法提供電梯系統(tǒng)的正常運行所需要的電能。如果想保證電梯能在市電電源停供的情況下運行，只能采用增加獨立的多組應急電源同時供電，并可快速度切換的方法，來消除暫時某一路電源停供可能造成的電梯停運。如公開號為CN1425214A的“交流電梯電源裝置”采用鎳氫電池作為能量存儲裝置，利用電源裝置的直流母線環(huán)節(jié)充電，沒能使用電波谷時的電能有效利用，也不能使用太陽能這一清潔能源；公開號為CN1835329A的“一種電梯用混合蓄能裝置及其控制方法”采用了超級電容和蓄電池，充電電源利用電網電源或直流母線環(huán)節(jié)，沒能有效利用電波谷時的電能，也不能使用太陽能這一清潔能源；公開號為CN101262139A “電梯專用太陽能轉換控制裝置”利用了太陽能，但不能將夜間用電波谷時的電能合理利用到白天用電波峰時段。由于當前電梯等升降設備常采用市電電源經(變頻器)整流、(脈寬)調制后，用于對曳引機進行供電。當電梯系統(tǒng)處于發(fā)電狀態(tài)時，該系統(tǒng)還可將曳引機的電機所產生的電能回饋到電網系統(tǒng)；當為電梯系統(tǒng)供電的市電電源停電時，在沒有備用電源的情況下電梯系統(tǒng)一般無法再進行工作。同時，通常電梯系統(tǒng)主要的運行時間在白天，白天通常也是用電的高峰時間，電梯系統(tǒng)作為民用建筑中主要的用電設備之一。當夜間到來時，電梯的使用頻率也降低直至停止工作，此時也是電網系統(tǒng)的波谷期。因此，用電高峰時電梯的運用在某種程度上也加劇了電力供應的矛盾。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種用于電梯均衡用電的節(jié)能型電梯驅動及能量轉換裝置，它解決了現有市電電源停供的情況下電梯無法運行和用電高峰時運行電梯加劇電力供應矛盾等問題，其設計合理，結構緊湊，電源能量轉換及時，用電匹配合理，有效地調整了電梯驅動裝置用電負荷與電力系統(tǒng)用電波峰、波谷之間的關系，減少因直流變換成交流造成的能量損失，達到節(jié)能和提高電梯運行效率的目的。本實用新型所采用的技術方案是該節(jié)能型電梯驅動及能量轉換裝置包括與市電電源相連接的整流逆變單元、直流電池組、曳引機和將曳引機發(fā)出的電能回饋到直流電池組的直流母線，以及充、放電控制回路，其技術要點是在所述直流電池組的輸入端并聯(lián)有太陽能電源或非市電的電源，直流電池組的輸出端通過直流母線及整流逆變單元與曳引機的電機連接，作為控制開關的IGBT模塊組裝在殼體的底部，緊貼散熱片，并在散熱片側面設置控制IGBT模塊工作溫度的調速風扇；控制回路的主控單元、充電單元、自動轉換單元和整流逆變單元的控制板采用層疊方式順序放置，充電單元疊放在自動轉換單元的正上方；主控單元疊放在整流逆變單元正上方；主控單元與整流逆變單元的端口通過扁平電纜連接，充電單元與自動轉換單元通過端口之間的扁平電纜傳輸驅動信號和電源信號，主控單元利用扁平電纜連接到充電單元；而直流母線通過自動轉換單元的端口與整流逆變單元的端口用硬線進行連接，做為主回路的在市電電源無法滿足需求的時候迅速提供保證電梯正常運行的電能的一個通道。由1681~模塊構成的01、02、03、04、05、06、07、08和09的所述控制開關中，Dl、D4
作為從直流母線為直流電池組充電的控制開關；D2、D3作為直流電池組放電的控制開關； D5作為能耗制動控制開關；D6、D7作為市電電源的導通或隔離控制開關；D8、D9作為利用太陽能為直流電池組充電的控制開關。本實用新型具有的優(yōu)點及積極效果是由于本實用新型的直流電池組的輸入端并聯(lián)有太陽能電源或非市電的電源，直流電池組的輸出端通過直流母線及整流逆變單元與曳引機的電機連接，作為控制開關的IGBT模塊組，組裝在殼體的底部，緊貼散熱片，并在散熱片側面設置控制IGBT模塊工作溫度的調速風扇，控制回路的主控單元、充電單元、自動轉換單元和整流逆變單元的控制板采用層疊方式順序放置，所以其設計合理，結構緊湊。因該能量轉換裝置采用絕緣柵式雙極晶體管(IGBT)模塊構成的控制開關，通過自動轉換單元進行控制，結合波谷蓄能技術、太陽能發(fā)電技術，故電源能量轉換及時，用電匹配合理，有效地調整了電梯驅動裝置用電負荷與電力系統(tǒng)用電波峰、波谷之間的關系，并能夠充分利用太陽能，達到節(jié)能和提高電梯運行效率的目的。因此，它解決了現有市電電源停供的情況下電梯無法運行和用電高峰時運行電梯加劇電力供應矛盾等問題。其工作原理是由于直流電池組的存在，對輸入的電能進行的儲存和緩沖，調整了電梯系統(tǒng)用電負荷與電力系統(tǒng)用電波峰、波谷之間的關系，將原來在電力系統(tǒng)用電的波峰轉移到了波谷用電，相當于節(jié)約了能源，促進了節(jié)能減排；同時在上述系統(tǒng)還可引入太陽能電源(太陽能發(fā)電板或其它非市電電源)對電梯驅動裝置進行供電，由于太陽能電源直接輸出的直流電可用于對驅動裝置的直流母線進行供電，當其有更多的電能余量時，也可用于對直流電池組的充電。再者，由于引入了直流電池組做為電梯驅動的電源，而不再是應急的驅動電源，可以最大的限度的減少電梯由于市電電源停電造成的停梯關人不能運行問題。 另外，直流電池組可以直接對驅動系統(tǒng)的直流母線進行充電，不再進行變換，減少了部分因為直流變換成交流造成的能量損失，而直流電池組的充電是在電力系統(tǒng)處于波谷時進行充電的，其變換的造成的能量損失與在波峰用電相比可以認為節(jié)能的。
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。

圖1是本實用新型的一種具體結構的分解示意圖。圖2是本實用新型采用電池組供電時的原理圖。圖3是本實用新型采用市電供電時的原理圖。圖4是本實用新型的一種自動轉換電路的電氣控制原理圖。圖中序號說明1主控單元(IC1)、2充電單元(IC2)、3自動轉換單元、4整流逆變單元(AC/DC)、5控制開關(Dl D9)、6散熱片、7風扇、E1、E2……En直流電池組、DC+/DC-直流母線、M曳引機的電機。
具體實施方式
根據圖1 4詳細說明本實用新型的具體結構。該節(jié)能型電梯驅動及能量轉換裝置包括與市電電源相連接的AC/DC整流逆變單元4，與整流逆變單元4選擇性連接的直流電池組E1、E2……En，曳引機和將曳引機發(fā)出的電能回饋到直流電池組的直流母線，以及充、 放電控制回路。其中在直流電池組的輸入端通?？蛇x擇的并聯(lián)太陽能電源或其它的非市電的電源，直流電池組的輸出端連接直流母線DC+/DC-及整流逆變單元4，整流逆變單元4的輸出端與曳引機的電機M連接，用來對電機M供電。其中控制回路的ICl主控單元1主要以CPUl為控制核心，其外圍電路包括直流母線的電壓檢測電路與輸出控制電路、系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示電路、串口數據上傳的通訊電路和鍵盤電路等。IC2充電單元2主要以CPU2為控制核心，其外圍電路包括直流電池組電壓及環(huán)境的溫度檢測電路、通訊電路、電流檢測電路和電壓檢測電路等。自動轉換單元3主要由充電電路、放電電路、電池組電壓檢測電路、由Dl D9 (IGBT模塊)作為控制開關5構成的分組切換電路和輸出短路保護電路等構成。整流逆變單元4包括驅動隔離電路、整流電路、逆變電路、供電電源電路、風扇風速調整電路、負載電流檢測電路等構成。上述控制回路中的ICl主控單元1、IC2充電單元2、自動轉換單元3和整流逆變單元4的控制板采用層疊方式順序放置，因此，整體結構緊湊。它解決了現有控制回路的電路板采用分立結構所帶來的占用空間大、需連接一定長度電纜、維護困難等問題。其采用層疊方式放置的順序是IC2充電單元2疊放在自動轉換單元3的正上方；ICl主控單元1疊放在整流逆變單元4正上方。ICl和IC2兩個單元可分別進行單邊自由旋轉，各單元電路損壞時，可隨時替換損壞部分，方便維修。作為控制開關5的大功率IGBT模塊組裝在殼體的底部，緊貼散熱片6，并在散熱片6的側面設置可調速風扇7，控制IGBT模塊工作溫度。各個控制單元之間僅用極短的排線連接即可即ICl主控單元1的端口 X40通過14針扁平電纜連接到整流逆變單元4的端口 X19，端口 X50通過20針扁平電纜連接到整流逆變單元4 的端口 X20。ICl主控單元1的端口 X31通過50針扁平電纜連接到IC2充電單元2的端口 X10，對兩者之間的通訊信號，實時交換信息對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控，調高效率。IC2充電單元 2的端口 X7與自動轉換單元3的端口之間由一個20針扁平電纜連接，傳輸驅動信號和電源信號。而直流母線DC+/DC-通過自動轉換單元3的端口 )(5和)(6與整流逆變單元4的端口 Xl和X2用硬線進行連接，做為主回路的一個通道，在市電電源無法滿足需求的時候迅速提供電能給系統(tǒng)保證電梯的正常運行。其中ICl的輸出控制電路全部通過隔離光耦驅動控制整流逆變單元4的輸出，使得曳引機等負載得到良好的控制波形。電壓檢測電路通過實時檢測整流逆變單元4的輸出電壓，能夠在異常情況下迅速切斷輸出電路，停止工作，防止危險發(fā)生。鍵盤電路與顯示電路主要是對系統(tǒng)各個單元的電壓電流和頻率等參數進行設置或者監(jiān)測。另外還包括系統(tǒng)運行時間、故障記錄和系統(tǒng)信息等參數。IC2充電單元2主要針對直流電池組，在外部提供電能的過程中，通過電壓檢測電路每隔Ims對直流電池組電壓進行檢測，并將直流電池組是否已經充滿的信息通過端口 X31實時傳遞給ICl進行相關控制。在充電過程中，通過電流控制電路對充電電流進行控制。同時，通過傳感器和溫度檢測電路對直流電池組溫度進行檢測，實時傳遞給ICl主控單元1。自動轉換單元3通過電壓檢測電路對直流母線電壓實時監(jiān)測，在用電高峰和用電低谷時，利用分組切換電路選擇充電電路和放電電路對直流母線進行切換，使得整個電梯對電能的利用率提高。保護電路針對工作過程中的電壓超過閥值及時對整個單元進行保護，防止燒毀其他電路單元。整流逆變單元4是整個系統(tǒng)的功率單元，完成基本的整流、逆變功能的同時，提供整個系統(tǒng)的電源回路。隔離電路將高壓和低壓部分完全隔離，避免電路異常時燒毀整個系統(tǒng)。負載檢測電路和風扇7的調速電路相互配合，輕載時，風扇7低速運行，重載時，風扇7 高速運行，保護核心部件IGBT在正常的溫度范圍內工作，保護系統(tǒng)的安全。在本實施例中分別采用絕緣柵式雙極晶體管(IGBT)模塊構成的Dl、D2、D3、D4、 D5、D6、D7、D8和D9作為控制開關5。其中D1、D4作為從直流母線為直流電池組充電的控制開關；D2、D3作為直流電池組放電的控制開關；D5作為能耗制動控制開關；D6、D7作為市電電源的導通或隔離控制開關；D8、D9作為利用太陽能電源為直流電池組充電的控制開關。當采用市電電源供電時，可通過帶有CPU中央處理器的ICl主控單元1控制D6、 D7的導通，將市電電源接入為電梯提供電源；當發(fā)生停電或采用直流電池組供電時ICl主控單元1控制D6、D7的截止，將市電電源隔離；當夜間處于用電低谷，并且ICl主控單元1 檢測到電梯處于待機狀態(tài)(無人使用電梯)時，控制Dl、D4導通，D2、D3關斷，可利用市電電源為直流電池組E1、E2……En充電；也可用同樣的方式在電機處于發(fā)電狀態(tài)，使得直流母線之間電壓高于閥值時，開啟Dl、D4為直流電池組充電；當白天系統(tǒng)檢測到直流電池組電壓低時，還可使用太陽能電源為直流電池組充電，ICl主控單元1通過控制D1、D2、D3、D4關斷，IC2充電單元2控制D8、D9導通時，可利用太陽能電源或其它非市電電源為直流電池組充電，ICl與IC2之間采用雙口 RAM進行實時通訊，交換系統(tǒng)信息；當白天處于用電高峰時， 可利用直流電池組中存儲的電能驅動電梯，由ICl主控單元1控制D2、D3導通，DU D4關斷，釋放直流電池組El、E2……En儲存的電能用于驅動電梯運行，從而起到均衡用電的目的。直流電池組E1、E2……En的充電、放電過程可以分別控制，也可以同時控制。實施例與市電電源相連接的整流逆變單元4用來完成對交流市電進行整流，變成可對直流電池組及直流母線供電的直流電；與整流逆變單元4選擇性連接的直流電池組E1、 E2……En，將整流后的直流電完成對直流電池組的充電；整流逆變單元4包含直流母線及整流電路、逆變電路，將整流后的直流電完成對直流母線的充電；在直流電池組的輸入端通?？蛇x擇的并聯(lián)有太陽能電源或其它的非市電的電源輸入，非市電的電源輸入通常是直流電源或其它交流電源經變換成直流電源并高于直流電池組的輸出電壓，以保證能對直流電池組進行充電。直流電池組的輸出連接包含直流母線及整流逆變單元4，該單元的輸出與曳引機的電機M連接，用來對電機M供電，當電梯系統(tǒng)處于發(fā)電狀態(tài)時，由電機M發(fā)出的電能也可以通過逆變電路回饋到直流母線上使直流母線電壓升高，當直流母線上的電壓值高于規(guī)定閾值時，直流母線反向對直流電池組充電。各電源之間的轉換可通過IGBT模塊組的導通或截止來控制。其工作原理是IC1主控單元1通過內部系統(tǒng)時鐘電路判斷當電梯處于用電的波谷時間(如晚上)，通過控制Dl、D4導通，將市電轉化成直流電存儲于直流電池組E1、 E2、……En中，同時，在電梯運行時的發(fā)電狀態(tài)下也將其發(fā)出的電能由直流母線上通過D1、 D4直接供給到直流電池組中，用于給直流電池組充電。當電梯工作時，直接以直流電池組給曳引機供電，曳引機可采用直流無刷曳引機或永磁同步曳引機，當采用直流無刷曳引機時， 直流電池組直接向變頻器(控制器)的直流母線供電，當直流母線高于規(guī)定閾值時(曳引機處于發(fā)電狀態(tài))，此時直流母線將反向直流電池組充電，將多余的電能儲存于直流電池組中，此時電梯相當于采用自身直流電池組儲存的電力完成電梯的驅動，外界的市電只有當電梯的電池組中的電力不足時，才將該電力引入電梯驅動系統(tǒng)中，此時如處于電力系統(tǒng)的用電高峰期待時，優(yōu)先滿足對電梯驅動的用電需要，當此時的電力系統(tǒng)的用電處于波谷時則優(yōu)先完成對電梯的電池組充電，由于電梯的直流電池組的存在，對輸入的電能進行的儲存和緩沖，調整了電梯系統(tǒng)用電負荷與電力系統(tǒng)用電波峰波谷之間的關系，將原來在電力系統(tǒng)用電的波峰用電轉移到了波谷用電，相當于節(jié)約了能源，促進了節(jié)能減排；同時在該裝置還可通過自動轉換單元利用太陽能電源的能量對電梯驅動系統(tǒng)進行供電，通過自動轉換單元直接輸出的直流電可用于對驅動曳引機的直流母線進行供電，當其有更多的電能余量時，也可用于對電梯直流電池組的充電。再者，由于引入了直流電池組做為電梯驅動的電源系統(tǒng)，而不再是應急的驅動的電源，可以最大的限度的減少電梯由于市電停電造成的停梯關人不能運行問題。另外，直流電池組可以通過自動轉換單元提供的通道直接對驅動系統(tǒng)的直流母線進行充電，不再進行變換，減少了部分因為直流變換成交流造成的能量損失，而直流電池組的充電是在電力系統(tǒng)處于波谷時進行充電的。其工作過程如下1、采用交流市電對直流電池組El進行充電，同時當電梯運行在發(fā)電狀態(tài)下時所產生的電能也由直流母線對直流電池組El進行充電，同時充滿電的直流電池組E2用來給曳引機驅動的直流母線及其它附件供直流電，用來驅動電梯運行，當直流電池組E2電能消耗終止時，將曳引機的供電切換到直流電池組E1，此時通過市電電源及電梯運行在發(fā)電狀態(tài)下時所產生的電能對直流電池組E2進行充電，如此完成對所有直流電池組En的充、放電[0033] 2、采用交流市電電源及太陽能電源對直流電池組El進行充電，同時當電梯運行在發(fā)電狀態(tài)下時所產生的電能也由直流母線對直流電池組El進行充電，同時充滿電的直流電池組E2用來給曳引機的變頻器的直流母線及其它附件供直流電，用來驅動電梯運行， 當直流電池組E2電能消耗終止時，將曳引機的供電切換到直流電池組E1，此時通過太陽能電源、市電電源及電梯運行在發(fā)電狀態(tài)下時所產生的電能對直流電池組E2進行充電，如此完成一個循環(huán)。
權利要求1.一種用于電梯均衡用電的節(jié)能型電梯驅動及能量轉換裝置，包括與市電電源相連接的整流逆變單元、直流電池組、曳引機和將曳引機發(fā)出的電能回饋到直流電池組的直流母線，以及充、放電控制回路，其特征在于在所述直流電池組的輸入端并聯(lián)有太陽能電源或非市電的電源，直流電池組的輸出端通過直流母線及整流逆變單元與曳引機的電機連接， 作為控制開關的IGBT模塊組裝在殼體的底部，緊貼散熱片，并在散熱片側面設置控制IGBT 模塊工作溫度的調速風扇；控制回路的主控單元、充電單元、自動轉換單元和整流逆變單元的控制板采用層疊方式順序放置，充電單元疊放在自動轉換單元的正上方；主控單元疊放在整流逆變單元正上方；主控單元與整流逆變單元的端口通過扁平電纜連接，充電單元與自動轉換單元通過端口之間的扁平電纜傳輸驅動信號和電源信號，主控單元利用扁平電纜連接到充電單元；而直流母線通過自動轉換單元的端口與整流逆變單元的端口用硬線進行連接，做為主回路的在市電電源無法滿足需求的時候迅速提供保證電梯正常運行的電能的一個通道。
2.根據權利要求1所述的節(jié)能型電梯驅動及能量轉換裝置，其特征在于由IGBT模塊構成的Dl、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8和D9的所述控制開關中，Dl、D4作為從直流母線為直流電池組充電的控制開關；D2、D3作為直流電池組放電的控制開關；D5作為能耗制動控制開關；D6、D7作為市電電源的導通或隔離控制開關；D8、D9作為利用太陽能為直流電池組充電的控制開關。
專利摘要一種用于電梯均衡用電的節(jié)能型電梯驅動及能量轉換裝置，它解決了現有市電電源停供的情況下電梯無法運行和用電高峰時運行電梯加劇電力供應矛盾等問題，其技術要點是在直流電池組的輸入端并聯(lián)有太陽能電源，輸出端通過直流母線及整流逆變單元與曳引機的電機連接，作為控制開關的IGBT模塊組裝在殼體的底部，緊貼散熱片，并在散熱片側面設置控制IGBT模塊工作溫度的調速風扇；控制回路的各單元的控制板采用層疊方式順序放置。其設計合理，結構緊湊，電源能量轉換及時，用電匹配合理，有效地調整了電梯驅動裝置用電負荷與電力系統(tǒng)用電波峰、波谷之間的關系，減少因直流變換成交流造成的能量損失，達到節(jié)能和提高電梯運行效率的目的。
文檔編號B66B11/04GK202321891SQ201120398970
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權日2011年10月19日
發(fā)明者李振才, 王福強, 苗宇 申請人:沈陽博林特電梯股份有限公司