CN200990575Y - 电梯变频器外挂式能量回馈装置 - Google Patents

电梯变频器外挂式能量回馈装置 Download PDF

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黄声华
王国富
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Abstract

本实用新型涉及一种电梯变频器外挂式能量回馈装置,它由回馈桥矩阵和回馈控制电路组成,其特征在于:所述回馈桥矩阵的构成与变频器的功率单元相同,即在每一相有上下2个回馈单元及相应2个驱动单元组成,3相共计6个回馈单元和6个驱动单元。本实用新型能把符合转换条件的再生电能以97%以上的效率回馈到用户电网内,大大节约了用户总用电量。本实用新型内部已经安装有电抗器和干扰波滤波器,可直接和200-480伏电网联接使用。在需要频繁制动的场合,节电明显。

Description

电梯变频器外挂式能量回馈装置
技术领域
本实用新型属于一种电梯变频器外挂式能量回馈装置,尤指一种谐波污染小的、针对国内使用的各个厂家各种型号的变频电梯的外挂式能量回馈装置。
背景技术
随着电力电子技术的发展,变频器作为电力电子技术发展的产物,在国民经济的各个领域如冶金、石化、自来水、电力等行业得到广泛的应用,并发挥着越来越重要的作用。特别是近来建筑行业大发展,住宅楼、写字楼、大宾馆林立,电梯以惊人的速度快速增长,同时电梯的耗电也以惊人的速度快速增长,电梯节能问题早已严峻地摆在我们面前。
电梯属于势能性负载,在减速制动过程中,大量的势能将通过曳引电机转换成电能(再生电能,下同)。惯性负载(例如龙门刨床)在快速制动时,大部分动能也能转换成电能。以上负载处于制动的时间越长,被消耗的机械能越多,机械能转换成电能就越多。
上述被转换的电能要么消耗在电机的绕组电阻中,要么消耗在外加的能耗电阻上。前者引起曳引电机严重发热,后者需要外接大功率电阻,不仅消耗了大量的电能,还会产生大量的热量。实际上,电梯的耗电中,有20~40%的电能是可以回收的,但目前国内一直没有适用于各个厂家各种型号电梯的实用的产品。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单、损耗小、效率高、成本低、对电网无谐波污染的电梯变频器外挂式能量回馈装置,以解决国内变频器电梯制动能耗大的问题。
为实现上述目的,本实用新型采用以下技术方案:它由回馈桥矩阵和回馈控制电路组成:所述回馈桥矩阵的构成与变频器的功率单元相同,即在每一相有上下2个回馈单元及相应2个驱动单元组成,3相共计6个回馈单元和6个驱动单元。
所述回馈控制电路包括允许回馈桥有条件导通与关断的回馈状态控制电路和用于触发回馈桥矩阵导通的回馈触发电路构成:回馈状态控制电路采用6脉冲控制方式将控制信号与回馈触发电路的控制端相连,回馈触发电路的6路输出分别与回馈桥矩阵的6个驱动单元相连。
所述回馈状态控制电路由编程芯片及其电路、回馈判断电路、同步采集电路、过流保护电路、温度断相电路等采样判断电路组成。
a.回馈判断电路:由变频器直流母线P、N电压采样电路、回馈基准电压和比较/判断电路构成,其中:变频器直流母线P、N电压采样电路用于检测功率单元直流母线P、N之间的电压,其输出接入比较/判断电路的正输入端,回馈基准电压接入比较/判断电路的负输入端,比较/判断电路对这两个检测电压进行比较、判断,并输出控制信号,输入编程芯片及其电路,编程器件智能控制电路结合同步、过流、过压电路信号,输出触发控制信号,最终控制回馈桥矩阵的导通或关断;b.同步采集电路:采用一个3相同步变压器隔离降压的方式采集,采用过零检测电路整形后输入编程芯片;c.过流信号采集电路:采用有源电流互感器对输出电流采集信号,输入编程芯片;d.温度保护电路:采用常闭温度开关对功率器件温度监测,将过温信号输入编程芯片。
所述编程芯片,是一片专用芯片,其内部包含断相保护、过流保护、时序判断、触发信号发生器、移相和死区控制等功能,片外的各采集电路、保护电路输入的信号经软件时序判断、保护判断、移相和死区控制,最后输出6个触发信号给回馈触发电路,供回馈触发。
所述回馈触发电路被做在一块电路板上,它包括3个独立的驱动稳压电源,对3相回馈单元的上臂驱动单元供电;1个独立的驱动稳压电源,对3相回馈单元的下臂驱动单元供电;6块光电耦合器,它通过6块光电耦合器输入触发信号,通过双排插针座与回馈桥矩阵联接。
所述回馈状态控制电路,被做在另一块电路板上,该板装在屏蔽板上被屏蔽板屏蔽,通过若干根插头排线与其它电路联结,以杜绝强电对控制电路的干扰。
本实用新型必须和变频器配合使用,当负载快速制动时,变频器将机械能产生的交流电能转换为直流电能,本实用新型将直流电能直接转换成同频同相同电压的三相交流电能,回馈给交流电网,在完成制动的同时,达到回收电能的目的。
本实用新型能把符合转换条件的再生电能以97%以上的效率回馈到用户电网内,大大节约了用户总用电量。本实用新型内部已经安装有电抗器和干扰波滤波器,可直接和200-480伏电网联接使用。在需要频繁制动的场合,节电明显。
附图说明
图1为现有变频器外挂式能量回馈装置原理框图。
图2为现有回馈桥矩阵原理框图。
图3为本实用新型原理框图。
图4为本实用新型中回馈状态控制电路原理框图。
图5为本实用新型中回馈条件判断电路原理图。
图6为本实用新型中同步采样电路原理图。
图7为本实用新型中过流限流电路原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
如图1所示:为变频器外挂式能量回馈装置原理框图,实际电路由:回馈状态控制电路、回馈触发电路、回馈桥矩阵、及附加电路组成。
图2所示:为回馈桥矩阵,由回馈单元、驱动单元组成。作为具体电路,回馈桥矩阵可由分立组件组成,也可由功率模块和驱动模块组成;现在用的最多的是将回馈单元、驱动单元组合在一起的IGBT智能模块(如图2),以下称回馈桥矩阵模块。
本实用新型用一块回馈桥矩阵转换板与以上回馈桥矩阵模块的针状输入端相焊接,回馈桥矩阵模块通过它与回馈触发电路板相插接。它的优点是装配和维修方便,连接牢靠。
如图4所示:为回馈状态控制电路框图,是本实用新型的控制部分。它由回馈判断电路、同步采集电路、过限流保护电路、温度错断相保护电路及主控电路-编程芯片及电路组成。这些电路被组合在一块电路板上,缩短走线减少干扰,且便于屏蔽,进一步隔绝外界干扰。
如图5所示:为回馈条件判断电路。用于检测功率单元直流母线P、N之间的电压,是否符合回馈条件的。我们知道,当电梯(或其它具有势能或大惯量的负载)处于制动状态时,电机被势能或大惯量的负载拖动,变成发电状态,发出三相交流电,经变频器控制后,整流成P、N直流电,存P、N储能电容中,并迫使电位迅速上升。只有当P、N电压高于所接的三相交流电时,通过回馈桥矩阵,才能将电能回馈到三相电网中去。也就是说:能量回馈的条件就是P、N电压必须高过所接三相交流电的峰值。本电路通过电阻分压,给P、N电压采样,其输出接入比较/判断电路的正输入端,回馈基准电压接入比较/判断电路的负输入端;比较/判断电路对这两个检测电压进行比较、判断。若P、N采样电压高于基准电压,则比较/判断电路输出高电位控制信号,输入编程芯片及其电路,控制回馈桥,允许能量回馈。反之则禁止能量回馈。
如图6所示:为同步采样电路。使用一个3相同步变压器隔离降压的方式采集,使用过零检测电路整形后输入编程芯片。
图7为过流限流电路。为了确保回馈桥矩阵不因过流而损坏,本实用新型设有限流过流电路。在回馈桥矩阵回馈输出到电网的R、S、T三根导线上各串有一个有源电流互感器,快速精确地检出三路输出瞬时电流。在正常情况下,能确保瞬时电流最大被限制在规定值中;在特殊非正常情况下(例短路、雷击),电路会被过流保护,此时红灯常亮且回馈桥矩阵的触发信号被封锁,输出端被断开,确保回馈桥矩阵模块的安全。
图2为整机原理框图,在图中可看出,在回馈桥矩阵模块的输出到三相电网的通路中,串有大功率三相电抗器,配合并联在三相线路上的三只无感电容,组成滤波电路,滤除回馈切换时带出的纹波,使输出更平滑,以符合欧洲CE标准对输出纹波的环保要求。另外还有接触器、外部控制、显示板及电源等辅助电路。
当然,为了实现本实用新型的完善功能,还需要其它的辅助电路,但这些属本领域一般技术,在此不一一列出。
以上实施例仅用以说明本实用新型,很明显本实用新型并不受这些实施例的限制。本领域的普通技术人员任何基于本实用新型实质内容的修改、变形或等同替换,均涵盖在本实用新型权利要求范围当中。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种电梯变频器外挂式能量回馈装置,它由回馈桥矩阵和回馈控制电路组成,其特征在于:所述回馈桥矩阵的构成与变频器的功率单元相同,即在每一相有上下2个回馈单元及相应2个驱动单元组成,3相共计6个回馈单元和6个驱动单元。
2.如权利要求1所述的电梯变频器外挂式能量回馈装置,其特征在于:回馈控制电路包括允许回馈桥有条件导通与关断的回馈状态控制电路和用于触发回馈桥矩阵导通的回馈触发电路构成,回馈状态控制电路采用6脉冲控制方式将控制信号与回馈触发电路的控制端相连,回馈触发电路的6路输出分别与回馈桥矩阵的6个驱动单元相连。
3.如权利要求2所述的电梯变频器外挂式能量回馈装置,其特征在于:所述回馈状态控制电路由编程芯片及其电路、回馈判断电路、同步采集电路、过流保护电路、温度断相电路等采样判断电路组成,其中:a.回馈判断电路:由变频器直流母线P、N电压采样电路、回馈基准电压和比较/判断电路构成,其变频器直流母线P、N电压采样电路用于检测功率单元直流母线P、N之间的电压,其输出接入比较/判断电路的正输入端,回馈基准电压接入比较/判断电路的负输入端,比较/判断电路对这两个检测电压进行比较、判断,并输出控制信号,输入编程芯片及其电路,编程器件智能控制电路结合同步、过流、过压电路信号,输出触发控制信号,最终控制回馈桥矩阵的导通或关断;b.同步采集电路:采用一个3相同步变压器隔离降压的方式采集,采用过零检测电路整形后输入编程芯片;c.过流信号采集电路:采用有源电流互感器对输出电流采集信号,输入编程芯片;d.温度保护电路:采用常闭温度开关对功率器件温度监测,将过温信号输入编程芯片。
4.如权利要求3所述的电梯变频器外挂式能量回馈装置,其特征在于:编程芯片是一片专用芯片,其内部包含断相保护、过流保护、时序判断、触发信号发生器、移相和死区控制等功能,片外的各采集电路、保护电路输入的信号经软件时序判断、保护判断、移相和死区控制,最后输出6个触发信号给回馈触发电路,供回馈触发。
5.如权利要求2所述的电梯变频器外挂式能量回馈装置,其特征在于:所述回馈触发电路被做在一块电路板上,它包括3个独立的驱动稳压电源,对3相回馈单元的上臂驱动单元供电;1个独立的驱动稳压电源,对3相回馈单元的下臂驱动单元供电;6块光电耦合器,它通过6块光电耦合器输入触发信号,通过双排插针座与回馈桥矩阵联接。
6.如权利要求2所述的电梯变频器外挂式能量回馈装置,其特征在于:所述回馈状态控制电路,被做在另一块电路板上,该板装在屏蔽板上被屏蔽板屏蔽,通过若干根插头排线与其它电路联结,以杜绝强电对控制电路的干扰。
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