CN104609289B - 双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统及方法，所述系统包括微机板、第一永磁同步主机、第二永磁同步主机、主变频器、从变频器、能量回馈装置和行人检测装置，行人检测装置设置在自动扶梯或人行道的两端，所述主变频器与第一永磁同步主机连接，用于驱动第一永磁同步主机；从变频器与第二永磁同步主机连接，用于驱动第二永磁同步主机；第一永磁同步主机和第二永磁同步主机用于对扶梯或人行道进行拖动；微机板分别与主变频器、从变频器和行人检测装置连接，主变频器、从变频器与能量回馈装置并联。本发明不仅能独立地控制两台永磁同步主机，还能高效地利用同步主机产生的再生能量，驱动效率高，节能效果显著。

Description

双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种自动扶梯或人行道控制系统，尤其是一种双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统及方法，属于自动扶梯或人行道控制领域。

背景技术

随着城市交通轨道的发展，地铁，高铁，快速公交线路不断建设，尤其是载重大，提升高度高的扶梯的需求也不断的增加。目前市面上的扶梯，当提升高度较高时，单台主机的驱动能力已经不能满足需求，扶梯厂家一般采取使用两台异步主机的双驱动运行模式。随着提升高度的增加，作为驱动所需的主机功率也对应增加，目前扶梯主流的异步主机效率低，节能效果远差于同步主机，在大提升高度中使用单台异步主机或两台异步主机驱动时需要消耗大量的电能，及时使用旁路变频驱动方式也无法高效的利用产生的再生能量。

此外，也有人研发了专利号是CN200810029128.5，公告号是CN101298308B，名称是“一种双主机驱动的自动扶梯或自动人行道”的发明专利。该专利具体公开了：包含驱动装置，并联设置的第一主机和第二主机，控制装置，还设有负载检测装置，其中负载检测装置用于检测自动扶梯或自动人行道的负载状态信号并输出至控制装置内，采用双主机独立控制，根据负载状态来调节主机的运行状态，能有效的提高主机的使用效率，但驱动的主机采用星三角连接，描述的主机类型为异步主机，且在全变频模式下没有描述如何消耗系统产生的再生能量。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统，该系统不仅能独立地控制两台永磁同步主机，还能高效地利用同步主机产生的再生能量，驱动效率高，节能效果显著。

本发明的另一目的在于提供一种双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统的控制方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统，包括微机板和行人检测装置，所述行人检测装置设置在自动扶梯或人行道的两端，其特征在于：还包括第一永磁同步主机、第二永磁同步主机、主变频器、从变频器以及能量回馈装置；所述主变频器与第一永磁同步主机连接，用于驱动第一永磁同步主机；所述从变频器与第二永磁同步主机连接，用于驱动第二永磁同步主机；所述第一永磁同步主机和第二永磁同步主机用于对扶梯或人行道进行拖动；所述微机板分别与主变频器、从变频器和行人检测装置连接，所述主变频器、从变频器与能量回馈装置并联。

作为一种优选方案，所述主变频器通过第一运行接触器与第一永磁同步主机的抱闸接触器连接，所述从变频器通过第二运行接触器与第二永磁同步主机的抱闸接触器连接。

作为一种优选方案，所述微机板的两路通讯接口分别与主变频器和从变频器进行通讯连接。

作为一种优选方案，所述第一永磁同步主机与第二永磁同步主机之间通过驱动主轴连接，并且第一永磁同步主机与第二永磁同步主机对称设置在驱动主轴的两侧；所述第一永磁同步主机与第二永磁同步主机都含有制动器、驱动电机和传动减速器。

作为一种优选方案，所述能量回馈装置包括电网电源接入模块、共直流母线输入模块、母线电压监控模块和逆变功率模块，所述共直流母线输入模块和逆变功率模块分别与母线电压监控模块连接，所述电网电源接入模块与逆变功率模块连接。

作为一种优选方案，所述主变频器和从变频器为四象限运行的变频器。

作为一种优选方案，所述行人检测装置为对射传感器、微波传感器或雷达传感器。

本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统的控制方法，其特征在于所述方法包括：

当扶梯或人行道接收到运行信号时，微机板通过主变频器控制第一运行接触器与第一永磁同步主机的抱闸接触器吸合，通过从变频器控制第二运行接触器与第二磁同步主机的抱闸接触器吸合；

微机板控制主变频器驱动第一永磁同步主机运行，在运行过程中，微机板监控并处理主变频器反馈的输出电流信号，当主变频器的输出电流达到第一永磁同步主机额定电流的70％时，微机板控制从变频器对第二永磁同步主机进行驱动；当行人检测装置在时间t内未被触发，扶梯或人行道进入低速运行模式，微机板向从变频器输出停止驱动信号，并且向主变频器输出低速运行信号；

当扶梯或人行道轻载运行时，主变频器驱动第一永磁同步主机运行，从变频器处于待机状态，第二永磁同步主机被第一永磁同步主机拖动运行，转子绕组切割永磁体产生的磁感线产生电能，使从变频器的直流母线电压升高，当主变频器、从变频器的直流母线电压值未达到设定的安全阈值时，产生的能量由主变频器进行消耗；当主变频器、从变频器的直流母线电压值超过设定的安全阈值时，能量回馈装置动作，将直流母线回路产生的再生能量回馈给电网；

当扶梯或人行道重载运行时，主变频器和从变频器同时接入，驱动第一永磁同步主机和第二永磁同步主机，此时第一永磁同步主机和第二永磁同步主机的驱动电机工作于第四象限，产生再生能量，主变频器和从变频器的直流母线电压升高，能量回馈装置动作，将直流母线回路产生的再生能量逆变成与电网频率相同的电能回馈给电网，实现回馈制动。

作为一种优选方案，在扶梯或人行道轻载运行过程中，当主变频器的输出电流超过第一永磁同步主机额定电流的70％时，从变频器开始驱动第二永磁同步主机，从而提高扶梯或人行道的驱动能力，此时主变频器和从变频器都处于能量消耗的状态，不产生再生能量。

作为一种优选方案，所述主变频器对第一永磁同步主机、从变频器对第二永磁同步主机采用闭环矢量控制，或采用基于电机模型的开环控制模式。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明系统及方法实施简单，能高效地利用同步主机产生的再生能量，驱动效率高，解决了现有双驱动主机使用异步主机效率低，且单台异步机进行拖动时，被拖动的主机处于空转状态，不会产生再生能量，节能效果不明显的问题，可以广泛应用于自动扶梯或人行道中。

2、本发明系统及方法通过主变频器、从变频器的直流母线回路与能量回馈装置的直流母线回路并联的模式，在扶梯或人行道轻载运行时，第二永磁同步主机被第一永磁同步主机拖动发电，主变频器消耗从变频器的直流母线回路产生的能量，从而减少主变频器电网吸收的电能，同时能量回馈装置的母线电压监控模块监控直流母线回路的电压值，当直流母线回路的电压值过高时，能量回馈装置动作，将直流母线回路的电能通过逆变转换成和电网频率相同的电能。

3、本发明系统及方法在扶梯或人行道重载运行时，两个永磁同步主机都处于发电状态，主变频器、从变频器的直流母线电压升高，能量回馈装置动作，将直流母线回路中的电能逆变成和电网频率相同的电能，不仅能回收和利用产生的再生能量还能将电梯重载运行时产生的电能回馈给电网，通过控制变频器对永磁同步主机的控制还能提高主机的使用效率。

附图说明

图1为本发明实施例1的双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统电气结构原理图。

图2为本发明实施例1的双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统中的微机板原理图。

图3为本发明实施例1的双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统中两个永磁同步主机的安装示意图。

图4为本发明实施例1的双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统中能量回馈装置的结构原理框图。

图5为本发明实施例1的双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统中的微机板工作流程图。

图6为本发明实施例1的双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统中的能量回馈装置在扶梯或人行道轻载运行时的工作流程图。

图7为本发明实施例1的双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统中的能量回馈装置在扶梯或人行道重载运行时的工作流程图。

其中，1-微机板，2-主变频器，3-从变频器，4-能量回馈装置，5-驱动主轴，M1-第一永磁同步主机，M2-第二永磁同步主机，MC1-第一运行接触器，MC2-第二运行接触器。

具体实施方式

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例的自动扶梯或人行道控制系统包括微机板1、第一永磁同步主机M1、第二永磁同步主机M2、主变频器2、从变频器3、能量回馈装置4以及行人检测装置(图中未示出)，所述行人检测装置设置在自动扶梯或人行道的两端(若是自动扶梯，设置在上端和下端；若是人行道，设置在前端和后端)，所述微机板1分别与主变频器2、从变频器3和行人检测装置连接，所述主变频器2、从变频器3与能量回馈装置4并联，即主变频器2、从变频器3的直流母线回路与能量回馈装置4的直流母线回路并联，其中：

所述的微机板1能接受并处理扶梯(人行道)的上/下行(前/后行)信号、安全信号、高低速切换信号、变频器切换使用信号，并通过两路通讯接口(分别为A和B)能分别与主变频器2和从变频器3进行通讯连接；能单独记录两个或两个以上主机的参数，并独立控制变频器分别对永磁同步主机进行参数自学习；不仅能处理扶梯运行的基本逻辑信号，还能处理SIL相关的安全信号。

所述主变频器2和从变频器3均为四象限运行的变频器，所述主变频器2通过第一运行接触器MC1与第一永磁同步主机M1的抱闸接触器连接，用于驱动第一永磁同步主机M1；所述从变频器3通过第二运行接触器MC2与第二永磁同步主机M2的抱闸接触器连接，用于驱动第二永磁同步主机M2；所述主变频器2对第一永磁同步主机M1、从变频器3对第二永磁同步主机M2采用闭环矢量控制，或采用基于电机模型的开环控制模式。

所述第一永磁同步主机M1和第二永磁同步主机M2用于对扶梯或人行道进行拖动，如图3所示，第一永磁同步主机M1与第二永磁同步主机M2之间通过驱动主轴5连接(具体是主机上的输出法兰与驱动主轴5上的法兰通过螺栓连接)，并且第一永磁同步主机M1与第二永磁同步主机M2对称设置在驱动主轴5的两侧，两台主机都含有制动器、驱动电机和传动减速器。

所述能量回馈装置4属于现有技术，其结构如图4所示，包括电网电源接入模块、共直流母线输入模块、母线电压监控模块和逆变功率模块，所述共直流母线输入模块和逆变功率模块分别与母线电压监控模块连接，所述电网电源接入模块与逆变功率模块连接；主变频器、从变频器的直流母线与能量回馈装置的共直流母线输入模块并联，母线电压监控模块监控输入的直流母线电压是否超过设定阈值，当直流母线电压超过设定阈值时，母线电压监控模块驱动逆变功率模块工作，逆变功率模块将直流母线回路的直流电逆变成交流电，电网电源接入模块用于监控电网的相角和频率，并将逆变功率模块逆变的交流电回馈给电网。

所述行人检测装置为对射传感器、微波传感器或雷达传感器，微机板1可以根据行人检测装置的状态，进行扶梯或人行道的高速运行模式和低速运行模式切换。

如图5所示，本实施例的微机板控制过程如下：

1)当外围安全回路信号正常时，若扶梯或人行道接收到运行信号，微机板输出运行信号和抱闸信号，通过主变频器控制第一运行接触器与第一永磁同步主机的抱闸接触器吸合，通过从变频器控制第二运行接触器与第二磁同步主机的抱闸接触器吸合，此时进入高速运行模式；

2)微机板控制主变频器驱动第一永磁同步主机运行(主变频器接入驱动，从变频器停止驱动)，在运行过程中，微机板监控并处理主变频器反馈的输出电流信号，当主变频器的输出电流达到第一永磁同步主机额定电流的70％时，微机板控制从变频器对第二永磁同步主机进行驱动(从变频器接入驱动)；当行人检测装置在时间t(若是扶梯，t≥H/Sinα/V，其中H为扶梯的提升高度，α为扶梯的倾斜角，V为扶梯的运行速度，t的最小值是确保行人从扶梯底部运行到扶梯顶部所需的最小运行时间)内未被触发，扶梯或人行道进入低速运行模式，微机板向从变频器输出停止驱动信号，并且向主变频器输出低速运行信号；

3)当扶梯或人行道的安全监控模块检测到扶梯处于超速、失速或非操作逆转(即安全监控信号不正常)，安全回路断开，扶手带速度异常、梯级速度异常等状态时，微机板向变频器输出停止信号，并且停止第一运行接触器、第二运行接触器和两个主机的抱闸接触器的输出，使扶梯或人行道能及时制动，使扶梯或人行道停止运行。

如图6所示，当扶梯或人行道轻载运行时，主变频器驱动第一永磁同步主机运行，从变频器处于待机状态，第二永磁同步主机被第一永磁同步主机拖动运行，转子绕组切割永磁体产生的磁感线产生电能，电能通过从变频器的逆变电路接入直流母线回路，使从变频器的直流母线电压升高，由于主变频器、从变频器和能量回馈装置并联，当主变频器、从变频器的直流母线电压值未达到设定的安全阈值(即第二永磁同步主机产生的能量不高)时，产生的能量由主变频器进行消耗，当主变频器、从变频器的直流母线电压值超过设定的安全阈值(即第二永磁同步主机产生的能量过高)时，能量回馈装置动作，将直流母线回路产生的再生能量回馈给电网，但仍有一部分再生能量由主变频器进行消耗；

在上述轻载运行过程中，当主变频器的输出电流超过第一永磁同步主机额定电流的70％时，从变频器开始驱动第二永磁同步主机，从而提高扶梯或人行道的驱动能力，此时主变频器和从变频器都处于能量消耗的状态，不产生再生能量。

如图7所示，当扶梯或人行道重载运行时，主变频器和从变频器同时接入，驱动第一永磁同步主机和第二永磁同步主机，此时第一永磁同步主机和第二永磁同步主机的驱动电机工作于第四象限，产生再生能量，主变频器和从变频器的直流母线电压升高，能量回馈装置动作，将直流母线回路产生的再生能量逆变成与电网频率相同的电能回馈给电网，实现回馈制动。

综上所述，本发明系统及方法实施简单，能高效地利用同步主机产生的再生能量，驱动效率高，解决了现有双驱动主机使用异步主机效率低，且单台异步机进行拖动时，被拖动的主机处于空转状态，不会产生再生能量，节能效果不明显的问题，可以广泛应用于自动扶梯或人行道中。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统，包括微机板和行人检测装置，所述行人检测装置设置在自动扶梯或人行道的两端，其特征在于：还包括第一永磁同步主机、第二永磁同步主机、主变频器、从变频器以及能量回馈装置；所述主变频器与第一永磁同步主机连接，用于驱动第一永磁同步主机；所述从变频器与第二永磁同步主机连接，用于驱动第二永磁同步主机；所述第一永磁同步主机和第二永磁同步主机用于对扶梯或人行道进行拖动；所述微机板分别与主变频器、从变频器和行人检测装置连接，所述主变频器、从变频器与能量回馈装置并联；

在扶梯或人行道轻载运行时，第二永磁同步主机被第一永磁同步主机拖动运行，转子绕组切割永磁体产生的磁感线产生电能，使从变频器的直流母线电压升高，当主变频器、从变频器的直流母线电压值超过设定的安全阈值时，能量回馈装置动作，将直流母线回路的电能通过逆变转换成和电网频率相同的电能；

在扶梯或人行道重载运行时，第一永磁同步主机和第二永磁同步主机都处于发电状态，主变频器、从变频器的直流母线电压升高，能量回馈装置动作，将直流母线回路中的电能逆变成和电网频率相同的电能。

2.根据权利要求1所述的双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统，其特征在于：所述主变频器通过第一运行接触器与第一永磁同步主机的抱闸接触器连接，所述从变频器通过第二运行接触器与第二永磁同步主机的抱闸接触器连接。

3.根据权利要求1所述的双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统，其特征在于：所述微机板的两路通讯接口分别与主变频器和从变频器进行通讯连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统，其特征在于：所述第一永磁同步主机与第二永磁同步主机之间通过驱动主轴连接，并且第一永磁同步主机与第二永磁同步主机对称设置在驱动主轴的两侧；所述第一永磁同步主机与第二永磁同步主机都含有制动器、驱动电机和传动减速器。

5.根据权利要求1-3任一项所述的双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统，其特征在于：所述能量回馈装置包括电网电源接入模块、共直流母线输入模块、母线电压监控模块和逆变功率模块，所述共直流母线输入模块和逆变功率模块分别与母线电压监控模块连接，所述电网电源接入模块与逆变功率模块连接。

6.根据权利要求1-3任一项所述的双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统，其特征在于：所述主变频器和从变频器为四象限运行的变频器。

7.根据权利要求1-3任一项所述的双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统，其特征在于：所述行人检测装置为对射传感器、微波传感器或雷达传感器。

8.基于权利要求2所述双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统的控制方法，其特征在于所述方法包括：

当扶梯或人行道接收到运行信号时，微机板通过主变频器控制第一运行接触器与第一永磁同步主机的抱闸接触器吸合，通过从变频器控制第二运行接触器与第二磁同步主机的抱闸接触器吸合；

微机板控制主变频器驱动第一永磁同步主机运行，在运行过程中，微机板监控并处理主变频器反馈的输出电流信号，当主变频器的输出电流达到第一永磁同步主机额定电流的70％时，微机板控制从变频器对第二永磁同步主机进行驱动；当行人检测装置在时间t内未被触发，扶梯或人行道进入低速运行模式，微机板向从变频器输出停止驱动信号，并且向主变频器输出低速运行信号；

当扶梯或人行道轻载运行时，主变频器驱动第一永磁同步主机运行，从变频器处于待机状态，第二永磁同步主机被第一永磁同步主机拖动运行，转子绕组切割永磁体产生的磁感线产生电能，使从变频器的直流母线电压升高，当主变频器、从变频器的直流母线电压值未达到设定的安全阈值时，产生的能量由主变频器进行消耗；当主变频器、从变频器的直流母线电压值超过设定的安全阈值时，能量回馈装置动作，将直流母线回路产生的再生能量回馈给电网；

当扶梯或人行道重载运行时，主变频器和从变频器同时接入，驱动第一永磁同步主机和第二永磁同步主机，此时第一永磁同步主机和第二永磁同步主机的驱动电机工作于第四象限，产生再生能量，主变频器和从变频器的直流母线电压升高，能量回馈装置动作，将直流母线回路产生的再生能量逆变成与电网频率相同的电能回馈给电网，实现回馈制动。

9.根据权利要求8所述的双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统的控制方法，其特征在于：在扶梯或人行道轻载运行过程中，当主变频器的输出电流超过第一永磁同步主机额定电流的70％时，从变频器开始驱动第二永磁同步主机，从而提高扶梯或人行道的驱动能力，此时主变频器和从变频器都处于能量消耗的状态，不产生再生能量。

10.根据权利要求8或9所述的双永磁同步主机驱动的自动扶梯或人行道控制系统的控制方法，其特征在于：所述主变频器对第一永磁同步主机、从变频器对第二永磁同步主机采用闭环矢量控制，或采用基于电机模型的开环控制模式。