CN103303759A - 超级电容储能电梯自救装置 - Google Patents
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Abstract
超级电容储能电梯自救装置。该装置主电路在不改变原有电梯变频驱动单元基础上，通过增加一个超级电容储能装置作为电梯备用电源，以防因地震火灾等灾害发生时市电突然停电造成电梯失控，给电梯轿厢内人员造成恐慌及危险。电梯变频驱动单元包括不可控整流桥模块、直流母线滤波电容、变频器功率模块及电梯曳引机。超级电容储能装置由超级电容与双级联BOOST电路组成。超级电容具有容量大、充放电速度快、工作温度范围大、循环使用寿命长、维护简单等优点；双级联BOOST电路可对超级电容进行快速放电控制，使超级电容工作时快速输出高电压，使母线电压维持较高值，以便电梯曳引机能够维持较高速度运转，使电梯尽快到达指定平层，使箱内人员尽快摆脱危险。
Description
技术领域
本发明涉及一种电梯断电应急运行系统，特别地，本发明采用超级电容作为储能装置，作为备用电源以保证在自然灾害发生时或者其他紧急情况下市电突然断电时为电梯提供应急备用电源，保障电梯内人员的安全。
背景技术
随着我国经济快速发展，城市化进程的不断进行，楼宇建设速度的加快，我国电梯数量处于快速增长期；当发生自然灾害或者出现其他紧急状况时存在断电的风险，当发生停电时电梯会出现关人停梯的现象，会对乘客造成一定恐慌和伤害。因此电梯停电应急救援装置等一系列安全备用设施的开发与研制得到了广泛重视。
目前，国内外的电梯停电应急救援装置多采用通用的不间断电源（UPS）控制，它由标准的UPS和控制电路组成。UPS一般采用蓄电池作为备用电源，蓄电池具有使用寿命短、容量小、需要定期维护、对环境温度敏感等缺点，且不能大电流充放电，不易带感性负载，严重限制了UPS的使用寿命以及其在电梯停电应急装置中的应用。
发明内容
本发明目的是解决现有电梯应急装置采用的UPS电源中的蓄电池具有使用寿命短、容量小、需要定期维护、对环境温度敏感等问题，提出一种可靠性高、安全性强并能够避免电梯停电困人事故发生的超级电容储能电梯自救装置。
为实现上述目的，本发明利用超级电容组替代蓄电池作为UPS的备用电源。超级电容既具有静电电容器的高放电功率优点,具有较大电荷储存能力,且超级电容还具有使用灵活，能量关系简单明确便于组合使用，工作温度范围大，可在恶劣环境下工作，而不影响其工作性能；环境友好无污染，循环使用寿命长，维护简单等优点。与蓄电池相比其具有诸多优势，所以对于电梯这种对安全、可靠性要求极高的装置来说超级电容是一种最好的选择。可以有效的保障电梯在断电的情况下平稳运行至平层，保障电梯内人员的安全。
本发明的技术方案是：
一种超级电容储能电梯自救装置，是在原有的电梯变频驱动单元的基础上，在整流部分与逆变部分中间的直流母线处并联了一个超级电容储能装置，以达到市电断电时应急供电，起到救援的作用；所述的电梯变频驱动单元包括不可控整流桥模块、直流母线滤波电容、变频器功率模块以及电梯曳引机。直流母线滤波电容2并联在不可控整流桥模块1的直流母线的正负输出两端，变频器功率模块3与直流母线的正负输出两端连接，电梯曳引机4接变频器功率模块3的输出端。超级电容储能装置5与直流母线滤波电容2并接。
其中，超级电容储能装置由超级电容组与双级联BOOST电路组成。超级电容储能装置中采用双级联BOOST电路，通过将两个BOOST电路组合级联到一起，这样可以提高升压倍数，可以使得超级电容在较低电压的情况下对直流母线输出高电压，可以较少超级电容的数量，降低成本；同时超级电容储能装置工作时能够保持直流母线处电压值接近正常运行时额定值，以保障电梯能够在停电时仍能以较高转速并平稳运行，及时使电梯到达指定平层，使箱内人员尽快脱离危险。
本发明提出的超级电容储能装置，控制电路采用DSP微处理器，用于输出功率开关管门极驱动PWM信号，控制双级联BOOST电路工作状态。
本发明的优点和积极效果：
1、本发明装置实现应急救援的同时，不影响原电梯变频驱动电路拓扑结构。
2、本发明采用的超级电容储能装置，无论从装置的体积，电路结构，特别是针对放电的速度、容量更加具有优势：超级电容具有放电速度快的优点，当市电断电后可以迅速放电为电梯提供能量，缩短中间过渡时间，此外超级电容也具有容量大的优点，其存储能量可以充分保证电梯能够运行到指定楼层的平层处，甚至地震等级小于五级，或者出现火灾但是未见明火及温度尚在安全范围内等安全条件下可以多次运行。
3、本发明的超级电容储能装置采用了双级联BOOST升压电路，通过把两个BOOST电路级联到一起，提高升压比，尽量降低所需超级电容两端电压，减少超级电容使用数量，降低成本；当市电断电时可以快速放电，由于其有较高的升压比，超级电容的两端电压在较小数下即可对直流母线输出较高电压，这样可以使得电梯曳引机以较高速度运行，保障电梯的运行速度，缩短解救箱内人员的撤离时间。
4、通过将两个BOOST电路组合到一起，通过等效变换，在保证前后级互不影响的前提下节省一个IGBT，减小装置体积，节约成本。
附图说明
图1为本发明装置硬件电路图；
图2为本发明装置超级电容储能装置简化等效图；
图3为本发明装置的控制系统框图。
图中，1不可控整流桥模块、2直流母线滤波电容、3变频器功率模块、4电梯曳引机、5超级电容储能装置。
具体实施方式
本发明具体实施方式结合图1~3进行说明如下：
本发明提出的超级电容储能电梯自救装置，是在不改变原电梯变频驱动单元基础上，在整流部分与逆变部分中间的直流母线处并联一个超级电容储能装置而组成的。电梯变频驱动单元包括不可控整流桥模块1、直流母线滤波电容2、变频器功率模块3以及电梯曳引机4。直流母线滤波电容2并联在不可控整流桥模块1的直流母线的正负输出两端，变频器功率模块3与直流母线的正负输出两端连接，电梯曳引机4接变频器功率模块3的输出端。超级电容储能装置5与直流母线滤波电容2并接，见图1。
其中，超级电容储能装置由超级电容组与双级联BOOST电路组成（参见图2）。
超级电容储能装置的控制电路采用DSP微处理器，用于输出功率开关管门极驱动PWM信号，控制双级联BOOST电路工作状态。
一、当电网正常供电时，此时超级电容储能装置5不工作，电梯变频驱动单元正常工作，控制电梯正常运行。具体工作过程如下：
外部三相交流电网首先经不可控整流桥模块1将三相交流信号整流为直流信号。直流母线滤波电容2对不可控整流桥模块1输出的直流信号进行滤波处理。变频器功率模块3对直流母线滤波电容2滤波处理后的直流信号进行逆变处理，输出电梯曳引机4所需要频率的三相交流信号，最终电梯曳引机4拖动外部电梯对重及轿箱运动。
二、当电网因自然灾害，火灾等突发事故造成停电时，超级电容储能装置5开始工作，向直流母线输送直流电压，经过变频器功率模块3逆变为三相交流电，为电梯曳引机4提供电能，使得电梯曳引机4能够以一定速度继续平稳运行，以保障电梯能够安全平稳的到达平层，使得电梯内人员迅速得以解救。
具体工作过程如下：
当市电突然断电后，外网电源检测单元检测到信号，发出控制信号使得电梯进入应急工作状态。
（1）若电梯的轿厢位置检测器发现电梯处于平层位置，且电梯的重力传感器检测信号显示电梯箱内无人则将电梯工作状态转入全部停电状态。
（2）若电梯的轿厢位置发现电梯处于平层位置，且电梯重力传感器检测信号显示电梯内有人，则采用备用电源打开电梯机门使电梯箱内人员能够安全撤离。
（3）若电梯的轿厢位置传感器处于非平层位置，既电梯处于运行状态，此时超级电容储能装置5开始进入工作状态，如图2中的开关管V以给定频率周期性的开通与关断，此时电路等效为双级联的Boost电路。当开关管V导通期间，电感L1的电流经过二极管D3流过开关管V，当开关管V关断期间，电感L1的储能经过D1向C1释放，L2的储能经过D2向直流母线处释放，D3阻止了在V关断期间的无效能量释放的回路，前后级互不干扰，因此其输出输入关系可得：
公式中d为控制开关信号的占空比，Vdc为升压电路的输出电压，Vsc为超级电容两端电压。所以通过控制系统改变V开关频率周期就可以保障为直流母线提供稳定的电压，从而保障电梯曳引机4以同一速度运行，直至电梯轿厢位置传感器检测到电梯处于楼宇指定平层处，打开电梯机门使箱内人员安全撤离，然后将电梯转入全部停电状态。
本发明提出超级电容储能电梯自救装置，控制系统以DSP微处理器为核心， DSP微处理器作为整个超级电容储能电梯自救装置控制电路的核心，根据PWM控制策略对采样信号进行分析，输出PWM控制信号，以便控制超级电容储能装置5中开关管的工作状态。
上述说明中未涉及部分均可采用现有技术加以实现。
Claims (4)
1.一种超级电容储能电梯自救装置，其特征在于该自救装置是在不改变原有电梯变频驱动单元的基础上，在整流部分与逆变部分中间的直流母线处并联了一个超级电容储能装置，以达到市电断电时应急供电，起到救援的作用。
2.根据权利要求1所述的超级电容储能电梯自救装置，其特征在于所述的电梯变频驱动单元包括不可控整流桥模块、直流母线滤波电容、变频器功率模块以及电梯曳引机；直流母线滤波电容并联在不可控整流桥模块的直流母线的正负输出两端，变频器功率模块与直流母线的正负输出两端连接，电梯曳引机接变频器功率模块的输出端，超级电容储能装置与直流母线滤波电容并接。
3.根据权利要求1或2所述的超级电容储能电梯自救装置，其特征在于所述的超级电容储能装置由超级电容组与双级联BOOST电路组成。
4.根据权利要求1或2所述的超级电容储能电梯自救装置，其特征在于所述的超级电容储能装置的控制电路采用DSP微处理器，用于输出功率开关管门极驱动PWM信号，控制双级联BOOST电路工作状态。
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