电梯能量回馈原理及系统控制方案设计

电梯能量回馈原理及系统控制方案设计

摘要:本文介绍了电梯工作的基本原理,分析电梯能量回馈系统的工作原理,给出能量回馈过程中系统应满足的控制条件,最后根据控制要求给出电梯能量回馈系统的控制方案。在此基础上设计实验电路,搭建实验平台,并给出一些主要实验波形。

关键词:电梯能量回馈原理控制方案

1 电梯工作原理

我们可以把电梯简单理解成一个两端分别悬挂轿厢和配重的定滑轮组,起滑轮作用的曳引机实际上就是一部电动机。当电动机正向或者反向旋转时,轿厢会相应的上行或者下行,实现了电梯运送乘客或者货物的目的。位于电梯控制系统中的变频器是驱动电动机运行的装置。一般来讲,电梯平衡系数为45%左右,即轿厢内放置45%左右载重时,轿厢与电梯配重的重量相当。我们可以将电梯的运行分为以下几种工况:(1)轿箱或配重较轻的一边上升,比如空车上行和满载下行,这是系统释放势能的过程,此时曳引机工作在发电状态。(2)轿箱或配重较轻的一边下降,比如空车下行与满载上行,此时系统势能在不断增加,曳引机工作在电动状态。(3)当电梯到达所在楼层减速制动时,系统释放动能,此时曳引机也工作在发电状态[1]。当电梯运行在(1)、(3)工况时,曳引机工作在发电状态,所产生的能量通过电动机和变频器转化为变频器直流母线上的直流电能。这些能量被临时存储在变频器直流回

路的大电容中,随着电梯工作时间的持续,电容中的电能和电压会逐渐升高,导致过压故障,使电梯停止工作。

2 能量回馈原理及系统设计方案

能量回馈系统是将电梯变频器直流侧大电容中储存的直流电能转换为交流电,并回送到电网,系统的主回路结构,主要由滤波电容、三相IGBT全桥、串联电感及一些外围电路组成。电梯能量回馈系统的输入端与电梯变频器的直流母线侧相连,输出端与电网侧相连。电梯能量回馈的本质是将直流电能转换为交流电能的有源逆变,其目的是将曳引机在发电状态下产生的直流电能通过逆变回馈交流电网,实现节能并尽量避免逆变输出电能对电网的污染。根据以上要求,本文设计了以A VR单片机为控制核心的电梯能量回馈系统。该系统主要由中央处理单元(A VR单片机)、同步信号检测单元、逻辑保护控制单元及功率逆变单元(IPM模块)组成,外加直流母线电流检测单元、直流母线电压检测单元等多种保护功能,只要任何一种保护起作用,都将封锁逆变控制信号的输出,及时对IPM驱动电路进行封锁,保护IPM模块及其他电路不致损坏,提高能量回馈系统的安全性[3]。

3 能量回馈系统实验及分析

本文制作实验电路板,包括主电路板和IPM的隔离接口电路板。主电路板主要包括并网同步电路,直流母线电压检测电路,直流母线电流检测电路,ATmega128单片机及其外围电路,可编程逻辑器件

EPM7032s及其外围电路,以及电源和下载接口。隔离接口电路板是用来驱动IPM模块工作。实验平台为电网电压先经过变压器接入到主电路板的输入端,主电路板的输出端连接隔离接口电路板,隔离接口电路板的输出再连接到IPM模块,电路板中的所有电源由电源模块提供。最终制作好电梯能量回馈系统的装置。系统上电后工作正常,电网电压经变压器后,输出A相过零点信号。三相过零点信号经过可编程逻辑器件后,开关器件T1和T6的并网同步信号与电网线电压UAB 的关系分别如图1和图2所示。开关器件T1和T6同步信号的关系如图3所示。同一桥臂上的开关器件T1和T4同步信号的关系如图4所示。采用基于调制函数的SVPWM算法对ATmega128单片机编程,单极性调制,工作角120°,开关频率为9kHz,调制度为0.5,编程后开关器件T1的驱动信号波形如图5所示,图6是开关器件T1和T4的驱动信号波形。图7是开关器件T1的驱动信号放大后的波形。由于时间和条件的限制,隔离接口电路输出的T1～T6的驱动信号没有接入到IPM模块上进行测试。

参考文献

[1] 丁宝,乔久鹏.基于能量回馈与最小励磁电流的电梯节能研究[J].建筑电气,2007(5).

[2] 马炜,李杰.基于改进型幅相控制的单位功率因数电梯能量回馈器研究[J].电工电能新技术,2008(1).