CN212231149U - 电梯应急电源快速供电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种电梯应急电源快速供电装置，电梯应急电源快速供电装置，包括主回路、控制单元和驱动电路。主回路包括依次连接的输入控制模块、滤波单元、整流单元、高频DC/AC逆变电路、谐振电路、高频隔离调压电路、高频整流电路以及超级电容器。输入控制模块的控制端与控制单元连接。驱动电路的输出端与高频DC/AC逆变电路连接，驱动电路的输入端与控制单元连接，驱动电路用于高频DC/AC逆变电路的开关管的控制。本实用新型通过引入高频DC/AC变换电路，利用电路中的LC谐振，将工频整流充电变为高频整流充电，实现了超级电容器的快速充电，高频隔离电路用变压器的重量和体积均较小，有利于应急电源的小型化。
Description
技术领域
本实用新型属于电梯电源设备领域，具体涉及电梯应急电源快速供电装置。
背景技术
电梯是人民群众日常生活中接触和使用最频繁的特种设备，是现代城市中不可或缺的公共设施。当停电、限电、大楼供电系统发生故障时，乘客可能被困在轿厢引起安全恐惧。电梯应急电源在电梯主电源发生故障时，能够实现自动投切重合闸，将电梯停在最近的平层，并将门机打开放出乘客。目前电梯应急电源发展趋势是小型化和智能化，应急电源储能单元多采用超级电容替代传统的蓄电池，在保证超级电容高效快速充电的同时，减小供电电源体积和重量，实现应急电源的小型化。
电梯应急电源中的超级电容供电，常采用工频整流充电，充电过程中脉动幅值较大对电容形成冲击。为了限制整流电路的最大电流值，需增加限流电阻，这种方式导致充电过程中损失了一半的能量，充电效率较低。以应急电源储能600kJ为例，充电过程中将损失600kJ的能量。此外，工频整流方式中的工频调压器的重量和体积也较大，导致整个应急电源体积和重量均较大。公告号为CN111049223A的中国专利“一种超级电容的恒流-恒压充电电路”解决了超级电容充电饱和时的大电流过冲问题，超级电容充电初段采用恒流方式充电，电容电压采样模块检测到电压即将饱和时切换到恒压充电方式，减小后半段的充电电流。这种充电方式需要恒流-恒压两种方式进行切换，控制过程复杂。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种电梯应急电源快速供电装置，在电梯应急电源供电电路中加入LC谐振电路以及高频隔离调压电路，实现周期内的平均电流恒定，电压线性增长的恒流充电过程，在超级电容充电即将饱和时不会出现电流过冲现象。充电过程中保持恒流充电，当电压电流检测单元检测到充满电后，控制单元停止充电即可。这种恒流充电方式将工频充电变换为了高频充电，高频隔离变压器的磁通量变化速度快，相同功率下可采用体积和重量更小的铁芯。
本实用新型的技术方案是电梯应急电源快速供电装置，包括主回路、控制单元和驱动电路。主回路包括依次连接的输入控制模块、滤波单元、整流单元、高频DC/AC逆变电路、谐振电路、高频隔离调压电路、高频整流电路以及用于储能的超级电容器。输入控制模块的控制端与控制单元连接，输入控制模块用于控制主回路与交流输入电源的接通、断开。驱动电路的输出端与高频DC/AC逆变电路连接，驱动电路的输入端与控制单元连接，驱动电路用于高频DC/AC逆变电路的开关管的控制。
进一步地，电梯应急电源快速供电装置还包括与超级电容器的电压电流检测单元，电压电流检测单元用于检测超级电容器的充电电压、电流。
进一步地，电梯应急电源快速供电装置还包括与输入控制模块的输出端连接的输入检测单元。
进一步地，主回路还包括软启动单元，软启动单元的输入端与整流单元的输出端连接，软启动单元的输出端与高频DC/AC逆变电路的输入端连接。软启动单元包括时间继电器和软启动电阻。
优选地，控制单元采用PLC控制器。
优选地，滤波单元采用EMI滤波器。
优选地，高频DC/AC逆变电路为全桥串联谐振变换电路，开关管采用IGBT。
优选地，高频隔离调压电路采用高频变压器。
优选地，高频整流电路采用高频单相桥式全波整流电路。
本实用新型的有益效果包括：
1）超级电容采用高频恒流充电方式，通过将直流电变换为高频，再经过LC谐振以及高频隔离和高频整流给电容器充电，不存在电流过冲现象，充电效率高，充电速度快；
2）采用高频充电方式，电路中用到的高频变压器的铁芯体积和重量较小，减小了整个应急电源的体积和重量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为高频DC/AC逆变电路的电路图。
图3为实施例的驱动信号、谐振电流Ir和充电电流Io的示意图。
图4为实施例的充电过程中的超级电容的充电电压的示意图。
附图标注说明：1.输入控制模块；2.滤波单元；3.整流单元；4.软启动单元；5.高频DC/AC逆变电路；6.谐振电路；7.高频隔离调压电路；8.高频整流电路；9.超级电容器；10.控制单元；11.通讯单元；12.辅助电源；13.输入检测单元；14.电压电流检测单元；15.驱动电路。
具体实施方式
如图1所示，电梯应急电源快速供电装置包括主回路、控制单元、辅助电源、检测回路和驱动电路。
主回路包括依次连接的输入控制模块1、 EMI滤波器2、整流单元3、软启动单元4、高频DC/AC逆变电路5、谐振电路6、高频隔离调压电路7、高频整流电路8、超级电容器9。
检测回路包括输入检测单元13和电压电流检测单元14。
输入控制模块1的控制端与控制单元10连接，输入控制模块1用于控制主回路与交流输入电源的接通、断开；驱动电路15的输出端与高频DC/AC逆变电路5连接，输入端与控制单元10连接，驱动电路15用于高频DC/AC逆变电路5的开关管的控制。
控制单元10采用西门子S7-200 PLC，PLC控制器实现供电电源的内部逻辑控制、状态检查、故障处理、通讯处理、参数设定、采样后的数据处理等功能。
输入控制模块1采用交流接触器，通过PLC控制器的无源开出节点控制接触器的供电线包来实现此功能交流电源的接入和断开。
EMI滤波器2采用两级共模滤波电路滤除共模干扰信号，采用两级差模滤波电容滤除高频差模干扰信号。
整流单元3为三相桥式全波整流。
软启动单元4由时间继电器和软启动电阻构成，整流初期经电阻充电，继电器计时2s钟后，切除软启动电阻直接对后级充电。
如图2所示，高频DC/AC逆变电路5采用开关管VT1、VT2、VT3、VT4构成的全桥串联谐振变换电路，通过4个IGBT将直流变换为高频脉冲波，实现高频调制，每个IGBT均反并联二极管。
谐振电路6采用串联的电感和电容使高频电路发生振荡，谐振电感为23.3uH，谐振电容为0.68uF，谐振频率为40kHz以上。
高频隔离调压电路7采用高频变压器调整超级电容的充电电压，高频变压器的铁芯为EE85B型铁氧体。
高频整流电路8采用高频单相桥式全波整流电路。
超级电容器9作为应急电源备用储能单元，电容的总容量为6.67F，充电电压为450V，总储能为675.3kJ。
与控制单元10连接的通讯单元11经光纤与应急电源的检测保护电路通信。
辅助电源12提供输入检测单元、控制单元、通讯单元、电压电流检测单元、驱动电路的电源，且各路电源在电气上隔离。
输入检测单元13将输入电压采样反馈至控制单元10。
电压电流检测单元14用于过压和过流保护，电压采样后输入控制单元10，一旦过压，控制单元10控制切断供电；串联在充电电路中的电流互感器将采集到的信号输入到控制单元10，过流时控制单元10切断供电。
驱动电路15采用驱动芯片M57962L，4组+15V和-9V直流电源给两块M57962L芯片供电，然后驱动高频DC/AC逆变电路中的IGBT开关管。
上述结构的装置的工作原理：控制单元10发出供电信号，输入控制模块1接入三相380V 交流电源，经EMI滤波器2和整流单元3得到直流电压；控制单元10发出软启动信号，软启动电路4启动，将直流电压接入高频AC/DC逆变电路5；高频DC/AC逆变电路5中的IGBT高频率的通断变化将直流电变化为高频交流电；高频交流电经过谐振电路6维持高频率的谐振，并保持充电的平均电流恒定，将高频变化的电压和电流馈送到高频隔离调压电路7；高频隔离调压电路7将较高的电压通过高频变压器将电压调整至合适的充电电压，经调整后的高频交流电压经高频整流电路8给超级电容充电。
充电过程中输入检测单元13将输入电压采样传递给控制单元10，电压电流检测单元14将超级电容15上的充电电压以及充电电流采样传递给控制单元10；超级电容充电过程中，出现过压和过流时，控制单元10输出信号给驱动电路15停止高频DC/AC逆变电路5输出，并发出信号给主回路输入控制1，停止交流电源输入。
电压电流检测单元14检测到超级电容15充满电时，将信号反馈给控制单元10，控制单元发出信号停止供电；电梯的检测保护电路检测到电梯失压时，信号经通信单元11传递给控制单元10，控制单元10启动超级电容9给电梯供电。
电梯主电源恢复供电后，控制单元10发出充电信号重复以上过程，实现超级电容9的快速供电。
控制单元启动驱动电路后，整个开关周期Ts时间段内的谐振过程分为6个阶段。图3为驱动信号、谐振电流Ir和充电电流Io的示意图，其中VVT1VT4为开关管VT1、VT4的驱动电压，VVT2VT3为开关管VT2、VT3的驱动电压。如图3所示，在0到T0/2阶段，开关管VT1、VT4的驱动信号为高电平，高频DC/AC逆变电路中开关管VT1、VT4导通；T0/2到T0阶段，谐振电流反向，开关管VT1、VT4反并联的二极管反向续流；T0到Ts/2阶段，高频DC/AC逆变电路停止工作，完成半个周期的谐振过程；然后驱动单元输出高电平的驱动信号至开关管VT2、VT3，开关管VT2、VT3导通；后半个谐振周期，开关管VT2、VT3反并联的二极管反向续流，谐振电路停止工作直至Ts。电路中采用了高频单相桥式全波整流电路，超级电容的充电电流I0均为正电流，如图3所示。单个周期内的充电电流平均值均相等，因此可实现在相同时间内充电电压相等，即LC谐振等台阶充电。图4为充电过程中的超级电容的充电电压v2的示意图，其中C1为与整流单元输出端连接的储能电容器的电容，C2′为超级电容折算到高频变压器原边的等效电容，Vin为整流单元的电容器C1上的电压。t0-t6对应一个开关周期，每个阶段的电压增量均相同，每个周期的电压增量也相同。当超级电容充电电压达到额定值后，控制单元停止驱动信号以及交流输入，超级电容器充满电进入待机状态。
Claims (10)
1.电梯应急电源快速供电装置，包括主回路、控制单元（10）和驱动电路（15），其特征在于，主回路包括依次连接的输入控制模块（1）、滤波单元（2）、整流单元（3）、高频DC/AC逆变电路（5）、谐振电路（6）、高频隔离调压电路（7）、高频整流电路（8）以及用于储能的超级电容器（9）；
输入控制模块（1）的控制端与控制单元（10）连接，输入控制模块（1）用于控制主回路与交流输入电源的接通、断开；
驱动电路（15）的输出端与高频DC/AC逆变电路（5）连接，输入端与控制单元（10）连接，驱动电路（15）用于高频DC/AC逆变电路（5）的开关管的控制。
2.根据权利要求1所述的电梯应急电源快速供电装置，其特征在于，还包括与超级电容器（9）的电压电流检测单元（14），电压电流检测单元（14）用于检测超级电容器（9）的充电电压、电流。
3.根据权利要求1所述的电梯应急电源快速供电装置，其特征在于，还包括与输入控制模块（1）的输出端连接的输入检测单元（13）。
4.根据权利要求1所述的电梯应急电源快速供电装置，其特征在于，主回路还包括软启动单元（4），软启动单元（4）的输入端与整流单元（3）的输出端连接，软启动单元（4）的输出端与高频DC/AC逆变电路（5）的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的电梯应急电源快速供电装置，其特征在于，软启动单元（4）包括时间继电器和软启动电阻。
6.根据权利要求1所述的电梯应急电源快速供电装置，其特征在于，控制单元（10）采用PLC控制器。
7.根据权利要求1所述的电梯应急电源快速供电装置，其特征在于，滤波单元（2）采用EMI滤波器。
8.根据权利要求1所述的电梯应急电源快速供电装置，其特征在于，高频DC/AC逆变电路（5）采用全桥串联谐振变换电路。
9.根据权利要求1所述的电梯应急电源快速供电装置，其特征在于，高频隔离调压电路（7）采用高频变压器。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的电梯应急电源快速供电装置，其特征在于，高频整流电路（8）采用高频单相桥式全波整流电路。
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| CN111864883A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-30 | 深圳供电局有限公司 | 应急电源供电电路、应急电源及电梯系统 |
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