CN104444648A - 一种采用双向dc-dc的电梯用变频曳引设备节能系统 - Google Patents

一种采用双向dc-dc的电梯用变频曳引设备节能系统 Download PDF

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Abstract

一种采用双向DC-DC的电梯用变频曳引设备节能系统，其特征在于，包括：超级电容模组、分别与变频器连接的工作电源及采样模块、双向DC-DC模块和DC/AC逆变模块，其中，所述双向DC-DC模块与所述工作电源及采样模块、所述超级电容模组和所述DC/AC逆变模块相连，所述超级电容模组还与所述工作电源及采样模块相连，在本发明中使用了一套超级电容组件，电感和电容组成低通滤波器，(电感主要的作用是储能，是一个开关电源拓扑结构的重要元器件，电容主要的作用电压纹波。)避免了因高次谐波对电网造成的干扰，使本发明所述电梯用变频曳引设备节能系统工作更为安全稳定可靠。

Description

一种采用双向DC-DC的电梯用变频曳引设备节能系统
技术领域
本发明涉及电梯节能控制领域，特别是涉及一种采用双向DC-DC的电梯用变频曳引设备节能系统。
背景技术
随着科技的高速发展和房地产业的倔起，电梯工业随之呈井喷式发展，人们的日常生活和工业物流等领域都大量使用了高效的变频曳引系统，变频曳引系统给生产生活提供了便利，提高了效率；但与此同时，变频曳引系统也存在一个严重的共性问题，那就是运用变频曳引系统的电梯、系统都采用能耗电阻来耗能，这样使大量可利用的能源浪费掉，并由此产生了热污染问题，该热污染问题产生的原因是：变频曳引系统中的设备在上升或下降运行中所产生的势能与制动能量是由发热电阻以热能的形式来消耗的，如果产生的能量不及时地消耗就会使变频器母线电压升高影响设备的正常运行，造成故障，由此就造成了能源的严重浪费。
近年来人们在变频曳引系统的能源回收方面做了很多改进，但都是把本来消耗在能耗电阻上的电能经过DC/AC逆变直接回送到电网中，这样设备自身不能使用这部份电能，同时电能在回送时因逆变会造成高次谐波，而高次谐波会对电网造成一定程度的冲击，影响供电电网的安全稳定运行，存在安全隐患。
综上所述，在实际操作中迫切需要一种电梯节能控制系统，解决上述技术问题，并且提高节能效率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种采用双向DC-DC的电梯用变频曳引设备节能系统。通过双向DC-DC模块，实现将超级电容储存的电能在电梯负载工作时，直接反补变频器直流母线。
为实现上述发明目的，本发明所提供的技术方案是：
一种采用双向DC-DC的电梯用变频曳引设备节能系统，包括：超级电容模组、分别与变频器连接的工作电源及采样模块、双向DC-DC模块和DC/AC逆变模块，其中，所述双向DC-DC模块与所述工作电源及采样模块、所述超级电容模组和所述DC/AC逆变模块相连，所述超级电容模组还与所述工作电源及采样模块相连；
所述变频器曳引设备节能系统向电梯供电时需满足的条件为：当电梯母线电压小于基准采样电压(基准采样电压由三相市电整流所得值)，并且所述超级电容模组的电压大于超级电容模组设定值时，此时所述超级电容模组通过双向DC-DC向电梯提供供电，当供电不足以满足电梯正常工作时，电梯同时向市电取电，达到所需功率用电。
所述变频器曳引设备节能系统回收电梯所产生的多余能量满足的条件为：当电梯母线大于基准采样电压，并且所述超级电容模组的电压小于超级电容模组设定最大容量时，此时电梯势能所产生的多余能量通过双向DC-DC向所述超级电容模组充电，以达到回收能量的过程；
当所述超级电容组件的端电压大于设定的满足电梯控制箱运行的电压时，所述超容模组通过所述双向DC-DC模块为电梯控制箱的运行供电；
当所述超级电容组件的端电压大于设定的超级电容从中间电压到最高电压的储能时间大于等于电梯单程运行时间的情况下的中间电压时，所述超容模组通过所述双向DC-DC模块切换为逆变供电，通过所述DC/AC逆变模块，为电梯控制箱的运行供电。
采用上述技术方案，本发明的有益效果有：
1.在本发明中使用了一套超级电容组件，电感和电容组成低通滤波器，避免了因高次谐波对电网造成的干扰，使本发明所述电梯用变频曳引设备节能系统工作更为安全稳定可靠。
2.本发明的双向DC-DC的节能效率在普通DC-DC基础上提高10％，最高DC-DC转换功率可达7KW从650V/12A转换90V80A。
3.本发明采用的双向DC-DC的电梯用变频曳引设备节能系统，在DC-DC升压时的电流变比在保证功率的前提下可达到8倍，升压功率回送给变频器时可根据电梯实际负载作出相应调整。
附图说明
图1为本发明所述的双向DC-DC的电梯用变频曳引设备节能系统的结构示意图；
图2为本发明中节能系统的结构示意图；
图3为本发明中应急系统的结构示意图；
图4为本发明降压式变换电路(buck)和升压电路(boost)的示意图。
具体实施方式
基本条件：
1电梯母线电压(V1)
2基准市电电压(V2)
3超级电容模组电压(V3工作电压范围90V-150V)
4市电V4
当V1>V2,且V3<150；电梯处于势能状态，V1通过DC-DC向V3充电。当V1<V2,且110V<V3<150V；电梯处于非势能状态，V3通过DC-DC向V1回送电能，此时电梯所需功率大于节能系统提高的功率时，不足部分由市电提供。
当V4＝0；此时超容模组通过DC-DC,DC/AC向电梯提供三相380V市电，供给电梯在应急状态下使用。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
采用双向DC-DC的电梯用变频曳引设备节能系统，包括：超级电容模组、分别与变频器连接的工作电源及采样模块、双向DC-DC模块、DC/AC逆变模块，其中，所述双向DC-DC模块与所述工作电源及采样模块、所述超级电容模组和所述DC/AC逆变模块相连，所述超级电容模组还与所述工作电源及采样模块相连。
变频器曳引设备应急系统：当市电处于断电状态,变频器曳引设备从节能系统切换到应急系统，此时所述超级电容模组通过双向DC-DC向DC/AC模块供电(580V/10A)DC/AC模块逆变成三相380V交流电供给电梯在应急状态下使用，电梯在应急状态下就近原则平层停靠电梯，安全释放乘客。
变频器曳引设备节能系统向电梯供电时需满足的条件为：当电梯母线电压小于基准采样电压(基准采样电压由三相市电整流所得值)，并且超级电容模组的电压大于超级电容模组设定值时，此时超级电容模组通过双向DC-DC向电梯提供供电，当供电不足以满足电梯正常工作时，电梯同时向市电取电，达到所需功率用电。
变频器曳引设备节能系统回收电梯所产生的多余能量满足的条件为：当电梯母线大于基准采样电压，并且所述超级电容模组的电压小于超级电容模组设定最大容量时，此时电梯势能所产生的多余能量通过双向DC-DC向所述超级电容模组充电，以达到回收能量的过程。
本发明所述的双向DC-DC的电梯用变频曳引设备节能系统工作时，首先设定超级电容临界电压：第一临界电压和第二临界电压；将满足电梯控制箱运行的电压值设定为第一临界电压；
当T2大于等于T1，则满足超级电容储存电梯回馈电能的条件；所以当T2>＝T1时，中间电压的电压值就是第二临界电压的电压值。其中T1为电梯单程运行时间；T1＝楼层高度/运行速度；T2：超级电容从中间电压到最高电压的储能时间；储能时间近似计算公式:C＝(Vwork+Vmin)It/(Vwork2-Vmin2)。
其中，C：超电容的标称容量；Vwork：最高工作电压；Vmin：截止工作电压；t：在电路中要求持续工作时间；I：负载电流。
如图1、2和3所示，电梯开机工作时，当与电梯用变频曳引设备节能系统连接的变频器有输出时，双向DC-DC模块工作，对超级电容模组进行充电储能，采用模块确定超级电容模组的端电压，当超级电容组件的端电压大于设定的第一临界电压时，所述超容模组通过所述双向DC-DC模块为电梯控制箱的运行供电，正如图2的节能系统所示。当超级电容组件的端电压大于设定的第二临界电压时，并且判定出变频器处于负重运行时，所述超容模组通过所述双向DC-DC模块切换为逆变供电，通过所述DC/AC逆变模块，为电梯控制箱的运行供电，正如图3所示的应急系统。
如图4所示，从本发明的电路图中可以看出，电感L和电容C组成低通滤波器，此滤波器设计的原则是使直流分量可以通过，而抑制谐波分量通过；电容上输出电压uo(t)就是us(t)的直流分量再附加微小纹波uripple(t)。电路工作频率很高，一个开关周期内电容充放电引起的纹波uripple(t)很小，相对于电容上输出的直流电压Uo有：
|Unipple|max<<Uo。
电容上电压宏观上可以看作恒定。电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。
降压式变换电路(BUCK)的设计：当电路是BUCK降压电路时，脉宽调制(PWM1)启动，脉宽调制(PWM2)关闭；此时绝缘栅双极型晶体管(IGBT-2)就等效于一个快恢复二极管D2(续流二极管)。当绝缘栅双极型晶体管(IGBT-1)导通时，高压电(HV)通过电路给电感(L)充电，当PWM1关闭，那么此时电感(L)通过续流二极管D2给低压电(LV)充电。通过PWM1的不断调节，使得LV的电压稳定在所需要的电压。此过程就实现了电路的降压过程。
升压电路(Boost)设计：当电路是boost升压电路时，PWM1关闭，PWM2启动，此时IGBT-1就等效于一个快恢复二极管D1(续流二极管)。当IGBT-2导通时，LV通过电路给L充电，当PWM1关闭，LV通过D1对HV充电，同时L也对HV充电，通过PWM2的不断调节，使得HV的电压稳定在我们所需要的电压。此过程就实现了电路的升压过程。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种采用双向DC-DC的电梯用变频曳引设备节能系统，其特征在于，包括：超级电容模组以及分别与变频器连接的工作电源及采样模块、双向DC-DC模块和DC/AC逆变模块，其中，所述双向DC-DC模块与所述工作电源及采样模块、所述超级电容模组和所述DC/AC逆变模块相连，所述超级电容模组还与所述工作电源及采样模块相连；
所述变频器曳引设备节能系统向电梯供电时需满足的条件为：当电梯母线电压小于基准采样电压(基准采样电压由三相市电整流所得值)，并且所述超级电容模组的电压大于超级电容模组设定值时，此时所述超级电容模组通过双向DC-DC向电梯提供供电，当供电不足以满足电梯正常工作时，电梯同时向市电取电，达到所需功率用电；
所述变频器曳引设备节能系统回收电梯所产生的多余能量满足的条件为：当电梯母线大于基准采样电压，并且所述超级电容模组的电压小于超级电容模组设定最大容量时，此时电梯势能所产生的多余能量通过双向DC-DC向所述超级电容模组充电，以达到回收能量的过程；
当所述超级电容组件的端电压大于设定的满足电梯控制箱运行的电压时，所述超容模组通过所述双向DC-DC模块为电梯控制箱的运行供电；
当所述超级电容组件的端电压大于设定的超级电容从中间电压到最高电压的储能时间大于等于电梯单程运行时间的情况下的中间电压时，所述超容模组通过所述双向DC-DC模块切换为逆变供电，通过所述DC/AC逆变模块，为电梯控制箱的运行供电。
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