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能量回馈装置在电梯运行中的应用

日期: 2018-10-19
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  电梯节能设备供应商提醒您:“十三五”节能减排政策发布后,节能环保已是我国当前提倡的具有现实意义的一样基本国策。在电梯行业日益竞争激烈的今天,采用新技术,速度更快,载重量更大虽然是最能突出产品优势的几大方面,但是不可否认,电梯投入使用后的经济性和环保性也是电梯采购时必须考虑的因素。


  电梯能量回馈装置的运行原理


  电梯要节能,关键就是电梯的曳引机工作中要把其在发电状态时产生的电能利用起来,将制动电阻所消耗的那些发热的能量 ,通过逆变再重新转化为交流电,或供给其他电气设备使用,或回馈致电网。一般能量逆变效率在85%左右,上面提到的制动电阻消耗能量占电梯用电总量的25%~40%,那么电能的回馈效果就可以达到在21%~50%,若楼层越高或者电梯速度越快的时候,那么电能的回馈效果就更明显了。能量回馈系统的主回路结构主要是由滤波电容、三项IGBT全桥、串联电感以及外围电路所组成的,电梯能量回馈系统的输入端与电梯变频器的直流母线侧连接,输出端与电网侧连接。当电梯曳引机工作在电动状态时,能量回馈系统的开关全部处于关断状态,当曳引机工作在发电状态的时候,变频器直流母线侧的泵升电压升高,并满足了其他逆变条件后,能量回馈系统开始启动,随着直流目前上的能量的回馈至电网,直流母线电压下降,直到回落至设定值后,系统停止工作。


  将直流电能转换为交流电能的有源逆变是电梯能量回馈的本质,目的是将曳引机在发电状态下产生的电能通过逆变回馈,实现节能且需注意避免逆变输出电能对电网的污染。所以在曳引机发电产生的能量回馈过程中,要在相位、电压、电流方面满足四个控制条件:

  a)不能随便启动系统,须当直流母线电压超过设定值时,逆变装置才开始启动,进行能量的回馈;

  b)逆变电流必须满足回馈功率的需求,且不可大于逆变电路所容许的最大电流;

  c)逆变过程需要与电网相位保持同步,向电网回馈的能量要在电网的高压端;

  d)尽可能的减少逆变过程对电网的污染。


  电梯能量回馈系统硬件的设计


  1.功率逆变电路

  功率逆变电路中通过控制开关的通断,把电梯曳引机工作在发电状态时存储在电梯变频器直流母线侧的直流电转换为交流电。是电梯能量回馈系统的主回路,根据逆变电路不同分类,均有不同的结构。通过控制开关的通断,把曳引机工作在发电状态时存储的在电梯变频器直流母线侧的直流电转换为交流电。在电路中,同一桥臂上的上下两个开关不能同时导通,每一项的导通时刻和时间根据逆变控制算法进行控制。


  2.并网同步电路

  电梯能否有效的将直流母线上的能量回馈到电网,相位同步控制起到关键作用。并网同步电路采用电网线电压同步,同时为了避免换相时的死区影响,在同一个桥臂上下开关工作120度。通过比较器得到并网同步信号与电网过零点信号的逻辑关系,通过Multisim仿真得到各开关器件的并网同步信号和电网电压的关系,每个开关工作角为120度,且依次间隔60度。逆变桥中任何时候只有两只开关管导通,工作安全可靠,且每两个开关都在电网线电压的最高电压段工作,逆变效率高。


  3.电压检测控制电路

  由于电梯变频器直流母线侧的电压较高,需先利用电阻进行分压,再通过霍尔电压传感器将母线电压隔离降压,并转换为低电压信号,在电压检测控制电路中采用滞环跟踪比较控制方式,滞环比较是在比较器的基础上又增加了正反馈,给比较器提供了两个比较值,即上下阀值。由硬件电路实现,控制即迅速又准确。电压检测控制电路不仅可以避免干扰信号瞬间叠加在电压信号上,造成比较器的输出状态出现抖动,还可以避免能量回馈系统过于频繁的启动关闭。


  4.电流检测控制电路

  能量回馈过程中,电流必须满足其功率的要求,回馈电网的功率必须大于或等于曳引机处于发电状态时的最大功率,否则直流母线上的电压降继续升高。当电网电压一定时,系统能量回馈功率由回馈电流决定,另外,回馈电流须限定在逆变器功率开关器件的额定范围内,而且电网和逆变器之间电抗扼流,容许大电流通过又希望电抗器的体积尽可能的小,所以电抗器的电感量必须是一个较小的值,这样能量回馈时。电流变化速度就很快。同时采用电流滞环控制方式也能有效控制回馈电流防止过流事故。


  5.主控制电路

  电梯能量回馈系统的中央处理单元是主控制电路,它用来控制整个系统的工作。主控电路由单片机和外围电路组成,一方面根据控制算法产生高精度的PWM波;另一方面根据并网同步信号,IPM故障控制整个能量回馈过程中的安全和有效的进行。


  6.逻辑保护控制电路

  并网同步信号,电压、电流的控制信号,IPM故障信号,以及主控制电路输出的驱动信号都需要进过逻辑保护控制电路,进行逻辑运算,最终送入功率逆变电路,控制回馈过程的进行。这样,既可以保证逆变输出的交流电与电网同步,又可以在电路过流,过压,欠压和IPM故障时,封锁驱动信号,使能量回馈过程停止。


  由于电梯能量回馈系统只有在曳引机处于发电状态才启动的,所以使用寿命要比电梯还要长。由此可见,电梯能量回馈系统的运用不管从原理,节能效果,还是性能,都值得在能源日趋匮乏的今天大力推广,这样既营造了健康良好的绿色节能环境,又响应了国家和政府关于节能降耗,建设节约型社会的号召,为国家的节能减排贡献力量。


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