飞轮共直流母线型电梯节能系统的制作方法

本实用新型涉及节能控制系统，确切地说是一种飞轮共直流母线型电梯节能系统。

背景技术：

随着科技的高速发展和房地产业的倔起，电梯工业随之呈井喷式成长，在一些大型商场和工厂都会集中安装多部电梯。这为电梯节能提供了新的方向，电梯设计者尝试将多台电梯在运行中所产生的电能转化到梯群的共用直流母线上，实现多台电梯产生的能源被一台电梯集中消耗，达到能源利用的目的，称之为共直流母线的电梯节能系统。

电梯是一个位能性负载。为了减小拖动负荷，降低电梯电机的功率，电梯的轿厢都配有对重平衡块。对重平衡块的重量一般等于轿厢载重50％额定负载时的重量。当二者之间存在质量差时，电梯升降就会引起机械位能的改变。其中电梯重载上行和轻载下行时，电梯电机从电网吸收能量，拖动电梯使电梯的机械位能增加；电梯启动运行达到最高运行速度后具有最大的机械动能，电梯到达目标楼层前要逐步减速直到电梯停止运动为止，这一过程也电梯释放机械动能的过程，当电梯轻载上行或重载下行时，运行过程需要使机械势能减少，电梯机械势能通过曳引机转换为电能，曳引机处于发电状态。曳引机发电过程产生的电能需要及时处理，不然对曳引机有严重的危害。对于交流变频电梯，曳引机发电过程产生的电能通过变频器的三相IGBT逆变桥反向回到变频的直流端，存储到直流电容里面，而直流电容的容量有限，当曳引机产生的电能足够大，超过直流电容的容量，使直流母线电压过高，严重时将对变频器造成损害，造成电梯不可恢复的故障，所以多出的电能部分必须消耗掉。

现阶段国内的大部分电梯在制动过程中均使用制动电阻进行能耗制动，同时由于制动过程中大量热量的产生而不得不在电梯机房曾设空调等散热设备，这就进一步增加了电能的浪费以及电梯的运营成本。因此广大电梯用户迫切希望有一种装置能够回收利用电梯制动过程中产生的能量，减少能源的浪费。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种飞轮共直流母线型电梯节能系统，该系统具有使用寿命长、储能密度高、不受充放电次数限制、安装方便、免维护、对所处环境危害小、节省电能等优点。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种飞轮共直流母线型电梯节能系统，包括飞轮储能单元、功率单元、控制系统、操作面板，所述的功率单元通过直流母线与多台电梯电机连接，多台电梯电机之间为并联，功率单元通过接触器与飞轮储能单元电连接，功率单元与控制系统电连接，控制系统与飞轮储能单元电连接，控制系统设有操作面板，操作面板设有键区和工控机。

飞轮储能单元设有转子系统、转换能量系统；转子系统设有飞轮本体；飞轮本体由碳纤维复合转子、被动磁轴承、高速永磁电机组成，其中碳纤维复合转子具有高强度、抗拉伸的特点；被动磁轴承是磁悬浮技术，无控制单元，不耗电，零磨损，20年免维护；转换能量系统设有高速永磁电机，其可以达到较高转速，效率高。

飞轮储能单元有充电阈值和放电阈值两个参数，可根据实际情况进行设置，同时飞轮控制器内嵌了优化算法，具备阈值自适应调整功能，确保飞轮在任何时刻能够存储和释放再生能量，并使节能效益达到最佳。

功率单元，为逆变、整流四象限可逆运行，完成电能和动能的双向转换。

控制系统，操作飞轮的启停，当飞轮启动完成进入恢复区后，飞轮便可配合电梯自动完成充放电工作。当系统出现故障时，飞轮可滑行停机，也可通过操作控制系统使飞轮进入BREAK模式手动干预停机。控制系统可以采集飞轮本体的温度、压力和速度信号并进行相关操作。控制系统可通过采集直流母线电压驱动功率单元进行充放电。

操作面板，包括键区和工控机，可通过操作面板给控制系统输入指令，控制系统也可将其采集到的信号显示在工控机上。

采用上述技术方案的本实用新型，与现有技术相比，其有益效果是：

在电梯安装比较集中的区域采用共直流母线形式安装电梯，直流母线与飞轮储能单元通过功率单元连接；共直流母线把多台设备连接在一起，使各电梯的能量可以共享，将再生电能被处在耗电状态的电梯电机吸收；当多台电梯同时处于发电状态时，直流母线电压升高，飞轮自动处于充电状态；当多台电梯同时处于耗电状态时，飞轮储能单元自动处于发电状态为电梯提供能量。将电梯回馈的能量回收再利用，达到节能和减轻电网负荷的目的；在电网突发故障时充当备用电源，确保电梯的安全可靠；本系统具有使用寿命长、储能密度高、不受充放电次数限制、安装方便、免维护、对所处环境危害小、节省电能等优点。

进一步的优选技术方案如下：

所述的飞轮储能单元设有传感器，传感器与控制系统电连接，传感器将检测到的飞轮的温度、压力及速度信号传输给控制系统。

通过设置传感器，可以增加本系统控制的自动性、便捷性及及时响应的性能。

所述的功率单元与控制系统之间设有故障干接点，功率单元发生故障时的故障信息通过干接点传输给控制系统，并通过控制系统做出相关操作。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是能量控制转化图；

附图标记说明：1－熔断器；2－整流器；3－电容器；4－逆变器；5－电梯电机；6－功率单元；7－控制系统；8－工控机；9－键区；10－飞轮储能单元。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本实用新型。

参见图1、图2，一种飞轮共直流母线型电梯节能系统，由飞轮储能单元10、功率单元6、控制系统7、操作面板组成；所述的功率单元6通过直流母线与多台电梯电机5连接，多台电梯电机5之间为并联，功率单元6通过接触器与飞轮储能单元10电连接，功率单元6与控制系统7电连接，控制系统7与飞轮储能单元10电连接，控制系统7设有操作面板，操作面板设有键区9和工控机8。

飞轮储能单元10设有转子系统、转换能量系统；转子系统设有飞轮本体；飞轮本体由碳纤维复合转子、被动磁轴承、高速永磁电机组成，其中碳纤维复合转子具有高强度、抗拉伸的特点；被动磁轴承是磁悬浮技术，无控制单元，不耗电，零磨损，20年免维护；转换能量系统设有高速永磁电机，其可以达到较高转速，效率高。

功率单元6，为逆变、整流四象限可逆运行，完成电能和动能的双向转换。

控制系统7，操作飞轮的启停，当飞轮启动完成进入恢复区后，飞轮便可配合电梯自动完成充放电工作。当系统出现故障时，飞轮可滑行停机，也可通过操作控制系统7使飞轮进入BREAK模式手动干预停机。控制系统7可以采集飞轮本体的温度、压力和速度信号并进行相关操作。控制系统7可通过采集直流母线电压驱动功率单元6进行充放电。

操作面板，包括键区9和工控机8，可通过操作面板给控制系统7输入指令，控制系统7也可将其采集到的信号显示在工控机8上。

所述的飞轮储能单元10设有传感器，传感器与控制系统7电连接，传感器将检测到的飞轮的温度、压力及速度信号传输给控制系统7。

通过设置传感器，可以增加本系统控制的自动性、便捷性及及时响应的性能。

所述的功率单元6与控制系统7之间设有故障干接点，功率单元6发生故障时的故障信息通过干接点传输给控制系统7，并通过控制系统7做出相关操作。

参见图2，飞轮储能单元10有充电阈值和放电阈值两个参数，可根据实际情况进行设置，同时飞轮控制器内嵌了优化算法，具备阈值自适应调整功能，确保飞轮在任何时刻能够存储和释放再生能量，并使节能效益达到最佳。图2中，U₂-a为放电阈值，U₂+a为充电阈值，图中参数均可编程，根据现场需求进行修改。

本实施例用一条母线将多部电梯的直流侧并联起来，此梯群里的能量便可共享，此系统主要由保证电路安全的熔断器1、控制负载的接触器、将交流电转化成直流电的整流器2、将直流电转变成交流电的逆变器4、电容器3以及电梯电机5共同组成，其利用接触器将同一地域内多台运行电梯的控制系统7中存在的直流侧连接到共用直流母线，使之成为一个具有连接关系的整体，这样就可以实现被连接的多台电梯中只要出现发电现象，新产生的电能就可以反馈到共用直流母线，而与共用直流母线相连接的其他电梯在消耗电能的过程中就可以对这部分新产生的电能加以利用，从而达到能源被利用的目的，有效避免了电能浪费，当被连接电梯出现故障或因停电被迫停止运作时，只需要将相应的熔断器1断开即可，并不会影响其他与共用直流母线相连接的电梯的正常工作，整个系统稳定、可靠，通过其工作原理可以看出此系统构成简单，并不需要高额的成本，而且维修难度低。

以同一地域存在两台电梯的情况为例，在两台电梯中的直流侧直接连接到公共直流母线上，形成可以起到新生电能有效利用的节能系统，可以发现当电梯工作时，如果1号电梯处于空载上升或者重载下降的情况，其电梯电机5就会处于再生发电制动状态，机械能转化成电能，新生电能会被其变频器直接传输至此电梯的电梯控制系统7的直流侧，而电流在直流侧并不会直接储存，而是被直接传输反馈到共用直流母线中；同理，当2号电梯处于此种状态，其运行中电梯电机5所产生的电能也会以相应的路径传输至共用电流母线中。当1号电梯处于此种状态，但2号电梯处于相反的载重上升或载轻下降情况时，就需要消耗部分电能，这时2号电梯电机5就会将1号电梯反馈给共用直流母线的电能根据实际进行消耗，当共用直流母线所能提供的电能不能满足2号电梯工作需要时，其会继续向公共电网索求电能，此时直流母线电压就会降低，控制系统7采集到此信息便会自动启动飞轮储能单元10，对直流母线放电，供电梯启动，当共用直流母线所提供的电能高于2号电梯工作需要时，此时共用直流母线电压就会升高，控制系统7采集到此信息便会自动启动飞轮储能单元10并进入充电状态，将多余的能量储存起来，达到能量回收的目的。当两台电梯的运作状态逆转时，此系统仍然可以实现节能控制，所以此系统具有持续性。

另外，当两台电梯处于同一运作状态的情况下，会出现同时耗电或同时发电的状态，当两台电梯同时发电时，此时直流母线电压升高，控制系统7通过采集直流母线电压，飞轮进入充电状态，此时接触器吸合，直流母线电压达到飞轮充电阈值电压，通过功率单元6给飞轮本体充电，带动飞轮本体高速旋转，此时控制系统7还会通过传感器采集飞轮本体的温度和压力还有速度信号，并通讯给工控机8，完成监测和数据显示。当功率单元6发生故障时会把故障信息传递给控制系统7，控制系统7再做出相关操作。当两台电梯同时耗电时，此时直流母线电压降低，控制系统7通过采集直流母线电压，直流母线电压达到飞轮放电阈值电压，飞轮本体降低转速并通过功率单元6对电梯放电，防止电压跌落，为电梯启动提供能量，达到节能的目的。

当电网突然断电时，控制系统7检测到共用直流母线电压突降为零，将断电信号即时处理并传送飞轮。飞轮本体通过功率单元6放电将电梯安全地送到附近的楼层并打开电梯，确保电梯内乘客的安全。

当两台电梯中有一台电梯发生故障被迫停止运作时，就需要将相应的熔断器1断开，不影响其他电梯的运行，此时飞轮储能单元10依然可以配合其他电梯完成再生制动能的回收和利用。当电梯在运作的过程中出现了接地或者短路的问题，系统中的电容器3设备就会自行断开，使相应电梯自行停止工作，而另一台电梯会配合飞轮单独完成再生制动能量回收及利用。不会因为一台电梯的故障而影响到另一台电梯的正常工作。

以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护不限于此，任何本技术领域的技术人员所能想到的与本技术方案技术特征等同的变化或替代，都涵盖在本实用新型的保护范围之内。