CN115940172A - 一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置及其控制方法，包括第一隔离变压器，把装置与市电网隔离开，确保电网安全的，相当于做了一个电气隔离，然后电流经过整流器，把电流整流成直流电，然后直流电再通过逆变器把它逆变成交流电，第二隔离变压器将交流电进行升压和滤波，经过第二隔离变压器的电流输出到变频器控制单元，实现市电网的电流的稳定输出，当市电网电压暂降时，储能单元通过逆变器转换成交流电并通过第二隔离变压器输出到变频器控制单元，确保变频器控制单元电压不变；同时，储能单元通过第二电压暂降保护模块进行升压输出到变频器上，确保扶梯不会因为电压暂降导致突然停机，避免造成人员伤亡的情况发生。

Description

一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置及其控制方法

技术领域

本发明属于地铁扶梯技术领域，具体涉及一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置及其控制方法。

背景技术

自动扶梯作为大型公共交通传动机械，广泛应用于地铁站等公共场所。近年来，自动扶梯意外停机频发，使得公共对自动扶梯的安全性存在忧虑。电压暂降是引发自动扶梯停梯的主要原因之一。自动扶梯装置内，变频调速技术广泛应用，其在实现自动扶梯节能和速度节能中起着重要的作用。但是，变频器自身对电压十分敏感，在电压暂降的作用下，如果时间超过主板失电保护的时间，自动扶梯就会发出安全回路断电故障，使电梯立即停止运行，当扶梯上有乘客时，就容易造成乘客摔落，同时大大减少电气控制关键部件的寿命，给地铁站、旅客带来不同程度的伤害和损失。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置及其控制方法，以实现快速，准确，可靠的治理电压暂降问题。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面实施例的一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置，包括变频器，变频器控制单元、储能单元、控制器、第一电压暂降保护模块和第二电压暂降保护模块；

其中，第一电压暂降保护模块包括第一隔离变压器、整流器、逆变器和第二隔离变压器，第一隔离变压器连接市电网，第一隔离变压器和整流器连接，整流器与逆变器连接，逆变器与第二隔离变压器连接，第二隔离变压器连接变频器控制单元；第二电压暂降保护模块输入端与第一电压暂降保护模块装置的整流器输出端连接，第二电压暂降保护模块输入端还连接储能单元，第二电压暂降保护模块包括升压斩波电路和压差开关，升压斩波电路并联到整流器，升压斩波电路连接压差开关，压差开关连接到变频器直流母线，控制器连接变频器、储能单元、第一电压暂降保护模块和第二电压暂降保护模块。

根据本发明实施例的一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置，至少具有如下有益效果：第一隔离变压器，把装置与市电网隔离开，确保电网安全的，相当于做了一个电气隔离，然后电流经过整流器，把电流整流成直流电，然后直流电再通过逆变器把它逆变成交流电，第二隔离变压器将交流电进行升压和滤波，经过第二隔离变压器的电流输出到变频器控制单元，实现市电网的电流的稳定输出，当市电网电压暂降时，储能单元通过逆变器转换成交流电并通过第二隔离变压器输出到变频器控制单元，确保变频器控制单元电压不变；同时，储能单元通过第二电压暂降保护模块进行升压输出到变频器上，确保扶梯不会因为电压暂降导致突然停机，避免造成人员伤亡的情况发生。

优选的，储能单元连接处设有第一断路器，第二电压暂降保护模块输入端连接整流器处设有第二断路器和第三断路器，第二断路器设置在整流器输出端，第三断路器设置在第二电压暂降保护模块输入端，第一断路器具有过流保护作用，避免储能单元损坏，第一断路器、第二断路器和第三断路器都有切断脱离电网的作用，方便使用者对装置进行局部维护，不影响整体工作。

优选的，第二隔离变压器与变频器控制单元之间连接有静态开关，静态开关能切换不同电源供给。

优选的，静态开关还连接有旁路电网，旁路电网与市电网不同，由其他独立电源供应，通过静态开关进行切换，确保市电网不稳定时有其他独立电源进行供应，多重电源供给确保扶梯使用安全性。

优选的，将第一电压暂降保护模块的输出分为3路：第一路是AC220V，此路为第一电压暂降保护模块正常输出电压；第二路通过整流器将AC220V整流成为DC24V供控制板使用；第三路通过变压器将AC220V变为AC110V，供其他辅助电源使用。

优选的，升压斩波电路(BOOST电路)采用交错并联的BOOST电路拓扑结构，此种拓扑使得电感电流交错、纹波电流较小，从而提高模块稳定性。

优选的，压差开关采用二极管压差导通方式，当变频器直流连线下降到压差设定值时，二极管自动导通，相对于传统机械式导通开关，此种方式极大提高了导通速度，自动扶梯电压暂降智能保护装置的状态切换速度因此大大提高。

优选的，储能单元为超级电容，超级电容放电速度快，能快速响应切换。

根据本发明的第二方面实施例的一种应用于地铁扶梯电压暂降治理装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：系统初始化，变频器自身检测运行是否正常并输出信号到控制器；

步骤S2：电网电压通过压差开关检测是否低于设定值，若高于设定值则关闭脉冲宽度调制(PWM信号)，压差开关关闭，系统待机，若低于设定值进入S3步骤；

步骤S3：控制器开启脉冲宽度调制(PWM信号)；

步骤S4：压差开关打开，系统开始运行；

步骤S5：支撑时间是否小于设定时间，如果是则返回步骤S1，如果为否则进入S6步骤；

步骤S6：控制器关闭脉冲宽度调制(PWM信号)，压差开关关闭，系统退出运行。

根据本发明实施例的一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置，至少具有如下有益效果：当交流电压出现暂降时，第二电压暂降保护模块(VSP模块)中的压差开关检测到变频器母线电压下降且满足压差开关内部的导通条件时，则自动投入运行，即控制器开始输出PWM信号，通过对储能单元释放电压进行升压，输出稳定的直流电并联至变频器的直流母线，为其提供电压支撑，确保变频器逆变部分正常工作，从而使得变频器后端的电机正常工作，待电网恢复正常后，压差开关内部的电力电子器件截止，PWM信号关闭，VSP模块自动退出支撑，再次进入热备用状态。

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它的附图。

图1为本发明一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置拓扑图；

图2为现有技术变频器控制扶梯的控制原理简图；

图3为本发明第一电压暂降保护模块(AVSP模块)拓扑图；

图4为本发明第二电压暂降保护模块(VSP模块)拓扑图；

图5为本发明一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1和图4所示，一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置，包括变频器，变频器控制单元、储能单元、第一电压暂降保护模块(AVSP模块)和第二电压暂降保护模块(VSP模块)；其中，第一电压暂降保护模块为交流型电压暂降保护，第一电压暂降保护模块包括：第一隔离变压器、整流器、逆变器和第二隔离变压器组成，第一隔离变压器连接市电网，第一隔离变压器和整流器连接，整流器与逆变器连接，逆变器与第二隔离变压器连接，第二隔离变压器连接变频器控制单元；第二电压暂降保护模块输入端连接第一电压暂降保护模块装置整流输出，第二电压暂降保护模块输入端还连接储能单元，第二电压暂降保护模块包括升压斩波电路(BOOST电路)和压差开关，升压斩波电路(BOOST电路)并联到整流器，升压斩波电路(BOOST电路)连接压差开关，压差开关连接到变频器直流母线；有利于第一隔离变压器，把装置与市电网隔离开，确保电网安全的，相当于做了一个电器隔离，然后电流经过整流器，把电流整流成直流电，然后直流电再通过逆变器把它逆变成交流电，第二隔离变压器将交流电进行升压和滤波，经过第二隔离变压器的电流输出到变频器控制单元，实现市电网的电流的稳定输出，当市电网电压暂降时，储能单元通过逆变器转换成交流电并通过第二隔离变压器输出到变频器控制单元，确保变频器控制单元电压不变；同时，储能单元通过第二电压暂降保护模块进行升压输出到变频器上，确保扶梯不会因为电压暂降导致突然停机，避免造成人员伤亡的情况发生。

需要理解的是，市电网是接三相电网的380V交流电。

需要理解的是，压差开关在市电网电压大于储能单元BOOST电路输出电压时，压差开关是关闭状态，当市电网电压小于储能单元BOOST电路的输出电压时，压差开关才会导通，压差开关的原理：压差开关通过二极管两端压差达到1V左右自动导通的工作特性实现压差开关的，响应速度快，感应灵敏。

请参阅图1和图4所示，作为本发明一优选实施方案，储能单元连接处设有第一断路器，第二电压暂降保护模块输入端连接整流器处设有第二断路器和第三断路器，第二断路器设置在整流器输出端，第三断路器设置在第二电压暂降保护模块输入端，第一断路器具有过流保护作用，避免储能单元损坏，第一断路器、第二断路器和第三断路器都有切断脱离电网的作用，方便使用者对装置进行局部维护，不影响整体工作。

需要理解的是，储能单元处的第一断路器在装置运行时是处于闭合状态的，确保储能单元能在第一时间响应。

请参阅图1和图4所示，作为本发明一优选实施方案，第二隔离变压器与变频器控制单元之间连接有静态开关，静态开关能切换不同电源供给。

请参阅图1和图4所示，作为本发明一优选实施方案，静态开关还连接有旁路电网，旁路电网与市电网不同，由其他独立电源供应，通过静态开关进行切换，确保市电网不稳定时有其他独立电源进行供应，多重电源供给确保扶梯使用安全性。

请参阅图1和图4所示，作为本发明一优选实施方案，将第一电压暂降保护模块的输出分为3路：第一路是AC220V，此路为第一电压暂降保护模块正常输出电压；第二路通过整流器将AC220V整流成为DC24V供控制板使用；第三路通过变压器将AC220V变为AC110V，供其他辅助电源使用。

请参阅图1和图4所示，作为本发明一优选实施方案，升压斩波电路(BOOST电路)采用交错并联的BOOST电路拓扑结构，此种拓扑使得电感电流交错、纹波电流较小，从而提高模块稳定性。

请参阅图1和图4所示，作为本发明一优选实施方案，压差开关采用二极管压差导通方式，当变频器直流母线电压下降到压差设定值时，二极管自动导通，相对于传统机械式导通开关，此种方式极大提高了导通速度，自动扶梯电压暂降智能保护装置的状态切换速度因此大大提高。

请参阅图4所示，作为本发明一优选实施方案，储能单元为超级电容，超级电容放电速度快，能快速响应切换。

请参阅图1至图5所示，一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置，包括变频器

步骤S1：系统初始化，变频器自身检测运行是否正常并输出信号到控制器；

具体的，变频器自身有正常运行信号，变频器通过连线将运行信号输出到控制器，当变频器自检异常时输出异常信号到控制器上，控制器停止整个装置工作；

步骤S2：电网电压通过压差开关检测是否低于设定值，若高于设定值则关闭脉冲宽度调制(PWM信号)，压差开关关闭，系统待机，若低于设定值进入S3步骤；

具体的，脉冲宽度调制(PWM信号)是由控制器发出。

具体的，压差开关用于检测电压的，治理装置输出电压与变频器直流母线电压，达到压差范围即动作，压差开关动作联锁控制器，压差达到设定值连锁控制器发出PWM信号。

步骤S3：控制器开启脉冲宽度调制(PWM信号)；

步骤S4：压差开关打开，系统开始运行；

步骤S5：支撑时间是否小于设定时间，如果是则返回步骤S1，如果为否则进入S6步骤；

步骤S6：控制器关闭脉冲宽度调制(PWM信号)，压差开关关闭，系统退出运行。

当交流电压出现暂降时，第二电压暂降保护模块(VSP模块)中的压差开关检测到变频器直流母线电压下降且满足压差开关内部的导通条件时，则自动投入运行，即控制器开始输出PWM信号，通过对储能单元释放电压进行升压，输出稳定的直流电并联至变频器的直流母线，为其提供电压支撑，确保变频器逆变部分正常工作，从而使得变频器后端的电机正常工作，待电网恢复正常后，压差开关内部的电力电子器件截止，PWM信号关闭，VSP模块自动退出支撑，再次进入热备用状态。

本发明能让扶梯运行状态下(包括上行、下行自动扶梯)，在遇到电压突降50％(即剩余电压不少于50％)且持续时间不少于200ms范围内，保障变频器类敏感负荷可靠供电，保护扶梯继续随惯性运转，以使扶梯在电压波动发生时避免紧急停梯而引起乘客失稳的风险(例如急动度超过极限允许范围)。装置对市电电压暂降故障的响应时间在1ms以内。

图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置，其特征在于，包括：变频器、变频器控制单元、储能单元、控制器、第一电压暂降保护模块和第二电压暂降保护模块；

其中，所述第一电压暂降保护模块包括第一隔离变压器、整流器、逆变器和第二隔离变压器，所述第一隔离变压器连接市电网，所述第一隔离变压器和所述整流器连接，所述整流器与所述逆变器连接，所述逆变器与所述第二隔离变压器连接，所述第二隔离变压器连接所述变频器控制单元；

所述第二电压暂降保护模块输入端与所述第一电压暂降保护模块装置的整流器输出端连接，所述第二电压暂降保护模块输入端还连接所述储能单元，所述第二电压暂降保护模块包括升压斩波电路和压差开关，所述升压斩波电路并联到所述整流器，所述升压斩波电路连接所述压差开关，所述压差开关连接到变频器直流母线；

所述控制器连接所述变频器、储能单元、第一电压暂降保护模块和第二电压暂降保护模块。

2.根据权利要求1所述的一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置，其特征在于：所述储能单元与第二电压暂降保护模块之间设有第一断路器和第三断路器，所述整流器的输出端通过第二断路器连接在第一断路器和第三断路器之间的线路上。

3.根据权利要求1所述的一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置，其特征在于：所述第二隔离变压器与所述变频器控制单元之间连接有静态开关。

4.根据权利要求3所述的一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置，其特征在于：所述静态开关通过旁路输入断路器连接旁路电网。

5.根据权利要求1所述的一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置，其特征在于：将所述第一电压暂降保护模块的输出分为3路：第一路是AC220V，此路为所述第一电压暂降保护模块正常输出电压；第二路通过整流器将AC220V整流成为DC24V供控制板使用；第三路通过变压器将AC220V变为AC110V，供其他辅助电源使用。

6.根据权利要求1所述的一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置，其特征在于：所述升压斩波电路采用交错并联的BOOST电路拓扑结构。

7.根据权利要求1所述的一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置，其特征在于：所述压差开关采用二极管压差导通方式。

8.根据权利要求1所述的一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置，其特征在于：所述储能单元为超级电容。

9.一种应用于地铁扶梯电压暂降治理装置的控制方法，应用于权利要求1-8中任一项所述的一种应用于地铁扶梯电压暂降治理的装置，其特征在于，所述控制方法括以下步骤：

步骤S1：系统初始化，所述变频器自身检测运行是否正常并输出信号到所述控制器；

步骤S2：电网电压通过所述压差开关检测是否低于设定值，若高于设定值则关闭脉冲宽度调制，所述压差开关关闭，系统待机，若低于设定值进入S3步骤；

步骤S3：控制器开启脉冲宽度调制；

步骤S4：压差开关打开，系统开始运行；

步骤S5：支撑时间是否小于设定时间，如果是则返回步骤S1，如果为否则进入S6步骤；

步骤S6：所述控制器关闭脉冲宽度调制，所述压差开关关闭，系统退出运行。

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