CN107681674A - 一种用于电梯的功率调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于电梯的功率调节装置，该装置包括：变频器、储能模块、DC/AC双向变换器、快速关断模块、系统电源；储能模块接收直流电充电，还输送直流电至DC/AC双向变换器；系统电源通过快速关断模块与变频器和DC/AC双向变换器连接，用于输送交流电；DC/AC双向变换器与变频器和快速关断模块连接，用于将交流电转换为直流电，还将直流电转换为交流电；并且DC/AC双向变换器的交流侧作为输入端时，输入端为电流源，DC/AC双向变换器的直流侧作为输入端时，输入端为电压源；快速关断模块用于控制系统电源与变频器和DC/AC双向变换器之间的接通与断开。本发明能省去电梯平层装置应急电源的充电模块和储能模块，还能滤除变频器产生的谐波，并具有高低电压穿越功能。

Description

一种用于电梯的功率调节装置
技术领域
本发明涉及电梯技术领域，尤其涉及一种用于电梯的功率调节装置。
背景技术
随着建筑业的发展，我国电梯的用量逐步增加，电梯耗电量占全国总耗电量比重越来越大，同时由于电梯事故造成的人员伤害较为严重，因此电梯的节能与安全运行不但成为电梯行业发展重要内容，而且对节能减排具有重大意义。
超级电容作为典型的储能设备，由于其使用寿命增长，放电能力加强，成本降低而得到广泛的应用。基于电力电子技术的逆变器已经是非常成熟的电力电子设备，可靠性高成本低。随着电梯行业发展，相应对能具备增加电梯的安全性和节能性装置越来越急迫。
目前一般的电梯动力设备主要由系统电源、变频器整流单元、变频器逆变单元组成，其中系统电源与变频器整流单元的交流输入端相连，变频器整流单元的直流输出端与变频器逆变单元的直流输入端相连，变频器逆变单元的交流输出端连接在电梯动力负荷。
电梯自动平层装置是解决电梯安全问题的主要手段之一，该方案目前主要采用应急电源实现，即当系统电源失电后，应急电源可在较短时间内启动以确保电梯停靠在合理位置，应急电源主要由充电模块、逆变模块、旁路模块和储能模块组成。
电梯节能装置主要采用双向直流-直流DC/AC双向变换器模块加储能模块方案构成，当电梯下降时电梯制动能量可通过双向直流-直流DC/AC双向变换器模块向储能模块存储能量，并在电梯上升时将可通过双向直流-直流DC/AC双向变换器模块将该能量进行释放。
由上述分析可知，当前应用于电梯的电力设备主要问题如下：
1)电梯自动平层装置与电梯节能装置是两个独立的设备，导致部分功能复用，设备复杂，这样不但增加了成本，还增加了电梯安装维修难度；
2)为了滤除变频器产生谐波需要另外配置滤波器，增加了产品复杂性和成本；
3)目前应用于电梯的电力设备不具备高低电压穿越功能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于电梯的功率调节装置，可以省去电梯平层装置应急电源的充电模块和储能模块，还可以实现电梯平层功能，并且，还可以不需要另外设置滤波器就可以滤除变频器产生的谐波，还使得电梯的电力设备具有高低电压穿越功能。
本发明提供的一种用于电梯的功率调节装置，包括：变频器、储能模块、DC/AC双向变换器、快速关断模块、系统电源；
所述储能模块，与所述DC/AC双向变换器的直流侧电性连接，用于接收直流电进行充电储存能量，以及输送直流电至所述DC/AC双向变换器；
所述系统电源，通过所述快速关断模块与所述变频器和所述DC/AC双向变换器电性连接，用于输送交流电至所述变频器和所述DC/AC双向变换器；
所述DC/AC双向变换器，其交流侧与所述变频器和所述快速关断模块电性连接，用于将来自所述系统电源的交流电转换为直流电，并将直流电输送至所述储能模块，给所述储能模块充电，还将来自所述储能模块的直流电转换为交流电，并将交流电输送至所述变频器；并且所述DC/AC双向变换器的交流侧作为输入端时，所述DC/AC双向变换器的输入端为电流源，所述DC/AC双向变换器的直流侧作为输入端时，所述DC/AC双向变换器的输入端为电压源；
所述快速关断模块，用于控制所述系统电源与所述变频器和所述DC/AC双向变换器之间的接通与断开；
所述变频器，用于将来自所述DC/AC双向变换器和来自所述系统电源的交流电进行整流，得到直流电，并将整流得到的直流电转化为设定频率的交流电输送给电梯动力装置。
优选地，所述DC/AC双向变换器的交流侧还与电梯非动力装置电性连接；
所述系统电源通过所述快速关断模块与所述电梯非动力装置电性连接，用于输送交流电至所述电梯非动力装置；
所述快速关断模块，还用于控制系统电源与所述电梯非动力装置之间的接通与断开。
优选地，所述系统电源输出的交流电为三相交流电，所述系统电源与所述变频器之间通过三相交流线路连接，所述快速关断模块设置在所述三相交流线路上；
所述DC/AC双向变换器包括第一单相变换器、第二单相变换器、第三单相变换器，所述第一单相变换器、所述第二单相变换器、所述第三单相变换器分别与所述变频器的三相交流输入端对应连接；
所述第一单相变换器、所述第二单相变换器、所述第三单相变换器均包括：单相半桥逆变器或者单相全桥逆变器，以及与所述单相半桥逆变器或者所述单相全桥逆变器电性连接的滤波电路。
优选地，所述单相全桥逆变器包括第一桥臂、第二桥臂、第一滤波电容C1，所述第一桥臂与所述第二桥臂并联，且所述第一桥臂和所述第二桥臂均包括两个串联的全控型器件；
所述滤波电路包括第一滤波电容C1和LCL滤波器，所述LCL滤波器包括第一电感L1、第二电感L2和第二滤波电容C2，所述第一电感L1的一端与所述第一桥臂的中点连接，另一端与所述第二电感L2的一端以及所述第二滤波电容C2的一端连接，所述第二电感L2的另一端与所述变频器电性连接；
所述第一滤波电容C1与所述第一桥臂并联，且所述第一滤波电容C1的两端作为交流侧；
所述第二滤波电容C2的一端与所述第二桥臂的中点电性连接；
所述第一单相变换器、所述第二单相变换器、所述第三单相变换器中的所述第二桥臂的中点之间相互连接。
优选地，所述全控型器件包括电力电子器件以及与所述电力电子器件并联的二极管，所述电力电子器件为MOS管或者晶闸管。
优选地，所述储能模块包括：与所述第一单相变换器模块电性连接的第一超级电容储能模块，与所述第二单相变换器模块电性连接的第二超级电容储能模块，与所述第三单相变换器模块电性连接的第三超级电容储能模块；
所述第一超级电容储能模块、所述第二超级电容储能模块、所述第三超级电容储能模块均包含若干条相互并联的支路，每一条支路上包括多个串联的超级电容器。
优选地，所述快速关断模块包括三相交流接触器或者三个相互并联且分别设置在所述三相交流线路上的晶闸管；
所述用于电梯的功率调节装置还包括关断控制模块；
所述关断控制模块，与所述系统电源的输出端以及所述快速关断模块电性连接，用于采集所述系统电源输出交流电的电压，并判断所述系统电源输出交流电的电压是否在设定的电压范围内，若不在，则输出电信号至所述快速关断模块，控制所述快速关断模块断开，反之则输出电信号至所述快速关断模块，控制所述快速关断模块接通。
优选地，所述变频器包括：变频器整流单元、变频器逆变单元；
所述变频器整流单元，与所述快速关断模块、所述DC/AC双向变换器的交流侧、以及所述变频器逆变单元电性连接，用于接收来自所述系统电源的交流电，或者来自所述DC/AC双向变换器的交流电，并将交流电进行整流后得到直流电，且将直流电输送至所述变频器逆变单元；
所述变频器逆变单元，用于将直流电转换为设定频率的交流电输送至所述电梯动力装置。
实施本发明，具有如下有益效果：在系统电源正常工作时，即输出的交流电的电压在设定电压范围内，系统电源给电梯非动力装置、电梯动力装置供电，还给储能模块充电。当系统电源正常工作时，DC/AC双向变换器工作在电流源模式，可以补偿变频器产生的谐波。
在系统电源出现故障时，即输出的交流电的电压不在设定电压范围内，输出交流电的电压值大于设定电压范围最大值或者小于设定电压范围最小值，快速关断模块断开，DC/AC双向变换器工作状态由电流源模式变化为电压源模式，储能模块通过DC/AC双向变换器直流侧为DC/AC双向变换器的交流输出提供能量，DC/AC双向变换器作为电压源为电梯动力装置和电梯非动力装置供电，以维持电梯的正常工作。
因此，本发明可以将电梯平层装置应急电源的充电模块和储能模块分别使用电梯节能装置的DC/AC双向变换器和储能模块替代，这样就省去了电梯平层装置的应急电源的充电模块和储能模块，大大降低电梯成本，并且简化了电梯安装维修工作，还可以实现电梯平层功能，并且使得电梯的电力设备具有高低电压穿越功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的用于电梯的功率调节装置的电路图。
图2是本发明提供的用于电梯的功率调节装置的单相全桥电路的电路图。
图3是本发明提供的用于电梯的功率调节装置的第一超级电容储能模块的电路图。
图4是本发明提供的用于电梯的功率调节装置的快速关断模块对应三个双向晶闸管的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种用于电梯的功率调节装置，如图1所示，该装置包括：变频器1、储能模块2、DC/AC双向变换器3、快速关断模块4、系统电源5。
储能模块2与DC/AC双向变换器3的直流侧电性连接，用于接收直流电进行充电储存能量，以及输送直流电至DC/AC双向变换器3。
系统电源5通过快速关断模块4与变频器1和DC/AC双向变换器3电性连接，用于输送交流电至变频器1和DC/AC双向变换器3。
DC/AC双向变换器3的交流侧与变频器1和快速关断模块4电性连接，用于将来自系统电源5的交流电转换为直流电，并将直流电输送至储能模块2，给储能模块2充电，还将来自储能模块2的直流电转换为交流电，并将交流电输送至变频器1；并且DC/AC双向变换器3的交流侧作为输入端时，DC/AC双向变换器3的输入端为电流源，即输入端提供稳定电流，DC/AC双向变换器3的直流侧作为输入端时，DC/AC双向变换器3的输入端为电压源，即输入端提供稳定电压。
快速关断模块4用于控制系统电源5与变频器1和DC/AC双向变换器3之间的接通与断开。
变频器1用于将来自DC/AC双向变换器3和来自系统电源5的交流电进行整流，得到直流电，并将整流得到的直流电转化为设定频率的交流电输送给电梯动力装置7。电梯动力装置7即为电梯的电动机。
进一步地，DC/AC双向变换器3的交流侧还与电梯非动力装置8电性连接，在DC/AC双向变换器3的交流侧输出交流电时，给电梯非动力装置8供电。
系统电源5通过快速关断模块4与电梯非动力装置8电性连接，用于输送交流电至电梯非动力装置8，给电梯非动力装置8供电。其中，电梯非动力装置8包括有照明装置、通风装置、电梯内的插座和开关等。
快速关断模块4还用于控制系统电源5与电梯非动力装置8之间的接通与断开。
进一步地，系统电源5输出的交流电为三相交流电，系统电源5与变频器1之间通过三相交流线路连接，快速关断模块4设置在三相交流线路上。
DC/AC双向变换器3包括第一单相变换器31、第二单相变换器32、第三单相变换器33，第一单相变换器31、第二单相变换器32、第三单相变换器33分别与变频器1的三相交流输入端对应连接。
第一单相变换器31、第二单相变换器32、第三单相变换器33均包括：单相半桥逆变器或者单相全桥逆变器，以及与单相半桥逆变器或者单相全桥逆变器电性连接的滤波电路。
进一步地，如图2所示，单相全桥逆变器包括第一桥臂、第二桥臂、第一滤波电容C1，第一桥臂与第二桥臂并联，且第一桥臂和第二桥臂均包括两个串联的全控型器件。
滤波电路包括第一滤波电容C1和LCL滤波器，LCL滤波器包括第一电感L1、第二电感L2和第二滤波电容C2，第一电感L1的一端与第一桥臂的中点连接，另一端与第二电感L2的一端以及第二滤波电容C2的一端连接，第二电感L2的另一端与变频器1电性连接。
第一滤波电容C1与第一桥臂并联，且第一滤波电容C1的两端作为交流侧。
第二滤波电容C2的一端与第二桥臂的中点电性连接。
第一单相变换器31、第二单相变换器32、第三单相变换器33中的第二桥臂的中点之间相互连接。
进一步地，全控型器件包括电力电子器件以及与电力电子器件并联的二极管，电力电子器件为MOS管或者晶闸管。
进一步地，储能模块2包括：与第一单相变换器31模块电性连接的第一超级电容储能模块21储能模块2，与第二单相变换器32模块电性连接的第二超级电容储能模块22储能模块2，与第三单相变换器33模块电性连接的第三超级电容储能模块23储能模块2。
如图3所示，第一超级电容储能模块21储能模块2、第二超级电容储能模块22储能模块2、第三超级电容储能模块23储能模块2均包含若干条相互并联的支路，每一条支路上包括多个串联的超级电容器。
进一步地，快速关断模块4包括三相交流接触器或者三个相互并联且分别设置在三相交流线路上的晶闸管；三个相互并联的晶闸管如图4所示。
用于电梯的功率调节装置还包括关断控制模块6。关断控制模块6与系统电源5的输出端电性连接，还与快速关断模块4电性连接，关断控制模块6用于采集系统电源5输出交流电的电压，并判断系统电源5输出交流电的电压是否在设定的电压范围内，若不在，则输出电信号至快速关断模块4，控制快速关断模块4断开系统电源5与变频器1、电梯非动力装置8、DC/AC双向变换器3之间的连接，反之则输出电信号至快速关断模块4，控制快速关断模块4将系统电源5与变频器1、电梯非动力装置8、DC/AC双向变换器3之间接通。
进一步地，变频器1包括：变频器整流单元11、变频器逆变单元12。
变频器整流单元11与快速关断模块4、DC/AC双向变换器3的交流侧、以及变频器逆变单元12电性连接，用于接收来自系统电源5的交流电，或者来自DC/AC双向变换器3的交流电，并将交流电进行整流后得到直流电，且将直流电输送至变频器逆变单元12。
变频器逆变单元12，用于将直流电转换为设定频率的交流电输送至电梯动力装置7。
本发明提供的用于电梯的功率调节装置工作流程如下：在系统电源5正常工作时，系统电源5输出交流电的电压在设定电压范围内，系统电源5输送三相交流电至变频器1和DC/AC双向变换器3，还输送三相交流电至电梯非动力装置8，给电梯非动力装置8供电。变频器1将交流电进行整流得到直流电，将直流电进行逆变成设定频率的交流电，并将该交流电输送至电梯动力装置7，为电梯动力装置7供电。另一方面，DC/AC双向变换器3将的交流侧接收交流电后，该交流侧作为电流源，提供稳定电流，DC/AC双向变换器3将交流电进行整流后得到直流电，将该直流电输送至储能模块2，给储能模块2充电，以实现能量的存储。并且，当系统电源5正常工作时，DC/AC双向变换器3工作在电流源模式，可以补偿变频器1产生的谐波。
当系统电源5出现故障时，系统电源5输出交流电的电压不在设定电压范围内，即系统电源5输出交流电的电压值大于设定电压范围的最大值或者小于设定电压范围的最小值，通过快速关断模块4断开系统电源5与变频器1、DC/AC双向变换器3、电梯非动力装置8之间的连接。此时，储能模块2输送直流电至DC/AC双向变换器3，DC/AC双向变换器3的直流侧接收该直流电，且DC/AC双向变换器3的直流侧作为电压源，保证输入端的电压稳定。
DC/AC双向变换器3将直流电进行逆变处理后，得到交流电，并将交流电输送至变频器1，变频器1将接收到的交流电进行整流得到直流电，再将该直流电进行逆变处理，得到设定频率的交流电，并将该交流电输送至电梯动力装置7，给电梯动力装置7供电。
在系统电源5出现故障时，DC/AC双向变换器3工作状态由电流源模式变化为电压源模式，储能模块2通过DC/AC双向变换器3直流侧为DC/AC双向变换器3的交流输出提供能量，DC/AC双向变换器3作为电压源为电梯动力装置7和电梯非动力装置8供电，以维持电梯的正常工作，当系统电源5恢复正常工作后，DC/AC双向变换器3则由电压源模式切换至电流源模式，快速关断模块4被接通，系统电源5为电梯动力装置7和电梯非动力装置8供电，维持电梯的正常工作。
综上，本发明提供的用于电梯的功率调节装置，通过应用单相逆变技术、超级电容器的储能技术，以及快速关断技术，统一实现电梯平层、电梯节能、有源滤波和高低电压穿越功能，该装置大大降低了电梯成本，并且简化了电梯安装维修工作。
本发明将电梯平层装置的应急电源的充电模块和储能模块2分别使用电梯节能装置的单相变换器和储能模块2替代，这样就省去了电梯平层装置的应急电源的充电模块和储能模块2，实现了充放电模块与储能模块2的共用，大大降低电梯成本，并且简化了电梯安装维修工作。
本发明提供的用于电梯的功率调节装置不但具有极快的响应速度、待机效率高、工作稳定，而且结构简单，有效地节约了产品成本，便于维护，易于操作，性价比较高。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于电梯的功率调节装置，其特征在于，包括：变频器、储能模块、DC/AC双向变换器、快速关断模块、系统电源；
所述储能模块，与所述DC/AC双向变换器的直流侧电性连接，用于接收直流电进行充电储存能量，以及输送直流电至所述DC/AC双向变换器；
所述系统电源，通过所述快速关断模块与所述变频器和所述DC/AC双向变换器电性连接，用于输送交流电至所述变频器和所述DC/AC双向变换器；
所述DC/AC双向变换器，其交流侧与所述变频器和所述快速关断模块电性连接，用于将来自所述系统电源的交流电转换为直流电，并将直流电输送至所述储能模块，给所述储能模块充电，还将来自所述储能模块的直流电转换为交流电，并将交流电输送至所述变频器；并且所述DC/AC双向变换器的交流侧作为输入端时，所述DC/AC双向变换器的输入端为电流源，所述DC/AC双向变换器的直流侧作为输入端时，所述DC/AC双向变换器的输入端为电压源；
所述快速关断模块，用于控制所述系统电源与所述变频器和所述DC/AC双向变换器之间的接通与断开；
所述变频器，用于将来自所述DC/AC双向变换器和来自所述系统电源的交流电进行整流，得到直流电，并将整流得到的直流电转化为设定频率的交流电输送给电梯动力装置。
2.根据权利要求1所述的用于电梯的功率调节装置，其特征在于，所述DC/AC双向变换器的交流侧还与电梯非动力装置电性连接；
所述系统电源通过所述快速关断模块与所述电梯非动力装置电性连接，用于输送交流电至所述电梯非动力装置；
所述快速关断模块，还用于控制系统电源与所述电梯非动力装置之间的接通与断开。
3.根据权利要求1所述的用于电梯的功率调节装置，其特征在于，所述系统电源输出的交流电为三相交流电，所述系统电源与所述变频器之间通过三相交流线路连接，所述快速关断模块设置在所述三相交流线路上；
所述DC/AC双向变换器包括第一单相变换器、第二单相变换器、第三单相变换器，所述第一单相变换器、所述第二单相变换器、所述第三单相变换器分别与所述变频器的三相交流输入端对应连接；
所述第一单相变换器、所述第二单相变换器、所述第三单相变换器均包括：单相半桥逆变器或者单相全桥逆变器，以及与所述单相半桥逆变器或者所述单相全桥逆变器电性连接的滤波电路。
4.根据权利要求3所述的用于电梯的功率调节装置，其特征在于，所述单相全桥逆变器包括第一桥臂、第二桥臂、第一滤波电容C1，所述第一桥臂与所述第二桥臂并联，且所述第一桥臂和所述第二桥臂均包括两个串联的全控型器件；
所述滤波电路包括第一滤波电容C1和LCL滤波器，所述LCL滤波器包括第一电感L1、第二电感L2和第二滤波电容C2，所述第一电感L1的一端与所述第一桥臂的中点连接，另一端与所述第二电感L2的一端以及所述第二滤波电容C2的一端连接，所述第二电感L2的另一端与所述变频器电性连接；
所述第一滤波电容C1与所述第一桥臂并联，且所述第一滤波电容C1的两端作为交流侧；
所述第二滤波电容C2的一端与所述第二桥臂的中点电性连接；
所述第一单相变换器、所述第二单相变换器、所述第三单相变换器中的所述第二桥臂的中点之间相互连接。
5.根据权利要求4所述的用于电梯的功率调节装置，其特征在于，所述全控型器件包括电力电子器件以及与所述电力电子器件并联的二极管，所述电力电子器件为MOS管或者晶闸管。
6.根据权利要求3所述的用于电梯的功率调节装置，其特征在于，所述储能模块包括：与所述第一单相变换器模块电性连接的第一超级电容储能模块，与所述第二单相变换器模块电性连接的第二超级电容储能模块，与所述第三单相变换器模块电性连接的第三超级电容储能模块；
所述第一超级电容储能模块、所述第二超级电容储能模块、所述第三超级电容储能模块均包含若干条相互并联的支路，每一条支路上包括多个串联的超级电容器。
7.根据权利要求3所述的用于电梯的功率调节装置，其特征在于，所述快速关断模块包括三相交流接触器或者三个相互并联且分别设置在所述三相交流线路上的晶闸管；
所述用于电梯的功率调节装置还包括关断控制模块；
所述关断控制模块，与所述系统电源的输出端以及所述快速关断模块电性连接，用于采集所述系统电源输出交流电的电压，并判断所述系统电源输出交流电的电压是否在设定的电压范围内，若不在，则输出电信号至所述快速关断模块，控制所述快速关断模块断开，反之则输出电信号至所述快速关断模块，控制所述快速关断模块接通。
8.根据权利要求3所述的用于电梯的功率调节装置，其特征在于，所述变频器包括：变频器整流单元、变频器逆变单元；
所述变频器整流单元，与所述快速关断模块、所述DC/AC双向变换器的交流侧、以及所述变频器逆变单元电性连接，用于接收来自所述系统电源的交流电，或者来自所述DC/AC双向变换器的交流电，并将交流电进行整流后得到直流电，且将直流电输送至所述变频器逆变单元；
所述变频器逆变单元，用于将直流电转换为设定频率的交流电输送至所述电梯动力装置。
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