控制设备以及包括该控制设备的传送系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子技术领域，具体地，涉及一种包括变换器的控制设备，以及包括该控制设备的传送系统。
【背景技术】
[0002]自动扶梯、自动人行道等传送系统被广泛应用于商场、机场、车站等人员流动比较大的场合，这些传送系统借助驱动电机在设定的方向上循环运行，传送人或货物。为了减少传送系统的磨损与能耗，可以在有传送需求时使传送系统正常运行，即负载运行，而在无传送需求时使传送系统低速缓慢运行，即空载运行。如美国专利US4748394A和中国专利CN02123290.3中所述，传送系统的两种工作模式，负载运行和空载运行，可以采用包括变换器的控制设备来控制传送系统的驱动电机实现。当传送系统负载运行时，由电源向驱动电机供电，驱动电机运行于其额定转速；当传送系统空载运行时，由电源经变换器向驱动电机供电，驱动电机运行于低速，一般为额定转速的20%到30%。此技术被称为旁路变频技术。
[0003]通过采用旁路变频技术可以显著减少和降低传送系统的磨损及能耗，现有的传送系统中，控制设备电耦合在电源与驱动电机之间，控制设备包括变换器，变换器包括整流单元和逆变单元，整流单元一般包括二极管不控整流器，逆变单元一般包括直流母线电容和多个开关器件。变换器的逆变单元的直流母线电压由二极管不控整流器整流得到，大约是电源输出线电压有效值的1.35倍。所谓电源输出线电压有效值，根据中华人民共和国国家标准GB/T12325-2008，20kV及以下的三相供电电压偏差为其额定电压值上下7 %范围内波动，所以电源输出线电压有效值在电源额定电压值上下7%范围内波动。逆变单元在线性调制区(在此区内，逆变单元输出电压的局部平均值为三相对称正弦电压)能够输出的最大线电压有效值约为逆变单元直流母线电压的0.707倍，即大约为电源输出线电压有效值的0.95倍，也即大约在电源额定电压值的0.95倍的上下7%范围波动。然而，逆变单元的实际输出电压与驱动电机的转速成正比，由于变换器主要用于传送系统空载时的低速工况，逆变单元的实际输出电压大约为驱动电机额定电压值的20%到30%，也即电源额定电压值的20%到30% (在传送系统设计时，驱动电机的额定电压通常与电源的额定电压相等)。因此，逆变单元的实际输出电压远远低于其能够输出的最大线电压有效值，所以在现有控制设备中，变换器的逆变单元的输出电压范围没有得到充分利用，而逆变单元选用了具有较高电压容量的直流母线电容和开关器件，存在设备投资浪费的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的第一个目的是提供一种包括变换器的控制设备，用于控制具有第一工作模式和第二工作模式的传送系统，所述传送系统包括驱动电机，传送系统在第一工作模式下，由电源向驱动电机供电，在第二工作模式下，由电源经变换器向驱动电机供电，具体地，第一工作模式为传送系统负载运行时，由电源向驱动电机提供恒定电压恒定频率的交流电，驱动电机运行于其额定转速，第二工作模式为传送系统空载运行时，由控制设备控制驱动电机，驱动电机的运行低于其额定转速，一般地，第二工作模式下驱动电机的转速为其额定转速的20%到30%。本发明的控制设备中的变换器包括整流单元和逆变单元，其中，整流单元包括整流输入端子和整流输出端子，所述整流输入端子与所述电源电耦合；逆变单元包括逆变输入端子和逆变输出端子，所述逆变输入端子与所述整流输出端子电耦合或磁耦合，所述逆变输出端子与所述驱动电机电耦合，其中，所述逆变输入端子间的电压低于电源输出线电压有效值的1.35倍，优选地，逆变输入端子间的电压不大于电源输出线电压有效值的40%。
[0005]所述变换器的逆变单元还包括直流母线电容和与所述直流母线电容电耦合的至少两个开关器件，所述直流母线电容或所述至少两个开关器件的电压容量低于所述电源输出线电压有效值的1.35倍，优选地，不大于电源输出线电压有效值的40%。作为一种实施方式，直流母线电容和所有开关器件的电压容量均低于电源输出线电压有效值的1.35倍，优选地，不大于电源输出线电压有效值的40%。更优的方案是，逆变单元选用具有较低电压容量、且具有较高电流容量的直流母线电容和开关器件，其中，较高的电流容量是指直流母线电容或开关器件电流容量不低于驱动电机的额定电流值。选用具有较高电流容量的直流母线电容和开关器件的好处是，增大逆变单元的电流容量，当驱动电机启动时，开关器件的电流容量可以加大至驱动电机的额定电流，从而提高由变换器启动驱动电机时的转矩输出能力。
[0006]作为本发明控制设备的第一种实施方式，变换器还包括直流/直流变换器(DC/DC变换器)，该DC/DC变换器包括DC/DC变换器输入端子和DC/DC变换器输出端子，所述DC/DC变换器输入端子电耦合到所述整流输出端子，所述DC/DC变换器输出端子电耦合到所述逆变输入端子。DC/DC变换器输出端子间的电压低于DC/DC变换器输入端子间的电压，从而使变换器的逆变单元的输入电压(逆变输入端子间的电压，也称为直流母线电压)低于电源输出线电压有效值的1.35倍，优选地，不大于电源输出线电压有效值的40%。
[0007]作为本发明控制设备的第二种实施方式，变换器的整流单元包括变压器和整流器，所述变压器电耦合在电源和所述整流器之间。具体地，所述变压器为降压变压器，变压器输出到整流器的电压低于电源输出线电压有效值，从而整流器输出到逆变单元的电压低于电源输出线电压有效值的1.35倍，因此，逆变单元的直流母线电压低于电源输出线电压有效值的1.35倍，优选地，不大于电源输出线电压有效值的40%。
[0008]作为本发明控制设备的第三种实施方式，变换器的整流单元包括晶闸管整流器或矩阵变换器整流器。与传统的二极管不控整流器相比，晶闸管整流器或矩阵变换器整流器可以输出低于电源输出线电压有效值的1.35倍的电压到逆变单元，从而使逆变单元的直流母线电压低于电源输出线电压有效值的1.35倍，优选地，不大于电源输出线电压有效值的 40%。
[0009]本发明的控制系统可以应用于但不限于自动扶梯、自动人行道等传送系统。
[0010]本发明的第二个目的是提供一种具有第一工作模式和第二工作模式的传送系统，包括控制设备和驱动电机，其中，控制设备包括变换器，具体为上文中所述本发明的任意一种控制设备。传送系统在第一工作模式下，由电源向驱动电机供电，在第二工作模式下，由电源经变换器向驱动电机供电。
[0011]本发明的控制设备及传送系统中，包括一种新型变换器，该变换器的逆变单元的直流母线电压低于现有技术中变换器逆变单元的直流母线电压，即低于电源输出线电压有效值的1.35倍，而同时能够保证变换器的输出电压使驱动电机运行于低速，即传送系统的第二工作模式，这样，变换器的逆变单元可以选用具有较低电压容量的直流母线电容和开关器件，使成本大大降低。
【附图说明】
[0012]图1为采用旁路变频技术的传送系统的电气示意图；
[0013]图2为现有技术控制设备的变换器的电气示意图；
[0014]图3为根据本发明控制设备第一实施例的变换器的电气示意图，包括DC/DC变换器;
[0015]图4为根据本发明控制设备第二实施例的变换器的电气示意图，包括降压变压器;