专利名称：一种电梯矩阵式变频装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种变频装置，具体地说，是涉及一种用于电梯中的矩阵式变频 装置，属于电力电子技术领域。
背景技术：
电梯是将电能转化为机械能、以运送载荷的垂直运输设备，据我国特种设备主管 部门的统计资料，截止到2007年11月底，全国在用电梯为917313台，且最近几年，电梯的 增长率均保持在15%以上。由于电梯的用电量极为可观，尤其是在办公楼、酒店等大型建筑 中。因此，对于每天都在不停运行的电梯而言，做好节能的意义重大。目前的在用电梯中，其拖动主要以交流变压变频为主，多采用交-直-交变频器， 三相交流电通过整流器得到直流电，再经逆变器输出电压、频率可调的交流电给电梯曳引 电机供电。变频器的负载通常是异步电机，其功率因素小于1，故在中间直流回路和电动机 之间总存在无功功率的交换。由于逆变器中的电力器件无法储能，所以需要在直流回路中 设置储能电容或电感，用于缓冲无功功率。电梯运送的是位势性负载，根据需要，曳引电机常常工作在正反转的电动状态 (第一、三象限)。当电梯运送低于平衡负载的重量上行或高于平衡负载的重量下行，以及 电梯达到慢速后接近停靠层站减速制动时，电机处于再生发电状态(第二、四象限)。此时， 系统中的机械能通过电机和变频器转换成直流电能储存在变频器直流回路的电容中，产生 “泵生电压”。回送到电容中的电能越多，电容电压就越高，如不及时释放电容所储存的电 能，就会产生过压故障，造成变频器损坏而停止工作，电梯也无法正常运行。目前国内使用的大多数中低速电梯在控制泵升电压方面采用的最简便的方法是 能耗制动，即在变频器直流侧并联一组能耗电阻，当直流电压上升超过一定值时，用大功率 晶体管控制其导通，将能量在电阻上变为热量释放；直流电压下降时晶体管关断，切除电 阻。这样，通过不断重复此过程达到控制直流电压的目的。来自电机的再生功率越大，电阻 的通电比率越高。上述变频系统的电梯存在下述缺点第一，由于需要电容或电感作为直流储能环 节，不仅增加了系统成本，也增大了电梯控制柜的体积；第二，如果电梯使用频繁或长时间 处于非平衡负载状态上下运行(例如下班时写字楼的电梯重载下行并空载上行)，则能量 浪费严重；第三，由于制动电阻发热，导致控制柜周围温度升高，将会影响电梯控制系统的 可靠运行，缩短电梯的使用寿命，影响环境。为了降低机房高温对电梯控制系统的影响，用 户通常需要在电梯机房安装通风或制冷设备，如空调、风扇等来降温，又额外增加了降温设 备的耗电量，导致电梯系统浪费大量的电能。
发明内容本实用新型针对现有技术中电梯采用的交-直-交变频及能耗制动的变频系统存 在的上述缺点和不足，提供了一种电梯矩阵式变频装置，通过采用矩阵式变频器，省掉了原有的中间直流储能环节，且使得电梯再生发电状态产生的机械能转换成电能，并回馈到电 网中，实现了降低能耗、节约电能的目的。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现一种电梯矩阵式变频装置，包括三相交流输入端和电梯驱动电机，在所述三相交 流输入端和所述电梯驱动电机的三相电源输入端之间连接有矩阵式变频器；所述矩阵式变 频器包括三组变频模块，每组变频模块包括有三个双向可控开关单元；所述每组变频模块 中的三个双向可控开关单元一方面分别连接至所述三相交流输入端的三个输入端，另一方 面共同并联到所述电梯驱动电机三相电源输入端中的其中一个输入端。根据本实用新型，所述双向可控开关单元可以采用相互并联的两个可控硅来实 现。根据本实用新型，为减少矩阵式变频器对三相交流电网的谐波影响，在所述三相 交流输入端与所述矩阵式变频器之间还连接有三相LC滤波电路。根据本实用新型，在所述三相交流输入端与所述矩阵式变频器之间还连接有控制 是否接通所述矩阵式变频器的三相可控开关电路，实现对矩阵式变频器的缺相保护。根据本实用新型，在所述三相交流输入端与所述矩阵式变频器之间还连接有三相 升压电抗器电路。与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是通过在电梯变频装置中设置 矩阵式变频器，采用PWM控制技术实现对矩阵式变频器中的双向可控开关的控制，能够实 现能量的双向流动，使得电梯驱动电机可以在四个象限运行，将电梯驱动电机产生的再生 电能反馈至交流电网中，且不会对电网产生谐波污染，达到了电力环保、节约能源的目的。 且该变频装置不需要设置中间直流储能环节，降低了电梯系统的整体成本，且变频装置的 体积较小，便于安装使用。
图1是本实用新型电梯矩阵式变频装置一个实施例的结构框图；图2是图1实施例中矩阵式变频器的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细的描述。请参考图1和图2所示，其中，图1为本实用新型矩阵式变频装置一个实施例的结 构框图，图2则为图1实施例中矩阵式变频器的电路原理图。如图1所示，本实用新型所述的电梯矩阵式变频装置包括来自于交流电网1的三 相交流输入端a、b、c，以及电梯驱动电机M，所述电梯驱动电机M的三相电源输入端为1、2、 3。为实现电梯驱动电机M的四象限运行，并将电梯驱动电机M在再生发电状态下产 生的能量无谐波污染的回馈至交流电网中，该实施例在所述交流电网1的三相交流输入端 a、b、c及所述电梯驱动电机M的三相电源输入端1、2、3之间设置有矩阵式变频器5。此外，在所述三相交流输入端与所述矩阵式变频器5之间还分别串联连接有三相 可控开关电路2、三相LC滤波电路3及三相升压电抗器电路4。[0022]所述三相可控开关电路2受控与交流电源的缺相保护电路，实现对矩阵式变频器 的缺相保护。具体实现方法为在缺相保护电路检测到所述交流电网1的三相输入端a、b、 c没有缺相时，将控制所述三相可控开关电路2闭合，所述变频装置接通，正常的三相交流 电源经所述三相LC滤波电路3进行滤波、并经所述三相升压电抗器电路4升压后，输入至 所述矩阵式变频器5中。若缺相保护电路检测到交流电网1缺相，则控制所述三相可控开 关电路2断开，切断变频装置的供电通路，以防止因缺相而损坏所述矩阵式变频器5.所述矩阵式变频器5作为变频装置的核心部件，实现交流到交流的直接变换。在 所述电梯驱动电机M在电动状态下工作时，所述矩阵式变频器5将来自交流电网的三相交 流输入电压转换为相频可调的三相输出电压，作为所述电机M的电源输入。而当所述电梯 驱动电机M在发电状态下工作时，所述矩阵式变频器5将电机M产生的机械能转换为电能， 并产生相位与交流电网电压一致的反馈电压，回馈至交流电网1中，实现无谐波污染的电 源能量反馈。所述矩阵式变频器5的电路原理如图2所述。该矩阵式变频器采用双向可控开关 呈矩阵式排列的结构形式，具体地，所述矩阵式变频器5包括三组结构相同的变频模块51、 52,53,每组变频模块包括有三个双向可控开关单元K，每一个可控开关单元采用相互并联 的两个可控硅来实现。所述变频模块51中的三个双向可控开关单元一方面分别连接至所 述三相交流输入端的三个输入端a、b、c，另一方面共同并联到所述电梯驱动电机M三相电 源输入端中的其中一个输入端1。所述变频模块52中的三个双向可控开关单元一方面分别 连接至所述三相交流输入端的三个输入端a、b、c，另一方面共同并联到所述电梯驱动电机 M三相电源输入端中的其中一个输入端2。所述变频模块53中的三个双向可控开关单元一 方面分别连接至所述三相交流输入端的三个输入端a、b、c，另一方面共同并联到所述电梯 驱动电机M三相电源输入端中的其中一个输入端3。采用PWM控制方式控制所述矩阵式变频器5中的每一个可控开关单元，实现能量 在矩阵式变频器5中的双向流动。所述矩阵式变频器5内部不含有任何无源元件，整个变 频装置不需要直流储能环节，提高了变频装置的使用寿命，降低了变频装置的体积和成本， 又能够提高变频装置的功率因数、降低回馈电能对交流电网的影响。采用本实用新型所述的电梯变频装置，既能将电梯驱动电机在第二、四象限发电 运行时的能量转换成电能，并回馈到交流电网，提高了能源利用率，降低了能耗；同时，还可 以提高电梯拖动系统的动态性能，延长了电梯的使用寿命。当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式而已，应当指出，对于本技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求一种电梯矩阵式变频装置，包括三相交流输入端和电梯驱动电机，其特征在于，在所述三相交流输入端和所述电梯驱动电机的三相电源输入端之间连接有矩阵式变频器；所述矩阵式变频器包括三组变频模块，每组变频模块包括有三个双向可控开关单元；所述每组变频模块中的三个双向可控开关单元一方面分别连接至所述三相交流输入端的三个输入端，另一方面共同并联到所述电梯驱动电机三相电源输入端中的其中一个输入端。
2.根据权利要求1所述的电梯矩阵式变频装置，其特征在于，所述双向可控开关单元 包括有相互并联的两个可控硅。
3.根据权利要求1或2所述的电梯矩阵式变频装置，其特征在于，在所述三相交流输入 端与所述矩阵式变频器之间还连接有三相LC滤波电路。
4.根据权利要求3所述的电梯矩阵式变频装置，其特征在于，在所述三相交流输入端 与所述矩阵式变频器之间还连接有控制是否接通所述矩阵式变频器的三相可控开关电路， 实现对所述矩阵式变频器的缺相保护。
5.根据权利要求4所述的电梯矩阵式变频装置，其特征在于，在所述三相交流输入端 与所述矩阵式变频器之间还连接有三相升压电抗器电路。
专利摘要本实用新型公开了一种电梯矩阵式变频装置，包括三相交流输入端和电梯驱动电机，在所述三相交流输入端和所述电梯驱动电机的三相电源输入端之间连接有矩阵式变频器；所述矩阵式变频器包括三组变频模块，每组变频模块包括有三个双向可控开关单元；所述每组变频模块中的三个双向可控开关单元一方面分别连接至所述三相交流输入端的三个输入端，另一方面共同并联到所述电梯驱动电机三相电源输入端中的其中一个输入端。本实用新型电梯变频装置通过采用矩阵式变频器，使得电梯再生发电状态产生的机械能转换成电能，并回馈到电网中，实现了降低能耗、节约电能的目的。
文档编号H02H7/10GK201629676SQ20102010771
公开日2010年11月10日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者张婷 申请人:富士工业(青岛)电梯制造有限公司