CN203372934U - 节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种节能控制系统，包括节能控制单元及变频驱动单元；节能控制单元，包括整流电路及能量回馈电路；整流电路，用于将输入电网的交流电转换为直流电输出至直流母线；变频驱动单元，用于将直流母线上的直流电转换为频率电压可调的交流电驱动电动机工作；能量回馈电路，位于直流母线与输入电网之间，用于在升降机下行或者制动过程中将直流母线上的再生能量回馈至输入电网。本实用新型利用整流电路将输入电网的交流电转换为直流母线侧的直流电，并将位于整流电路输出侧的直流母线经能量回馈电路与位于整流电路输入侧的输入电网连接起来，使得直流母线上的再生能量经能量回馈电路反馈至输入电网，从而实现了再生能量的在线回收。

Description

节能控制系统

技术领域

本实用新型涉及升降机控制领域，特别地，涉及一种用于升降机控制的节能控制系统。

背景技术

随着科技的发展，交流电机变频调速技术已被广泛应用。如施工升降机领域，由于施工升降机启动时的启动电流大，且在下行过程中存在较大的势能，每次停机时机械冲击大，将变频调速应用于施工升降机后，施工升降机由变频调速器控制逐渐加速至给定速度，运行平稳、机械冲击小，且施工升降机的耗电量由小逐渐变大，无冲击电流。当施工升降机下行时，利用施工升降机自身的势能拖动电动机运行，耗电量小。因此，变频控制的施工升降机与普通的采用交流接触器直接控制电动机驱动的升降机相比，节能效率在40％以上。

一般一台施工升降机有两个吊笼同时延标准节上下运行，两边吊笼有两套独立的电控装置，也就是说在变频施工升降机中有两套独立的变频控制系统。目前，对低压变频器来说，其主电路模式几乎是统一的电压型，交--直--交电路，即整流——交流转直流电路，滤波电路，IGBT逆变电路——直流变交流电路的原理来完成电动机的调速，从而驱动变频施工升降机调速运行。在变频施工升降机运行中，施工升降机上行时，变频器向外输出功率，当施工升降机下行时，由于吊笼、吊笼内载重的势能拖动电动机运行，这时电动机处在发电状态，电动机所发的电量通过IGBT的续流二极管整流后叠加在变频器的整流电路上，从而引起变频器直流母线电压升高，习惯上常常把施工升降机下行时电动机所发的这部分电能叫再生能量。如果电动机发出的这部分再生能量不被消耗掉，会引起变频器直流母线侧电压的升高，从而影响变频器的正常运行。现有的通用的变频器再生能量处理方式为能耗制动，即当再生能量引起变频器母线电压升高到某一值时，制动单元控制再生能量以热能方式通过能耗制动单元来消耗。因此，变频器的再生能量就被白白浪费掉了，而且由于能耗制动单元在消耗这部分再生能量时会产生大量热量，严重影响施工升降机和变频器的运行环境。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种节能控制系统，以解决现有的升降机下行或者制动情形下生成的再生能量无法回收利用的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种节能控制系统，适用于升降机，升降机包括吊笼，吊笼在电动机的驱动下做升降运动，该节能控制系统包括节能控制单元及变频驱动单元；

节能控制单元，包括整流电路及能量回馈电路；

整流电路经直流母线与变频驱动单元连接，用于将输入电网的交流电转换为直流电输出至直流母线；

变频驱动单元，与直流母线连接，用于将直流母线上的直流电经逆变电路转换为频率电压可调的交流电驱动电动机工作；

能量回馈电路，位于直流母线与输入电网之间，用于在升降机下行或者制动过程中将直流母线上的再生能量回馈至输入电网。

进一步地，直流母线上经供电电缆连接多个变频驱动单元，多个变频驱动单元共用直流母线上的直流电。

进一步地，能量回馈电路包括电压检测模块、处理器、驱动模块及逆变模块；

电压检测模块，用于检测直流母线上的直流电压并将检测直流电压的检测信号输出至处理器；

处理器，用于根据检测信号控制驱动模块工作；

逆变模块，与直流母线连接，用于根据驱动模块的驱动信号将直流母线上的再生能量逆变成交流电输出至输入电网。

进一步地，直流母线上还并联有用于消耗直流母线上再生能量的能耗制动单元。

进一步地，逆变模块为由IGBT组成的逆变器。

进一步地，供电电缆上设有过流检测模块及开关单元，开关单元的控制端与过流检测模块的输出端连接，开关单元根据过流检测模块的输出信号导通或者断开供电电缆。

进一步地，过流检测模块为电流互感器、分流器或者霍尔元件。

进一步地，开关单元为继电器或者接触器。

进一步地，能量回馈电路还设有故障输出继电器，故障输出继电器与开关单元的控制端连接，以控制开关单元的导通或者断开。

进一步地，整流电路为二极管整流桥、可控硅整流桥或者由IGBT组成的四象限变流器。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型节能控制系统，利用节能控制单元的整流电路将输入电网的交流电转换为直流母线侧的直流电，并将位于整流电路输出侧的直流母线经能量回馈电路与位于整流电路输入侧的输入电网连接起来，使得由直流母线供电的变频驱动单元在制动情形下生成的再生能量经能量回馈电路反馈至输入电网，从而实现了再生能量的在线回收，既提高了整个系统的节能效率，又保证了直流母线供电电压的稳定性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例节能控制系统应用于升降机的结构示意图；

图2是本实用新型优选实施例节能控制系统的电气结构示意图；

图3是本实用新型优选实施例中节能控制单元的电路结构示意图；以及

图4是本实用新型优选实施例中变频驱动单元的电路结构示意图。

附图标记说明：

10、升降机；11、吊笼；12、标准节；20、节能控制单元；30、变频驱动单元；

40、直流母线；41、供电电缆；50、输入电网；M、交流电动机；21、整流电路；

22、能量回馈电路；221、电压检测模块；222、处理器；223、驱动模块；

224、逆变模块；31、限流支路；32、导通支路。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1及图2，本实用新型的优选实施例提供了一种节能控制系统，适用于升降机10，该升降机10包括两个吊笼11，两个吊笼11分别在两个交流电动机M的驱动下沿标准节12做升降运动。本实用新型实施例节能控制系统包括节能控制单元20及变频驱动单元30。其中，节能控制单元20，包括整流电路21及能量回馈电路22；整流电路21经直流母线40与变频驱动单元30连接，用于将输入电网50的交流电转换为直流电输出至直流母线40；变频驱动单元30，与直流母线40连接，用于将直流母线40上的直流电经逆变电路转换为频率电压可调的交流电驱动交流电动机M工作，从而带动吊笼11沿标准节12做变频调速的升降运动；能量回馈电路22，位于直流母线40与输入电网50之间，用于在升降机10下行或者制动过程中将直流母线40上的再生能量回馈至输入电网50。参照图2，在本实用新型实施例中，两个变频驱动单元分别经供电电缆41与直流母线40相连以共用直流母线40上的直流电，两个变频驱动单元30分别驱动各自的交流电动机M工作。本实用新型实施例节能控制系统，利用节能控制单元20的整流电路21将输入电网50的交流电转换为直流母线40侧的直流电，并将位于整流电路21输出侧的直流母线40经能量回馈电路22与位于整流电路21输入侧的输入电网50连接起来，使得由直流母线40供电的变频驱动单元30在制动情形下生成的再生能量经能量回馈电路22反馈至输入电网50，从而实现了再生能量的在线回收，既提高了整个系统的节能效率，又保证了直流母线40供电电压的稳定性。且由于直流母线40上可并联连接有两个或者两个以上变频驱动单元30，从而实现了多个变频驱动单元30共用一个整流电路21输出的直流电，且多个变频驱动单元30输出的再生能量可共用一个能量回馈电路22回馈至输入电网50。

参照图3，在本实施例中，能量回馈电路22包括电压检测模块221、处理器222、驱动模块223及逆变模块224。其中，电压检测模块221，用于检测直流母线40上的直流电压并将该直流电压的检测信号输出至处理器222；处理器222，用于根据直流电压的检测信号控制驱动模块223工作；逆变模块224，与直流母线40连接，用于根据驱动模块223的驱动信号将直流母线40上的再生能量逆变成交流电输出至输入电网50。

能量回馈电路22的工作原理如下：当直流母线40侧形成再生能量时，直流母线40上的直流电压升高，电压检测模块221检测到直流母线40的电压升高到一定值后，处理器222控制驱动模块223驱动逆变模块224工作，逆变模块224将直流母线40上的再生能量逆变成交流电回馈至输入电网50；当直流母线40上的电压降低到一定值，处理器222自动控制驱动模块223停止驱动逆变模块224工作。本实施例中，逆变模块224为由IGBT组成的逆变器，IGBT逆变器通过跟踪输入电网50三相输入电源的电压波形，逆变输出与输入电网50同频同相的交流电；处理器222为DSP处理器。

本实用新型实施例中，当升降机10的两个吊笼11同时做向上运行时，与直流母线40相连的两个变频驱动单元30同时消耗直流母线上的电能；但若两个吊笼11中的一个做下行运动，另一个做上行运动，则下行运动的吊笼11相连的交流电动机M发电，并经变频驱动单元30生成再生能量输出给直流母线40，此时，直流母线40上的再生能量可以被做上行运动的吊笼11的变频驱动单元30直接利用。如果两个吊笼11只有一个下行运动或者两个同时做下行运动，则下行运动的吊笼11产生的再生能量作用于直流母线40上会引起直流母线40上的电压上升，能量回馈电路22会根据电压检测模块221生成的触发信号将直流母线40上的再生能量转换为交流电回馈至输入电网50。

较佳地，直流母线40上还并联有用于消耗直流母线40上再生能量的能耗制动单元，这样，在能量回馈电路22出现故障时，直流母线40上的再生能量可以经能耗制动单元采用热能消耗的方式处理掉。

参照图4，本实施例中，变频驱动单元30包括滤波电容C及变频单元F。滤波电容C，并联在供电电缆41上，用于对输入的直流电进行滤波以提高直流电输出的稳定性，降低交变脉动波纹对电路的影响；变频单元F，用于将经滤波电容C输出的直流电逆变成频率电压可调的交流电驱动交流电动机M工作。

由于滤波电容C的电容值较大，较佳地，供电电缆41在接入滤波电容C之前还串联设有限流支路31，限流支路31两端并联设有一个以上用于根据滤波电容C两端的电压值来短接限流支路31的导通支路32。本实施例中，滤波电容C采用电解电容，限流支路31包括限流电阻R及用于起防反作用的二极管D，限流电阻R与二极管D串联构成限流支路31。当然，在其他实施例中，限流支路31可以仅包括限流电阻R。

在本实施例中，起防反作用的二极管D可以和限流电阻R串联，也可以串联在变频驱动单元30的直流进线侧，或者在变频驱动单元30的直流进线侧加接整流桥，如果变频驱动单元30经过整流桥接入直流母线40，这样不论直流母线的“+”“-”极怎么接，变频驱动单元30都可以正常运行，但以限流电阻R串联防止反接的二极管D成本最低，能耗最小。

在本实施例中，限流支路31的两端并联设有两条不同形式的导通支路32，其中，一条导通支路32采用接触器K，接触器K根据滤波电容C两端的电压值动作；另一条导通支路32采用可控硅Q，可控硅Q根据滤波电容C两端的电压值动作。变频驱动单元30接入直流电源，刚上电时，供电电缆41经限流支路31给滤波电容C充电，当滤波电容C充电至一定电压后，接触器K闭合，可控硅Q导通，直流母线40直接与滤波电容C连接，经滤波后的直流电经变频单元F逆变成交流电后驱动外接的交流电动机M工作。其中，变频单元F为由IGBT组成的逆变器。当然，本领域技术人员可以理解，限流支路31的两端亦可以只并联单个导通支路32，该导通支路32可以采用受滤波电容C两端电压控制的接触器K、可控硅Q，还可以采用受滤波电容C两端电压控制的继电器等其他开关元件。

限流支路31不仅可以设置在供电电缆41的“+”极端上，亦可设置在供电电缆41的“-”极端上。当供电电缆41的正负极接错时，由于限流支路31上设有起防反作用二极管D，故滤波电容C两端不能充电，导通支路32因滤波电容C两端的电压不够而不能导通，从而保证了变频驱动单元30的安全工作。

在本实施例中，整流电路21为二极管整流桥、可控硅整流桥或者由IGBT组成的四象限变流器。当整流电路21为二极管整流桥或者可控硅整流桥时，直流母线40上的再生能量经能量回馈电路22回馈至输入电网50上；当整流电路21选用由IGBT组成的四象限变流器，直流母线40上的再生能量可以由四象限变流器直接反馈给输入电网50。

优选地，直流母线40经供电电缆41并联连接有两个以上变频驱动单元30，且供电电缆41上设有过流检测模块及开关单元，开关单元的控制端与过流检测模块的输出端连接，开关单元根据过流检测模块的输出信号导通或者断开供电电缆41。这样，既实现了多个变频驱动单元30共用直流母线40输出的直流电源，又实现了多个变频驱动单元30形成的再生能量经共用的能量回馈电路22回馈至输入电网50；且通过分别控制与变频驱动单元30相连的供电电缆41的通断，避免了各个变频驱动单元30之间的互相干扰。其中，过流检测模块用于检测供电电缆41是否过流，当供电电缆41过流时，过流检测模块输出触发信号给开关单元以断开供电电缆41，实现对变频驱动单元30的保护；且通过单独控制，保证了各变频驱动单元30出现故障时互不影响。本实施例中，过流检测模块可选用电流互感器、分流器或者霍尔元件；开关单元可选用继电器或者接触器。

优选地，能量回馈电路22设有故障输出继电器，故障输出继电器与开关单元的控制端连接，当能量回馈电路22存在过流、过压等故障状况时，故障输出继电器输出开关信号以控制开关单元断开供电电缆41，从而保证能量回馈电路22在故障状况下，变频驱动单元30停止工作。

在本实施例中，参照图2，直流母线40经两组供电电缆41并联连接有两个变频驱动单元30，每个变频驱动单元30分别控制驱动一边吊笼11的交流电动机M，从而单独控制升降机10的吊笼11的升降运动。一个变频驱动单元30的供电电缆41上设有电流互感器H1及接触器K1，当电流互感器H1检测到该供电电缆41过流时，控制接触器K1断开该变频驱动单元30的供电电路；另一个变频驱动单元30的供电电缆41上设有电流互感器H2及接触器K2，当电流互感器H2检测到该供电电缆41过流时，控制接触器K2断开该变频驱动单元30的供电电路。

本实用新型实施例用于升降机的节能控制系统，通过整流电路21将输入电网50的交流电转换为直流电，并经直流母线40输出给两个或者多个变频驱动单元30，且共用该直流母线40上直流电源的多个变频驱动单元30所产生的再生能量可以互用，多余的再生能量则经集中经能量回馈电路22回馈至输入电网50。本实用新型实施例节能控制系统不仅适用于施工升降机，还适用于其他具有再生能量的变频调速系统，如各种提升装置、电梯、塔吊等。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种节能控制系统，适用于升降机(10)，所述升降机(10)包括吊笼(11)，所述吊笼(11)在电动机的驱动下做升降运动，其特征在于，

该节能控制系统包括节能控制单元(20)及变频驱动单元(30)；

所述节能控制单元(20)，包括整流电路(21)及能量回馈电路(22)；

所述整流电路(21)经直流母线(40)与所述变频驱动单元(30)连接，用于将输入电网(50)的交流电转换为直流电输出至直流母线(40)；

所述变频驱动单元(30)，与所述直流母线(40)连接，用于将所述直流母线(40)上的直流电经逆变电路转换为频率电压可调的交流电驱动所述电动机工作；

所述能量回馈电路(22)，位于所述直流母线(40)与所述输入电网(50)之间，用于在所述升降机(10)下行或者制动过程中将所述直流母线(40)上的再生能量回馈至所述输入电网(50)。

2.根据权利要求1所述的节能控制系统，其特征在于，

所述直流母线(40)上经供电电缆(41)连接多个所述变频驱动单元(30)，多个所述变频驱动单元(30)共用所述直流母线(40)上的直流电。

3.根据权利要求1所述的节能控制系统，其特征在于，

所述能量回馈电路(22)包括电压检测模块(221)、处理器(222)、驱动模块(223)及逆变模块(224)；

所述电压检测模块(221)，用于检测所述直流母线(40)上的直流电压并将检测所述直流电压的检测信号输出至所述处理器(222)；

所述处理器(222)，用于根据所述检测信号控制所述驱动模块(223)工作；

所述逆变模块(224)，与所述直流母线(40)连接，用于根据所述驱动模块(223)的驱动信号将所述直流母线(40)上的再生能量逆变成交流电输出至所述输入电网(50)。

4.根据权利要求1所述的节能控制系统，其特征在于，

所述直流母线(40)上还并联有用于消耗所述直流母线(40)上再生能量的能耗制动单元。

5.根据权利要求3所述的节能控制系统，其特征在于，

所述逆变模块(224)为由IGBT组成的逆变器。

6.根据权利要求2所述的节能控制系统，其特征在于，

所述供电电缆(41)上设有过流检测模块及开关单元，所述开关单元的控制端与所述过流检测模块的输出端连接，所述开关单元根据所述过流检测模块的输出信号导通或者断开所述供电电缆(41)。

7.根据权利要求6所述的节能控制系统，其特征在于，

所述过流检测模块为电流互感器、分流器或者霍尔元件。

8.根据权利要求6所述的节能控制系统，其特征在于，

所述开关单元为继电器或者接触器。

9.根据权利要求6所述的节能控制系统，其特征在于，

所述能量回馈电路(22)还设有故障输出继电器，所述故障输出继电器与所述开关单元的控制端连接，以控制所述开关单元的导通或者断开。

10.根据权利要求1所述的节能控制系统，其特征在于，

所述整流电路(21)为二极管整流桥、可控硅整流桥或者由IGBT组成的四象限变流器。

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