一种电梯能量回收利用系统的制作方法

本实用新型属于能量回收与再利用技术，具体涉及一种电梯能量回收利用系统。

背景技术：

由于直梯均配备有对重块，该对重块的重量约为轿厢自重加二分之一额定载重。当电梯轻载上行或重载下行时，曳引机处于发电状态(制动)，对应表现为变频器直流母线电压抬升。目前，此部分电能常用方式为使用波纹电阻予以泄放，泄放过程产生大量热量。此外，也有方案使用逆变器或四象限变频器，将此部分能量回馈至三相电网，虽然实现了能量回馈，但是如局域网内无用电设备在同一时刻予以消耗，则此部分能量将白白回馈至电网，不能为用户自己产生经济效益，并且存在污染电网和引入干扰的弊端。

技术实现要素：

本实用新型之目的在于，针对目前电梯再生能源使用方式中存在的制造成本高、电能逆变回馈经济效益不明显、回馈导致电网电能质量差，甚至直接以热量方式将再生能源白白消耗掉，造成能量浪费和热污染等问题提出一种控制逻辑简单，且能有效地将发电能量利用，并给客户带来实际经济效益，且对系统引入较小的干扰的能量回收利用系统。

为克服上述问题，本实用新型通过以下技术手段实现：

一种电梯能量回收利用系统，其包括充电机模块、电池组模块、制动电阻模块、逆变器模块和电源切换模块；

所述充电机模块设有与曳引机的变频器连接的hv+端和hv-端，以及用于电输出的dc+端和dc-端，且所述dc+端和dc-端与电池组模块连接，当hv+端和hv-端的电压上升达至启动阈值v2时，所述dc+端和dc-端产生电输出；

所述逆变器模块连接电池组模块将其直流电输出变换为交流电输出，其设有用于交流电输出的l端和n端，以及低电量信号输出的sig端，所述l端、n端和sig端分别连接电源切换模块；

所述电源切换模块设有用于对接逆变器模块的第一组交流输入端，用于对接市电电网的第二组交流输入端，以及向外部用电器进行电输出的第一组交流输出端；当检测到来自所述sig端的低电量信号时，所述第一组交流输出端与第二组交流输入端接通，接通后再切断与第一组交流输入端的连接，实现第一组交流输出端电量输出不间断，且有效防止了电池组模块过放，造成自身损伤；

所述制动电阻模块连接充电机模块hv+端以及变频器的br端，用于当充电机模块判断电池组模块满电量、无需再进行充电时，对变频器输出电能进行消耗。

于本实用新型的一个或多个实施例当中，所述制动电阻模块设有介入阈值v3，当hv+端电压上升达至介入阈值v3时，制动电阻模块开始对变频器输出的电能进行消耗，其中介入阈值v3大于启动阈值v2。

于本实用新型的一个或多个实施例当中，所述充电机模块包括cpu最小单元u11、dc-dc模块u12、开关管q1、变压器t1、二极管d1、电容c1和c2、电阻r1和r2、线性光耦u1，以及霍尔电流传感器u2；所述dc-dc模块u12连接充电机模块的hv+端和hv-端，用于检测输入电压值是否达到启动阈值v2并实时反馈至cpu最小单元u11，以及转化出低压供电电压供充电机模块内部使用；所述变压器t1的原级线圈与充电机模块的hv+端和hv-端连接，其副级线圈与充电机模块的dc+端和dc-端连接；所述开关管q1串接于变压器t1的原级线圈上，并受控于cpu最小单元u11实现通/断；所述充电机模块的dc+端的电压经过r1和r2分压后过电容c1，再经线性光耦u1输出至cpu最小单元u11；所述霍尔电流传感器u2接于充电机模块的dc+端，其输出连接至cpu最小单元u11，用于检测电池组模块电压。

于本实用新型的一个或多个实施例当中，所述逆变器模块包括cpu最小单元u13、dc-dc模块u14、adc模块u15、开关管q3和q4、变压器t2、线性光耦u3、电容c11、电阻r31和r41，以及整流桥u4；所述开关管q3和q4接于变压器t2原级线圈的两侧抽头，所述开关管q3和q4受控于cpu最小单元u13实现交替导通让直流电震荡，所述变压器t2原级线圈的中间抽头连接逆变器模块的输入端，所述变压器副级线圈连接逆变器模块的l端和n端，所述整流桥u4接于l端和n端，其输出经电阻r31和r41分压、过电容c11后再经线性光耦u1输出至cpu最小单元u13用于随时检测输出电压；所述adc模块u15用于采集电池组电压，其连接于逆变器模块的输入端与cpu最小单元u13之间，所述cpu最小单元u13在电池组电压低于低电理阈值时，向sig端输出低电量信号。

于本实用新型的一个或多个实施例当中，所述电源切换模块包括cpu最小单元u16、ac-dc模块u17、继电器km1和km2，以及断路器qf1；所述继电器km1的输入端连接第二组交流输入端，其输出端连接第一组交流输出端；所述继电器km2的输入端连接第一组交流输入端，其输出端连接第一组交流输出端；继电器km1和km2受控于cpu最小单元u16实现通/断；所述断路器qf1接于所述第一组交流输出端。

本实用新型所实现的有益效果是：系统构造简单，电梯制动能量予以存储，经过逆变后输出220vac，供电梯用电部件或外部用电部件直接使用，无需逆变回馈给三相电网，不存在电网污染，同时由于所发电量由自身系统或用户直接使用，减少系统从电网取电电量，为用户个人创造经济价值，不存在逆变后并网对用户个人来说无经济效益的情况，同时本系统还可以大幅度降低原电梯系统发热量(与常用的制动电阻泄放方案相比)。另外本系统覆盖ard功能，配备本系统后可取消ard模块，实现停电应急功能。

附图说明

图1为本实用新型的系统架构图。

图2为本实用新型的能量存储部分工作流程图。

图3为本实用新型的能量逆变部分工作流程图。

图4为本实用新型的充电机模块原理图。

图5为本实用新型的逆变器模块原理图。

图6为本实用新型的电源切换模块原理图。

具体实施方式

如下结合附图1至6，对本申请方案作进一步描述：

一种电梯能量回收利用系统，其包括充电机模块、电池组模块、制动电阻模块、逆变器模块和电源切换模块；

所述充电机模块设有与曳引机的变频器连接的hv+端和hv-端，以及用于电输出的dc+端和dc-端，且所述dc+端和dc-端与电池组模块连接，所述hv+端和hv-端分别接入变频器“+”和“-”直流母线端子，当hv+端和hv-端的电压上升达至启动阈值v2时，所述dc+端和dc-端产生电输出，同时对电池组模块的电量状态进行实时检测，当电池组模块充满时，停止充电；所述充电机模块包括cpu最小单元u11、dc-dc模块u12、开关管q1、变压器t1、二极管d1、电容c1和c2、电阻r1和r2、线性光耦u1，以及霍尔电流传感器u2；所述dc-dc模块u12连接充电机模块的hv+端和hv-端，用于检测输入电压值是否达到启动阈值v2并实时反馈至cpu最小单元，以及转化出低压供电电压供充电机模块中cpu最小单元u11等使用；所述变压器t1的原级线圈与充电机模块的hv+端和hv-端连接，其副级线圈与充电机模块的dc+端和dc-端连接；所述开关管q1串接于变压器t1的原级线圈上，并受控于cpu最小单元u11实现通/断；所述充电机模块的dc+端的电压经过r1和r2分压后过电容c1，再经线性光耦u1输出至cpu最小单元u11；所述霍尔电流传感器u2接于充电机模块的dc+端，其输出连接至cpu最小单元。

所述逆变器模块连接电池组模块将其直流电输出变换为交流电输出，其设有用于交流电输出的l端和n端，以及低电量信号输出的sig端，所述l端、n端和sig端分别连接电源切换模块；所述逆变器模块包括cpu最小单元u13、dc-dc模块u14、adc模块u15、开关管q3和q4、变压器t2、线性光耦u3、电容c11、电阻r3和r4，以及整流桥u4；所述开关管q3和q4串联并接于变压器t2原级线圈的两侧抽头，所述开关管q3和q4受控于cpu最小单u13实现通/断，所述变压器t2原级线圈的中间抽头连接逆变器模块的输入端，所述变压器副级线圈连接逆变器模块的l端和n端，所述整流桥u4接于l端和n端，其输出经电阻r31和r41分压、过电容c11后再经线性光耦u3输出至cpu最小单元u13；所述adc模块u15用于采集电池组电压，其连接于逆变器模块的输入端与cpu最小单元u13之间，所述cpu最小单元u13在电池组电压低于低电理阈值时，向sig端输出低电量信号。

所述电源切换模块设有用于对接逆变器模块的第一组交流输入端，用于对接市电电网的第二组交流输入端，以及向外部用电器进行电输出的第一组交流输出端；当检测到来自所述sig端的低电量信号时，所述第一组交流输出端与第二组交流输入端接通；所述电源切换模块包括cpu最小单元u16、ac-dc模块u17、继电器km1和km2，以及断路器qf1；所述继电器km1的输入端连接第二组交流输入端，其输出端连接组交流输出端；所述继电器km2的输入端连接第一组交流输入端，其输出端连接第一组交流输出端；继电器km1和km2受控于cpu最小单元u16实现通/断；所述断路器qf1接于所述第一组交流输出端。

所述制动电阻模块连接充电机模块hv+端以及变频器的br端，用于当充电机模块判断电池组模块满电量、无需再进行充电时，对变频器输出电能进行消耗。所述制动电阻模块设有介入阈值v3，当hv+端电压上升达至介入阈值v3时，制动电阻模块开始对变频器输出的电能进行消耗，其中介入阈值v3大于启动阈值v2，启动阈值v2大于变频器电动工作模式下最大电压hv1。

本系统的工作原理：

充电机模块中，当hv+端和hv-端的电压值上升达到启动阈值v2时，且判断电池组为非满电状态，则cpu最小单元u11通过mos管驱动模块驱动开关管q1，直流高压在变压器t1的原级不断存储、释放能量，变压器t1的副级过二极管d1和电容c2后输出直流低压为电池组充电。在充电过程中，霍尔电流传感器u2时刻检测充电电流，可据此判断电池电量，进而使cpu最小单元u11调节q1管占空比，调整充电电流，延长电池使用寿命。

逆变器模块中，cpu最小单元u13通过mos管驱动电路驱动开关管q3和q4交替导通，将直流电进行震荡，变压器t2副级输出220vac交流。为了保证220vac输出电压的稳定和准确定，输出电压经过整流桥u4整流后通过电阻r31和r41分压后过电容c11后进入线性光耦u1，线性光耦u1输出的模拟量进入cpu最小单元u13，cpu最小单元u13即可随时掌握输出电压，如输出有偏差，cpu最小单元u13可以通过调整驱动开关管q3和q4的pwm信号的占空比进行调节。同时，逆变器模块还通过adc模块u15实时采集电池组电压，当电池组电压低于设定的低电量阈值时，sig端输出低电量信号，数秒后将自动转为待机状态，停止220vac输出，防止电池过放损伤电池。当电池电量恢复正常后，sig端将输出正常电量信号，与此同时输出220vac电能；另外本模块内含有dc-dc模块u14为cpu最小单元u13等供电。

电源切换模块中，设有第一组交流输入端和第二组交流输入端两个220vac输入端口，分别是对接市电220vac输入和逆变器模块220vac输入。在正常模式下，cpu最小单元u16控制驱动模块使继电器km2闭合，此时电源切换模块输出电能由逆变器模块提供；当cpu最小单元u16接收到由逆变器模块sig端发来的低电量信号后，立即将继电器km1闭合，再将继电器km2断开，获取市电实现不间断220vac电能输出；当cpu最小单元u16接收到逆变器模块sig端发来的正常电量信号后，立即将继电器km2闭合，后将继电器km1断开，将输出电能来源切换至逆变器模块供给，该切换过程输出电能无间断。其中，cpu最小单元u16和驱动模块供电由ac-dc模块u17供给，其电能输入既可以从市电获取也可以从逆变器模块获取，不受逆变器模块低电量时无输出的影响。另外，220vac输出回路(即第一组交流输出端)接有断路器qf1，当外部发生短路、过流等情况时qf1会顿开输出，不会损坏其他零部件。

当电梯处于重载下行或轻载上行时，曳引机处于发电状态，此时所产生电能从uvw输入至变频器，通过变频器中igbt内部反并联二极管予以逆变，导致变频器母线“+”和“-”上电压值从待机时刻的电压v1上升，当达到充电机模块启动阈值v2时，充电机模块开始向电池组模块输出直流电，给电池组充电。逆变器模块从电池组模块获取直流电，予以逆变成220vac，当电池组电量正常时，逆变器模块持续输出220vac电能，当电池组电量即将耗尽时，sig端的电量指示信号跳变。电源切换模块在未接收到低电量信号前从逆变器模块获取电能，当低电量信号到来，立即将市电并入外部用电输出端口，然后切断逆变器模块输出电能，此方案可以实现外部用电部件不断电切换至市电，还避免了电池组过放。

充电机模块启动阈值v2大于待机时刻电压v1，即变频器待机、电动或三相电网正常波动状态下母线电压均无法达到v2，当到达v2时说明曳引机处于发电状态，同时充电机模块还在不停判别电池组电量，当电池组不为满电状态即进行电压转换，将直流高压转换为电池组可以接受的充电电压，当充电机模块检测到电池组为满电状态，则不进行电压转换，此时所发电能缺少充电机模块消耗，变频器直流母线电压值将继续从v2上升至v3，此v3值为制动电阻介入阈值，变频器将通过制动电阻将电能以热量的方式予以消耗。另外，逆变器模块工作与否，不受充电机模块工作与否影响，只要电池组电量正常就予以逆变，当因电池组电量过低，逆变输出模块停止逆变前几秒输出低电量信号，供电源切换模块提前动作，避免外部用电器出现断电，同时又可以避免电池组过放损伤电池组。

本系统将电梯曳引机发出电能予以储存，在通过逆变，生成220vac，供电梯门机、光幕、风机等部件使用，此系统将电能存储至蓄电池组，实现在电梯非发电工况下仍可持续逆变出220vac，供部件使用，由于非逆变至三相电网，而是供照明、门机、光幕等部件使用，有效降低了干扰，通过此系统原220vac用电设备可以从本系统逆变输出取电，不用向市电取电，有效地为用户创造了经济效益。同时由于现有电梯系统根据客户需求选配ard模块，即ups电源，此模块平时向电网取电维持电池组电量，当停电时逆变输出(220vac)给电梯，本系统功能可覆盖此功能，因此电梯在增设本系统的同时可取消ard模块，节约此部分成本。另外本系统不存在市电检测模块等，控制逻辑简单。

上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。