CN101119026A - 电梯大功率电子节能装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种涉及电子、信息、能源多学科的技术领域，尤指一种利用现代科技手段，主要用于实现高科技技术的电梯大功率电子节能装置及其控制方法。该装置至少包括：逻辑保护模块、单片机控制器、电梯再生直流电源、绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥、交流电网和同步检测模块组合为一逆变同步电路的电子节能装置；该方法通过中断服务主程序和中断服务子程序实现控制系统，主要解决如何将变频调速电梯运行中电机发电状态下电机输出能量回馈电网等有关技术问题。本发明的积极效果是：利用了现代电力电子技术、控制技术、计算机技术，实现电梯系统再生能量向交流电网的回馈，并进行系统过压、过流、过热安全的保护，具有控制简捷有效等优点。

Description

电梯大功率电子节能装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电子、信息、能源多学科的技术领域，尤指一种利用现代科技手段，主要用于实现电梯节能的高科技技术产品的电梯大功率电子节能装置及其控制方法。

背景技术

目前，在电梯运行控制系统中，几乎都在使用交直交变频器作为驱动电机的调速工具。这类变频器功率因数高、效率高、精度高、调速范围宽，所以获得广泛应用。变频调速技术涉及到电子、电工、信息与控制等多个学科领域。采用变频调速技术是节能降耗、改善控制性能、提高产品质量的重要途径，已在应用中取得了良好的应用效果和显著的经济效益。但是，在电梯的运行与控制方面，还存在着进一步挖掘变频调速系统节能潜力和提高效率的问题。解决这一问题有两条重要途径。一是采取一种控制策略使变频驱动电机的损耗最小而效率最高；二是利用一种技术手段使生产机械储存的能量及时高效地回馈到电网。第一个问题可以通过变频调速技术及其优化控制技术实现″按需供能″，即在满足生产机械速度、转矩和动态响应要求的前提下，尽量减少变频装置的输入能量；第二个问题可以通过有源逆变装置将存储在变频器直流侧的再生能量回馈到交流电网。本专利涉及的是变频调速电梯节能控制的第二个问题--交直交变频调速电梯能量回馈控制技术。

变频电梯在应用中存在的问题为：

通用变频器多为电压型交-直-交变频器。这类变频器的原理是，三相交流电首先经过二极管不控整流桥得到脉动直流电，再经电解电容滤波稳压，最后经有源逆变输出电压、频率可调的交流电给电动机供电。但是通用变频器既不能直接用于需要快速起、制动和频繁正、反转的调速系统，又不能将电机发电状态产生的电能回馈电网。因为这种系统要求电机四象限运行，当电梯减速、制动以及电梯上行时，电机处于再生发电状态。由于变频器的二极管不控整流器能量传输不可逆，产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上，产生泵升电压。过高的泵升电压有可能损坏开关器件、电解电容，甚至会破坏电机的绝缘，从而威胁系统安全工作，目前只能通过能耗电阻把这部分能量以热能的形式消耗掉，由于电阻发热严重，使系统的工作可靠性、稳定性受到不良影响。

国内外电梯能量回馈技术研究现状：

为了解决电梯处于再生发电状态产生的再生能量，德国西门子公司已经推出了电机四象限运行的电压型交-直-交变频器，日本、加拿大等国也成功研制了电源再生装置。同时，已见到国外有四象限电压型交-直-交变频器及电网侧脉冲整流器等的研制报道。普遍存在的问题是这些装置价格昂贵，再加上一些产品对电网的要求很高，不适合我国的国情。国内在中小容量系统中大都采用能耗制动方式，即通过内置或外加制动电阻的方法将电能消耗在大功率电阻器中实现电机的四象限运行，该方法虽然简单，但有如下严重缺点：

(1)浪费能量，降低系统效率。(2)电阻发热严重，影响系统其他部分正常工作。(3)简单的能耗制动有时不能及时抑制快速制动产生的泵升电压，限制了制动性能的提高。

国内已有液压电梯节能系统的报道，而利用能量回馈控制技术实现电梯节能的研究比较少。关于电梯能量回馈电子节能方面的研究尚未见到发明产品的报道。

发明内容

为了克服上述不足之处，本发明的主要目的旨在提供一种以电网线电压为对象直接控制，变频器直流侧电压经过转换作为控制电路供电电源，采用的功率逆变控制器共有三个桥臂六个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)组成，以及采用一片89C52单片机产生逆变控制信号及进行系统过压、过流、过热安全保护的装置；且通过中断服务主程序和中断服务子程序控制系统的方法，既能将电梯再生电能回馈交流电网，又能将控制简捷有效的电梯大功率电子节能装置及其控制方法。

本发明要解决的技术问题是：主要解决如何将变频调速电梯运行中电机发电状态下电机输出能量回馈电网的技术问题，如何利用现代电力电子技术、控制技术、计算机技术实现电梯系统再生能量向交流电网的回馈等有关技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该装置由滤波器、整流器、变频器、电机、电源、逻辑电路及单片机等部件组成，该装置至少包括：

逻辑保护模块、单片机控制器、电梯再生直流电源、绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥、交流电网和同步检测模块组合为一逆变同步电路的电子节能装置；

一逻辑保护模块的输出端与单片机控制器模块的输入端相连接，单片机控制器模块的输出端与绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥模块的输入端相连接，绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥模块的一输出端与逻辑保护模块的输入端相连接，另一输出端与交流电网模块的输入端相连接；

一电梯再生直流电源模块的输出端与绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥模块的输入端相连接；

一交流电网模块的输出端经由同步检测模块后与单片机控制器模块的输入端相连接。

所述的电梯大功率电子节能装置的单片机控制器的计算机控制及逻辑保护电路的输入信号有三相同步信号和过流过压保护信号，输出信号为逆变控制器的六个IGBT的导通和关断的控制信号，其中：

单片机控制器的引脚P1.0的一路与或非门A的第二引脚相连接，单片机控制器的引脚P1.1的一路经反相器与或非门A的第三引脚相连接，或非门A的第一引脚与过流保护端相连接；

单片机控制器的引脚P1.1的另一路与或非门B的第二引脚相连接，单片机控制器的引脚P1.0的另一路经反相器与或非门B的第三引脚相连接，或非门B的第一引脚与过流保护端相连接；

单片机控制器的引脚P1.2的一路与或非门C的第二引脚相连接，另一路经反相器与或非门D的第三引脚相连接，单片机控制器的引脚P1.3的一路经反相器与或非门C的第三引脚相连接，或非门C的第一引脚与过流保护端相连接；

单片机控制器的引脚P1.3的另一路与或非门D的第二引脚相连接，单片机控制器的引脚P1.2的另一路经反相器与或非门D的第三引脚相连接，或非门D的第一引脚与过流保护端相连接；

单片机控制器的引脚P1.4的一路与或非门E的第二引脚相连接，另一路经反相器与或非门F的第三引脚相连接，单片机控制器的引脚P1.5的一路经反相器与或非门E的第三引脚相连接，或非门E的第一引脚与过流保护端相连接；

单片机控制器的引脚P1.5的一路与或非门F的第二引脚相连接，另一路经反相器与或非门E的第三引脚相连接，单片机控制器的引脚P1.4的另一路经反相器与或非门F的第三引脚相连接，或非门F的第一引脚与过流保护端相连接；

或非门A、或非门B、或非门C、非门D、或非门E及或非门F的输出端均经反相器分别与各绝缘栅双极型晶体管的基极相连接，为计算机输出的控制信号。

所述的电梯大功率电子节能装置的绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥的AB相线电压分别与IGBT绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4相连接；在AB相线电压60度相位时刻开始使T1、T4导通，AB相线电压120度相位时刻使T1、T4截止；AB相线电压240度相位时刻使T2、T3导通，AB相线电压300度相位时刻使T2、T3截止；

所述的绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥的BC相线电压分别与IGBT绝缘栅双极型晶体管T3、T4、T5、T6相连接；在BC相线电压60度相位时刻开始使T3、T6导通，BC相线电压120度相位时刻使T3、T6截止；BC相线电压240度相位时刻使T4、T5导通，BC相线电压300度相位时刻使T4、T5截止；

所述的绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥的CA相线电压分别与IGBT绝缘栅双极型晶体管T5、T6、T1、T2相连接；在CA相线电压60度相位时刻开始使T5、T2导通，CA相线电压120度相位时刻使T5、T2截止；CA相线电压240度相位时刻使T6、T1导通，CA相线电压300度相位时刻使T6、T1截止。

所述的电梯大功率电子节能装置的单片机控制器为一片51系列单片微处理器89C52。

一种电梯大功率电子节能控制方法，该方法是通过交流线电压60度相位同步电路模块的输出脉冲信号传送到单片机控制器的外部中断源的输入端；利用交流线电压的60度相位时间点作为逆变电压输出的同步信号，用电网线电压的60度时刻作为逆变桥六个绝缘栅双极型晶体管IGBT导通的同步时间，并通过交流线电压60度相位同步信号产生同步电路；通过单片机控制器外加逻辑电路组成的控制系统，对绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥进行控制，并按照规定的要求导通和关闭，完成直流电压到三相交流电压的逆变；单片机控制器的输入信号有三相同步信号和过流过压保护信号，输出信号为逆变控制器的六个IGBT的导通和关断的控制信号；由单片机控制器产生三相交流电压控制信号序列，并产生系统保护信号；该控制系统的方法包括：中断服务主程序和中断服务子程序，其中：

该中断服务主程序的具体工作步骤是：

步骤1.开始

单片机上电复位程序开始运行；

步骤2.内存单元清零

执行完开始模块后，则进入内存单元清零模块，对程序运行过程中需要使用的内存单元清零；

步骤3.定时器60度定时

执行完内存单元清零模块后，则进入定时器60度定时模块，对单片机内部定时器进行定时器60度定时参数设置，包括定时器工作方式、初值的设定；

步骤4.外中断允许

执行完定时器60度定时模块后，则进入外中断允许模块，设置允许外部中断，包括外部中断0和外部中断1，其中一个中断为线电压60度相位时刻检测，另一个中断为故障保护信号检测；

步骤5.等待中断

执行完外中断允许模块后，则进入等待中断模块，该等待中断包括等待线电压60度相位信号的中断和外部故障信号的中断；

中断服务子程序的中断服务1的具体工作步骤是：

步骤1.中断服务1

当单片机相应同步信号中断时，中断服务1开始执行；

步骤2.输出AB相导通60度的控制信号

执行完中断服务1模块后，则进入输出AB相导通60度的控制信号模块，当输出AB相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T1、T4导通为60度的控制信号；

步骤3.输出AC相导通60度的控制信号

执行完输出AB相导通60度的控制信号模块后，则进入输出AC相导通60度的控制信号模块，当输出AC相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T1、T6导通为60度的控制信号；

步骤4.输出BC相导通60度的控制信号

执行完输出AC相导通60度的控制信号模块后，则进入输出BC相导通60度的控制信号模块，当输出BC相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T3、T6导通为60度的控制信号；

步骤5.输出BA相导通60度的控制信号

执行完输出BC相导通60度的控制信号模块后，则进入输出BA相导通60度的控制信号模块，当输出BA相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T3、T2导通为60度的控制信号；

步骤6.输出CA相导通60度的控制信号

执行完输出BA相导通60度的控制信号模块后，则进入输出CA相导通60度的控制信号模块，当输出CA相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T5、T2导通为60度的控制信号；

步骤7.输出CB相导通60度的控制信号

执行完输出CA相导通60度的控制信号模块后，则进入输出CB相导通60度的控制信号模块，当输出CB相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T5、T4导通为60度的控制信号；

步骤8.中断返回A

执行完输出CB相导通60度的控制信号模块后，则进入中断返回模块，中断服务程序执行完毕返回到该中断服务程序执行前的位置；

中断服务子程序的中断服务2的具体工作步骤是：

步骤1.中断服务2

当单片机相应外部故障信号中断时，，中断服务2开始执行；

步骤2.输出逻辑封锁信号

执行完中断服务2模块后，则进入输出逻辑封锁信号模块，单片机输出逻辑封锁信号，关闭驱动桥的六个IGBT绝缘栅双极型晶体管；

步骤3.中断返回B

执行完输出逻辑封锁信号模块后，则进入中断返回模块，中断服务程序执行完毕返回到该中断服务程序执行前的位置。

本发明的有益效果是：该装置解决了变频调速电梯运行中电机发电状态下电机输出能量回馈电网的技术问题，该方法通过中断服务主程序和中断服务子程序为控制系统，既能将电梯再生电能回馈交流电网，又能将控制简捷有效；本发明利用了现代电力电子技术、控制技术、计算机技术，实现电梯系统再生能量向交流电网的回馈，并进行系统过压、过流、过热安全的保护，具有使用方便、提高效率的控制系统等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图1为本发明整体结构的电路方框示意图；

附图2为本发明计算机控制及逻辑保护电路原理图；

附图3为本发明逆变桥电路原理图；

附图4为本发明逆变桥电路原理图；

附图5为本发明逆变桥电路原理图；

附图6为本发明逆变桥电路原理图；

附图中标号说明：

1-逻辑保护；

2-单片机控制器；

3-电梯再生直流电源；

4-绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥；

5-交流电网；

6-同步检测；

10-过流保护；          50-中断服务1；

20-或非门A；           51-输出AB相导通60度的控制信号；

21-或非门B；           52-输出AC相导通60度的控制信号；

22-或非门C             53-输出BC相导通60度的控制信号；

23-或非门D；           54-输出BA相导通60度的控制信号；

24-或非门E；           55-输出CA相导通60度的控制信号；

25-或非门F             56-输出CB相导通60度的控制信号；

40-开始                57-中断返回A；

41-内存单元清零        60-中断服务2；

42-定时器60度定时；    61-输出逻辑封锁信号；

43-外中断允许          62-中断返回B；

44-等待中断；

具体实施方式

请参阅附图1、2、3所示，本发明由滤波器、整流器、变频器、电机、电源、逻辑电路及单片机等部件组成，该装置至少包括：

逻辑保护1模块、单片机控制器2、电梯再生直流电源3、绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥4、交流电网5和同步检测6模块组合为一逆变同步电路的电子节能装置；

一逻辑保护1模块的输出端与单片机控制器2模块的输入端相连接，单片机控制器2模块的输出端与绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥4模块的输入端相连接，绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥4模块的一输出端与逻辑保护1模块的输入端相连接，另一输出端与交流电网5模块的输入端相连接；

一电梯再生直流电源3模块的输出端与绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥4模块的输入端相连接；

一交流电网5模块的输出端经由同步检测6模块后与单片机控制器2模块的输入端相连接。

所述的电梯大功率电子节能装置的单片机控制器2的计算机控制及逻辑保护电路的输入信号有三相同步信号和过流过压保护信号，输出信号为逆变控制器的六个IGBT的导通和关断的控制信号，其中：

单片机控制器2的引脚P1.0的一路与或非门A20的第二引脚相连接，单片机控制器2的引脚P1.1的一路经反相器与或非门A20的第三引脚相连接，或非门A20的第一引脚与过流保护10端相连接；

单片机控制器2的引脚P1.1的另一路与或非门B21的第二引脚相连接，单片机控制器2的引脚P1.0的另一路经反相器与或非门B21的第三引脚相连接，或非门B21的第一引脚与过流保护10端相连接；

单片机控制器2的引脚P1.2的一路与或非门C22的第二引脚相连接，另一路经反相器与或非门D23的第三引脚相连接，单片机控制器2的引脚P1.3的一路经反相器与或非门C22的第三引脚相连接，或非门C22的第一引脚与过流保护10端相连接；

单片机控制器2的引脚P1.3的另一路与或非门D23的第二引脚相连接，单片机控制器2的引脚P1.2的另一路经反相器与或非门D23的第三引脚相连接，或非门D23的第一引脚与过流保护10端相连接；

单片机控制器2的引脚P1.4的一路与或非门E24的第二引脚相连接，另一路经反相器与或非门F25的第三引脚相连接，单片机控制器2的引脚P1.5的一路经反相器与或非门E24的第三引脚相连接，或非门E24的第一引脚与过流保护10端相连接；

单片机控制器2的引脚P1.5的一路与或非门F25的第二引脚相连接，另一路经反相器与或非门E24的第三引脚相连接，单片机控制器2的引脚P1.4的另一路经反相器与或非门F25的第三引脚相连接，或非门F25的第一引脚与过流保护10端相连接；

或非门A20、或非门B21、或非门C22、非门D23、或非门E24及或非门F25的输出端均经反相器分别与各绝缘栅双极型晶体管的基极相连接，为计算机输出的控制信号。

所述的电梯大功率电子节能装置的绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥4的AB相线电压分别与IGBT绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4相连接；在AB相线电压60度相位时刻开始使T1、T4导通，AB相线电压120度相位时刻使T1、T4截止；AB相线电压240度相位时刻使T2、T3导通，AB相线电压300度相位时刻使T2、T3截止；

所述的绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥4的BC相线电压分别与IGBT绝缘栅双极型晶体管T3、T4、T5、T6相连接；在BC相线电压60度相位时刻开始使T3、T6导通，BC相线电压120度相位时刻使T3、T6截止；BC相线电压240度相位时刻使T4、T5导通，BC相线电压300度相位时刻使T4、T5截止；

所述的绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥4的CA相线电压分别与IGBT绝缘栅双极型晶体管T5、T6、T1、T2相连接；在CA相线电压60度相位时刻开始使T5、T2导通，CA相线电压120度相位时刻使T5、T2截止；CA相线电压240度相位时刻使T6、T1导通，CA相线电压300度相位时刻使T6、T1截止。

所述的电梯大功率电子节能装置的单片机控制器2为一片51系列单片微处理器89C52。

请参阅附图4、5、6所示，一种电梯大功率电子节能控制方法，该方法是通过交流线电压60度相位同步电路模块的输出脉冲信号传送到单片机控制器2的外部中断源的输入端；利用交流线电压的60度相位时间点作为逆变电压输出的同步信号，用电网线电压的60度时刻作为逆变桥六个绝缘栅双极型晶体管IGBT导通的同步时间，并通过交流线电压60度相位同步信号产生同步电路；通过单片机控制器2外加逻辑电路组成的控制系统，对绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥4进行控制，并按照规定的要求导通和关闭，完成直流电压到三相交流电压的逆变；单片机控制器2的输入信号有三相同步信号和过流过压保护信号，输出信号为逆变控制器的六个IGBT的导通和关断的控制信号；由单片机控制器2产生三相交流电压控制信号序列，并产生系统保护信号；该控制系统的方法包括：中断服务主程序和中断服务子程序，其中：

该中断服务主程序的具体工作步骤是：

步骤1.开始40

单片机上电复位程序开始40运行；

步骤2.内存单元清零41

执行完开始40模块后，则进入内存单元清零41模块，对程序运行过程中需要使用的内存单元清零41；

步骤3.定时器60度定时42

执行完内存单元清零41模块后，则进入定时器60度定时42模块，对单片机内部定时器进行定时器60度定时42参数设置，包括定时器工作方式、初值的设定；

步骤4.外中断允许43

执行完定时器60度定时42模块后，则进入外中断允许43模块，设置允许外部中断，包括外部中断0和外部中断1，其中一个中断为线电压60度相位时刻检测，另一个中断为故障保护信号检测；

步骤5.等待中断44

执行完外中断允许43模块后，则进入等待中断44模块，该等待中断包括等待线电压60度相位信号的中断和外部故障信号的中断；

中断服务子程序的中断服务1的具体工作步骤是：

步骤1.中断服务150

当单片机相应同步信号中断时，中断服务150开始执行；

步骤2.输出AB相导通60度的控制信号51

执行完中断服务150模块后，则进入输出AB相导通60度的控制信号51模块，当输出AB相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T1、T4导通为60度的控制信号；

步骤3.输出AC相导通60度的控制信号52

执行完输出AB相导通60度的控制信号51模块后，则进入输出AC相导通60度的控制信号52模块，当输出AC相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T1、T6导通为60度的控制信号；

步骤4.输出BC相导通60度的控制信号53

执行完输出AC相导通60度的控制信号52模块后，则进入输出BC相导通60度的控制信号53模块，当输出BC相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T3、T6导通为60度的控制信号；

步骤5.输出BA相导通60度的控制信号54

执行完输出BC相导通60度的控制信号53模块后，则进入输出BA相导通60度的控制信号54模块，当输出BA相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T3、T2导通为60度的控制信号；

步骤6.输出CA相导通60度的控制信号55

执行完输出BA相导通60度的控制信号54模块后，则进入输出CA相导通60度的控制信号55模块，当输出CA相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T5、T2导通为60度的控制信号；

步骤7.输出CB相导通60度的控制信号56

执行完输出CA相导通60度的控制信号55模块后，则进入输出CB相导通60度的控制信号56模块，当输出CB相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T5、T4导通为60度的控制信号；

步骤8.中断返回A57

执行完输出CB相导通60度的控制信号56模块后，则进入中断返回57模块，中断服务程序执行完毕返回到该中断服务程序执行前的位置；

中断服务子程序的中断服务2的具体工作步骤是：

步骤1.中断服务260

当单片机相应外部故障信号中断时，，中断服务260开始执行；

步骤2.输出逻辑封锁信号61

执行完中断服务260模块后，则进入输出逻辑封锁信号61模块，单片机输出逻辑封锁信号，关闭驱动桥的六个IGBT绝缘栅双极型晶体管；

步骤3.中断返回B 62

执行完输出逻辑封锁信号61模块后，则进入中断返回62模块，中断服务程序执行完毕返回到该中断服务程序执行前的位置。

本发明的工作原理为：

电梯在运行过程中，因电梯系统配重，运行时的减速、制动，约有一半时间是不消耗电能的，电梯的动能、势能通过电机转换为电能存储在变频器的直流侧电容中，这部分能量通常是被能耗电阻转化为热能浪费掉；本发明成功地将这部分能量从新送回电网进行再利用。

本发明采用的功率逆变控制器共有三个桥臂六个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)组成。输入信号是来自单片机控制器的控制信号，其输出分别与交流电网的三相交流电源线相连。即三相交流电网的A、B、C三相，每相分别与一个IGBT桥臂相连。六个IGBT每隔一定的角度轮流导通，将直流电转换成每秒50周的交流电，然后送回电网。

同步电路的输入信号是三相电网的线电压，经过检测变换电路转换成脉冲信号，然后将该脉冲信号送给单片机控制器，实现逆变三相交流电压与电网三相交流电压的相位相同。

本发明的单片机控制器采用一片51系列单片微处理器89C52，外加逻辑电路组成控制系统，对逆变桥IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)进行控制，使其按照规定的要求导通和关闭，完成直流电压到三相交流电压的逆变。单片机控制器2的输入信号有三相同步信号和过流过压保护信号，输出信号为逆变控制器的六个IGBT的导通和关断的控制信号。由单片机控制器产生三相交流电压控制信号序列，并产生系统保护信号。

逻辑保护电路的输入信号为IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)的过流、过压和过热信号，这些信号经过保护电路后被送往单片机控制器，单片机输出保护控制信号封锁逆变控制器的导通。

请参阅附图2、3所示，说明：

1).图2中，①、②、③、④、⑤、⑥为计算机输出的控制信号，分别送到图3中的①、②、③、④、⑤、⑥号IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)大功率晶体管。

2).图3中Ud为变频器直流侧再生直流电压。

3).图3中A、B、C分别连接交流电网A相、B相、C相三相电压。

本发明程序流程图补充说明：

请参阅附图2、3、4、5、6所示，

程序段一：如附图4所示，

第一步：单片机上电复位程序开始运行；

第二步：对程序运行过程中需要使用的内存单元清零；

第三步：对单片机内部定时器进行定时器60度定时参数设置，包括定时器工作方式、初值的设定；

第四步：设置允许外部中断，包括外部中断0和外部中断1。其中

一个中断用作线电压60度相位时刻检测，另一个中断用作故障保护信号检测；

第五步：等待中断，包括等待线电压60度相位信号的中断和外部故障信号的中断；

程序段二：如附图5所示，

第一步：当单片机相应同步信号中断时，中断服务程序1开始执行；

第二步：输出AB相IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)①、④导通60度的控制信号；

第三步：输出AC相IGBT①、⑥导通60度的控制信号；

第四步：输出BC相IGBT③、⑥导通60度的控制信号；

第五步：输出BA相IGBT③、②导通60度的控制信号；

第六步：输出CA相IGBT⑤、②导通60度的控制信号；

第七步：输出CB相IGBT⑤、④导通60度的控制信号；

第八步：中断服务程序执行完毕返回到该中断服务程序执行前的位置；

程序段三：如附图6所示，

第一步：当单片机相应外部故障信号中断时，中断服务程序2开始执行；

第二步：单片机输出逻辑封锁信号，关闭驱动桥的6个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)；

第三步：中断服务程序执行完毕返回到该中断服务程序执行前的位置。

本发明的系统特点：

1).该实用新型能将电梯再生电能回馈交流电网；

2).采用一片89C52单片机产生逆变控制信号及进行系统保护；

3).以电网线电压为对象直接控制；

4).变频器直流侧电压经过转换作为控制电路供电电源；

5).具有过压、过流、过热安全保护。

Claims (5)

1.一种电梯大功率电子节能装置，该装置有滤波器、整流器、变频器、电机、电源、逻辑电路及单片机，其特征在于：该装置至少包括：

逻辑保护(1)模块、单片机控制器(2)、电梯再生直流电源(3)、绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥(4)、交流电网(5)和同步检测(6)模块组合为一逆变同步电路的电子节能装置；

一逻辑保护(1)模块的输出端与单片机控制器(2)模块的输入端相连接，单片机控制器(2)模块的输出端与绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥(4)模块的输入端相连接，绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥(4)模块的一输出端与逻辑保护(1)模块的输入端相连接，另一输出端与交流电网(5)模块的输入端相连接；

一电梯再生直流电源(3)模块的输出端与绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥(4)模块的输入端相连接；

一交流电网(5)模块的输出端经由同步检测(6)模块后与单片机控制器(2)模块的输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的电梯大功率电子节能装置，其特征在于：所述的单片机控制器(2)的计算机控制及逻辑保护电路的输入信号有三相同步信号和过流过压保护信号，输出信号为逆变控制器的六个绝缘栅双极型晶体管IGBT的导通和关断的控制信号，其中：

单片机控制器(2)的引脚P1.0的一路与或非门A(20)的第二引脚相连接，单片机控制器(2)的引脚P1.1的一路经反相器与或非门A(20)的第三引脚相连接，或非门A(20)的第一引脚与过流保护(10)端相连接；

单片机控制器(2)的引脚P1.1的另一路与或非门B(21)的第二引脚相连接，单片机控制器(2)的引脚P1.0的另一路经反相器与或非门B(21)的第三引脚相连接，或非门B(21)的第一引脚与过流保护(10)端相连接；

单片机控制器(2)的引脚P1.2的一路与或非门C(22)的第二引脚相连接，另一路经反相器与或非门D(23)的第三引脚相连接，单片机控制器(2)的引脚P1.3的一路经反相器与或非门C(22)的第三引脚相连接，或非门C(22)的第一引脚与过流保护(10)端相连接；

单片机控制器(2)的引脚P1.3的另一路与或非门D(23)的第二引脚相连接，单片机控制器(2)的引脚P1.2的另一路经反相器与或非门D(23)的第三引脚相连接，或非门D(23)的第一引脚与过流保护(10)端相连接；

单片机控制器(2)的引脚P1.4的一路与或非门E(24)的第二引脚相连接，另一路经反相器与或非门F(25)的第三引脚相连接，单片机控制器(2)的引脚P1.5的一路经反相器与或非门E(24)的第三引脚相连接，或非门E(24)的第一引脚与过流保护(10)端相连接；

单片机控制器(2)的引脚P1.5的一路与或非门F(25)的第二引脚相连接，另一路经反相器与或非门E(24)的第三引脚相连接，单片机控制器(2)的引脚P1.4的另一路经反相器与或非门F(25)的第三引脚相连接，或非门F(25)的第一引脚与过流保护(10)端相连接；

或非门A(20)、或非门B(21)、或非门C(22)、非门D(23)、或非门E(24)及或非门F(25)的输出端均经反相器分别与各绝缘栅双极型晶体管IGBT的基极相连接，为计算机输出的控制信号。

3.根据权利要求1所述的电梯大功率电子节能装置，其特征在于：所述的绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥(4)的AB相线电压分别与IGBT绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4相连接；在AB相线电压60度相位时刻开始使T1、T4导通，AB相线电压120度相位时刻使T1、T4截止；AB相线电压240度相位时刻使T2、T3导通，AB相线电压300度相位时刻使T2、T3截止；

所述的绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥(4)的BC相线电压分别与IGBT绝缘栅双极型晶体管T3、T4、T5、T6相连接；在BC相线电压60度相位时刻开始使T3、T6导通，BC相线电压120度相位时刻使T3、T6截止；BC相线电压240度相位时刻使T4、T5导通，BC相线电压300度相位时刻使T4、T5截止；

所述的绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥(4)的CA相线电压分别与IGBT绝缘栅双极型晶体管T5、T6、T1、T2相连接；在CA相线电压60度相位时刻开始使T5、T2导通，CA相线电压120度相位时刻使T5、T2截止；CA相线电压240度相位时刻使T6、T1导通，CA相线电压300度相位时刻使T6、T1截止。

4.根据权利要求1所述的电梯大功率电子节能装置，其特征在于：所述的单片机控制器(2)为一片51系列单片微处理器89C52。

5.一种电梯大功率电子节能控制方法，其特征在于：该方法是通过交流线电压60度相位同步电路模块的输出脉冲信号传送到单片机控制器(2)的外部中断源的输入端；利用交流线电压的60度相位时间点作为逆变电压输出的同步信号，用电网线电压的60度时刻作为逆变桥六个绝缘栅双极型晶体管IGBT导通的同步时间，并通过交流线电压60度相位同步信号产生同步电路；通过单片机控制器(2)外加逻辑电路组成的控制系统，对绝缘栅双极型晶体管IGBT逆变桥(4)进行控制，并按照规定的要求导通和关闭，完成直流电压到三相交流电压的逆变；单片机控制器(2)的输入信号有三相同步信号和过流过压保护信号，输出信号为逆变控制器的六个IGBT的导通和关断的控制信号；由单片机控制器(2)产生三相交流电压控制信号序列，并产生系统保护信号；该控制系统的方法包括：中断服务主程序和中断服务子程序，其中：

该中断服务主程序的具体工作步骤是：

步骤1.开始(40)

单片机上电复位程序开始(40)运行；

步骤2.内存单元清零(41)

执行完开始(40)模块后，则进入内存单元清零(41)模块，对程序运行过程中需要使用的内存单元清零(41)；

步骤3.定时器60度定时(42)

执行完内存单元清零(41)模块后，则进入定时器60度定时(42)模块，对单片机内部定时器进行定时器60度定时(42)参数设置，包括定时器工作方式、初值的设定；

步骤4.外中断允许(43)

执行完定时器60度定时(42)模块后，则进入外中断允许(43)模块，设置允许外部中断，包括外部中断0和外部中断1，其中一个中断为线电压60度相位时刻检测，另一个中断为故障保护信号检测；

步骤5.等待中断(44)

执行完外中断允许(43)模块后，则进入等待中断(44)模块，该等待中断包括等待线电压60度相位信号的中断和外部故障信号的中断；

中断服务子程序的中断服务1的具体工作步骤是：

步骤1.中断服务1(50)

当单片机相应同步信号中断时，中断服务1(50)开始执行；

步骤2.输出AB相导通60度的控制信号(51)

执行完中断服务1(50)模块后，则进入输出AB相导通60度的控制信号(51)模块，当输出AB相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T1、T4导通为60度的控制信号；

步骤3.输出AC相导通60度的控制信号(52)

执行完输出AB相导通60度的控制信号(51)模块后，则进入输出AC相导通60度的控制信号(52)模块，当输出AC相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T1、T6导通为60度的控制信号；

步骤4.输出BC相导通60度的控制信号(53)

执行完输出AC相导通60度的控制信号(52)模块后，则进入输出BC相导通60度的控制信号(53)模块，当输出BC相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T3、T6导通为60度的控制信号；

步骤5.输出BA相导通60度的控制信号(54)

执行完输出BC相导通60度的控制信号(53)模块后，则进入输出BA相导通60度的控制信号(54)模块，当输出BA相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T3、T2导通为60度的控制信号；

步骤6.输出CA相导通60度的控制信号(55)

执行完输出BA相导通60度的控制信号(54)模块后，则进入输出CA相导通60度的控制信号(55)模块，当输出CA相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T5、T2导通为60度的控制信号；

步骤7.输出CB相导通60度的控制信号(56)

执行完输出CA相导通60度的控制信号(55)模块后，则进入输出CB相导通60度的控制信号(56)模块，当输出CB相时，绝缘栅双极型晶体管IGBT的T5、T4导通为60度的控制信号；

步骤8.中断返回A(57)

执行完输出CB相导通60度的控制信号(56)模块后，则进入中断返回(57)模块，中断服务程序执行完毕返回到该中断服务程序执行前的位置；

中断服务子程序的中断服务2的具体工作步骤是：

步骤1.中断服务2(60)

当单片机相应外部故障信号中断时，，中断服务2(60)开始执行；

步骤2.输出逻辑封锁信号(61)

执行完中断服务2(60)模块后，则进入输出逻辑封锁信号(61)模块，单片机输出逻辑封锁信号，关闭驱动桥的六个IGBT绝缘栅双极型晶体管；

步骤3.中断返回B(62)

执行完输出逻辑封锁信号(61)模块后，则进入中断返回(62)模块，中断服务程序执行完毕返回到该中断服务程序执行前的位置。

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