专利名称：电梯专用的后备式停电应急电源的制作方法
技术领域：
本实用新型属于采用微电子技术的供电电源，适于作备用电源，尤其适于电网停电时对电梯应急供电。
背景技术：
一般电梯设备都有“停电盘车”功能，即电网停电后靠人工力量盘动电机、打开电梯门，这种方式即费时间，又不可能施行于人口密集有多部电梯的生活小区，因而需要备份电源。现有的电梯应急供电装置是全功率逆变方式，以逆变电源取代电网向电梯供电，这种备用电源的装置容量大，成本高，体积大，而且可靠性很难保证。这种全功率逆变的电梯应急供电装置不能充分利用电梯变频调速装置的硬件资源，造成了一定程度上的浪费。
发明内容
本实用新型就是要解决上述已有技术存在的问题，提供一种部分功率逆变方式的，适合于采用变频调速技术电梯使用的电梯专用的后备式停电应急电源。
本实用新型的技术方案如下该装置属于后备式应急电源，在一般电网有电时，该装置保持对电池组的充电与管理，在电网突然停电后数秒内，该装置将自动启动逆变工作状态，一方面锁定了供电源为电池组，另一方面又选择了输出方式电池组的电能被分成两个途径送向电梯，其一是部分功率逆变(大约1KW左右)成380V单相50Hz送给电梯辅助变压器和变频器辅助变压器，恢复了电梯的一切信号系统和门机、制动系统、变频器控制电源，电梯控制系统可以投入工作；其二是直接向变频器提供所需的动力电源，使变频器可以驱动电机慢速旋转。
该应急电源包括电池组、逆变器及其控制电路，其构成是逆变器是“H”桥单相正弦波电压型逆变器；电梯停电后，电池组经逆变器向电梯控制系统输出逆变电源，电池组还直接向变频器输出动力电源，电池组及其经逆变器输出逆变电源的电路与电网供电电路之间为互锁关系；逆变器的控制电路结构如下逆变器输出电压的反馈信号(Vf)与给定电压(VG)经过误差比较后送入电压调节器(2)，电压调节器(2)、调制器(3)、正弦脉冲宽度调制(4)、逆变控制器(5)、驱动器组(8、9)顺次连接，驱动器组的输出控制“H”桥逆变器功率开关器件的导通，正弦波发生器(6)将正弦波分别送入调制器(3)、桥选控制电路(7)，逆变控制器(5)的通断还受控于桥选控制电路(7)、状态控制器(12)；状态控制器(12)还分别连接PLC电梯控制器(14)、电网锁定单元(15)、电机变频器(16)、停电触发电路(10)、电池组监管电路(17)，电网变压器(B1)、停电触发电路(10)将停电信息送至状态控制器(12)，并经5S定时器(11)确认停电超过设定时间后状态控制器(12)才开通逆变控制器(5)，状态控制器(12)同时控制电网锁定单元(15)接通电池组向逆变器输出。
当救援结束或救援开始5分钟后(或超出设定时间)，仍不能收到PLC电梯控制器14发回的救援结束信号，则状态控制器12将强行关闭逆变控制器5，逆变撤出工作状态。
本实用新型的主要优点1、针对采用变频调速技术的电梯特点设计，满足了实施该技术的需要；2、应急电源与电网之间保持互锁关系，安全、可靠；3、电网停电后限时自动启动应急电源，救援结果后限时自动撤出应急电源，保证设备正常工作；4、采用部分功率逆变方式，其装置容量小，体积小，成本低，可靠性高，应用性强。
图1是本实用新型“H”桥单相正弦波电压型逆变器电路原理图图2是本实用新型逆变器控制电路结构框图图3是图2中的状态控制器12、电压调节器2、调制器3、正弦脉冲宽度调制器(SPWM)4、桥选控制电路7、逆变控制器5、A组驱动器的电路原理图图4是停电触发电路原理图图5是电池组充电管理、监测电路原理图图中1-正弦波发生器的输出，2-三角波发生器的输出，3-电网锁定单元的输入，4-变频器停电救援的输入，5-停电触发的输入，6-电池组电池组停电监测的输出，7-逆变器输出电压的反馈电压输出
具体实施方式
参见图1，所述的“H”桥单相正弦波电压型逆变器的结构是设有由功率开关器件T1、T2、T3、T4组成的“H”桥式逆变电路HQ，电池组E经串接的滤波电感L1、L2及并接的滤波电容C1接逆变电路HQ的桥臂，逆变电路HQ的输出端接升压变压器TR，并经接在变压器TR二次侧的高通滤波器L、C2、交流接触器CJ3的常开接点与电梯控制系统相接，交流接触器CJ3的常闭接点接在电网的二条线X1、X3的输出端，在电网输入端的三条线X1、X2、X3上分别接有交流接触器CJ1的三组接点，在电池组与电网之间接有交流接触器CJ2的接点组，该接点组的一端分别接在电池组滤波电感L1、L2的末端，另一端分别接在电网二条线X1、X2上，并位于接在电网上的交流接触器CJ1与CJ3的接点之间；电网正常供电时，交流接触器CJ2为断开状态，交流接触器CJ1为导通状态，交流接触器CJ3接通电网与电梯的控制系统，当电网停电时，交流接触器CJ1为断开状态，交流接触器CJ2为导通状态，接通电池组与电梯变频器向其提供驱动电机的动力电源，交流接触器CJ3接通逆变器电源与电梯的控制系统，由此实现电池组及其经逆变器输出逆变电源的电路与电网供电路之间的互锁。
所述的组成“H”桥式逆变电路HQ的功率开关器件T1、T2、T3、T4是绝缘栅双极晶体管IGBT，晶体管T1、T3的基极接一组驱动器8，晶体管T2、T4的基极接另一组驱动器9。电网正常供电时，交流接触器CJ2处于断开状态，逆变器停止工作，交流接触器CJ1、CJ3接通，电网通过交流接触器CJ1、CJ3接入变频器和电梯辅助电源变压器。在电网停止供电时，交流接触器CJ1断开，CJ2导通，电池组直接向变频器提供直流24V-72V低压直流电源，逆变控制器控制IGBT(T1、T2、T3、T4)并将电池组24V-72V直流电压变换成24V-72V等幅SPWM脉冲电压，再通过升压变压器TR，将24V-72V等幅SPWM脉冲电压提升到380V等幅SPWM脉冲电压，经L、C2滤波后，通过交流接触器CJ3向变频器输出380V 50Hz正弦波交流电压。
参见图2、图3，所述的逆变器控制电路中，电压调节器2、调制器3、正弦脉冲宽度调制4、逆变控制器5分别由比较器IC1D、乘法器IC2、比较器IC1C、与门电路IC3A电路构成，桥选控制电路的输入级由零点比较器IC4构成，状态控制器12由单片机IC7构成，逆变器输出的反馈电压Vf与给定电压VG经误差比较后送入比较器IC1D的负输入端，进行预处理后再输出至乘法器IC2，正弦波发生器6的输出同时送至乘法器IC2，经过调制后的正弦波信号再输出送至比较器IC1C，在此与三角波发生器18送来的信号进行比较，产生出的SPWM脉冲序列波送至与门IC3A的一个输入端，作为变压器功率开关器件IGBT的原始驱动信号，经与门5、晶体管T5送至IGBT专用驱动器IC5，再驱动逆变器“H”桥一个桥臂的上功率开关器件T1，与门5的另一个输入端接收由单片机IC7发出的控制“门”通断的指令，单片机IC7的一个I/O接口经晶体管T6接另一个IGBT专用驱动器IC6，再驱动逆变器“H”桥同一个桥臂的下功率开关器件T3，正弦波发生器6还向零点比较器IC4输出正弦波信号，比较器IC4的输出这单片机IC7，控制逆变器“H”桥的另一个桥臂T2、T4的电路结构与控制T1、T3的相同。
为避免逆变器的功率开关器件出现直通现象，正弦波发生器的信号还需通过桥选控制器在逆变器同一桥臂上、下两个功率开关器件产生0.1mS的死区控制时间。因此桥选电路要完成IGBT驱动信号和死区的逻辑控制时序，所有驱动信号在电网停止供电时，通过逆变控制器分别加到A组驱动器8和B组驱动器9控制IGBT(T1、T2、T3、T4)进行直流-交流电压变换。
参见图4，所述的停电触发电路10的构成是电网变压器B1的二次侧接全波整流电路2，该电路的输出端并接滤波电容C2、电路停电恢复电阻R10、由限流电阻R11与滤波电容C3串接的支路，电容C3两端接光电耦合器IC8，光电耦合器IC8的输出送至单片机IC7。
参见图5，所述的电池组监管电路17由电池组监测电路和电池组充电管理电路组成，其构成是在电池组充电电路上串接充电继电器JC的接点，继电器JC的线圈励磁电路受控于晶体管T9，还设有RS触发电路，触发器IC9A、IC9B的负端输入电压取自并接在电池组E两端的分压电路，其正端输入分别接电位器R21、R22，触发器IC9A的输出端接晶体管T9的基极。
在电网供电时，电网经过降压变压器B1转变成低压直流电源，通过充电管理电路向电池组充电，当电池组的电压不需要充电时，由电池组监测电路关闭充电管理电路，停止电网对电池组的充电过程，同时打开状态控制器，允许逆变器接收电网的停电触发信号。该信号经5S定时器后仍然有效，才能触发状态控制器。状态控制器控制电网锁定单元接通电池组，并牢牢锁定这一状态直至逆变器撤出工作为止。状态控制器启动逆变控制器将SPWM驱动信号加到IGBT(T1、T2、T3、T4)的控制端，于是，电池组直流24V-72V直流电压转变成交流380V正弦波电压向变频器和电梯辅助电源变压器供电，同时应急电源还向变频器和PLC电梯控制器发出停电救援信号，启动5分钟定时器进行计时。一般情况下，电梯的救援时间不会超过1分钟，救援结束。如果在5分钟后仍不能收到PLC电梯控制器发回的救援结束信号，则状态控制器将强行关闭逆变控制器，停止向变频器和电梯辅助电源变压器的供电，逆变器撤出工作状态。
本实施例中，集成电路芯片的型号如下比较器IC1D、IC1C为LM324，乘法器IC2为AD534，与门IC3A为74ALS08，单片机IC7为8951，IGBT专用驱动器IC5、IC6为M57962，RS触发器IC9A、IC9B为AD708JN，光电耦合器IC8为PC817。
权利要求1.一种电梯专用的后备式停电应急电源，包括电池组、逆变器及其控制电路，其特征在于逆变器是“H”桥单相正弦波电压型逆变器；电网停电后，电池组经逆变器向电梯控制系统输出逆变电源，电池组还直接向变频器输出动力电源，电池组及其经逆变器输出逆变电源的电路与电网供电电路之间为互锁关系；逆变器的控制电路结构如下逆变器输出电压的反馈信号(Vf)与给定电压(VG)经过误差比较后送入电压调节器(2)，电压调节器(2)、调制器(3)、正弦脉冲宽度调制器(4)、逆变控制器(5)、驱动器组(8、9)顺次连接，驱动器组的输出控制“H”桥逆变器功率开关器件的导通，正弦波发生器(6)将正弦波分别送入调制器(3)、桥选控制电路(7)，逆变控制器(5)的通断还受控于桥选控制电路(7)、状态控制器(12)；状态控制器(12)还分别连接PLC电梯控制器(14)、电网锁定单元(15)、电机变频调速器(16)、停电触发电路(10)、电池组监管电路(17)，电网变压器(B1)、停电触发电路(10)将停电信息送至状态控制器(12)，并经5S定时器(11)确认停电超过设定时间后状态控制器(12)才开通逆变控制器(5)，状态控制器(12)同时控制电网锁定单元(15)接通电池组向变频器输出。
2.根据权利要求1所述的电梯专用的后备式停电应急电源，其特征在于所述的“H”桥单相正弦波电压型逆变器的结构是设有由功率开关器件(T1、T2、T3、T4)组成的“H”桥式逆变电路(HQ)，电池组(E)经串接的滤波电感(L1、L2)及并接的滤波电容(C1)接逆变电路(HQ)的桥臂，逆变电路(HQ)的输出端接升压变压器(TR)，并经接在变压器(TR)二次侧的高通滤波器(L、C2)、交流接触器(CJ3)的常开接点与电梯控制系统相接，交流接触器(CJ3)的常闭接点接在电网的二条线(X1、X3)的输出端，在电网输入端的三条线(X1、X2、X3)上分别接有交流接触器(CJ1)的三组接点，在电池组与电网之间接有交流接触器(CJ2)的接点组，该接点组的一端分别接在电池组滤波电感(L1、L2)的末端，另一端分别接在电网二条线(X1、X2)上，并位于接在电网上的交流接触器(CJ1)与(CJ3)的接点之间；电网正常供电时，交流接触器(CJ2)为断开状态，交流接触器(CJ1)为导通状态，交流接触器(CJ3)接通电网与电梯的控制系统，当电网停电时，交流接触器(CJ1)为断开状态，交流接触器(CJ2)为导通状态，接通电池组与电梯变频器向其提供驱动电机的动力电源，交流接触器(CJ3)接通逆变器电源与电梯的控制系统，由此实现电池组及其经逆变器输出逆变电源的电路与电网供电路之间的互锁。
3.根据权利要求1或2所述的电梯专用的后备式停电应急电源，其特征在于所述的组成“H”桥式逆变电路(HQ)的功率开关器件(T1、T2、T3、T4)是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，晶体管(T1、T3)的基极接一组驱动器(8)，晶体管(T2、T4)的基极接另一组驱动器(9)。
4.根据权利要求1所述的电梯专用的后备式停电应急电源，其特征在于所述的逆变器控制电路中，电压调节器(2)、调制器(3)、正弦脉冲宽度调制器(4)、逆变控制器(5)分别由比较器(IC1D)、乘法器(IC2)、比较器(IC1C)、与门电路(IC3A)电路构成，桥选控制电路的输入级由零点比较器(IC4)构成，状态控制器(12)由单片机(IC7)构成，逆变器输出的反馈电压(Vf)与给定电压(VG)经误差比较后送入比较器(IC1D)的负输入端，进行预处理后再输出至乘法器(IC2)，正弦波发生器(6)的输出同时送至乘法器(IC2)，经过调制后的正弦波信号再输出送至比较器(IC1C)，在此与三角波发生器(18)送来的信号进行比较，产生出的SPWM脉冲序列波送至与门(IC3A)的一个输入端，经与门(5)、晶体管(T5)送至IGBT专用驱动器(IC5)，再驱动逆变器“H”桥一个桥臂的上功率开关器件(T1)，与门(5)的另一个输入端接收由单片机(IC7)发出的控制“门”通断的指令，单片机(IC7)的一个I/O接口经晶体管(T6)接另一个IGBT专用驱动器(IC6)，再驱动逆变器“H”桥同一个桥臂的下功率开关器件(T3)，正弦波发生器(6)还向零点比较器(IC4)输出正弦波信号，比较器(IC4)的输出送单片机(IC7)，控制逆变器“H”桥的另一个桥臂(T2、T4)的电路结构与控制(T1、T3)的相同。
5.根据权利要求1所述的电梯专用的后备式停电应急电源，其特征在于所述停电触发电路(10)的构成是电网变压器(B1)的二次侧接全波整流电路(2)，该电路的输出端并接滤波电容(C2)、电路停电恢复电阻(R10)、由限流电阻(R11)与滤波电容(C3)串接的支路，电容(C3)两端接光电耦合器(IC8)，光电耦合器(IC8)的输出送至单片机(IC7)。
6.根据权利要求1所述的电梯专用的后备式停电应急电源，其特征在于所述的电池组监管电路(17)由电池组监测电路和电池组充电管理电路组成，其构成是在电池组充电电路上串接充电继电器(JC)的接点，继电器(JC)的线圈励磁电路受控于晶体管(T9)，还设有RS触发电路，触发器(IC9A、IC9B)的负端输入电压取自并接在电池组(E)两端的分压电路，其正端输入分别接电位器(R21、R22)，触发器(IC9A)的输出端接晶体管(T9)的基极。
7.根据权利要求1所述的电梯专用的后备式停电应急电源，其特征在于所述的逆变器控制电路中还设有受控于状态控制器(12)的5分钟定时器(13)。
专利摘要电梯专用的后备式停电应急电源，属于采用微电子技术的供电电源装置，适于电网停电时对电梯应急供电。主要特点是设置“H”桥单相正弦波电压型逆变器及其控制电路，电网停电数秒后该装置自动启动逆变工作状态向电梯控制系统输出逆变功率，同时电池组直接向变频器输出动力电源，救援结束或超过时限逆变器自动撤出工作状态，电池组供电电路与电网供电线路之间为互锁关系。本实用新型容量小，成本低，可靠性高，解决了采用变频调速技术的电梯遇到停电时需要救援乘客的现实问题。
文档编号H02M7/48GK2544455SQ02201190
公开日2003年4月9日 申请日期2002年1月24日 优先权日2002年1月24日
发明者孙德全, 吕笑岩, 赵宏安, 兰刚, 樊如英, 李滔, 高春月, 王首 申请人:北京航天万源稀土电机应用技术有限公司