节能电梯控制系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及节能电梯技术领域，特别是涉及一种节能电梯控制系统。


背景技术：

2.由于工业的不断进步，我国城市化处在飞速发展的阶段，在高层住宅楼以及办公楼当中电梯的应用是最为频繁的，极大的推动了电梯产业的发展，因此国家以及企业都开始重视节能电梯的发展，投入大量资源来开展电梯节能的研究。目前对于节能电梯的研究的实际成果相对稀缺，因此，整体上来说我国电梯节能技术水平较低，拥有巨大的发展空间。而且人们对于节能的重视程度不断增强，无疑会对节能电梯的发展起到显著的推动作用。对于目前的电梯而言，在节能方面的重点为电力电子变换技术。在电梯制动降速或是处在下行重载以及上行轻载的情况下，曳引机运行并发电。
3.然而，由于持续对直流母线电容进行电能传输，导致电容当中电压增加，从而产生一定的安全隐患。对于大部分电梯而言，当并联电梯中的直流母线电容进行电阻释放时，在电压提升至相应水平之后，泄放电路运行，将回馈的电能进行回收。这种情况会丢失大量能量，浪费情况十分严重，同时会在机房内散发大量的热量，导致机房中的温度大幅提升，使得电梯运转受到影响。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对现有的节能电梯系统直流母线存在安全隐患以及泄放电路能量损失较大、发热量高的技术问题，提供一种节能电梯控制系统。
5.一种节能电梯控制系统，该节能电梯控制系统包括节能模块、变频模块以及电梯主体，其中，节能模块与变频模块电连接，变频模块分别连接电网以及电梯主体。
6.节能模块包括超级电容、双向dc/dc变换器、主控制器以及eps电源，其中，超级电容与双向dc/dc变换器双向电连接，双向dc/dc变换器与主控制器双向电连接，主控制器与eps电源双向电连接，双向dc/dc变换器与变频模块双向电连接。
7.变频模块包括整流器、直流母线以及逆变器，其中，整流器分别电连接电网以及直流母线，直流母线与逆变器双向电连接，逆变器与电梯主体电连接，并且，直流母线与双向dc/dc变换器双向电连接。
8.在其中一个实施例中，上述的双向dc/dc变换器具有buck电路以及boost电路。
9.在其中一个实施例中，上述的电梯主体包括曳引机、轿厢以及对重，其中，曳引机与逆变器电连接，轿厢以及对重分别通过线缆连接于曳引机的两侧。
10.在其中一个实施例中，上述的节能模块还包括变压器、变频器、传感器以及接触器，其中，变压器设置于eps电源以及双向dc/dc变换器之间，并相互电连接；变频器与双向dc/dc变换器电连接，双向dc/dc变换器还与接触器电连接；传感器与eps应急电源电连接，并且传感器与超级电容双向电连接。具体的，在该实施例中，超级电容与eps电源双向电连接。
11.在其中一个实施例中，上述的主控制器包括功率变换电路、整流滤波电路、取样电路、稳压环路、pwm控制单元、过压保护电路以及保护电路，其中，eps电源、功率变换电路、整流滤波电路以及双向dc/dc变换器、取样电路、稳压环路以及pwm控制单元依序电连接；pwm控制单元的输出端电连接功率变换电路；过压保护电路分别与eps电源以及pwm控制单元电连接；双向dc/dc变换器、保护电路以及pwm控制单元依序电连接。
12.在其中一个实施例中，上述的节能电梯控制系统还包括若干温度传感器、若干电流传感器以及若干电压传感器，其中，超级电容分别连接一温度传感器、一电流传感器以及一电压传感器；双向dc/dc变换器的高压侧连接一电流传感器；直流母线连接一电压传感器。
13.本发明还揭示了一种节能电梯控制系统的控制方法，该节能电梯控制方法应用于上述的节能电梯控制系统，其包括如下步骤：s1、主控制器对若干温度传感器、若干电流传感器以及若干电压传感器数据进行读取；s2、主控制器判断超级电容电压是否大于预设值v1；若超级电容电压大于预设值v1，则节能模块进入安全模式；否则主控制器进入步骤s3；s3、主控制器判断超级电容电压是否大于预设值v2，且双向dc/dc变换器的高压侧电感电流是否小于预设值i1；若超级电容电压大于预设值v1，且双向dc/dc变换器的高压侧电感电流小于预设值i1，则节能模块进入安全模式；否则主控制器进入步骤s4；s4、主控制器判断双向dc/dc变换器的高压侧电感电流是否介于预设值i2~i3范围内；若双向dc/dc变换器的高压侧电感电流介于i2~i3范围内，则节能模块进入安全模式；否则主控制器进入步骤s5；s5、主控制器判断直流母线电压是否大于预设值v3；若直流母线电压大于预设值v3，则节能模块进入buck模式；否则主控制器进入步骤s6；s6、主控制器判断直流母线电压是否小于预设值v4；若直流母线电压小于预设值v4，则节能模式进入boost模式；否则节能模式进入空操作模式。
14.在其中一个实施例中，上述的预设电压值v2《v4《v3《v1，在本实施例中，v1=390v，v2=200v，v3=350v，v4=280v。
15.在其中一个实施例中，上述的在本实施例中，预设电流值i1=0.2a，i2=-10a，i3=10a。
16.综上所述，本发明所揭示的节能电梯控制系统通过增设节能模块，从而有效降低电梯运行的能耗。当电梯处于制动刹车、重载下行以及轻载上行时，曳引机会产生电能，曳引机所产生的电能通过逆变器、直流母线以及双向dc/dc变换器传输至超级电容进行蓄电；存储在超级电容内的能量除了能够用于曳引机的电力供应，还能够作为紧急情况下的应用电源。本发明还揭示了节能电梯控制系统的控制方法，该控制方法将双向dc/dc变换器的运行模式划分为boost模式以及buck模式。当曳引机正在回馈能量产生补充电流时，双向dc/dc变换器切换至buck模式保障直流母线电压稳定，同时对补充电流进行限制；当曳引机处于耗能状态时，双向dc/dc变换装置切换至boost模式进行电能泄放，从而保障直流母线电压稳定，同时对电能泄放电流进行限制，以此避免能量损失、减少机房产生的热量并避免节能模块损伤。
附图说明
17.图1为一个实施例中节能电梯控制系统的结构示意图；图2为一个实施例中节能电梯控制系统的主控制器结构示意图；图3为一个实施例中节能电梯控制系统的控制方法结构示意图。
具体实施方式
18.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
19.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
20.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
21.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
23.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
24.请参阅图1，本发明揭示了一种节能电梯控制系统，该节能电梯控制系统包括节能模块、变频模块以及电梯主体，其中，节能模块与变频模块电连接，变频模块分别连接电网以及电梯主体，变频模块对电梯主体的运行速度进行调整，节能模块通过电梯主体的电能回馈以及再释放实现电梯主体运行能耗的降低。
25.节能模块包括超级电容、双向dc/dc变换器、主控制器以及eps电源，其中，超级电
容与双向dc/dc变换器双向电连接，双向dc/dc变换器与主控制器双向电连接，主控制器与eps电源双向电连接，双向dc/dc变换器与变频模块双向电连接。在实际应用中，电梯主体在制动降速、重载下行以及轻载上行时产生电能，并通过变频模块以及双向dc/dc变换器将产生的电能传输至超级电容进行蓄电，超级电容中存储的电能能够利用双向dc/dc变换器来维持电梯主体的运转，而主控制器根据电梯主体、变频器以及双向dc/dc变换器的电流以及电压状况对节能模块进行自动控制，eps电源能够作为节能模块的应急电源。
26.变频模块包括整流器、直流母线以及逆变器，其中，整流器分别电连接电网以及直流母线，整流器对电网输入的电能进行整流；直流母线与逆变器双向电连接，逆变器与电梯主体电连接，并且，直流母线与双向dc/dc变换器双向电连接。当电梯处于制动刹车、重载下行或是轻载上行的情况下运转，电梯主体产生电能并利用逆变器进行整流，从而将交流转换成直流电进行回馈，在其电能补充完成的情况下，电压会增加，当其达到预设的阙值时，就会启动双向dc/dc变换器进行直流电的转化，并输入到超级电容当中对其进行电能补充。
27.进一步的，双向dc/dc变换器具有buck电路以及boost电路。由于超级电容当中对于充放电控制的实现前提是对双向dc/dc变换器的管理，本实施例将双向dc/dc变换器的运行模式划分成boost模式以及buck模式，进行控制时，控制基本量包括超级电容电能补充电流、直流母线的电压以及超级电容电压这三个因素。双向dc/dc变换器切换至buck模式能够保障直流母线电压稳定，同时对补充电流进行限制；双向dc/dc变换装置切换至boost模式能够进行电能泄放，从而保障直流母线电压稳定，同时对电能泄放电流进行限制，以此避免节能模块损伤。
28.进一步的，电梯主体包括曳引机、轿厢以及对重，其中，曳引机与逆变器电连接，轿厢以及对重分别通过线缆连接于曳引机的两侧。轿厢和对重作为电梯主体的负载拖动部分，当电梯保持匀速运转时，电梯主体不断进行电能以及机械能的相互转换，尤其在轿厢满载以及空载的情况下，其能量转化值最大，进一步的，节能模块还包括变压器、变频器、传感器以及接触器，其中，变压器设置于eps电源以及双向dc/dc变换器之间，并相互电连接；变频器与双向dc/dc变换器电连接，双向dc/dc变换器还与接触器电连接；传感器与eps应急电源电连接，并且传感器与超级电容双向电连接。具体的，在该实施例中，超级电容与eps电源双向电连接。
29.请参阅图2，进一步的，主控制器包括功率变换电路、整流滤波电路、取样电路、稳压环路、pwm控制单元、过压保护电路以及保护电路，其中，eps电源、功率变换电路、整流滤波电路以及双向dc/dc变换器、取样电路、稳压环路以及pwm控制单元依序电连接；pwm控制单元的输出端电连接功率变换电路；过压保护电路分别与eps电源以及pwm控制单元电连接；双向dc/dc变换器、保护电路以及pwm控制单元依序电连接。
30.进一步的，节能电梯控制系统还包括若干温度传感器、若干电流传感器以及若干电压传感器，从而对节能电梯控制系统内部预设位点的温度、电流以及电压进行检测，并将检测数据传输至主控制器进行处理判断。其中，超级电容分别连接一温度传感器、一电流传感器以及一电压传感器；双向dc/dc变换器的高压侧连接一电流传感器；直流母线连接一电压传感器。
31.请参阅图3，本发明还揭示了一种节能电梯控制系统的控制方法，该节能电梯控制方法应用于上述的节能电梯控制系统，其包括如下步骤：
s1、主控制器对若干温度传感器、若干电流传感器以及若干电压传感器数据进行读取，主控制器对节能电梯控制系统各预设位点的温度、电流以及电压数据进行监控，并以此为对节能电梯进行自动控制；s2、主控制器判断超级电容电压是否大于预设值v1；若超级电容电压大于预设值v1，则节能模块进入安全模式，当节能模块进入安全模式时，主控制器切断双向dc/dc变换器与直流母线以及超级电容之间的连接并进行故障处理；否则主控制器进入步骤s3；s3、主控制器判断超级电容电压是否大于预设值v2，且双向dc/dc变换器的高压侧电感电流是否小于预设值i1；若超级电容电压大于预设值v1，且双向dc/dc变换器的高压侧电感电流小于预设值i1，则节能模块进入安全模式；否则主控制器进入步骤s4；s4、主控制器判断双向dc/dc变换器的高压侧电感电流是否介于预设值i2~i3范围内；若双向dc/dc变换器的高压侧电感电流介于i2~i3范围内，则节能模块进入安全模式；否则主控制器进入步骤s5；s5、主控制器判断直流母线电压是否大于预设值v3；若直流母线电压大于预设值v3，则节能模块进入buck模式，双向dc/dc变换器在电压降低的状态下运行，当曳引机正在回馈能量产生补充电流时，双向dc/dc变换器保障直流母线电压稳定，同时对补充电流进行限制；否则主控制器进入步骤s6；s6、主控制器判断直流母线电压是否小于预设值v4；若直流母线电压小于预设值v4，则节能模式进入boost模式，双向dc/dc变换器在电压升高的状态下运行，当曳引机处于耗能状态时，双向dc/dc变换装置进行电能泄放，从而保障直流母线电压稳定，同时对电能泄放电流进行限制，以此避免节能模块损伤；否则节能模式进入空操作模式。
32.进一步的，预设电压值v2《v4《v3《v1，在本实施例中，v1=390v，v2=200v，v3=350v，v4=280v。
33.进一步的，在本实施例中，预设电流值i1=0.2a，i2=-10a，i3=10a。
34.综上所述，本发明所揭示的节能电梯控制系统通过增设节能模块，从而有效降低电梯运行的能耗。当电梯处于制动刹车、重载下行以及轻载上行时，曳引机会产生电能，曳引机所产生的电能通过逆变器、直流母线以及双向dc/dc变换器传输至超级电容进行蓄电；存储在超级电容内的能量除了能够用于曳引机的电力供应，还能够作为紧急情况下的应用电源。本发明还揭示了节能电梯控制系统的控制方法，该控制方法将双向dc/dc变换器的运行模式划分为boost模式以及buck模式。当曳引机正在回馈能量产生补充电流时，双向dc/dc变换器切换至buck模式保障直流母线电压稳定，同时对补充电流进行限制；当曳引机处于耗能状态时，双向dc/dc变换装置切换至boost模式进行电能泄放，从而保障直流母线电压稳定，同时对电能泄放电流进行限制，以此避免节能模块损伤。
35.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
36.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。