CN101159425A

CN101159425A - 电梯扶梯组群变频驱动统一供电节能运行方法及装置

Info

Publication number: CN101159425A
Application number: CNA2007101575453A
Authority: CN
Inventors: 王武; 隋舒杰; 李实�
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2008-04-09

Abstract

一种电梯扶梯组群变频驱动统一供电节能运行方法及装置，采用同一个AC/DC变换器，并与制动单元并联后，利用一个公共直流母线将直流电源统一供给组群内的控制所有电梯、扶梯的多台DC/AC变频调速器及电机，并且由此形成组群中各驱动单元间能量交换的通道，将组群内处于发电运行状态的驱动单元的电能，提供给其它正处在电动运行状态的驱动单元。它有效地解决了现有技术存在的浪费能量、容易造成电网污染等问题，运行方法设计合理，结构简单，使用安全，与同类运行方法及装置相比，既能使下行扶梯反馈的电能全部被上行扶梯所利用，减少电网的供电，具有明显的节能效果，同时又能确保电网运行的稳定，降低装置的制造成本。

Description

电梯扶梯组群变频驱动统一供电节能运行方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于电梯、扶梯组群节能运行方法及装置。特别是一种电梯、扶梯组群变频驱动统一供电节能运行方法及装置。其特点是将多台电梯、扶梯进行组群控制，利用统一供电的直流母线，使处于发电运行状态的电梯、扶梯反馈的电能供给处于电动运行状态的电梯、扶梯，有效利用回馈电能，达到节能目的。

背景技术

现代建筑业的发展使建筑物中电梯和扶梯的数量大量增加，一般都装有二台以上的电梯或扶梯，大型建筑有时可多达几十台电梯或扶梯。所谓组群是指两台及两台以上的电梯、扶梯系统。当两台以上的电梯、扶梯同时运行时，由于电梯、扶梯是位能型负载，各梯可能处于电动或发电不同的运行状态。现代电梯技术的发展，使电梯的驱动一般都使用变频调速(VVVF)技术，通常为AC-DC-AC方式。目前的方法是：每一台电梯或扶梯采用一台独立的变频调速器驱动，利用变频调速器从电网中取得交流电源，输出相同功率交流电到驱动电机，带动电梯或扶梯上下运行。由于电梯、扶梯是一种典型的位能型负载，所以一般情况下，在大约50％左右的运行时间中，电机处于电动运行状态，从电网中获取能量，在另外大约50％左右的运行时间中，电机处于发电运行状态，电机产生电能。在某些特殊情况下，如：下行的扶梯，在位能负载的作用下始终处于发电运行状态。由于各台电梯或扶梯的驱动装置都是独立的，它们之间没有能量交换的通道，因此发电运行状态电梯或扶梯所产生的能量必须通过某种方式释放掉。目前采用的VVVF技术，其方法是使用一制动单元监测变频器直流母线的电压，当电压高于其能承受的范围时，接通一制动电阻，使用制动电阻释放电机反馈的电能，将其白白消耗掉，造成能源的大量浪费。也有少部分采用独立的能量回馈装置将其回馈到电网，如申请号为200510105707.x的《电动机驱动装置》，其使用一回馈逆变装置，逆变装置监测直流母线的电压的升高超过承受范围时，启动回馈逆变装置将电能经逆变后回馈电网。但这种装置造价很高，且其回馈电网的能量由于波形畸变，有可能造成电网的污染，严重时会影响其他设备的运行，因此很少在现场采用。另外一种作为解决此类反馈能量问题的方法是由日本专利2000-1141440号公开的电机驱动装置，在直流母线上连接蓄电器，在电动机处于发电运行期间，存储部分电能，处于电动运行期间，提供部分电能，该方式需要大容量的蓄电单元(如大容量电容)。为了存储较大的能量，使用的蓄电单元必须承受高压，同时直流母线的电压也随之升高，电机的反电动势也要达到较高值，影响电机的运行。

就目前电梯变频调速的使用情况来看，90％以上的电梯使用制动电阻的方式消耗回馈电能。使用回馈逆变装置或蓄电单元在电梯变频调速上，由于其存在的技术难题，只能在部分实验或示范电梯上试用。

一台独立的变频调速器采用AC-DC-AC方式，将多台AC-DC-AC中的DC链路连接，也能形成本发明提供的公共直流母线统一供电的方法。但是目前独立的变频调速器，是按单台驱动设计的，如并接其DC链路，变频器将无法正常运行。其主要存在以下问题：1、无法解决单台上电充电问题，单台上电由于并接DC链路会同时给其他变频调速器上电，单台AC-DC由于过载会造成烧毁；2、由于并接DC链路，直流母线的电压有别于单台变频调速器，变频调速器会进行自我保护；3、其原有的制动单元工作不同步，会造成制动单元的过载烧毁。因此，现有变频调速器装置有待进一步改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种电梯扶梯组群变频驱动统一供电节能运行方法及装置，它有效地解决了现有独立驱动方法使用制动电阻所造成能量大量浪费以及使用能量回馈装置造价高且有可能造成电网污染等问题，其运行方法设计合理，结构简单，使用安全，与同类运行方法及装置相比，既能使下行扶梯反馈的电能全部被上行扶梯所利用，减少电网的供电，具有明显的节能效果，同时又能确保电网运行的稳定，降低装置的制造成本。

本发明的目的是这样实现的：该电梯扶梯组群变频驱动统一供电节能运行方法，包括电源变换器及通过公共直流母线连接的驱动电梯或扶梯运行的变频调速器和电机组成的通道，其技术要点是：采用同一个将电网交流电源转换成直流电源的AC/DC变换器，其与制动单元并联后，经公共直流母线将直流电源统一供给电梯、扶梯组群内的多台DC/AC变频调速器，以控制驱动相应电梯、扶梯运转的电机，使得电梯、扶梯组群内分别存储处于发电运行状态的电梯、扶梯的电能反馈至公共直流母线，再提供给电动运行状态的电梯、扶梯，由此形成电梯、扶梯组群中各驱动单元间能量交换的通道。

所述组成AC/DC变换器的整流回路通过充电接触器触点、充电电阻、上电充电控制器和电容连接公共直流母线。

所述DC/AC变频调速器的由功率元件及与其并联的二极管构成的桥式回路控制驱动电梯或扶梯运行的电机，并通过DC/AC变频调速器的驱动逆变控制器来控制功率元件，所述桥式回路通过充电接触器触点、充电电阻、上电充电控制器和电容接入公共直流母线。

所述制动单元的检测控制电路通过与IGBT串联的制动电阻并接在公共直流母线上。

该电梯扶梯组群变频驱动统一供电节能运行装置，包括电源变换器及通过公共直流母线连接的驱动电梯或扶梯运行的变频调速器和电机，其技术要点是：所述AC/DC变换器由整流回路、充电接触器触点、充电电阻、上电充电控制器和电容组成，其利用与制动单元串接的制动电阻并联后，通过公共直流母线分别与驱动电梯或扶梯运行的、形成能量交换通道的电梯、扶梯组群内的多台DC/AC变频调速器和电机连接。

所述组成AC/DC变换器的整流回路串接充电电阻及充电接触器触点和上电充电控制器，并与电容并联后连接公共直流母线。

所述DC/AC变频调速器包括由功率元件和与其并联的二极管构成的桥式回路及控制桥式回路的功率元件和电机的驱动逆变控制器，该桥式回路通过充电电阻、充电接触器触点、上电充电控制器和电容接入公共直流母线。

所述与公共直流母线并接的制动单元由检测控制电路和IGBT组成，并通过IGBT串接制动电阻。

由于本发明的方法采用同一个AC/DC变换器，并与制动单元并联后，经公共直流母线将直流电源统一供给电梯、扶梯组群内的多台DC/AC变频调速器，以控制驱动相应电梯、扶梯运转的电机，利用一个公共直流母线统一给组群中控制所有电梯、扶梯的变频调速器及电机供电，并且由此形成组群中各驱动单元间能量交换的通道，所以利用这一通道，可以将组群中处于发电运行状态的驱动单元所发出的电能进入公共直流母线；此时组群中的其它正处在电动运行状态的驱动单元，则可通过公共直流母线，直接利用处于发电运行状态的驱动单元所发出的电能。同时，公共直流母线上的电容器也可存储部份电能。群组电梯、扶梯处于发电运行状态所发的电能与电动运行状态需要的电能相等时，不需要电网供电。如果群组电梯、扶梯处于发电运行状态所发的电能小于电动运行状态需要的电能时，电网提供不足部分电能。但是如果群组电梯、扶梯处于发电运行状态所发的电能大于电动运行状态需要的电能时，再通过制动电阻消耗多余电能。组群中的电梯、扶梯数量越多，这种变频驱动统一供电节能运行方法及装置的节能效果越明显。

本发明方法及装置完全符合目前市场对电梯、扶梯变频调速技术的使用要求，同时又能节约大部分电梯使用电能，有利于在电梯控制上进行实际推广应用。

本发明的运行装置中的DC/AC变频调速器，可以对驱动电机进行调速控制，同时可以方便地将电机发出的电能回馈到公共直流母线。为了形成公共直流母线，本发明设计了一种专用的AC/DC变换器，将公共电网的交流电源变换成直流母线电源，在公共直流母线上分布的电容器可以暂时存储未被利用的电能，这样可以提高整个系统的节能效率。一般的分析计算认为，采用本发明所组成的电梯扶梯组群系统比传统方法节省全部用电的20％-40％，系统的造价也有较大降低。

采用公共母线统一供电方法，使处于发电运行状态的电梯或扶梯可以向组群内任一处于电动运行状态的电梯或扶梯供电。另外一种典型的情况：当安装在同一楼层的两台扶梯，一台上行、一台下行。上行扶梯始终处于电动状态，下行扶梯始终处于发电状态，因采用公共直流母线统一供电方法，下行扶梯反馈的电能全部被上行扶梯所利用，故明显减少电网的供电，节约电能。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的一种统一供电节能运行方法的原理框图。

图2是本发明的一种统一供电节能运行装置的结构图。

图3是图2中的驱动逆变控制器的一种原理框图。

图中序号说明：1电源、2AC/DC变换器、3整流回路、4充电电阻、5充电接触器触点、6上电充电控制器、7公共直流母线、8制动电阻、9制动单元、10 IGBT(绝缘栅式双极晶体管模块)、11检测控制电路、12上电充电控制器、13 DC/AC变频调速器、14电机、15电梯、扶梯、16驱动逆变控制器、17 DC/AC变频调速器、18电机、19电梯、扶梯。

具体实施方式

根据图1-3详细说明本发明运行方法的工作原理及其运行装置的具体结构。该电梯扶梯组群变频驱动统一供电节能运行方法，是采用同一个将电网交流电源转换成直流电源的AC/DC变换器2，其与制动单元9并联后，经公共直流母线7将直流电源统一供给电梯、扶梯组群内的多台DC/AC变频调速器13或17，以控制驱动相应电梯、扶梯15或19运转的电机14或18。该方法利用一个公共直流母线7统一给组群中控制所有电梯、扶梯14、18的变频调速器13、17及电机14、18供电，并且由此形成组群中各驱动单元间能量交换的通道。利用这一通道，可以使得电梯、扶梯组群内分别存储处于发电运行状态的电梯、扶梯15或19的电能反馈至公共直流母线7，再提供给电动运行状态的电梯、扶梯15或19，由此形成电梯、扶梯组群中各驱动单元间能量交换的通道。

其中AC/DC变换器2由整流回路3、充电电阻4、充电接触器触点5、电容C1和上电充电控制器6组成。AC/DC变换器2的整流回路3通过充电接触器触点5、充电电阻4、上电充电控制器6和电容C1连接公共直流母线7。整流回路3和上电充电控制器6采用常用控制电路，通过整流回路3将电网提供的三相交流电源1转换为直流电源，形成公共直流母线7的电源。与公共直流母线7连接的电容C1，为电机14或18的运转提供瞬间大电流，或者使整流回路3输出的电源平滑，避免波动；同时可以存储部分处于制动状态电机14或18回馈的电能。

DC/AC变频调速器13或17包括由功率元件和与其并联的二极管构成的桥式回路，控制桥式回路的功率元件和电机14或18的驱动逆变控制器16及桥式回路与公共直流母线7连接的充电接触器触点5、充电电阻4、上电充电控制器6和电容C2等件。其中桥式回路控制驱动电梯或扶梯运行的电机14或18，并通过驱动逆变控制器16来控制功率元件，桥式回路通过充电接触器触点5、充电电阻4、上电充电控制器12和电容C2、C3接入公共直流母线7。

制动单元9的检测控制电路11通过与IGBT 10串联的制动电阻8并接在公共直流母线7上。

该电梯、扶梯组群变频驱动统一供电节能运行装置，包括一个AC/DC变换器2及通过公共直流母线7连接组群中的驱动电梯或扶梯15、19运行的多台DC/AC变频调速器13、17和电机14、18等件。AC/DC变换器2由整流回路3、充电接触器触点5、充电电阻4、上电充电控制器6和电容C1组成。整流回路3将电网提供的三相交流电源1转换为公共直流母线7电源，为了避免电容C1在上电时充电电流过大，设置有上电充电控制器6，上电时先通过充电电阻4充电，充电完成后再用充电接触器触点5短接充电电阻4。

AC/DC变换器2利用与制动单元9串接的制动电阻8并联后，通过公共直流母线7分别与驱动电梯或扶梯15、19运行的、形成能量交换通道的电梯、扶梯组群内的多台DC/AC变频调速器13、17和电机14、18连接。

组成AC/DC变换器2的整流回路3串接充电电阻4及充电接触器触点5和上电充电控制器6，并与电容C1并联后连接公共直流母线7。

DC/AC变频调速器13、17包括由功率元件和与其并联的二极管构成的桥式回路及控制桥式回路的功率元件和电机的驱动逆变控制器16，为了避免DC/AC变频调速器13、17接入直流母线7上电时，由于电容C2、C3充电产生过大的冲击电流，DC/AC变频调速器13、17采用了与AC/DC变换器2的上电充电控制器6相同原理的上电充电控制器12。该桥式回路也通过充电电阻4、充电接触器触点5、上电充电控制器12和电容C2、C3接入公共直流母线7。桥式回路也可以使用集成部分控制IPM模块等组成。这些元件或模块由驱动逆变控制器16产生PWM(Pulse-Width Modulation脉宽调制)控制，转换为要求的电压及频率驱动电机14、18，进行速度控制，当电机14、18处于电动状态时DC/AC变频调速器13、17将从公共直流母线7获取电能控制电机运转，从而带动电梯或扶梯15、19运行。当电机14、18处于发电状态时DC/AC变频调速器13、17将电能反馈回公共直流母线7。

驱动逆变控制器16，如图3所示，由常用的速度给定、电流反馈、电压反馈、电机运行速度反馈、矢量运算、PWM输出等电路组成。驱动逆变控制器16由速度给定提供电梯、扶梯需要运行的速度，然后驱动逆变控制器16根据电流反馈、电压反馈、电机运行速度反馈等进行矢量运算，输出PWM控制功率元件或IPM模块，驱动电机按设定速度运转。

与公共直流母线7并接的制动单元9由检测控制电路11和IGBT 10组成，并通过IGBT了10串接制动电阻8。检测控制电路11检测公共直流母线7存储反馈的电压超过设定值，如超过设定值，控制IGBT 10导通，使多余的电能通过制动电阻8释放掉，当公共直流母线7的电压低于设定值，关断IGBT(10)，停止释放电能。

本发明方法及装置的工作过程如下：当形成能量交换通道的电梯、扶梯组群内的电梯、扶梯15的电机14处于电动运行时，DC/AC变频调速器13从公共直流母线7获取电能，同时驱动组群内的电梯、扶梯19的电机18处于发电运行状态，电机18产生的电能经DC/AC变频调速器17回馈到公共直流母线7，回馈的电能直接供给DC/AC变频调速器13使用。当电机18反馈的电能等于电机14需要的电能时，装置不从电网获取电能。当电机18反馈的电能小于电机14需要的电能时，电网提供不足部分电能。当电机18反馈的电能大于电机14需要的电能或电机18和电机14同时处于发电状态时，部分电能存储于C2、C3等电容，其余的电能通过独立的制动单元9控制，使电能消耗于制动电阻8上。本实施方式只以电梯、扶梯组群内的两台电梯或扶梯15、19工作为例进行说明，其它电梯或扶梯的工作原理与其相同。

Claims

1.一种电梯扶梯组群变频驱动统一供电节能运行方法，包括电源变换器及通过公共直流母线连接的驱动电梯或扶梯运行的变频调速器和电机组成的通道，其特征在于：采用同一个将电网交流电源转换成直流电源的AC/DC变换器，并利用与制动单元并联后，经公共直流母线将直流电源统一供给电梯、扶梯组群内的多台DC/AC变频调速器，以控制驱动相应电梯、扶梯运转的电机，使得电梯、扶梯组群内分别存储处于发电运行状态的电梯、扶梯的电能反馈至公共直流母线，再提供给电动运行状态的电梯、扶梯，由此形成电梯、扶梯组群中各驱动单元间能量交换的通道。

2.根据权利要求1所述的电梯扶梯组群变频驱动统一供电节能运行方法，其特征在于：所述组成AC/DC变换器的整流回路通过充电接触器触点、充电电阻、上电充电控制器和电容连接公共直流母线。

3.根据权利要求1所述的电梯扶梯组群变频驱动统一供电节能运行方法，其特征在于：所述DC/AC变频调速器的由功率元件及与其并联的二极管构成的桥式回路控制驱动电梯或扶梯运行的电机，并通过DC/AC变频调速器的驱动逆变控制器来控制功率元件，所述桥式回路通过充电接触器触点、充电电阻、上电充电控制器和电容接入公共直流母线。

4.根据权利要求1所述的电梯扶梯组群变频驱动统一供电节能运行方法，其特征在于：所述制动单元的检测控制电路通过与IGBT串联的制动电阻并接在公共直流母线上。

5.一种电梯扶梯组群变频驱动统一供电节能运行装置，包括电源变换器及通过公共直流母线连接的驱动电梯或扶梯运行的变频调速器和电机，其特征在于：所述AC/DC变换器由整流回路、充电接触器触点、充电电阻、上电充电控制器和电容组成，其利用与制动单元串接的制动电阻并联后，通过公共直流母线分别与驱动电梯或扶梯运行的、形成能量交换通道的电梯、扶梯组群内的多台DC/AC变频调速器和电机连接。

6.根据权利要求5所述的电梯扶梯组群变频驱动统一供电节能运行装置，其特征在于：所述组成AC/DC变换器的整流回路串接充电电阻及充电接触器触点和上电充电控制器，并与电容并联后连接公共直流母线。

7.根据权利要求5所述的电梯扶梯组群变频驱动统一供电节能运行装置，其特征在于：所述DC/AC变频调速器包括由功率元件和与其并联的二极管构成的桥式回路及控制桥式回路的功率元件和电机的驱动逆变控制器，该桥式回路通过充电电阻、充电接触器触点、上电充电控制器和电容接入公共直流母线。

8.根据权利要求5所述的电梯扶梯组群变频驱动统一供电节能运行装置，其特征在于：所述与公共直流母线并接的制动单元由检测控制电路和IGBT组成，并通过IGBT串接制动电阻。