专利名称：应用超级电容的电梯节电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用超级电容的电梯节电装置，尤其是一种应用超级电容对
变频调速电梯运行中的制动电能进行回收利用的节电装置。
背景技术：
超级电容是近几年才发展起来的一种新型电力储能器件，有着比传统的电解电容 器更高的电容密度和能量密度；比蓄电池更高的功率密度、更长的寿命和更快的充放电时 间；比超导储能装置更少的投资，是一种理想的大功率物理二次电源。自1957年美国人 Becker发表第一篇关于超级电容的专利以来，超级电容的相关技术已取得快速发展，其容 量已经达到万发拉级，价格从1美元/发拉下降至0. 01美元/发拉。应用范围越来越广， 已成功的用作内燃发动机的启动电源；电动车的起步、加速、爬坡电源；高压开关的分合闸 操作电源及用于电传动装甲车和大型充磁设备中。据资料介绍，上海ll路超级电容公交车 已累计运行75万公里。经检索，未见应用超级电容对变频调速电梯运行中的制动电能进行 回收利用的专利与相关技术资料。 电梯是一种垂直运输设备，其特点是向上运送与向下运送的运送总量火体相当， 驱动电动机经常在"拖动用电工况"与"制动发电工况"短时交替工作，例如电梯满载上行时 驱动电动机处于"拖动用电工况"，满载下行时处于"制动发电工况"。在"拖动用电工况"， 电梯驱动电动机要消耗电能；在"制动发电工况"，电梯驱动电动机要发出电能。因此，回收 利用电梯驱动电动机制动电能是一项重要的节电措施。 对于广泛使用的变频调速电梯，当电梯驱动电动机处于"拖动用电工况"时，交流 电源由电网引入变频器，经整流滤波成为直流电，再由逆变电路输出频率与电压可控的三 相交流电，驱动电动机按工作要求运转，改善了机械性能与节电效果。当电梯驱动电动机处 于"制动发电工况"时，电动机的制动电能经逆变电路加载到变频器的直流母线上。目前有 二种处理制动电能的方案其一是加设制动单元把制动电能泻放，缺点是制动电能不仅全 部浪费，而且制动单元放电发热会造成环境温度升高；其二是另设逆变电路把加载到变频 器直流母线上的制动电能再变换成三相交流电反馈至电网，提高了电能使用效率，缺点是 反馈电能的谐波对电网存在干扰问题，以及反馈电能的计量未得到供电部门的普遍认同， 回收电费在一部分地区或部门不能兑现，影响了推广应用。
实用新型内容本实用新型的目的是针对现有技术状况，提供一种应用超级电容对变频调速电梯
运行中的制动电能进行回收利用的节电装置。 本实用新型的技术方案是 在目前广泛使用的变频调速电梯电力拖动电路中，增设一个超级电容储能模块， 经充放电控制单元接入该电路的变频器。 所述充放电控制单元，其输入端接入的超级电容储能模块，串接IGBT模块后并联到变频器的直流母线上，构成了超级电容储能模块的充电控制回路。 所述充放电控制单元，其输入端接入的超级电容储能模块，串接二极管后并联到 变频器的直流母线上，构成了超级电容储能模块的放电控制回路。 由于采用上述技术方案，本实用新型提供的应用超级电容的电梯节电装置具有这 样的有益效果可以把电梯驱动电动机制动工况发出的电能在超级电容储能模块中储存， 供电动机在电动工况下利用，提高了能源使用效率，可显著地节省电梯运行电费，对电网不 存在谐波干扰问题。
图1是现有技术的变频调速电梯电力拖动主电路框图。 图2是本实用新型的电路结构框图。 图3是本实用新型第一个实施例的电路原理框图。 图4是本实用新型第二个实施例的电路原理框图。 图中1.电动机，2.变频器，3.制动单元，4.超级电容储能模块，5.充放电控制单 元，6.整流器，7.电容器，8.制动电阻，9. 二极管，IO.逆变电路，ll.DC(+)，12.电压监测与 驱动电路，13. IGBT模块，14. 二极管，15.双极开关，16.氖管指示灯，17.电阻，18.DC( — )， 19. IGBT模块，20. IGBT模块，21. 二极管，22.驱动电路，23.电梯运行信号。
具体实施方式
以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。 在图1中，交流电源经变频器2接电动机1，以及接入变频器2的制动单元3，构成
了目前广泛使用的变频调速电梯电力拖动系统。其工作过程是变频器2把接入的交流电
源整流为直流电，再逆变成频率与电压可控的交流电，驱动电动机1带动电梯上下运行；当
电动机1处于制动发电工况时，其制动电能反馈到变频器2，经制动单元3释放。 图2是本实用新型的电气结构框图，与图1相比，增设了超级电容储能模块4，经充
放电控制单元5接入变频器2。其作用是在电梯驱动电动机1处于制动发电工况时，制动
电能反馈到变频器2，经充放电控制单元5向超级电容储能模块4充电，将电梯的制动电能
存储起来；在电动机1处于拖动用电工况时，由充放电控制单元5控制，先由超级电容储能
模块4供电，直至其放电电压到达规定值，然后再由交流电源整流的直流电供电。 制动单元3作过充电保护。受超级电容储能模块4的容量限制，在特殊工况有可
能出现超级电容储能模块4充电电压到达规定值时电梯驱动电动机1仍然处于制动发电状
态，此时，由制动单元3放电做过充电保护，最高充电电压被限制在制动单元3的放电电压值。 图3是本实用新型的第一个实施例。图3中，三相交流电经整流器6成为直流电， 正极为DC(+) ll，负极为DC(-) 18 ;经电容器7滤波后，由逆变电路10形成电压与频率可控 制的三相交流电，驱动电梯电动机1运转。DC(+) 11与DC(-) 18称为变频器直流母线。 超级电容储能模块4正向串接二极管14之后并联到变频器直流母线上，构成了超 级电容储能模块4的放电回路。当超级电容储能模块4的电压高于变频器直流母线电压时， 二极管14正向导通，逆变电路10由其供电。当超级电容储能模块4放电电压小于变频器直流母线电压时，二极管14反向截止，逆变电路10由变频器直流母线即交流电源整流后的直流电供给。 超级电容储能模块4串接IGBT模块13之后并联到变频器直流母线上，构成了超级电容储能模块4的充电回路。IGBT模块13的通断受电压监测与驱动电路12的控制，当电压监测与驱动电路12监测到变频器直流母线电压大于"充电设定电压"时，立即驱动IGBT模块13导通，变频器直流母线向超级电容储能模块4充电。"充电设定电压"即超级电容储能模块4充电启动时变频器直流母线电压的设定值。为了避免电网电源经整流后的直流电向超级电容储能模块4充电，"充电设定电压"约为电网电源经整流的直流电压1.2倍，或者按制动单元开启电压减去30V，本实施例为650V。 IGBT模块19与制动电阻8、二极管9构成充电过压保护单元，与现有技术的变频器制动单元的原理与构成相同，当变频器直流母线电压到达规定值时，由制动单元导通放电，限制电压再升高，消耗制动发电的电能。本实施例由380V三相交流电供电，开启电压为DC680V。 电容储能模块4的规格为2F/700V，充放电容量可以满足一般电梯工作30秒。因单个超级电容的耐压较低，电容储能模块4为多个超级电容串(并)联的组合件。[0025] 由于电容储能模块4的储能作用，变频器在电网交流电源断开之后，其直流母线及其接线端子上存在较高的电压，对检修人员存在触电风险。本实施例设置了由电阻17与氖管指示灯16的危险电压警示电路，原理与通用试电笔相同。双极开关15的作用是，在检修电梯电路时首先人为切断电容储能模块的连接，检修之后再闭合，避免带电检修作业。[0026] 图4是本实用新型第二个实施例的电路原理框图。去掉了双极开关15与氖管指示灯16、电阻17，由IGBT模块20、二极管21控制电容储能模块4与变频器直流母线的连接。驱动电路22在接到电梯运行信号23之后，才触发IGBT模块20导通。电梯运行信号23选用电梯抱闸接触器的辅助触点或变频器运行继电器触点。图4的其它电路与图3相同。[0027] 以上结合附图与实施例对本实用新型的描述是示意性的，不具有限制性。所以，本实用新型的电梯节电装置并不局限于所述的具体实施例。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型的宗旨与权利要求保护范围的情况下，对本实用新型的电梯节电装置做出简单的等同变化或其它类似的实施方式，均应属于本实用新型的保护范围。
权利要求一种应用超级电容的电梯节电装置，其特征是，一个超级电容储能模块，经充放电控制单元接入变频调速电梯电力拖动电路的变频器。
2. 根据权利要求1所述的应用超级电容的电梯节电装置，其特征是，所述充放电控制 单元，其输入端接超级电容储能模块，经IGBT模块接入变频器的直流母线，构成了超级电 容储能模块的充电控制回路。
3. 根据权利要求1所述的应用超级电容的电梯节电装置，其特征是，所述充放电控制 单元，其输入端接超级电容储能模块，经二极管接入变频器的直流母线，构成了超级电容储 能模块的放电控制回路。
专利摘要一种电梯应用超级电容的电梯节电装置，在通用变频调速电梯的电力拖动电路中增设了超级电容储能模块与充放电控制单元。电梯驱动电动机在制动工况发出的电能通过向超级电容储能模块充电储存，在电动工况下通过超级电容储能模块放电利用，提高了能源使用效率，可显著地节省电梯运行电费，对电网无谐波干扰问题。适用于普通电梯的变频拖动系统。
文档编号H02P27/06GK201504220SQ200920098740
公开日2010年6月9日 申请日期2009年9月16日 优先权日2009年9月16日
发明者刘培 申请人:刘培