CN102897615A - 电梯的电能回馈装置、回馈方法以及电梯 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种电能回馈装置、回馈方法以及电梯。本发明提供的电梯的电能回馈装置包括一采样单元、一传输单元和一中央处理单元；所述采样单元电性连接所述电梯的供电网络与所述中央处理单元；所述传输单元电性连接所述电梯的马达驱动器，并通过一交流电抗器电性连接所述供电网络；所述中央处理单元电性连接所述传输单元。本发明的优点在于，通过采用传输单元与电梯的马达驱动器电性连接，以在马达驱动器处于发电状态下将马达驱动器的能量回馈至所述供电网络，从而达到节能的效果。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种电梯的电能回馈装置、回馈方法以及电梯。
背景技术
根据中国电梯行业协会的统计数字，截至目前国内电梯的保有量约为150万台，国内每年销售的新梯正以15万台以上的速度递增，中国已经成为世界电梯超级大国。随着中国电梯数量的不断激增，一部普通的电梯每天约用电50-150度。按照每台电梯每天用电量80度/天计算。按照保守数量全国电梯150万台计算，每天消耗电能约为12000万度，每年的消耗的电能为438亿度，全国每年电梯消耗的电能相当于三峡水电站7个月的发电量，可见电梯消耗电能巨大。电梯节能需求刻不容缓，节能电梯将是未来电梯发展的必然趋势。
电梯的运动规律很特殊，基本为上行和下行各占50%，而电梯在空载上行时，由于电梯的对重拖动电梯走，所以此时电梯的曳引机处于发电状态，同样当电梯满载下行时，电梯也是处于发电状态。
由于电梯在空载上行和满载下行时，曳引机是发电状态，曳引机所发的电会使驱动器的直流电压升高，为了保证驱动器的正常工作，必须将所发的电能释放掉，传统的做法是在驱动器上加制动单元和制动电阻，以热损耗的方式将曳引机所发的电能通过制动电阻消耗掉。
由于曳引机所发的电能被制动电阻以热能耗的方式消耗掉，没有有效的利用起来。目前也有一些方式方案将这部份能耗加以利用，主要有以下几种。
1、采用大电容储能的方式，在电梯曳引机处于发电状态时，通过电路给大电容来充电，而大电容的电能用来给驱动器的控制电路部份来提供电能。采用大电容储能的方式是对所发电能的再利用的一种进步，但是驱动器的控制电路部份功率很小，所以所消耗的电能也很小，因此曳引机所发的电能无法全部储存在大电容中，无法储存的部份还是需要通过制动电阻以热能的方式来消耗掉。
2、采用蓄电池的储能方式，其实这种方式和采用大电容的方式的原理相同。
3、更为简单节能方式是通过在电梯空闲状态下，将驱动器和照明的电源切断实现节能，其实这这种节能方式并没有电梯真正理解的能量消耗的方式。
以上的电梯节能方案都存在着无法真正实现节能的目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种电能回馈装置、回馈方法以及电梯，能够真正实现节能的目的。
为了解决上述问题，本发明提供了一种电梯的电能回馈装置，包括一采样单元、一传输单元和一中央处理单元；所述采样单元电性连接所述电梯的供电网络以及所述中央处理单元，用以采集所述供电网络的交流电信号，并将采集到的交流电信号输入至所述中央处理单元；所述传输单元电性连接所述电梯的马达驱动器，并通过一交流电抗器电性连接所述供电网络，其中，所述马达驱动器处于耗电状态时，通过所述传输单元将所述供电网络的能量输送至所述马达驱动器，以及所述马达驱动器处于发电状态时，通过所述传输单元将所述马达驱动器产生的能量回馈至所述供电网络；所述中央处理单元电性连接所述传输单元，用以将所述采样单元获得的所述交流电信号输入至所述传输单元。
可选的，所述传输单元进一步包括一检测器、一脉宽调制器和一开关器件；所述开关器件与所述马达驱动器电性连接，并通过所述交流电抗器与所述供电网络电性连接，以在所述马达驱动器处于耗电状态下将所述供电网络的交流电整流成直流电传输至所述马达驱动器，并在所述马达驱动器处于发电状态下将所述马达驱动器产生的直流电逆变成交流电传输至所述供电网络；所述检测器电性连接所述马达驱动器以及所述中央处理单元，用以检测所述马达驱动器的工作状态，并将检测到的所述马达驱动器的工作状态输入至所述中央处理单元；所述脉宽调制器电性连接所述中央处理单元以及所述开关器件，用以获得所述供电网络的所述交流电信号，并在所述马达驱动器处于发电状态下控制所述开关器件传输至所述供电网络的电流与所述供电网络的固有电流同步。
可选的，所述检测器进一步包括一电容和一阈值判断器，所述电容电性耦接至所述马达驱动器，所述阈值判断器电性耦接至所述电容和所述中央处理单元，用以将所述电容两端的电压与一电压阈值进行比较，并根据比较结果向所述中央处理单元发送控制信号。
可选的，进一步包括一通讯端口，所述通讯端口与所述中央处理单元电性连接，用于向总线汇报所述电能回馈装置的工作参数。
可选的，所述工作参数包括工作时间、能量回馈的总能量以及回馈频率。
可选的，进一步包括一外部多功能端子，所述外部多功能端子与所述中央处理单元电性连接，用于连接一外部控制装置，以控制所述电能回馈装置的启动、停止，并提取所述电能回馈装置的故障码。
可选的，所述采样单元包括一电压检测器和一电流检测器，所述电压检测器用以采集所述供电网络的交流电压信号，以及所述电流检测器用以采集所述供电网络的交流电流信号。
可选的，所述马达驱动器的发电状态对应于所述电梯的空载上行或满载下行。
本发明进一步提供了一种电梯的电能回馈方法，采用上述的装置，并包括如下步骤；采用所述采样单元采集所述供电网络的交流电信号；所述传输单元检测所述马达驱动器的工作状态，并将检测到的所述马达驱动器的工作状态发送至所述中央处理单元；如果所述马达驱动器处于发电状态，则所述中央处理单元控制所述传输单元将所述马达驱动器产生的能量回馈至所述供电网络，回馈电流受所述采样单元所采集的信号控制，以保证与所述供电网络的固有电流同步。
可选的，所述传输单元进一步包括一检测器、一脉宽调制器和一开关器件；所述传输单元检测所述马达驱动器的工作状态的步骤进一步包括采用所述检测器检测所述马达驱动器的工作状态，并将检测到的所述马达驱动器的工作状态发送至所述中央处理单元；所述回馈电流受所述采样单元所采集的信号控制进一步是所述脉宽调制器从所述中央处理单元获得所述交流电信号，并以此控制所述开关器件传输至所述供电网络的交流电流与所述供电网络的固有电流同步。
可选的，所述检测器进一步包括一电容和一阈值判断器，所述电容电性耦接至所述电梯的马达驱动器，所述阈值判断器电性耦接至所述电容；采用所述检测器检测所述电梯的马达驱动器的工作状态进一步包括采用所述阈值判断器将所述电容两端的电压与一电压阈值进行比较，并根据比较结果向所述中央处理单元发送表示所述马达驱动器工作状态的信号。
可选的，所述阈值判断器向所述中央处理单元发送一高电平信号，以表示所述马达驱动器处于耗电状态；所述阈值判断器向所述中央处理单元发送一低电平信号，以表示所述马达驱动器处于发电状态。
本发明还提供了一种电梯，包括一马达驱动器、一交流电抗器以及如上述的电能回馈装置。
本发明的优点在于，通过采用传输单元与电梯的马达驱动器电性连接，以在马达驱动器处于发电状态下将马达驱动器的能量回馈至所述供电网络，从而达到节能的效果。
附图说明
附图1是本具体实施方式所述电梯的控制系统结构示意图。
附图2是附图1所示控制系统的一种具体架构图。
附图3是附图2对应的配电图。
附图4是本发明的具体实施方式所述电能回馈方法的实施步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的电梯的电能回馈装置、回馈方法以及电梯的具体实施方式做详细说明。
附图1所示是本具体实施方式所述电梯的控制系统结构示意图，包括马达驱动器100、交流电抗器110和电能回馈装置130，所述马达驱动器100电性连接至所述电能回馈装置130，所述电能回馈装置130进一步通过所述交流电抗器110连接至供电网络150。
电能回馈装置130进一步包括采样单元131、传输单元133、中央处理单元135、通讯端口137和外部多功能端子139。
采样单元131与供电网络150以及中央处理单元135电性连接，以采集供电网络150的交流电信号，包括供电网络150中三相交流电中每一相的电流和电压信号。采样单元131并与中央处理单元135电性连接，以将从供电网络150中采集到的交流电信号输入至所述中央处理单元135，供后续传输单元133进行电能回馈时能够保证回馈电流与供电网络150中固有电路保持频率和相位的同步。
传输单元133与马达驱动器100电性连接，并通过交流电抗器110与供电网络150电性连接。马达驱动器100处于耗电状态时，通过传输单元133将供电网络150的能量输送至马达驱动器100；以及马达驱动器100处于发电状态时，通过传输单元133将马达驱动器100产生的能量回馈至供电网络150。马达驱动器100的发电状态对应于电梯的空载上行或者满载下行。并且传输单元133进一步与中央处理单元135电性连接，能够通过中央处理单元135获得采样单元131从供电网络150采样的信号，以保证回馈电流与供电网络150中固有电路保持频率和相位的同步。
通讯端口137是一可选组件，与中央处理单元135电性连接，用于向总线，例如现场总线，汇报电能回馈装置130的工作参数，包括工作时间、能量回馈的总能量以及回馈频率等情况。通讯端口137的作用在于可以进一步扩展所述装置的应用环境。
外部多功能端子139是一可选组件，与中央处理单元135电性连接，用于连接一外部控制装置，例如可以是一台计算机，用来控制电能回馈装置130的启动和停止等动作，并可以在中央处理单元135预设一组故障代码，在发生故障时通过外部多功能端子139提这些故障码，来迅速诊断出装置的故障原因。
附图2是附图1所示控制系统的一种具体架构图，附图3是附图2对应的配电图。交流电抗器110具体可以是三个电感，分别对应于供电网络150的三相电。采样单元131进一步包括电压检测器1311和电流检测器1312，以采集供电网络150的交流电信号，包括供电网络150中三相交流电中每一相的电流和电压信号。具体地说，电压检测器1311用以采集供电网络150的交流电流信号，电流检测器1312用以采集供电网络150的交流电流信号。
传输单元133进一步包括一检测器2331、一脉宽调制器2332和一开关器件2333。开关器件2333与马达驱动器100电性连接，并通过交流电抗器110与供电网络150电性连接，以在马达驱动器100处于耗电状态下将供电网络150的交流电整流成直流电传输至马达驱动器100，并在马达驱动器100处于发电状态下将马达驱动器100产生的直流电流逆变成交流电传输至供电网络150。本具体实施方式中，所述开关器件2333进一步是绝缘栅双极型晶体管（IGBT）式开关器件。开关器件2333在逆变状态下将马达驱动器100产生的直流电逆变而成的交流电的频率和相位由脉宽调制器2332控制。脉宽调制器2332电性连接中央处理单元135和开关器件2333，用以从中央处理单元135获得供电网络150的电压和电流状态，尤其是相位和频率信息，保证在马达驱动器100处于发电状态下控制开关器件2333回馈到供电网络150的交流电与供电网络150的固有电流同步。所述开关器件2333例如可以是整流器。
检测器2331电性连接马达驱动器100以及中央处理单元135，用以检测马达驱动器100的工作状态，并将检测到的马达驱动器100的工作状态输入至中央处理单元135。本具体实施方式中，检测器2331进一步包括一电容C和一阈值判断器M，电容C电性耦接至马达驱动器100，阈值判断器M电性耦接至电容C，以判断电容C两端的电压，并向中央处理单元135发送控制信号。以中国标准的城市供电网络作为供电网络150为例，在马达驱动器100处于耗电状态下，供电网络150提供的电流经过开关器件2333整流后形成540V的直流电，故此时电容C两端的电压应当是540V，因此当阈值判断器M检测到电容C两端的电压是540V时，即认为马达驱动器100处于耗电状态，并将此状态汇报到中央处理单元135。在马达驱动器100从耗电状态转而成为发电状态时，电容C会经历放电后又充电的过程，即两端电压下降后又上升，随着马达驱动器100不断向外发电，电容C两端的电压会逐渐升高，当阈值判断器M检测到电容C两端的电压到达一个设定的阈值（例如600V）时，即认为马达驱动器100处于发电状态，并将此状态汇报到中央处理单元135，中央处理单元135接下来控制脉宽调制器2332和开关器件2333开始将马达驱动器100产生的电能回馈到供电网络150。在马达驱动器100从发电转为耗电的过程中，阈值判断器M也采用类似的方式工作。
附图4是本发明的具体实施方式所述电能回馈方法的实施步骤示意图，采用附图1至3所示的装置，包括如下步骤：
步骤S40，采用采样单元131采集所述供电网络的交流电信号，具体包括采集供电网络150中三相交流电中每一相的电流和电压信号，供后续传输单元133进行电能回馈时能够保证回馈电流与供电网络150中固有电路保持频率和相位的同步。
步骤S41，采用传输单元133检测马达驱动器100的工作状态，具体是采用检测器2331的阈值判断器M将电容C两端的电压与一电压阈值进行比较。以中国标准的城市供电网络作为供电网络150为例，在马达驱动器100处于耗电状态下，电容C两端的电压应当是540V，因此当阈值判断器M检测到电容C两端的电压是540V时，即认为马达驱动器100处于耗电状态；在马达驱动器100从耗电状态转而成为发电状态时，电容C会经历放电后又充电的过程，当阈值判断器M检测到电容C两端的电压到达一个设定的阈值（应当大于540V，例如可以600V或者650V等）时，即认为马达驱动器100处于发电状态。
步骤S42，根据比较结果向中央处理单元135发送表示马达驱动器100工作状态的信号。具体地说，在步骤S41中认为马达驱动器100处于耗电状态，则发送一表示马达驱动器100处于耗电状态的信号至中央处理单元135；以及在步骤S41中认为马达驱动器100处于发电状态，则发送一表示马达驱动器100处于发电状态的信号至中央处理单元135。例如可以采用高电平信号和低电平信号区别马达驱动器100的两种不同状态：阈值判断器M向中央处理单元135发送一高电平信号，表示马达驱动器100处于耗电状态；以及阈值判断器M向中央处理单元135发送一低电平信号，表示马达驱动器100处于发电状态。
步骤S43，中央处理单元135根据收到的信号对马达驱动器100的工作状态作出判断，如果马达驱动器100处于发电状态，则执行步骤S44，如果马达驱动器110处于耗电状态，则返回步骤S40，即不做任何动作，继续返回实施上面的监控步骤继续进行检测和采样。
步骤S44，中央处理单元135控制传输单元133中的脉宽调制器2332和开关器件2333将马达驱动器100产生的能量回馈至供电网络150，脉宽调制器2332从中央处理单元135获得采样信号，并以此控制开关器件2333传输至供电网络150的电流与供电网络150的固有电流同步。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种电梯的电能回馈装置，其特征在于，包括一采样单元、一传输单元和一中央处理单元；
所述采样单元电性连接所述电梯的供电网络以及所述中央处理单元，用以采集所述供电网络的交流电信号，并将采集到的交流电信号输入至所述中央处理单元；
所述传输单元电性连接所述电梯的马达驱动器，并通过一交流电抗器电性连接所述供电网络，其中，所述马达驱动器处于耗电状态时，通过所述传输单元将所述供电网络的能量输送至所述马达驱动器，以及所述马达驱动器处于发电状态时，通过所述传输单元将所述马达驱动器产生的能量回馈至所述供电网络；
所述中央处理单元电性连接所述传输单元，用以将所述采样单元获得的所述交流电信号输入至所述传输单元。
2.根据权利要求1所述的电梯的电能回馈装置，其特征在于，所述传输单元进一步包括一检测器、一脉宽调制器和一开关器件；
所述开关器件与所述马达驱动器电性连接，并通过所述交流电抗器与所述供电网络电性连接，以在所述马达驱动器处于耗电状态下将所述供电网络的交流电整流成直流电传输至所述马达驱动器，并在所述马达驱动器处于发电状态下将所述马达驱动器产生的直流电逆变成交流电传输至所述供电网络；
所述检测器电性连接所述马达驱动器以及所述中央处理单元，用以检测所述马达驱动器的工作状态，并将检测到的所述马达驱动器的工作状态输入至所述中央处理单元；
所述脉宽调制器电性连接所述中央处理单元以及所述开关器件，用以获得所述供电网络的所述交流电信号，并在所述马达驱动器处于发电状态下控制所述开关器件传输至所述供电网络的电流与所述供电网络的固有电流同步。
3.根据权利要求2所述的电梯的电能回馈装置，其特征在于，所述检测器进一步包括一电容和一阈值判断器，所述电容电性耦接至所述马达驱动器，所述阈值判断器电性耦接至所述电容和所述中央处理单元，用以将所述电容两端的电压与一电压阈值进行比较，并根据比较结果向所述中央处理单元发送控制信号。
4.根据权利要求1所述的电梯的电能回馈装置，其特征在于，进一步包括一通讯端口，所述通讯端口与所述中央处理单元电性连接，用于向总线汇报所述电能回馈装置的工作参数。
5.根据权利要求4所述的电梯的电能回馈装置，其特征在于，所述工作参数包括工作时间、能量回馈的总能量以及回馈频率。
6.根据权利要求1所述的电梯的电能回馈装置，其特征在于，进一步包括一外部多功能端子，所述外部多功能端子与所述中央处理单元电性连接，用于连接一外部控制装置，以控制所述电能回馈装置的启动、停止，并提取所述电能回馈装置的故障码。
7.根据权利要求1所述的电梯的电能回馈装置，其特征在于，所述采样单元包括一电压检测器和一电流检测器，所述电压检测器用以采集所述供电网络的交流电压信号，以及所述电流检测器用以采集所述供电网络的交流电流信号。
8.根据权利要求1所述的电梯的电能回馈装置，其特征在于，所述马达驱动器的发电状态对应于所述电梯的空载上行或满载下行。
9.一种电梯的电能回馈方法，其特征在于，采用权利要求1所述的装置，并包括如下步骤；
采用所述采样单元采集所述供电网络的交流电信号；
所述传输单元检测所述马达驱动器的工作状态，并将检测到的所述马达驱动器的工作状态发送至所述中央处理单元；
如果所述马达驱动器处于发电状态，则所述中央处理单元控制所述传输单元将所述马达驱动器产生的能量回馈至所述供电网络，回馈电流受所述采样单元所采集的信号控制，以保证与所述供电网络的固有电流同步。
10.根据权利要求9所述的电梯的电能回馈方法，其特征在于，所述传输单元进一步包括一检测器、一脉宽调制器和一开关器件；
所述传输单元检测所述马达驱动器的工作状态的步骤进一步包括采用所述检测器检测所述马达驱动器的工作状态，并将检测到的所述马达驱动器的工作状态发送至所述中央处理单元；
所述回馈电流受所述采样单元所采集的信号控制进一步是所述脉宽调制器从所述中央处理单元获得所述交流电信号，并以此控制所述开关器件传输至所述供电网络的交流电流与所述供电网络的固有电流同步。
11.根据权利要求10所述的电梯的电能回馈方法，其特征在于，所述检测器进一步包括一电容和一阈值判断器，所述电容电性耦接至所述电梯的马达驱动器，所述阈值判断器电性耦接至所述电容；
采用所述检测器检测所述电梯的马达驱动器的工作状态进一步包括采用所述阈值判断器将所述电容两端的电压与一电压阈值进行比较，并根据比较结果向所述中央处理单元发送表示所述马达驱动器工作状态的信号。
12.根据权利要求11所述的电梯的电能回馈方法，其特征在于，所述阈值判断器向所述中央处理单元发送一高电平信号，以表示所述马达驱动器处于耗电状态；所述阈值判断器向所述中央处理单元发送一低电平信号，以表示所述马达驱动器处于发电状态。
13.一种电梯，其特征在于，包括一马达驱动器、一交流电抗器以及如权利要求1所述的电能回馈装置。
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