CN109455605B - 电梯节能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电梯节能装置，当超级电容器的电量在正常状态电量区间时，如果曳引电动机处于再生发电状态，则曳引电动机的发电电能经过第一直流变换器由超级电容器储存下来；如果曳引电动机处于电动运行状态，则超级电容器通过第一直流变换器向电梯主回路直流侧上释放电能供曳引电动机使用；当超级电容器电量充满后，则第一直流变换器只能工作在放电状态，超级电容器供电至电梯主回路直流侧；当超级电容器的电量过低时，第一直流变换器只能工作在充电状态向所述超级电容器充电。本发明的电梯节能装置，存储电梯的再生电能并供电梯后续使用，提高了电梯再生能量利用率。

Description

电梯节能装置
技术领域
本发明涉及电梯驱动和控制技术，特别涉及一种电梯节能装置。
背景技术
随着城市化进程的持续加深，越来越多的建筑开始在城市中拔地而起，城市的建筑空间正在向垂直方向不断延伸，这也造就了电梯的使用量节节攀升。虽然，电梯为人们在楼宇中的垂直输送提供了极大的便利，但其对电能的消耗也很大。
电梯在运行时，重载向下、轻载向上及减速情况下曳引电动机处在再生发电状态，此时电梯不仅不消耗电能，反而会将电梯系统的部分势能转换为电能，回馈到电梯系统中。
常规的电梯，会将这部分回馈的电能通过再生电阻器以热能的形式进行消耗。这是一种非常不经济的手段——不仅白白地浪费了一部分的能量，而且再生电阻器释放的热能会提高机房的温度，不利于电梯的正常运行，甚至还需要另行配置空调降温。
虽然，目前已经有电梯的能量反馈技术，可以将这部分再生电能转换成工频交流电反馈给电网，以达到节能的目的。但是，能量反馈装置不仅成本高，反馈效率低，而且其反馈的电能不均衡，既不能被同一建筑内其它用电设备同时用尽，对整个建筑的供电系统造成不小的冲击，也不能冲减电表上的耗电量来降低用户的用电成本，尤其对于低速或小提升高度的电梯，更是得不偿失。
所以，能够将电梯再生能量存于电梯之中且在需要时直接使用无疑是最优的方式。早期，受限于蓄电池无法频繁地大功率充放电，这一方式一直无法实际运用。现在，超级电容的诞生，克服了传统蓄电池的上述缺点。目前，使用超级电容存储电梯运行时的再生能量被广泛地研究和应用，但主要是将超级电容存储的电能作为电梯运行时外网电能的补充及停电应急电源上，如CN201110060905那样。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电梯节能装置，能提高电梯再生能量利用率。
为解决上述技术问题，本发明提供的电梯节能装置，其包括超级电容器11、第一直流变换器12、整流器22、三相可控逆变器24及控制单元14；
所述第一直流变换器12连接在电梯主回路直流侧23和超级电容器11之间，用于实现电梯主回路直流侧23和超级电容器11之间电力潮流的双向流动；
所述电梯主回路直流侧23同时接三相可控逆变器24的直流端；
所述三相可控逆变器24的交流端接曳引电动机25；
所述整流器22的直流输出端接电梯主回路直流侧23，用于将外网交流电源20整流后输出直流电压；
当超级电容器11的电量在正常状态电量区间，如果电梯主回路直流侧23电压大于门限电压，则所述控制单元14控制所述第一直流变换器12进入充电状态向所述超级电容器11充电；如果电梯主回路直流侧23电压小于等于门限电压，则所述控制单元14控制所述第一直流变换器12进入放电状态向所述电梯主回路直流侧23输出第一工作电压；第一工作电压高于所述整流器22的输出直流电压，门限电压等于第一工作电压；
当超级电容器11的电量高于正常状态电量区间的高端电量，则所述控制单元14控制所述第一直流变换器12进入放电状态向所述电梯主回路直流侧23输出第一工作电压；
当超级电容器11的电量低于正常状态电量区间的低端电量，则所述控制单元14控制所述第一直流变换器12进入充电状态向所述超级电容器11充电。
较佳的，电梯主回路直流侧23的正负端之间还接有再生电阻回路26；
当电梯主回路直流侧23的正负端之间的电压大于再生电阻回路26的开通电压，所述再生电阻回路26开通，再生电阻回路26的开通电压大于第一工作电压。
较佳的，电梯节能装置还包括第二直流变换器13及电梯控制电源21；
所述第二直流变换器13的输入端与超级电容器11两端直连，用于输出电梯节能装置本身的工作电压；
所述电梯控制电源21的输入端接外网交流电源20，用于输出电梯节能装置本身的工作电压；
所述控制单元14，当超级电容器11的电量低于亏电电量，则控制所述第二直流变换器13停止输出电梯节能装置本身的工作电压，并控制所述电梯控制电源21输出电梯节能装置本身的工作电压；当超级电容器11的电量大于等于亏电电量，则控制所述第二直流变换器13输出电梯节能装置本身的工作电压，并控制所述电梯控制电源21停止输出电梯节能装置本身的工作电压；所述亏电电量低于超级电容器11的正常状态电量区间的低端电量。
较佳的，当超级电容器11的端电压在正常状态电压区间，则超级电容器11的电量在正常状态电量区间；
当超级电容器11的端电压低于正常状态电压区间的低端电压，则超级电容器11的电量低于正常状态电量区间的低端电量；
当超级电容器11的端电压高于正常状态电压区间的高端电压，则超级电容器11的电量高于正常状态电量区间的高端电量；
当超级电容器11的端电压为亏电电压时，超级电容器11的电量为亏电电量，所述亏电电压低于超级电容器11的正常状态电压区间的低端电压。
较佳的，所述超级电容器11是由若干个超级电容单体串联和并联而成。
较佳的，所述第一直流变换器12是Buck/Boost双向DC-DC变换电路；
当超级电容器11的端电压低于亏电电压超过设定时间，所述控制单元14控制断开超级电容器11与第一直流变换器12的连接。
较佳的，所述整流器22为三相不控整流器；
所述外网交流电源20为三相交流380V。
较佳的，所述控制单元14给第一直流变换器12发送PWM控制信号，使其进入充电状态或放电状态。
本发明的电梯节能装置，超级电容器11存储曳引电动机25在再生发电状态运行时释放的电能，先于外网电源给曳引电动机25电动运行和装置本身提供电源，可以存储电梯的再生电能并供电梯后续使用，并且电梯本身优先使用超级电容器11中存储的电能，提高了电梯再生能量利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，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是本发明的电梯节能装置一实施例的模块示意图；
图2是本发明的电梯节能装置一实施例的电路图。
图中附图标记说明如下：
11超级电容器；12第一直流变换器；13第二直流变换器；14控制单元；20外网交流电源；21电梯控制电源；22整流器；23电梯主回路直流侧；24三相可控逆变器；25曳引电动机；26再生电阻回路。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1和图2所示，电梯节能装置包括超级电容器11、第一直流变换器12、整流器22、三相可控逆变器24及控制单元14；
所述第一直流变换器12连接在电梯主回路直流侧23和超级电容器11之间，用于实现电梯主回路直流侧23和超级电容器11之间电力潮流的双向流动；
所述电梯主回路直流侧23同时接三相可控逆变器24的直流端；
所述三相可控逆变器24的交流端接曳引电动机25；
所述整流器22的直流输出端接电梯主回路直流侧23，用于将外网交流电源20整流后输出直流电压；
当超级电容器11的电量在正常状态电量区间，如果电梯主回路直流侧23电压大于门限电压，则所述控制单元14控制所述第一直流变换器12进入充电状态向所述超级电容器11充电；如果电梯主回路直流侧23电压小于等于门限电压，则所述控制单元14控制所述第一直流变换器12进入放电状态向所述电梯主回路直流侧23输出第一工作电压；第一工作电压高于所述整流器22的输出直流电压，门限电压等于第一工作电压；
当超级电容器11的电量高于正常状态电量区间的高端电量，则所述控制单元14控制所述第一直流变换器12进入放电状态向所述电梯主回路直流侧23输出第一工作电压；
当超级电容器11的电量低于正常状态电量区间的低端电量，则所述控制单元14控制所述第一直流变换器12进入充电状态向所述超级电容器11充电。
较佳的，电梯主回路直流侧23的正负端之间还接有再生电阻回路26；
当电梯主回路直流侧23的正负端之间的电压大于再生电阻回路26的开通电压，所述再生电阻回路26开通，再生电阻回路26的开通电压大于第一工作电压。
实施例一的电梯节能装置，当超级电容器11的电量在正常状态电量区间时，如果曳引电动机25处于再生发电状态，则电梯主回路直流侧23电压高于门限电压，所述控制单元14控制所述第一直流变换器12进入充电状态，曳引电动机25的发电电能经过第一直流变换器12由超级电容器11储存下来；如果曳引电动机25处于电动运行状态，则电梯主回路直流侧23电压小于等于门限电压，所述控制单元14控制所述第一直流变换器12进入放电状态向所述电梯主回路直流侧23输出第一工作电压，超级电容器11通过第一直流变换器12向所述电梯主回路直流侧23上释放电能，供曳引电动机25使用，因为外接外网交流电源20的整流器22对电梯主回路直流侧23的输出直流电压远低于第一工作电压，所以整流器22内的整流二极管均不导通，外网交流电源20电能无法输进电梯主回路直流侧23，所以仅由超级电容器11通过第一直流变换器12给曳引电动机输送电能；当超级电容器11的电量高于正常状态电量区间的高端电量，则认为超级电容器11电能充满了，此时控制单元14控制所述第一直流变换器12使其只能工作在放电状态，也就是当曳引电动机25处于电动运行状态时，超级电容器11中的电能仍能通过第一直流变换器12输送至电梯主回路直流侧23，当曳引电动机25处于再生发电状态时，第一直流变换器12不再将多余的电能充入超级电容器11中，这些电能留在电梯主回路直流侧23中会使其电压升高超过再生电阻回路26的开通电压，触发再生电阻回路26开通，使多余电能通过再生电阻回路26进行消耗；当超级电容器11的电量低于正常状态电量区间的低端电量，则认为超级电容器11电能不足，此时则所述控制单元14控制所述第一直流变换器12只能工作在充电状态向所述超级电容器11充电，不再对电梯主回路直流侧23输出稳定的直流电压，也就是当曳引电动机25处于再生发电状态时，第一直流变换器12会将多余的电能充入超级电容器11中，但当曳引电动机25处于电动运行状态时，超级电容器11中的电能不会通过第一直流变换器12输送至电梯主回路直流侧23，此时由于曳引电动机25的耗电，电梯主回路直流侧23的电压会下降至低于所述整流器22的输出电压，整流器22会导通，由外网交流电源20电能经整流进入电梯主回路直流侧23，为曳引电动机供电。
实施例一的电梯节能装置，超级电容器11存储曳引电动机25在再生发电状态运行时释放的电能，先于外网电源给曳引电动机25电动运行提供电源，可以存储电梯的再生电能并供电梯后续使用，并且电梯本身优先使用超级电容器11中存储的电能，提高了电梯再生能量利用率。
实施例二
基于实施例一，电梯节能装置还包括第二直流变换器13及电梯控制电源21；
所述第二直流变换器13的输入端与超级电容器两端直连，用于输出电梯节能装置本身的工作电压；
所述电梯控制电源21的输入端接外网交流电源20，用于输出电梯节能装置本身的工作电压；
所述控制单元14，当超级电容器11的电量低于亏电电量，则控制所述第二直流变换器13停止输出电梯节能装置本身的工作电压，并控制所述电梯控制电源21输出电梯节能装置本身的工作电压；当超级电容器11的电量大于等于亏电电量，则控制所述第二直流变换器13输出电梯节能装置本身的工作电压，并控制所述电梯控制电源21停止输出电梯节能装置本身的工作电压；所述亏电电量低于超级电容器11的正常状态电量区间的低端电量。
较佳的，当超级电容器11的端电压在正常状态电压区间，则超级电容器11的电量在正常状态电量区间；当超级电容器11的端电压低于正常状态电压区间的低端电压，则超级电容器11的电量低于正常状态电量区间的低端电量；当超级电容器11的端电压高于正常状态电压区间的高端电压，则超级电容器11的电量高于正常状态电量区间的高端电量；当超级电容器11的端电压为亏电电压时，超级电容器11的电量为亏电电量，所述亏电电压低于超级电容器11的正常状态电压区间的低端电压。
实施例二的电梯节能装置，第二直流变换器13的输入端直接并联在超级电容器11的两端，可以将超级电容器11上电压可变的直流电变换为电压稳定的直流电源，优先地由第二直流变换器13为电梯节能装置供电，只有当超级电容器11电量过低时，才由电梯控制电源21为电梯节能装置进行后备供电。
实施例三
基于实施例二的电梯节能装置，所述超级电容器11是由若干个超级电容单体串联和并联而成，并附加上相应地保护、均衡等电路。
第二直流变换器13可以是输入电压范围宽的直流开关电源。
实施例四
基于实施例二的电梯节能装置，第一直流变换器是Buck/Boost双向DC-DC变换电路；
当超级电容器11的端电压低于亏电电压超过设定时间，所述控制单元14控制断开超级电容器11与第一直流变换器12的连接,以保护超级电容器11。
较佳的，所述整流器22为三相不控整流器；
所述外网交流电源20为三相交流380V。
较佳的，所述控制单元14给第一直流变换器12发送PWM控制信号，使其进入充电状态或放电状态。
较佳的，所述超级电容器11的正常状态电压区间为105V～130V，其端口电压范围是93.6V～136.8V。
第一工作电压为590V～610V，例如为600V；
所述整流器22的输出直流电压为530V～550V，例如为540V；
所述再生电阻回路26的开通电压的范围是680V～700V；
所述亏电电压为90V～100V，例如为95V；
所述第二直流变换器13的输入电压范围是90V～150V，输出电压是45V～51V，例如为48V。
以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电梯节能装置，其特征在于，包括超级电容器(11)、第一直流变换器(12)、整流器(22)、三相可控逆变器(24)及控制单元(14)；
所述第一直流变换器(12)连接在电梯主回路直流侧(23)和超级电容器(11)之间，用于实现电梯主回路直流侧(23)和超级电容器(11)之间电力潮流的双向流动；
所述电梯主回路直流侧(23)同时接三相可控逆变器(24)的直流端；
所述三相可控逆变器(24)的交流端接曳引电动机(25)；
所述整流器(22)的直流输出端接电梯主回路直流侧(23)，用于将外网交流电源(20)整流后输出直流电压；
当超级电容器(11)的电量在正常状态电量区间，如果电梯主回路直流侧(23)电压大于门限电压，则所述控制单元(14)控制所述第一直流变换器(12)进入充电状态向所述超级电容器(11)充电；如果电梯主回路直流侧23电压小于等于门限电压，则所述控制单元(14)控制所述第一直流变换器(12)进入放电状态向所述电梯主回路直流侧(23)输出第一工作电压；第一工作电压高于所述整流器(22)的输出直流电压，门限电压等于第一工作电压；
当超级电容器(11)的电量高于正常状态电量区间的高端电量，则所述控制单元(14)控制所述第一直流变换器(12)进入放电状态向所述电梯主回路直流侧(23)输出第一工作电压；
当超级电容器(11)的电量低于正常状态电量区间的低端电量，则所述控制单元(14)控制所述第一直流变换器(12)进入充电状态向所述超级电容器(11)充电；
电梯节能装置还包括第二直流变换器(13)及电梯控制电源(21)；
所述第二直流变换器(13)的输入端与超级电容器(11)两端直连，用于输出电梯节能装置本身的工作电压；
所述电梯控制电源(21)的输入端接外网交流电源(20)，用于输出电梯节能装置本身的工作电压；
所述控制单元(14)，当超级电容器(11)的电量低于亏电电量，则控制所述第二直流变换器(13)停止输出电梯节能装置本身的工作电压，并控制所述电梯控制电源(21)输出电梯节能装置本身的工作电压；当超级电容器(11)的电量大于等于亏电电量，则控制所述第二直流变换器(13)输出电梯节能装置本身的工作电压，并控制所述电梯控制电源(21)停止输出电梯节能装置本身的工作电压；所述亏电电量低于超级电容器(11)的正常状态电量区间的低端电量。
2.根据权利要求1所述的电梯节能装置，其特征在于，
电梯主回路直流侧(23)的正负端之间还接有再生电阻回路(26)；
当电梯主回路直流侧(23)的正负端之间的电压大于再生电阻回路(26)的开通电压，所述再生电阻回路(26)开通，再生电阻回路(26)的开通电压大于第一工作电压。
3.根据权利要求1述的电梯节能装置，其特征在于，
当超级电容器(11)的端电压在正常状态电压区间，则超级电容器(11)的电量在正常状态电量区间；
当超级电容器(11)的端电压低于正常状态电压区间的低端电压，则超级电容器(11)的电量低于正常状态电量区间的低端电量；
当超级电容器(11)的端电压高于正常状态电压区间的高端电压，则超级电容器(11)的电量高于正常状态电量区间的高端电量；
当超级电容器(11)的端电压为亏电电压时，超级电容器(11)的电量为亏电电量，所述亏电电压低于超级电容器(11)的正常状态电压区间的低端电压。
4.据权利要求1所述的电梯节能装置，其特征在于，
所述超级电容器(11)是由若干个超级电容单体串联和并联而成。
5.据权利要求1所述的电梯节能装置，其特征在于，
所述第一直流变换器(12)是Buck/Boost双向DC-DC变换电路；
当超级电容器(11)的端电压低于亏电电压超过设定时间，所述控制单元(14)控制断开超级电容器(11)与第一直流变换器(12)的连接。
6.据权利要求5所述的电梯节能装置，其特征在于，
所述整流器(22)为三相不控整流器；
所述外网交流电源(20)为三相交流380V。
7.据权利要求5所述的电梯节能装置，其特征在于，
所述控制单元(14)给第一直流变换器(12)发送PWM控制信号，使其进入充电状态或放电状态。
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