CN214422040U - 一种基于电梯制动的能量转换装置和电梯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电梯制动的能量转换装置和电梯，涉及电梯技术领域，该基于电梯制动的能量转换装置，包括：电梯制动管模块、开关电源模块以及热电芯片模块；其中，所述开关电源模块的输入端连接所述电梯制动管模块，且所述开关电源模块的输出端连接所述热电芯片模块，用于在所述电梯制动管模块中的制动管导通时，将母线电压转换为直流电压，并基于所述直流电压输出直流信号，以为热电芯片模块供电，使得热电芯片模块制冷或制热。本实用新型提供的能量转换装置替换现有制动电阻或能量回馈单元，将电机再生制动时产生电量通过热电芯片模块制冷或制热，在维持母线正常的前提下保持变频器处于高性能工作状态，降低成本。

Description

一种基于电梯制动的能量转换装置和电梯

技术领域

本实用新型涉及电梯技术领域，尤其涉及一种基于电梯制动的能量转换装置和电梯。

背景技术

在电梯使用过程中，通过电梯控制系统驱动电机。具体的，电梯控制系统驱动电机为感性负载，在电梯重载下行、空载上行以及电梯停梯时，电机处于再生制动状态，产生的电能通过逆变器的逆变电路反馈到直流母线，导致母线电压泵升。若电动机存储的动能较大、制动时间较短或电动机长时间工作在发电制动状态时，泵升电压很高，严重时将损坏变频器。

为避免变频器损坏同时保持直流母线电压为一个正常值，一般采用耗能制动的方式，将电动机再生制动状态产生、导致母线电压泵升的电能消耗在电阻上，即将电机再生制动状态产生的再生电能消耗在制动电阻上；或着，采用能量回馈方式将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电送回电网。其中，能耗制动结构简单，与电机连接的逆变电路通过制动电阻与制动管连接，使得电机再生制动状态产生的再生电能能够消耗在制动电阻上，对电网无污染，缺点是在频繁制动时将要消耗大量的能量时运行效率低，且为应对不同主机，通常需要外接大功率制动电阻，增加系统成本。此外，能量回馈方式主要是通过能量回馈单元将再生电能逆变为交流电送回电网，如图1所示，但是能量回馈制动对应用场合要求较高，电网电压下稳定时才可以使用，否则易引起换相失败、损坏器件等问题，同时在回馈时会对电网有谐波污染，以及其控制复杂，成本较高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种基于电梯制动的能量转换装置和电梯，以采用能量转换装置替换现有电梯系统中的制动电阻或能量回馈单元，降低成本。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种基于电梯制动的能量转换装置，包括：电梯制动管模块、开关电源模块以及热电芯片模块；

其中，所述开关电源模块的输入端连接所述电梯制动管模块，且所述开关电源模块的输出端连接所述热电芯片模块，用于在所述电梯制动管模块中的制动管导通时，将母线电压转换为直流电压，并基于所述直流电压输出直流信号，以为热电芯片模块供电。

可选的，上述基于电梯制动的能量转换装置还包括：与所述制动管的控制端连接的主控制器模块；

所述主控制器模块，用于在所述母线电压的电压值高于预设的制动阈值时，控制所述制动管导通。

可选的，上述基于电梯制动的能量转换装置还包括：电流换向接触器模块；

所述电流换向接触器模块的输入端连接所述开关电源模块的输出端，所述电流换向接触器模块的输出端连接所述热电芯片模块的输入端，以及所述电流换向接触器模块的控制端连接所述主控制器模块；

所述电流换向接触器模块，用于依据所述主控制器模块输出的控制信号调整所述热电芯片模块的输入电流方向。

可选的，所述热电芯片模块包括：至少一个热电制冷芯片，所述至少一个热电制冷芯片用于依据所述输入电流方向制冷或制热。

可选的，上述基于电梯制动的能量转换装置还包括：散热片；

所述散热片安装在所述热电芯片模块的热端侧，用于对所述热电芯片模块的热端进行散热。

可选的，上述基于电梯制动的能量转换装置还包括：与所述开关电源模块的输出端连接的散热风扇模块；

所述开关电源模块，还用于将所述直流信号传输给所述散热风扇模块，以为所述散热风扇模块供电。

可选的，所述制动管为绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管的第一端通过开关电源模块与直流母线第一端以及电机逆变器的第一端连接，且所述绝缘栅双极型晶体管的第二端与直流母线第二端以及所述电机逆变器的第二端连接。

可选的，所述主控制器模块包括主控制器；

所述主控制器的第一端与所述开关电源模块连接，用于依据所述母线电压的电压值调整所述开关电源模块输出的直流信号。

可选的，所述开关电源模块包括恒压输出电压转换器，所述恒压输出电压转换器的输出端与所述散热风扇模块连接；

所述主控制器的第二端与所述散热风扇模块中的散热风扇连接，用于依据所述直流信号的信号值调整所述散热风扇的转速。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电梯，该电梯包括如第一方面所述的基于电梯制动的能量转换装置。

本实用新型通过开关电源模块和热电芯片模块替换电梯中原制动电阻或能量回馈单元，使得电机再生制动时产生的电量可以通过热电芯片模块制冷或制热，在维持母线正常的前提下保持变频器处于高性能工作状态，从而解决了现有技术中通过制动电阻消耗电机再生制动时产生电能导致系统成本高的问题，同时解决了现有技术中通过能量回馈单元将电机再生制动时产生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电送回电网所存在的控制复杂、成本高等问题，降低成本。

附图说明

图1为现有能量回馈单元的电气拓扑示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种基于电梯制动的能量转换装置的结构框图；

图3是本实用新型一个可选实施例中的热电芯片模块的电气拓扑示意图；

图4是本实用新型一个可选实施例中的一种热电芯片模块安装结构图；

图5是本实用新型一个可选实施例中基于电梯制动的能量转换装置在制动管未打开时的电气拓扑图；

图6是本实用新型一个可选实施例中的基于电梯制动的能量转换装置在制动管打开时的控制流程图；

图7是本实用新型实施例中的一种电梯的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

本实用新型提出了一种基于电梯制动的能量转换装置，以替换现有制动电阻或能量回馈单元，将电机再生制动时产生电量通过热电芯片模块制冷或制热，在维持母线正常的前提下保持变频器处于高性能工作状态。如图2所示，该基于电梯制动的能量转换装置200具体可以包括电梯制动管模块210、开关电源模块220以及热电芯片模块230；其中，所述开关电源模块220的输入端连接所述电梯制动管模块210，且所述开关电源模块220的输出端连接所述热电芯片模块230，用于在所述电梯制动管模块210中的制动管导通时，将母线电压转换为直流电压，并基于所述直流电压输出直流信号，以为热电芯片模块230 供电，使得热电芯片模块230制冷或制热。

在实际处理中，本实用新型提供的基于电梯制动的能量转换装置可以采用开关电源模块220和热电芯片模块230替换电梯系统中原制动电阻或能量回馈单元，与制动管串联后并在母线电容两端，如图3所示，使得电机再生制动时产生的电量可以通过热电芯片模块230制冷或制热，在维持母线正常的前提下保持变频器处于高性能工作状态，从而解决了现有技术中通过制动电阻消耗电机再生制动时产生电能导致系统成本高的问题，同时解决了现有技术中通过能量回馈单元将电机再生制动时产生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电送回电网所存在的控制复杂、成本高等问题，降低成本。

具体而言，本实用新型中的开关电源模块220可以作为能量转换装置的直流输入电源，并可采用宽范围输入恒压输出电压转换器，用于在制动管制动将母线电压转换为直流电压，如可以将母线电压转换为24伏特的直流电压，其输出电流大小可以由主控制器模块310调节。可选的，在上述实施例的基础上，本实用新型提供的基于电梯制动的能量转换装置还包括：与所述制动管的控制端连接的主控制器模块310。所述主控制器模块310，用于在所述母线电压的电压值高于预设的制动阈值时，控制所述制动管导通。

此外，本实用新型中的热电芯片模块230可以是基于热电效应制成的芯片模块，具体可以应用热电效应中的珀尔贴效应制冷和/或制热。在实际处理中，热电芯片模块230的冷端可以紧贴需要降温的位置，如图4所示，热电芯片模块230的冷端可以紧贴着需降温部件，热端可以紧贴散热片。需要说明的是，珀耳帖效应是指当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象，如当两种导体材料分别接入直流电正负极时，一个接电放出热量变热，另一个接头吸收热量变冷。可见，本实用新型实施例中的热电芯片模块230可以用于制冷或制热，从而达到利用电机再生制动时产生的再生电能制冷或制热的目的，实现了电梯制动再生能量转换利用，降低成本。

在具体实现中，热电芯片模块230可以由多组小热电芯片串并联后连接到开关电源模块220的输出端。为保证热电芯片模块230有良好工作性能，可以在热电芯片模块230热端加入散热片。进一步的，本实用新型提供的基于电梯制动的能量转换装置还可以包括：散热片。该散热片可以安装在热电芯片模块 230的热端侧，用于对热电芯片模块230的热端进行散热。

当然，本实用新型提供的基于电梯制动的能量转换装置除了可以采用散热片进行散热之外，还可以采用其他器件模块进行散热，如图4所示，可以在热电芯片模块230的侧端加入散热风扇，以采用散热风扇进行散热，保证热电芯片模块230的冷热端温差不致过大。可选的，在上述实施例的基础上，本实用新型提供的基于电梯制动的能量转换装置还包括：与所述开关电源模块220的输出端连接的散热风扇模块320。该所述开关电源模块220，还用于将所述直流信号传输给所述散热风扇模块320，以为所述散热风扇模块320供电，从而可以通过控制该散热风扇模块320的风扇转速，调整热电芯片模块230热端气流流动速度，保证热电芯片模块230的冷热端温差不致过大。

在具体实现中，散热风扇模块320可以包括一台或多台散热风扇，本实用新型对此不作具限制。该散热风扇供电可以为直流开关电源供电，并可通过控制其电流大小控制风量，如可以通过开关电源模块220输出的直流信号为散热风扇供电，并可通过主控制模块中的主控制器控制为该散热风扇供电的电流大小，控制该散热风扇的转速，实现对该散热风扇的风量控制。

在实际处理中，制动管导通以及热电芯片模块230的热电芯片供电电流大小可以由主控制模块中的主控制芯片控制，该主控制芯片可以根据再生能量大小调整电流大小，实现变频器模块温度动态调节。该变频器模块包含与电机连接的逆变器330，且逆变器330的逆变电路可以通过制动管与开关电源模块220 连接，如图3所示。

在一个可选实施方式中，本实用新型中的制动管可以是绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管的第一端通过开关电源模块220与直流母线第一端以及电机逆变器的第一端连接，且所述绝缘栅双极型晶体管的第二端与直流母线第二端以及所述电机逆变器的第二端连接。例如，如图3所示，绝缘栅双极型晶体管的集电极作为第一端，通过开关电源模块220与直流母线第一端以及电机逆变器330的第一端连接，绝缘栅双极型晶体管的发射极作为第二端，直接与直流母线第二端以及所述电机逆变器330的第二端连接。当然，制动管除了可以采用绝缘栅双极型晶体管实现之外，还可以采用属(Metal)-氧化物(Oxide)-半导体(Semiconductor)场效应晶体管实现，本实用新型实施例对此不作限制。

进一步的，本实用新型中的主控制器模块310可以包括主控制器；所述主控制器的第一端与所述开关电源模块220连接，用于依据所述母线电压的电压值调整所述开关电源模块220输出的直流信号。例如，如图3所示，主控制器的第一端与所述开关电源模块220的控制端连接，从而使得主控制器可以依据母线电压的电压值调整开关电源模块220输出的直流信号，如可根据母线电压大小调整开关电源模块220中的DC/DC开关电源输出电流，即根据再生能量大小调整电流大小，达到动态调节变频器模块温度的目的；同理，主控制器的第二端可以与散热风扇模块320中的散热风扇连接，使得主控制器可以依据直流信号的信号值调整散热风扇的转速；以及，主控制器的第三端可以与制动管的控制端连接，使得主控器可以控制制动管的导通。

可选的，本实用新型实施例中的开关电源模块220包括恒压输出电压转换器，恒压输出电压转换器的输出端与所述散热风扇模块320连接。主控制器的第二端与所述散热风扇模块320中的散热风扇连接，用于依据所述直流信号的信号值调整所述散热风扇的转速，从而可以调整热电芯片模块230的热端气流流动，保证热电芯片模块230冷热端温差不至过大。此外，本实用新型中的主控制器还可以通过控制电流换向接触器调整流过热电芯片模块230的电流方向，实现制热与制冷转换。

在本实用新型的一个可选实施方式中，基于电梯制动的能量转换装置还可以包括：电流换向接触器模块340。如图3所示，所述电流换向接触器模块340 的输入端连接所述开关电源模块220的输出端，所述电流换向接触器模块340 的输出端连接所述热电芯片模块230的输入端，以及所述电流换向接触器模块 340的控制端连接所述主控制器模块310；所述电流换向接触器模块340，用于依据所述主控制器模块310输出的控制信号调整所述热电芯片模块230的输入电流方向。具体而言，电流换向接触器模块340在接收到主控制器模块310输出的控制信号后，可以依据该控制信号通过电流换向接触器调整热电芯片模块230输入电流方向，使得输入到热电芯片模块230的电流方向发生改变，实现制冷与制热的转换。其中，如可以通过调整接入热电芯片端子直流电压正负极实现，需要说明的是，电流换向接触器作为电流换向器，具体可以用于调整热电芯片模块230输入电流方向，如通过调整接入热电芯片端子直流电压正负极实现。需要说明的是，电流换向接触器模块340可以包括一个或多个电流换向接触器，本实施例对此不作具体限制。

可见，本实用新型实施例中的主控制器可以通过控制电流换向接触器调整流过热电芯片电流方向，实现制热与制冷转换。其中，电流换向接触器包括制冷挡、制热挡、关闭挡三种。进一步而言，本实用新型中的热电芯片模块230 可以包括：至少一个热电制冷芯片，所述至少一个热电制冷芯片用于依据所述输入电流方向制冷或制热。

在实际处理中，电梯变频器中所有的驱动管、开关电源、接触器接通和关断的控制均可以由主控制器控制。作为本实用新型的一个示例，在待机或电梯工作在电动状态下，制动管未导通，此时开关电源模块220中的DC/DC开关电源输入断开，热电芯片模块230不工作，电气拓扑图如图5所示。当母线电压高于制动阈值时，制动管导通，即在母线电压的电压值高于预设的制动阈值时主控制器可以控制制动管导通，使得母线电压接入DC/DC开关电源，从而可以通过该DC/DC开关电源将母线电压转换为直流24V电压后输入到热电芯片模块230，在此过程中，为尽快消耗能量，使母线电压降低，主控制器可以根据母线电压大小调整DC/DC开关电源输出电流。以母线电压给定值Uref等于变频器输入电压与参数1.414的乘积为例，当母线电压Udc大于母线电压给定值 Uref时控制DC/DC开关电源有输出电流，即主控制器在母线电压的电压值高于预设的制动阈值控制制动管导通，并可根据当前母线电压差Uerr控制DC/DC 开关电源输出电流大小。

其中，母线电压差Uerr可以是指母线电压Udc与母线电压给定值Uref之间的电压差，即Uerr＝Udc-Uref；DC/DC开关电源输出电流大小可以随母线电压差Uerr变化，如DC/DC开关电源输出电流Iref的大小可以等于母线电压差 Uerr与系数K的乘积，即Iref＝K*Uerr。当DC/DC开关电源输出电流增大时，热电芯片模块230制冷量或制热量增加，为保证热电芯片模块230冷热端温差不至过大，主控制器可以在热电芯片工作电流变化时加同时调整散热风扇的占空比，以调整热电芯片热端气流流动。例如，如图3所示，主控制器可以与电流换向接触器的控制端以及散热风扇连接，在母线电压差Uerr增大时，可以根据母线电压差Uerr向散热风扇模块320输出占空比调整信号，以调整散热风扇的占空比，进而可以调整散热风扇的转速，实现热电芯片热端气流流动的调整，保证热电芯片模块230冷热端温差不至过大。

在实际处理中，对于多个需要需要温度调整的部件，可采用并联的多组热电芯片模块230进行控制，并联的多组热电芯片模块230可分别实现制冷或制热。例如，对控柜而言，需要降低因系统工作产生的热量，应用本实用新型提供的基于电梯制动的能量转换装置可以对控柜内部件制冷；对于轿厢而言，冬天时可将电流换向接触器打到制热挡，对轿厢温度进行闭环控制，夏天时将电流接触器打到制冷挡，降低轿内温度。

具体而言，如图6所示，可以通过主控制器判断母线电压是否大于制动管导通电压，即判断母线电压的电压值高于预设的制动阈值，从而可以在母线电压大于制动管导通电压时导通制动管，即主控制器在母线电压的电压值高于预设的制动阈值时控制制动管导通。在制动管导通后，开关电源模块输出，并可驱动散热风扇输出，随后主控制器可以判断是否需要制热，若需要制热，则可以向电流换向接触器发送控制热控制信号，以将电流换向接触器打到制热档，使得热电芯片模块230制热；若不需要制热，则可以电流换向接触器发送控制冷控制信号，以将电流换向接触器打到制冷档，使得热电芯片模块230制热。

此外，主控制器在制冷或制热过程中，还可以检测母线电压是否大于开关电源调整阈值，从而可以在母线电压大于开关电源调整阈值时增大开关电源输出电流，使得热电芯片模块230制冷量或制热量增加，达到有效利用电机再生制动时产生电量的目的。

可见，本实用新型提供的基于电梯制动的能量转换装置可以替换现有制动电阻或能量回馈单元，将电机再生制动时产生电量通过热电芯片模块230制冷或制热，在维持母线正常的前提下保持变频器处于高性能工作状态，解决了现有技术中通过制动电阻消耗电机再生制动时产生电能导致系统成本高的问题，同时解决了现有技术中通过能量回馈单元将电机再生制动时产生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电送回电网所存在的控制复杂、成本高等问题，降低了成本。

在具体实现中，当电梯安装了本实用新型提供的基于电梯制动的能量转换装置200后，可以通过该能量转换装置，利用热电制冷芯片特性，替代现有制动电阻或能量回馈单元，将电机再生制动时产生电量通过热电制冷芯片制冷或制热，在维持母线正常的前提下保持变频器处于高性能工作状态，降低成本。

参照图7，示出了本实用新型实施例中的一种电梯的结构框图。该电梯700 可以包括：上述实施例所述的基于电梯制动的能量转换装置200。

需要说明的是，电梯还可以包括：用于电梯制动的电机、与电机连接的逆变电路、整流电路、电容等，本实用新型对此不作限制。

上述电梯可包含本实用新型任意实施例所提供的基于电梯制动的能量转换装置200，具备本实用新型所提供的基于电梯制动的能量转换装置200相应的功能模块和有益效果。

需要说明的是，对于电梯实施例而言，由于其与基于电梯制动的能量转换装置实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。

值得注意的是，上述基于电梯制动的能量转换装置中，所包括的各个支路和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本实用新型的保护范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基于电梯制动的能量转换装置，其特征在于，包括：电梯制动管模块、开关电源模块以及热电芯片模块；

其中，所述开关电源模块的输入端连接所述电梯制动管模块，且所述开关电源模块的输出端连接所述热电芯片模块，用于在所述电梯制动管模块中的制动管导通时，将母线电压转换为直流电压，并基于所述直流电压输出直流信号，以为热电芯片模块供电。

2.根据权利要求1所述的基于电梯制动的能量转换装置，其特征在于，还包括：与所述制动管的控制端连接的主控制器模块；

所述主控制器模块，用于在所述母线电压的电压值高于预设的制动阈值时，控制所述制动管导通。

3.根据权利要求2所述的基于电梯制动的能量转换装置，其特征在于，还包括：电流换向接触器模块；

所述电流换向接触器模块的输入端连接所述开关电源模块的输出端，所述电流换向接触器模块的输出端连接所述热电芯片模块的输入端，以及所述电流换向接触器模块的控制端连接所述主控制器模块；

所述电流换向接触器模块，用于依据所述主控制器模块输出的控制信号调整所述热电芯片模块的输入电流方向。

4.根据权利要求3所述的基于电梯制动的能量转换装置，其特征在于，所述热电芯片模块包括：至少一个热电制冷芯片，所述至少一个热电制冷芯片用于依据所述输入电流方向制冷或制热。

5.根据权利要求4所述的基于电梯制动的能量转换装置，其特征在于，还包括：散热片；

所述散热片安装在所述热电芯片模块的热端侧，用于对所述热电芯片模块的热端进行散热。

6.根据权利要求2至5任一所述的基于电梯制动的能量转换装置，其特征在于，还包括：与所述开关电源模块的输出端连接的散热风扇模块；

所述开关电源模块，还用于将所述直流信号传输给所述散热风扇模块，以为所述散热风扇模块供电。

7.根据权利要求1至5任一所述的基于电梯制动的能量转换装置，其特征在于，所述制动管为绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管的第一端通过开关电源模块与直流母线第一端以及电机逆变器的第一端连接，且所述绝缘栅双极型晶体管的第二端与直流母线第二端以及所述电机逆变器的第二端连接。

8.根据权利要求6所述的基于电梯制动的能量转换装置，其特征在于，所述主控制器模块包括主控制器；

所述主控制器的第一端与所述开关电源模块连接，用于依据所述母线电压的电压值调整所述开关电源模块输出的直流信号。

9.根据权利要求8所述的基于电梯制动的能量转换装置，其特征在于，所述开关电源模块包括恒压输出电压转换器，所述恒压输出电压转换器的输出端与所述散热风扇模块连接；

所述主控制器的第二端与所述散热风扇模块中的散热风扇连接，用于依据所述直流信号的信号值调整所述散热风扇的转速。

10.一种电梯，其特征在于，所述电梯包括权利要求1至9中任一所述的基于电梯制动的能量转换装置。

Images