CN201504218U - 电梯节电型变频器 - Google Patents
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Abstract
一种电梯节电型变频器，在通用变频器电路中增设了超级电容储能模块与电源管理系统，电梯驱动电动机在制动工况发出的电能通过向超级电容储能模块充电储存，在电动机电动工况下通过超级电容储能模块放电利用，提高了能源使用效率，显著地节省电梯运行电费，对电网无谐波干扰问题。适用于普通电梯变频拖动系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电梯节电技术，尤其是一种应用超级电容储能模块回收利用电梯制动电能的节电型变频器。
背景技术
电梯是一种垂直运输设备，其特点是向上运送与向下运送的运送总量大体相当，驱动电动机经常在“拖动用电工况”与“制动发电工况”短时交替工作，例如电梯满载上行时驱动电动机处于“拖动用电工况”，满载下行时处于“制动发电工况”。在“拖动用电工况”，电梯驱动电动机要消耗电能；在“制动发电工况”，电梯驱动电动机要发出电能。因此，回收利用电梯驱动电动机制动电能是一项重要的节电措施。
目前，在电梯电力拖动中广泛使用的变频器，当电梯驱动电动机处于“拖动用电工况”时，交流电源由电网引入，经整流滤波成为直流电，再由逆变电路输出频率与电压可控的三相交流电，驱动电动机按工作要求运转。当电梯驱动电动机处于“制动发电工况”时，电动机的制动电能经逆变电路加载到变频器的直流母线上。目前有二种处理制动电能的方案：其一是加设制动单元把制动电能泻放，缺点是制动电能不仅全部浪费，而且制动单元放电发热会造成环境温度升高；其二是另设逆变电路把加载到变频器直流母线上的制动电能再变换成三相交流电反馈至电网，提高了电能使用效率，缺点是反馈电能的谐波对电网存在干扰问题，以及反馈电能的计量未得到供电部门的普遍认同，回收电费在一部分地区或部门不能兑现，影响了推广应用。
我国在用电梯总量在2008年底已经超过100万部，年耗电量约300亿度。国务院《特种设备监察条例》与国家质检总局新颁布的《高耗能特种设备节能监督管理办法》提出了电梯节能降耗要求。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术状况，提供一种应用超级电容储能模块回收利用电梯制动电能的节电型变频器。
本实用新型的技术方案是：
在目前广泛使用的电梯变频器电路中，增设超级电容储能模块与电源管理系统；电源管理系统的输入端接超级电容储能模块与交流电源整流后的直流电，输出端接变频器的逆变电路与制动单元电路。
所述电源管理系统，其输入端接交流电源整流后的直流电，经IGBT模块接入变频器的逆变电路与制动单元电路，构成了整流电源的供电控制回路。
所述电源管理系统，其输入端接超级电容储能模块，经IGBT模块接入变频器的逆变电路与制动单元电路，构成了超级电容储能模块的充电控制回路。
所述电源管理系统，其输入端接超级电容储能模块，经二极管接入变频器的逆变电路与制动单元电路，构成了超级电容储能模块的放电控制回路。
由于采用上述技术方案，本实用新型提供的电梯节电型变频器具有这样的有益效果：可以把电梯驱动电动机制动工况发出的电能储存，供电动机在电动工况使用，提高了能源使用效率，可显著地节省电梯运行电费，对电网不存在谐波干扰问题。
附图说明
图1是现有技术的变频器主电路结构框图。
图2是本实用新型的节电型变频器电路结构框图。
图3是本实用新型实施例的电路原理框图。
图中：1.整流滤波电路，2.制动单元，3.逆变电路，4.超级电容储能模块，5.电源管理系统，6.整流器，7.电容，8.IGBT模块，9.二极管，10.制动电阻，11.DC(+)，12.DC(-)，13.IGBT模块，14.控制与驱动电路I，15.二极管，16.IGBT模块，17.控制与驱动电路II，18.控制与驱动电路III。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。
在图1中，由整流滤波电路1、制动单元2、逆变电路3构成了目前在电梯电力拖动系统广泛使用的变频器主电路。其工作过程是：交流电源在变频器输入端子R、S、T接入，经整流滤波电路1成为直流电，再由逆变电路3成为频率与电压可控的交流电，由U、V、W端子输出，驱动电动机带动电梯上下运行；当电动机处于制动发电工况时，其制动电能由逆变电路3反馈到变频器，经制动单元2释放。
图2是本实用新型的节电型变频器电路结构框图，与图1相比，增设了超级电容储能模块4与电源管理系统5。超级电容是一种新型电能存贮器件，具有充放电速度快、使用寿命长、免维护无污染等优点。图中，超级电容储能模块4与交流电源整流后的直流电接入到电源管理系统5的输入端，逆变电路3与制动单元2接电源管理系统5的输出端。其工作过程是：在电梯驱动电动机处于拖动用电工况时，通过电源管理系统5的控制，先由超级电容储能模块4向逆变电路3供电，直至其放电电压到达规定值，然后再由交流电源整流后的直流电供电；在电梯驱动电动机处于制动发电工况时，制动电能由逆变电路3反馈到电源管理系统5的输出端，经电源管理系统5的控制向超级电容储能模块4充电，将电梯的制动电能存储起来。
制动单元2作过充电保护。受超级电容储能模块4的容量限制，在特殊工况有可能出现超级电容储能模块4充电电压到达规定值时电梯驱动电动机仍然处于制动发电状态，此时，由制动单元2放电做过充电保护，最高充电电压被限制在制动单元的放电电压值。
图3是本实用新型的一个实施例。图中，交流电源在R、S、T端子接入，经整流器6成为直流电，电容7滤波，经过IGBT模块8的控制，向变频器直流母线DC(+)11与DC(-)12供电。IGBT模块8的通断受控制与驱动电路III18的控制，控制与驱动电路III18监测变频器直流母线电压，在下降到接近变频器低电压保护值时(本实施例为450V)驱动IGBT模块8导通并保持；在上升到接近变频器制动单元2动作电压值时(本实施例为620V)驱动IGBT模块8切断并保持。这样，在电梯驱动电动机处于拖动用电工况时，逆变电路3先由超级电容储能模块4供电，直至其放电电压到达规定值，然后再由交流电源整流后的直流电供电。
图3的二极管15、IGBT模块16与控制与驱动电路II 17构成超级电容储能模块4的充放电回路，是电源管理系统的一部分。超级电容储能模块4经二极管15并联到变频器直流母线DC(+)11，在电压高于DC(+)11时，二极管15正向导通，逆变电路3由其供电。当超级电容储能模块4放电电压小于DC(+)11的电压时，二极管15反向截止，逆变电路3由交流电源整流后的直流电供给。超级电容储能模块4的充电受IGBT模块16控制，由控制与驱动电路II 17监测变频器直流母线电压，在DC(+)11的电压大于“充电设定电压”时，立即驱动IGBT模块16导通，变频器直流母线向超级电容储能模块4充电。为了避免电网电源经整流后的直流电向超级电容储能模块4充电，“充电设定电压”约为电网电源经整流直流电压的1.2倍，或者按制动单元开启电压减去30V，本实施例为650V。
IGBT模块13、控制与驱动电路I14、制动电阻10与制动二极管9构成充电过压保护制动单元，与现有技术的变频器制动单元的原理与构成相同。当变频器直流母线电压到达规定值时，由制动单元导通放电，限制电压再升高，消耗制动发电的电能。本实施例由380V三相交流电供电，开启电压为DC680V。
控制与驱动电路I14、控制与驱动电路II17与控制与驱动电路III18的电路中，驱动电路选用通用的IGBT模块驱动芯片构成，其限流保护值设定约为电动机额定电流的2.5倍。
电容储能模块4的规格为2F/700V，充放电容量可以满足6kW电动机工作30秒。因单个超级电容的耐压较低，电容储能模块4为多个超级电容串(并)联的组合件。
以上结合附图与实施例对本实用新型的描述是示意性的，不具有限制性。所以，本实用新型的电梯节电型变频器并不局限于所述的具体实施例。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型的宗旨与权利要求保护范围的情况下，对本实用新型的电梯节电型变频器做出简单的变化或其它类似的实施方式，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种电梯节电型变频器，其特征是，在通用型变频器电路中，增设超级电容储能模块与电源管理系统；电源管理系统的输入端接超级电容储能模块与交流电源整流后的直流电，输出端接变频器的逆变电路与制动单元电路。
2.根据权利要求1所述的电梯节电型变频器，其特征是，所述电源管理系统，其输入端接交流电源整流后的直流电，经IGBT模块接入变频器的逆变电路与制动单元电路，构成了整流电源的供电控制回路。
3.根据权利要求1所述的电梯节电型变频器，其特征是，所述电源管理系统，其输入端接超级电容储能模块，经IGBT模块接入变频器的逆变电路与制动单元电路，构成了超级电容储能模块的充电控制回路。
4.根据权利要求1所述的电梯节电型变频器，其特征是，所述电源管理系统，其输入端接超级电容储能模块，经二极管接入变频器的逆变电路与制动单元电路，构成了超级电容储能模块的放电控制回路。
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| CN103222182A (zh) * | 2010-11-15 | 2013-07-24 | 施耐德东芝换流器欧洲公司 | 装备超级电容器模块的变速驱动器 |
| WO2020239260A1 (de) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg | Antriebssystem und verfahren zum betreiben eines antriebssystems |
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