CN109205431A - 电梯安全驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电梯安全驱动系统，其包括整流模块、启动限流模块、电容模块、制动模块、逆变模块、控制模块，通过对驱动系统中的逆变模块进行集中控制，接通可控开关元件以短接电机输入端进行能耗制动，实现对电梯制动力矩不足导致的溜梯保护；通过增加逐波限流保护，可以有效保护电梯急停时短接电机输入端产生的大电流对可控开关元件的损伤；通过增加应急电源，如蓄电池，可以实现电梯系统停电状态下的溜梯保护。该系统可以有效避免溜梯时的安全隐患，简化系统结构，降低成本。

Description

电梯安全驱动系统

技术领域

本发明涉及电梯制造技术领域，尤其涉及电梯安全驱动系统。

背景技术

随着我国经济社会的发展，高楼层建筑的不断涌现，电梯的需求量也出现了不断升高的驱使。电梯作为一种重要的运输机械设备，在给用户带来方便的同时，其安全隐患也逐渐受到重视，对于电梯设备，应该进行合理设计、精密加工、提高安装调试质量，并加强日常维护保养，这样才能尽量避免安全事故，使得电梯能够安全、可靠、舒适地为乘客服务。在电梯的安全问题中，制动器的制动力力矩不足或抱闸系统故障引起的溜梯的危害尤其严重。

目前针对溜梯的防护主要通过制动系统的冗余设计来实现，针对制动系统本身故障时，已有的一种现有技术公开了一种应用于电梯实现溜梯自救的方法，当电梯在门区并检出轿厢滑移，它就命令控制系统下达自救指令，同时根据滑移的方向施加一个反向的转矩使轿厢保持在初始位置附近。已有的另一种现有技术公开了一种电梯安全保护方法，根据对轿厢在门区的滑移量的监控判断制动力矩，当制动力矩不足时短接电机输入端同时强制关门，然后运行到门区等待救援。这些方法主要作用于门区，且在制动力矩不足溜梯时输出转矩控制电梯运行本身存在较大的安全风险。

而电梯失电救援时一般是通过外接接触器与主接触器的配合来短接电机输入端，达到限制松闸救援溜梯速度的目的。已有的一种现有技术采用了一个接触器，通过主接触器与接触器的连锁控制电机输入端短接，实现溜梯保护功能。由于接触器在吸合的运动中难免会产生机械振动，这会产生噪声，并且由于接触器上有大量的连线，长期的振动会导致连线逐渐松动，随后导致整体系统的失效。

上述对背景技术的陈述仅是为了方便对本发明技术方案(使用的技术手段、解决的技术问题以及产生的技术效果等方面)的深入理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种电梯安全驱动系统，该系统可以在电梯溜梯或松闸救援时，通过同时接通变频器逆变模块的上桥臂或下桥臂的三个开关元件，或交替地打开上桥臂的三个可控开关元件和下桥臂的三个可控开关元件，来短接电机输入端，利用永磁同步电机自发电制动的特点，减缓轿厢滑移速度。

本发明涉及一种电梯安全驱动系统，所述电梯安全驱动系统包括：整流模块、启动限流模块、电容模块、制动模块、逆变模块、控制模块；所述逆变模块由上桥臂和下桥臂组成，上桥臂与直流母线正极连接，具有三个可控开关元件；下桥臂与直流母线负极连接，具有三个可控开关元件；所述控制模块与所述逆变模块电连接，所述控制模块通过脉宽信号控制逆变模块的可控开关元件的通断，当电梯变频器未接收到运行信号时，所述控制模块通过脉宽信号控制打开逆变模块的下桥臂的三个可控开关元件；或打开逆变模块的上桥臂的三个可控开关元件；或交替地打开逆变模块的上桥臂的三个可控开关元件和下桥臂的三个可控开关元件，短接电机输入端，减缓轿厢滑移速度。

优选地，所述整流模块的输入端与交流电源电连接，产生直流电压；所述启动限流模块和电容模块与所述整流模块的输出端电连接，对整流后的电压进行滤波并且平衡由负载变化带来的电压波动；所述制动模块与电容模块并联连接，在电机处于制动状态下，使得直流母线的电压能够维持在安全范围内。

优选地，所述可控开关元件为绝缘栅双极型晶体管。

优选地，所述电梯安全驱动系统还包括应急电源模块，在系统断电时给控制模块供电，控制模块输出脉宽信号同时打开逆变模块的下桥臂的三个可控开关元件，或同时打开逆变模块的上桥臂的三个可控开关元件，或交替地打开上桥臂的三个可控开关元件和下桥臂的三个可控开关元件，短接电机输入端，防止电梯救援时溜梯速度过快造成危险。

优选地，所述应急电源模块直接与控制模块电连接，以控制可控开关元件。

优选地，所述应急电源直接连接在直流母线上，通过直流母线再向控制模块提供电源，以控制可控开关元件。

优选地，所述控制模块是独立的，或者集成在变频器中，或者直接集成在电梯控制系统中，所述控制模块输出的脉宽信号的占空比在0至1之间是可调的，通过调节占空比来限制溜梯过程中的电流和电梯溜梯速度。

优选地，所述逆变模块电连接有逐波限流电路，从而防止电梯急停过程中短接电机输入端产生的大电流损坏可控开关元件。

优选地，所述逐波限流电路包括：电流互感器、比较器和触发器，所述逐波限流电路通过电流互感器采集回路电流信号，通过比较器与基准电压比较产生逐波限流信号，逐波限流信号与原始驱动信号通过触发器产生带限流功能的驱动信号，从而控制各个可控开关元件。

本发明还涉及一种电梯系统，该电梯系统包括根据前述任一权利要求所述的电梯安全驱动系统。

本发明采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

通过对驱动系统中的逆变模块进行集中控制，实现对可控开关元件的导通控制，以短接电机输入端进行能耗制动，实现对电梯制动力矩不足导致的溜梯的保护；通过增加逐波限流保护，可以有效保护电梯急停时短接电机输入端产生的大电流对可控开关元件的损伤；通过增加应急电源(如蓄电池)，可以实现电梯系统停电状态下的溜梯保护功能，降低成本。

附图说明

下文将结合附图对本发明的示例性实施例进行更为详细的说明。为清楚起见，不同附图中相同的部件以相同标号示出。需要说明的是，附图仅起到示意作用，其并不必然按照比例绘制。在这些附图中：

图1是根据本发明的电梯安全驱动系统的结构的示意图。

图2是根据本发明的电梯安全驱动系统的结构的示意图。

图3是根据本发明的电梯安全驱动系统的逐波限流电路的示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施方案作详细说明，本实施方案在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施方案。

图1示出了根据本发明的电梯安全驱动系统的结构示意图。如图1中所示，附图1所示，本发明的电梯安全驱动系统包括：整流模块1、启动限流模块2、电容模块9、制动模块3、逆变模块5、控制模块7和应急电源8组成。

整流模块1与单相或三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压。

启动限流模块2和电容模块9对整流后的电压进行滤波并且平衡由负载变化带来的电压波动。出于耐压的考虑，电容模块9由电解电容串联组成，目的就是在交流转直流的过程中起到滤波的作用。为了使每个电容电压相等，在每一个电容上并联一个恒压电阻。

在电梯安全驱动系统中，由于存在能量回馈功能，制动模块3是必不可少的部件，否则电机回馈的电能会造成很大的危险。当电机处于制动状态下，驱动系统的动能就会反馈至直流环节中，直流母线电压会不断地上升，甚至可能会达到比较危险的状况。因此，必须通过制动模块将再生直流电路的能量消耗掉，从而使得直流母线的电压能够维持在安全范围内。

逆变模块5将固定的直流电压通过载波来形成正弦可变电压可变频率的模拟交流电压，其由上桥臂和下桥臂组成，上桥臂与直流母线4的正极连接，具有三个可控开关元件T1、T2、T3；下桥臂与直流母线负极连接，具有三个可控开关元件T4、T5、T6，所述开关元件为绝缘栅双极型晶体管。由于电机的绕组是电感性的，因此电流具有无功分量，续流二极管即为无功电流回到直流电源的时候给予了通道，当电机的频率下降、电机处于再生制动状态的时候，电流将会通过续流二极管的整流后返回至直流环节。

控制模块7与逆变模块5相连，通过脉宽信号控制逆变模块的6个可控开关元件的通断，以及提供保护功能来确保逆变模块的安全运作。

如图1所示，逆变模块5通过电缆与电机6相连，在正常工作时，整流电压经过了直流环节的滤波后输入于逆变器，在控制电路的作用下，逆变器根据输出的需要导通，从而为电机提供能量。当电梯变频器未接收到运行信号时，控制模块7输出脉宽信号同时打开所述逆变模块5的下桥臂的三个可控开关元件T4、T5、T6，或同时打开所述逆变模块5的上桥臂的三个可控开关元件T1、T2、T3；或交替地打开上桥臂的三个可控开关元件和下桥臂的三个可控开关元件，短接电机6输入端，利用永磁同步电机自发电制动的特点，减缓轿厢滑移速度，防止溜梯造成危险。

所述的控制模块7输出的脉宽信号把每半个周期内输出电压的波形分割成若干个脉冲波，每个脉冲波的宽度为t1，每两个脉冲间的间隔宽度为t2，脉冲的占空比为t1/(t1+t2)，因此，脉宽信号的占空比在0至1范围是可调的。通过调节该占空比可以限制溜梯过程中的电流和电梯溜梯速度。

如附图1所示，所述的控制模块7还可以连接有应急电源8(例如，蓄电池)，出于安全方面的考虑，当系统断电时，应急电源能在短时间内作用于系统，如当系统断电时，通过应急电源8给控制模块7供电，控制模块7输出脉宽信号，同时打开逆变模块5的下桥臂的三个可控开关元件T4、T5、T6，或同时打开逆变模块5的上桥臂的三个可控开关元件T1、T2、T3，或交替地打开逆变模块5的上桥臂的三个可控开关元件和下桥臂的三个可控开关元件，短接电机输入端，防止电梯救援时溜梯速度过快造成危险。

图2示出了根据本发明的电梯安全驱动系统的结构的示意图。如图2所示，应急电源8也可以直接连接在直流母线4上，通过直流母线4再向控制模块7提供电源控制可控开关元件。

图3示出了根据本发明的电梯安全驱动系统的逐波限流电路的示意图。在电梯高速运行过程中安全电路突然关断时，抱闸失电闭合导致电梯急停，此时短接电机6输入端会在逆变模块5回路中产生大电流，极易损坏可控开关元件，在本发明中，逆变模块5连接有逐波限流电路，从而防止所述的大电流损坏可控开关元件。如图3所示，逐波限流电路是通过电流互感器10采集回路电流信号，通过比较器11与基准电压13比较产生逐波限流信号，逐波限流信号与原始驱动信号通过触发器12产生带限流功能的驱动信号控制各个可控开关元件。因此，本发明能够以硬件限制电流值，在大的冲击负载条件下，能稳定并无故障的运行。

以上示例性实施方式所呈现的描述仅用以说明本发明的技术方案，并不想要成为毫无遗漏的，也不想要把本发明限制为所描述的精确形式。显然，本领域的普通技术人员根据上述教导作出很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员便于理解、实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的保护范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

Claims (10)

1.一种电梯安全驱动系统，其特征在于，所述电梯安全驱动系统包括：整流模块、启动限流模块、电容模块、制动模块、逆变模块、控制模块；

所述逆变模块由上桥臂和下桥臂组成，上桥臂与直流母线正极连接，具有三个可控开关元件；下桥臂与直流母线负极连接，具有三个可控开关元件；

所述控制模块与所述逆变模块电连接，所述控制模块通过脉宽信号控制逆变模块的可控开关元件的通断，当电梯变频器未接收到运行信号时，所述控制模块通过脉宽信号控制打开逆变模块的下桥臂的三个可控开关元件；或打开逆变模块的上桥臂的三个可控开关元件；或交替地打开逆变模块的上桥臂的三个可控开关元件和下桥臂的三个可控开关元件，短接电机输入端，减缓轿厢滑移速度。

2.根据权利要求1所述的电梯安全驱动系统，其特征在于，

所述整流模块的输入端与交流电源电连接，产生直流电压；

所述启动限流模块和电容模块与所述整流模块的输出端电连接，对整流后的电压进行滤波并且平衡由负载变化带来的电压波动；

所述制动模块与电容模块并联连接，在电机处于制动状态下，使得直流母线的电压能够维持在安全范围内。

3.根据权利要求1所述的电梯安全驱动系统，其特征在于，所述可控开关元件为绝缘栅双极型晶体管。

4.根据权利要求1所述的电梯安全驱动系统，其特征在于，所述电梯安全驱动系统还包括应急电源模块，在系统断电时给控制模块供电，控制模块输出脉宽信号同时打开逆变模块的下桥臂的三个可控开关元件，或同时打开逆变模块的上桥臂的三个可控开关元件，或交替地打开上桥臂的三个可控开关元件和下桥臂的三个可控开关元件，短接电机输入端，防止电梯救援时溜梯速度过快造成危险。

5.根据权利要求4所述的电梯安全驱动系统，其特征在于，所述应急电源模块直接与控制模块电连接，以控制可控开关元件。

6.根据权利要求4所述的电梯安全驱动系统，其特征在于，所述应急电源直接连接在直流母线上，通过直流母线再向控制模块提供电源，以控制可控开关元件。

7.根据权利要求1所述的电梯安全驱动系统，其特征在于，所述控制模块是独立的，或者集成在变频器中，或者直接集成在电梯控制系统中，所述控制模块输出的脉宽信号的占空比在0至1之间是可调的，通过调节占空比来限制溜梯过程中的电流和电梯溜梯速度。

8.根据权利要求1所述的电梯安全驱动系统，其特征在于，所述逆变模块电连接有逐波限流电路，从而防止电梯急停过程中短接电机输入端产生的大电流损坏可控开关元件。

9.根据权利要求8所述的电梯安全驱动系统，其特征在于，所述逐波限流电路包括：电流互感器、比较器和触发器，所述逐波限流电路通过电流互感器采集回路电流信号，通过比较器与基准电压比较产生逐波限流信号，逐波限流信号与原始驱动信号通过触发器产生带限流功能的驱动信号，从而控制各个可控开关元件。

10.一种电梯系统，其特征在于包括根据前述任一权利要求所述的电梯安全驱动系统。