CN111555326B - 一种节能电梯控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能电梯控制装置及方法，属于电梯节能技术领域，装置包括：电源端、整流模块、直流母线、逆变模块、曳引电机、储能电容、放电模块；方法包括：检测储能电容中存储的第一电能值，处理得到储能电容的第一可储电能值，判断第一可储电能值大小，于实时电能值大于第一电能值时，使放电模块处于接通状态；采用称重单元测量电梯的轿厢重量，并根据轿厢重量处理得到本次电梯运行的再生功率，根据电梯的下一目的层处理得到本次电梯的运行时间；处理得到延时时间，电梯于再次启动后经过延时时间后断开放电模块；有益效果是：延长放电时间，降低单位时间内需要消耗的电能值，从而降低放电单元的设置成本。

Description

一种节能电梯控制装置及方法
技术领域
本发明涉及电梯节能技术领域，尤其涉及一种节能电梯控制装置及方法。
背景技术
电梯节能技术主要存在两种技术方向，第一种是利用能量回馈装置，通过可控整流器将电梯再生运行时曳引电机产生的再生电能返回至电网中；第二种是利用超级电容装置，通过超级电容和直流母线之间的双向直流变换器对曳引电机产生的再生电能进行储存，待后续电梯处于电动运行时，再提供给曳引电机。对于能量回馈技术，由于目前绝大部分电表，特别是家用电表都是单向电表，业主并不能从中获得明显的经济利益，造成其推广始终比较缓慢。而超级电容储能技术则可以通过双向直流变换电路，把电梯自身再生的电能回馈给自身使用，节能效果和经济收益都很明显。
当超级电容处于满充电状态，无法继续吸收曳引电机释放到直流母线上的再生电能时，必须通过放电单元，例如再生电阻，来消耗这部分多余的电能。如果再生电能得不到及时有效的消耗，将会使得直流母线的电压不断升高，最终引起与母线相关联的电气器件的损坏。现有技术中，再生电阻通常直接连接在直流母线上，当拽引电机再生运行时，直流母线的电压会急剧升高，在电压值达到预设阈值时，再生电阻的相关电路会导通以消耗直流母线上的多余电能，该种工作方式决定了电梯只有在再生运行时再生电阻才会开启工作以消耗多余电能，由于单位时间内需要消耗的电能大，因此较大规格的再生电阻以实现快速大功率的电能消耗，这使得再生电阻的成本相对较高。同时，由于再生电阻需要在短时间内释放大量的热能，将难以避免的出现烧红、过热等现象，不仅对维护人员的安全造成威胁，还增加了引发火灾的风险。
发明内容
根据现有技术中存在的不足，现提供一种节能电梯控制装置及方法，通过调整放电单元的回路，以使得电梯连续再生运行时，放电单元可以在电梯停层和开关门的时候仍旧保持工作，延长放电时间，降低单位时间内需要消耗的电能值，从而降低放电单元的设置成本。
上述技术方案具体包括：
一种节能电梯控制装置，其中包括：
电源端，用于提供来自电网的交流电；
整流模块，通过一第一开关与所述电源端相连，用于进行交流电到直流电的变换；
直流母线，所述直流母线的一端连接所述整流模块；
逆变模块，连接所述直流母线的另一端，用于进行交流电与直流电之间的变换；
曳引电机，连接所述逆变模块，用于驱动电梯轿厢的运行，并于电梯处于再生运行状态时产生再生电能；
储能电容，通过一双向直流变换单元与所述直流母线连接，所述储能电容用于存储电梯运行过程中的再生电能，所述双向直流变换单元用于进行直流电压的变换；
放电模块，并联于所述储能电容的两端，并通过所述双向直流变换单元连接所述直流母线，用于消耗所述曳引电机产生的再生电能以及所述储能电容存储的再生电能。
优选地，其中，所述放电模块进一步包括：
再生电阻，用于通过发热消耗所述曳引电机产生的再生电能以及所述储能电容存储的再生电能；
第二开关，与所述再生电阻串联，用于控制所述放电模块的接通与断开。
优选地，其中，所述整流模块为二极管整流桥堆。
优选地，其中，所述放电模块还包括：
散热风扇，并联于所述再生电阻的两端，用于消耗所述曳引电机产生的再生电能以及所述储能电容存储的再生电能，并促使所述再生电阻周围的空气流动以增强所述再生电阻的散热能力。
优选地，其中，所述双向直流变换单元采用Buck-Boost电路。
优选地，其中，所述逆变模块采用IPM功率模块，所述IPM功率模块包括一集电极，所述再生电阻的一端连接所述集电极，所述再生电阻的另一端连接所述储能电容的正极。
一种节能电梯控制方法，应用于如上所述的节能电梯控制装置，其中包括：
步骤A1，于电梯停层后检测所述储能电容中存储的第一电能值；
步骤A2，根据所述第一电能值处理得到所述储能电容的第一可储电能值；
步骤A3，判断所述第一可储电能值是否小于一第一预设阈值：
若是，则使所述放电模块处于接通状态，以消耗所述再生电能；
若否，则使所述放电模块处于断开状态；
步骤A4，于所述电梯再次启动后实时检测所述储能电容的实时电能值，并于所述实时电能值大于所述第一电能值时，使所述放电模块处于接通状态；以及于所述实时电能值与所述第一电能值的比值小于一第二预设阈值时，使所述放电模块处于断开状态；
其中，所述第二预设阈值小于1。
优选地，其中，所述第一预设阈值通过如下公式计算得到：
Y1＝Pfmax×tfmax-Pkmax×tfmax
其中，
Y1用于表示第一预设阈值；
Pfmax用于表示电梯的最大再生功率；
Pkmax用于表示所述放电模块的最大放电功率；
tfmax用于表示电梯于上下两个终端层之间的运行时间。
一种节能电梯控制方法，应用于如上所述的节能电梯控制装置，其中，所述节能电梯控制装置还包括一称重单元，用于测量电梯轿厢的重量，所述节能电梯控制方法包括：
步骤B1，于电梯停层后检测所述储能电容中存储的第二电能值；
步骤B2，根据所述第一电能值处理得到所述储能电容的第二可储电能值；
步骤B3，于所述第二可储电能值小于一第一预设阈值时使所述放电模块处于接通状态，以消耗所述再生电能，随后转向步骤B4；
步骤B4，于所述电梯关门准备再次启动时，采用所述称重单元测量所述电梯的轿厢重量，并根据所述轿厢重量处理得到本次电梯运行的再生功率；
步骤B5，根据所述电梯的下一目的层处理得到本次电梯的运行时间；
步骤B6，检测所述储能电容中存储的第三电能值，并根据所述第三电能值处理得到第三可储电能值；
步骤B7，根据所述再生功率、所述运行时间、所述第三可储电能值以及所述放电模块的最大放电功率处理得到延时时间，所述电梯于再次启动后经过所述延时时间后断开所述放电模块。
优选地，其中，所述第一预设阈值通过如下公式计算得到：
Y1＝Pfmax×tfmax-Pkmax×tfmax
其中，
Y1用于表示第一预设阈值；
Pfmax用于表示电梯的最大再生功率；
Pkmax用于表示所述放电模块的最大放电功率；
tfmax用于表示电梯于上下两个终端层之间的运行时间。
优选地，其中，所述延时时间根据如下公式计算得到：
其中，
tk用于表示所述延时时间；
n用于表示储能电容吸收再生电能的损耗折算系数；
Pf1用于表示所述再生功率；
tf1用于表示所述运行时间；
ΔE用于表示第三可储能值；
Pkmax用于表示所述放电模块的最大放电功率。
上述技术方案的有益效果在于：
提供一种节能电梯控制装置及方法，通过调整放电单元的回路，以使得电梯连续再生运行时，放电单元可以在电梯停层和开关门的时候仍旧保持工作，延长放电时间，降低单位时间内需要消耗的电能值，从而降低放电单元的设置成本。
附图说明
图1-图3是本发明的较佳实施例中，一种节能电梯控制装置的结构示意图；
图4-图5是本发明的较佳实施例中，一种节能电梯控制方法步骤流程图；
上述附图标记表示说明：
电源端(100)，第一开关(101)，整流模块(102)，直流母线(103)，逆变模块(104)，曳引电机(105)，储能电容(110)，双向直流变换单元(111)，放电模块(120)，再生电阻(121)，第二开关(122)，散热风扇(112)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
一种节能电梯控制装置，如图1所示，其中包括：
电源端100，用于提供来自电网的交流电；
整流模块102，通过一第一开关101与电源端100相连，用于进行交流电到直流电的变换；
直流母线103，直流母线103的一端连接整流模块102；
逆变模块104，连接直流母线103的另一端，用于进行交流电与直流电之间的变换；
曳引电机105，连接逆变模块104，用于驱动电梯轿厢的运行，并于电梯处于再生运行状态时产生再生电能；
储能电容110，通过一双向直流变换单元111与直流母线103连接，储能电容110用于存储电梯运行过程中的再生电能，双向直流变换单元111用于进行直流电压的变换；
放电模块120，并联于储能电容110的两端，并通过双向直流变换单元111连接直流母线103，用于消耗曳引电机105产生的再生电能以及储能电容110存储的再生电能。
作为优选的实施方式，安装于写字楼、办公楼的电梯在下班高峰期经常会出现较长时间的连续再生运行，即电梯轿厢的空载上行以及满载下行，连续的再生运行使得储能电容110因处于满电状态而无法进一步吸收储存再生电能，多余的再生电能只能由放电模块120进行消耗以维持直流母线103电压的稳定。具体的，在本实施例中，电源端100通常采用三相交流电源。储能电容110通过双向直流变换单元111连接直流母线103，双向直流变换单元111为一双向直流变换电路，包括高压端和低压端，再生电能既可以从双向直流变换单元111高压端流向低压端，也可以从双向直流变换单元111的低压端流向高压端，在一个具体实施例中，储能电容110于双向直流变换单元111的低压端相连，直流母线103与双向直流变换单元111的高压端相连。现有技术中，放电模块120通常连接在直流母线103上，即双向直流变换单元111的高压端，当曳引电机105再生运行时，直流母线103电压会急剧升高。电压到达预设的上限值时，放电模块120会导通，开始放电。此时，直流母线103电压会直线下降。当母线电压下降到预设的下限值时，放电模块120会退出工作。
具体的，在本实施例中，通过将放电模块120直接接在储能电容110的两端，即双向直流电源的低压端，当曳引电机105处于再生运行状态时，产生的再生电能通过双向直流变换电路传递到储能电容110上，先被储能电容110吸收存储。在储能电容110被充满后，再通过放电模块120释放电能。当电梯停层开门，上下乘客时间段，放电模块120可以消耗储能电容110中存储的再生电能，以腾出储能电容110中的电量储存空间，等待电梯再次进入再生运行状态时，再生电能可以继续被储能电容110储存，同时多余的电能还可以继续被放电模块120消耗，进而实现了放电时间的延长，降低单位时间内需要消耗的电能值的技术效果。
在本发明的较佳实施例中，如图1所示，放电模块120进一步包括：
再生电阻121，用于通过发热消耗曳引电机105产生的再生电能以及储能电容110存储的再生电能；
第二开关122，与再生电阻121串联，用于控制放电模块120的接通与断开。
具体的，在本实施例中，放电模块120由再生电阻121和第二开关122组成的回路构成，再生电阻121以发热的形式消耗再生电能，第二开关122用于控制放电回路的通断，相比现有技术，本发明所公开的节能电梯控制装置中，再生电阻121可以在电梯停层以及开关门上下乘客期间保持工作，从而延长了再生电阻121的放电时间，降低了单位时间内需要消耗的电能值，因此再生电阻121的可以选择低规格、低成本的电阻。同时，还可以有效避免再生电阻121出现烧红、过热等现象，提高了装置的安全系数。具体来说，若假设电梯在停层后以及开关门的最小时间是tdmin，电梯于上下两个终端层之间的运行时间tfmax，现有技术所需再生电阻121的放电功率是Pk0，那么，使用本发明的再生电阻121放电功率可以是
在本发明的较佳实施例中，整流模块102为二极管整流桥堆。
在本发明的较佳实施例中，如图2所示，放电模块120还包括：
散热风扇112，并联于再生电阻121的两端，用于消耗曳引电机105产生的再生电能以及储能电容110存储的再生电能，并促使再生电阻121周围的空气流动以增强再生电阻121的散热能力。
具体的，在本实施例中，追加一与再生电阻121并联的散热风扇112，散热风扇112不仅可以消耗一部分的再生电能，同时风扇的转动的过程中可以促使再生电阻121周围空气的流动，增强再生电阻121的散热能力，使得再生电阻121的过载能力进一步加强，进而可以进一步减小再生电阻121的额定功率，降低再生电阻121的配置成本。
在本发明的较佳实施例中，如图3所示，双向直流变换单元111采用Buck-Boost电路。
在本发明的较佳实施例中，逆变模块104采用IPM功率模块，IPM功率模块包括一集电极，再生电阻121的一端连接集电极，再生电阻121的另一端连接储能电容110的正极。
具体的，在本实施例中，双向直流变换单元111可以采用的是典型的Buck-Boost电路，储能电容110的负极与直流母线103的负极短接。放电模块120中的放电控制开关第二开关122直接借用传统7in1 IPM功率模块中非桥臂上的功率元件，再生电阻121一端接到其集电极，另一端接到储能电容110的正极。其好处在于直接借用IPM模块的空闲功率元件，而无需再单独配置放电控制开关即第二开关122，其中Buck-Boost电路与IPM功率模块均为本领域技术人员所公知的现有技术，在此不再赘述。
一种节能电梯控制方法，应用于上述的节能电梯控制装置，如图4所示，其中，包括：
步骤A1，于电梯停层后检测储能电容110中存储的第一电能值；
步骤A2，根据第一电能值处理得到储能电容110的第一可储电能值；
步骤A3，判断第一可储电能值是否小于一第一预设阈值：
若是，则使放电模块120处于接通状态，以消耗再生电能；
若否，则使放电模块120处于断开状态；
步骤A4，于电梯再次启动后实时检测储能电容110的实时电能值，并于实时电能值大于第一电能值时，使放电模块120处于接通状态；以及于实时电能值与第一电能值的比值小于一第二预设阈值时，使放电模块120处于断开状态；
其中，第二预设阈值小于1。
具体的，在本实施例中，在每次电梯停层后检测储能电容110中的当前存储的第一电能值E1，具体的，由于电容储存的电能值与电容的电压值呈正比关系，因此，可以通过检测储能电容110的当前电压值来确定储能电容110存储的电能值。储能电容110的可储能的总容量记为E0，该总容量只与储能电容110的规格型号有关，不同型号的储能电容110总容量E0不同，但对于确定的控制装置，储能电容110的总容量E0为确定值。设第一可储电能值为ΔE，则有ΔE＝E0-E1。设电梯的最大再生功率为Pfmax，该最大再生功率指即电梯处于空载上行或者满载下行时再生功率的最大值，设全程运行时间为tfmax，该全程运行时间指电梯轿厢在电梯的上下两个终端层的之间运行一次的时间，则电梯在一次运行的最大再生电能Efmax＝Pfmax×tfmax。
当电梯再次启动后，实时采样储能电容110的电压值ut，以确定储能电容110的实时电能值。设E1对应的储能电容110的电压值是U1。只有当ut>U1时，使放电模块120处于接通状态，且当放电后储能电容110的电压下跌至sU1后，使放电模块120处于断开状态。其中s便为第二预设阈值，s为一个小于1的比例系数，在本发明的一个具体实施例中，s的取值范围为0.5-0.7。
在本发明的较佳实施例中，第一预设阈值通过如下公式计算得到：
Y1＝Pfmax×tfmax-Pkmax×tfmax
其中，
Y1用于表示第一预设阈值；
Pfmax用于表示电梯的最大再生功率；
Pkmax用于表示放电模块120的最大放电功率；
tfmax用于表示电梯于上下两个终端层之间的运行时间。
具体的，在本实施例中，当Y1≤ΔE，即第一可储电能值大于等于第一预设阈值时，放电模块120不需要导通，反之，则第一开关101闭合，放电模块120导通进行放电。其中，第一预设阈值用于表示电梯下一次启动后进行再生运行时，可能产生的最大的需要储能电容110储存的再生电能，如果储能电容110的第一可储电能值大于等于该阈值，则意味着储能电容110能够存储该再生电能，因此，放电模块120无需导通。反之，则储能电容110存在溢出的风险，放电模块120需要提前导通以释放储能电容110中存储的再生电能。
一种节能电梯控制方法，应用于上述的节能电梯控制装置，如图5所示，其中节能电梯控制装置还包括一称重单元，用于测量电梯轿厢的重量，节能电梯控制方法包括：
步骤B1，于电梯停层后检测储能电容110中存储的第二电能值；
步骤B2，根据第一电能值处理得到储能电容110的第二可储电能值；
步骤B3，于第二可储电能值小于一第一预设阈值时使放电模块120处于接通状态，以消耗再生电能，随后转向步骤B4；
步骤B4，于电梯关门准备再次启动时，采用称重单元测量电梯的轿厢重量，并根据轿厢重量处理得到本次电梯运行的再生功率；
步骤B5，根据电梯的下一目的层处理得到本次电梯的运行时间；
步骤B6，检测储能电容110中存储的第三电能值，并根据第三电能值处理得到第三可储电能值；
步骤B7，根据再生功率、运行时间、第三可储电能值以及放电模块120的最大放电功率处理得到延时时间，电梯于再次启动后经过延时时间后断开放电模块120。
具体的，在本实施例中，根据轿厢的重量值可以计算出本次电梯启动运行后电梯是否处于再生运行状态，且再生运行时的再生功率是多少，而电梯准备再次启动时可以从电梯控制系统中获取电梯轿厢当前楼层数据和下一目的层的楼层数据，由于电梯的运行参数是已知的，因此根据上述楼层数据可以得到本次电梯运行的时间，同时检测准备再次启动时储能电容110的第三电能值，以得到电梯准备再次启动时的第三可储电能值。
在本发明的较佳实施例中，第一预设阈值通过如下公式计算得到：
Y1＝Pfmax×tfmax-Pkmax×tfmax
其中，
Y1用于表示第一预设阈值；
Pfmax用于表示电梯的最大再生功率；
Pkmax用于表示放电模块120的最大放电功率；
tfmax用于表示电梯于上下两个终端层之间的运行时间。
在本发明的较佳实施例中，延时时间根据如下公式计算得到：
其中，
tk用于表示延时时间；
n用于表示储能电容110吸收再生电能的损耗折算系数；
Pf1用于表示再生功率；
tf1用于表示运行时间；
ΔE用于表示第三可储能值；
Pkmax用于表示放电模块120的最大放电功率。
具体的，在本实施例中，根据之前处理得到的电梯本次运行的再生功率以及运行时间计算此次运行中储能电容110可吸收的再生电能Ef1＝nPf1tf1，进而计算的得到延时时间tk，在电梯正式启动后，经过tk时间后，放电模块120既可以断开，而不必等到电梯停层停止运行时再断开，从而可以使储能电容110更大程度地吸收电梯再生电能，提升电梯的节能效果。
上述技术方案的有益效果在于：
提供一种节能电梯控制装置及方法，通过调整放电单元的回路，以使得电梯连续再生运行时，放电单元可以在电梯停层和开关门的时候仍旧保持工作，延长放电时间，降低单位时间内需要消耗的电能值，从而降低放电单元的设置成本。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种节能电梯控制方法，其特征在于，电源端，用于提供来自电网的交流电；
整流模块，通过一第一开关与所述电源端相连，用于进行交流电到直流电的变换；
直流母线，所述直流母线的一端连接所述整流模块；
逆变模块，连接所述直流母线的另一端，用于进行交流电与直流电之间的变换；
曳引电机，连接所述逆变模块，用于驱动电梯轿厢的运行，并于电梯处于再生运行状态时产生再生电能；
储能电容，通过一双向直流变换单元与所述直流母线连接，所述储能电容用于存储电梯运行过程中的再生电能，所述双向直流变换单元用于进行直流电压的变换；
放电模块，并联于所述储能电容的两端，并通过所述双向直流变换单元连接所述直流母线，用于消耗所述曳引电机产生的再生电能以及所述储能电容存储的再生电能；
所述节能电梯控制装置还包括一称重单元，用于测量电梯轿厢的重量，所述节能电梯控制方法包括：
步骤B1，于电梯停层后检测所述储能电容中存储的第二电能值；
步骤B2，根据所述第二电能值处理得到所述储能电容的第二可储电能值；
步骤B3，于所述第二可储电能值小于一第一预设阈值时使所述放电模块处于接通状态，以消耗所述再生电能，随后转向步骤B4；
步骤B4，于所述电梯关门准备再次启动时，采用所述称重单元测量所述电梯的轿厢重量，并根据所述轿厢重量处理得到本次电梯运行的再生功率；
步骤B5，根据所述电梯的下一目的层处理得到本次电梯的运行时间；
步骤B6，检测所述储能电容中存储的第三电能值，并根据所述第三电能值处理得到第三可储电能值；
步骤B7，根据所述再生功率、所述运行时间、所述第三可储电能值以及所述放电模块的最大放电功率处理得到延时时间，所述电梯于再次启动后经过所述延时时间后断开所述放电模块。
2.根据权利要求1所述的节能电梯控制方法，其特征在于，所述第一预设阈值通过如下公式计算得到：
Y1＝Pfmax×tfmax-Pkmax×tfmax
其中，
Y1用于表示第一预设阈值；
Pfmax用于表示电梯的最大再生功率；
Pkmax用于表示所述放电模块的最大放电功率；
tfmax用于表示电梯于上下两个终端层之间的运行时间。
3.根据权利要求1所述的节能电梯控制方法，其特征在于，所述延时时间根据如下公式计算得到：
其中，
tk用于表示所述延时时间；
n用于表示储能电容吸收再生电能的损耗折算系数；
Pf1用于表示所述再生功率；
tf1用于表示所述运行时间；
ΔE用于表示第三可储能值；
Pkmax用于表示所述放电模块的最大放电功率。
4.一种节能电梯控制装置，其特征在于，应用如权利要求1-3中任意一项所述的节能电梯控制方法，包括：
电源端，用于提供来自电网的交流电；
整流模块，通过一第一开关与所述电源端相连，用于进行交流电到直流电的变换；
直流母线，所述直流母线的一端连接所述整流模块；
逆变模块，连接所述直流母线的另一端，用于进行交流电与直流电之间的变换；
曳引电机，连接所述逆变模块，用于驱动电梯轿厢的运行，并于电梯处于再生运行状态时产生再生电能；
储能电容，通过一双向直流变换单元与所述直流母线连接，所述储能电容用于存储电梯运行过程中的再生电能，所述双向直流变换单元用于进行直流电压的变换；
放电模块，并联于所述储能电容的两端，并通过所述双向直流变换单元连接所述直流母线，用于消耗所述曳引电机产生的再生电能以及所述储能电容存储的再生电能。
5.根据权利要求4所述的节能电梯控制装置，其特征在于，所述放电模块进一步包括：
再生电阻，用于通过发热消耗所述曳引电机产生的再生电能以及所述储能电容存储的再生电能；
第二开关，与所述再生电阻串联，用于控制所述放电模块的接通与断开。
6.根据权利要求4所述的节能电梯控制装置，其特征在于，所述整流模块为二极管整流桥堆。
7.根据权利要求5所述的节能电梯控制装置，其特征在于，所述放电模块还包括：
散热风扇，并联于所述再生电阻的两端，用于消耗所述曳引电机产生的再生电能以及所述储能电容存储的再生电能，并促使所述再生电阻周围的空气流动以增强所述再生电阻的散热能力。
8.根据权利要求4所述的节能电梯控制装置，其特征在于，所述双向直流变换单元采用Buck-Boost电路。
9.根据权利要求5所述的节能电梯控制装置，其特征在于，所述逆变模块采用IPM功率模块，所述IPM功率模块包括一集电极，所述再生电阻的一端连接所述集电极，所述再生电阻的另一端连接所述储能电容的正极。
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