专利名称：具有可控整流器的电梯控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电梯控制系统，特别涉及一种具有可控整流器的电梯控制系 统。
背景技术：
在经济高速发展的今天，绿色节能成为社会可持续发展的重要体现，“绿色”概念 也成为电梯市场的发展主流。绿色节能环保电梯极有可能成为今后电梯市场的主导性产 品，拥有其核心技术，就能够掌握了下一步竞争的主动权。绿色节能环保电梯的研究主要集 中在电梯制造、配置以及安装、使用过程中的节能和减少环境污染等方面。在电梯控制系统 中，电梯变频器作为关键部件成为实现绿色节能环保电梯的重要因素。现有技术变频器中的整流部分，多为不可控整流器，如图1所示，现有技术的整流 器，主要由二极管D1-D6构成，其中，Dl与D2串联，D3与D4串联，D5与D6串联，串联后的 Dl与D2、D3与D4、D5与D6互相并联，三相电Ua、Ub、U。分别连接Dl与D2、D3与D4、D5与 D6的连接点，充电电容C与分别构成串联的电路的Dl与D2、D3与D4、D5与D6并联。三相电波形图请参见图2，由于电流具有向最小阻力的路径流动的特性，使得六个 二极管D1-D6中，始终只有2个处在导通状态，且同一串联电路中的两个二极管不会同时导 通。在0-T/3的时间内，电压输出最大的为Ua相，而在前T/6的时间内，电压输出最小为Ub 相，后T/6时间内，电压输出最小的为Uc相。则在0-T/3的时间内，二极管Dl始终保持导 通，而在前T/6的时间内，D4导通，后T/6时间内，切换至D6导通。也就是说，导通的二极管 顺序为[D1，D4]、[D1，D6]。根据同样的原理，可以得到后续的二极管导通顺序为[D3，D6]、 [D3，D2]、[D5，D2]、[D5，D4]，如此完成一个周期。则整流器的输出波形请参阅图3，可以看到，整流器截取了波峰波形，该波峰波形 可近似得被认为是直流电，整流器完成了从交流到直流的整流过程。可以看到，作为变频器中重要组成部分的整流器，现有技术中存在以下缺陷1、整流过程不可控，则由于转换过程中的损耗，后续逆变器的输出电压通常小于 0. 98Uin (Uin为变频器输入电压)，限制了电机的可选范围。2、需要独立于整流器的回馈设备，来向电网回馈能源，如专利号为 200620014092，专利名称为双变频节能型电梯拖动装置的专利，就记载了以下内容一种双 变频节能型电梯拖动装置，包括电梯运行控制柜、设置在控制柜内的第一变频器及控制和 处理单元，其特征在于，还包括设置在所述机柜内的回馈型制动单元，回馈型制动单元的正 负端与所述第一变频器的直流母线的正负端子相连接，其交流端并接在与第一变频器的交 流输入端。可以看到，为了提高能源回馈率，需要额外的设备。3、由于电梯系统的电源通常直接连接到大楼的电源网络中，而现有技术的整流器 不可控，回馈的电平容易产生不同步和谐波等问题，使得电梯系统成为较大的污染源之一。此外，现有技术中的控制系统多存在保护措施不足，在突发状况下容易产生错误 等问题。[0011]因此，如何提供一种电梯控制系统，能够有效对整流器进行控制，提高电源回馈率 及输出电平，保障回馈的电能具备同步、低谐波、无干扰，并提供充足的保护措施，已成为本 领域技术人员需要解决的问题。
实用新型内容本实用新型的所要解决的技术方案是提供一种具有可控整流器的电梯控制系统 及控制方法，以解决现有技术的不足。为解决上述技术方案，本实用新型提供一种具有可控整流器的电梯控制系统，包 括连接滤波后的三相电的预充电模块；连接所述预充电模块，将输入的三相电转换为电 压高于所述三相电相电压三倍的直流电输出，并将高于设定值的输出电压的能量反馈回电 网的可控整流器；连接所述可控整流器，将所述可控整流器输出的直流电转换为控制后续 电机运转的可变交流电的逆变器；连接所述预充电模块、可控整流器、及所述逆变器，采集 所述可控整流器的输入电流、输入电压及输出电压，控制所述预充电模块接通或短路，控制 所述可控整流器同时进行三相电至直流电的转换及能量反馈，并控制所述逆变器进行直流 电至可变交流电转换的控制器；其中，所述可控整流器包括由六个IGBT模块构成的整流 IGBT模组，所述六个IGBT模块分别两两串联构成三组串联电路，所述三组串联电路并联在 一起，且每个IGBT模块均由一个IGBT管、及并联在所述IGBT管的源极及漏极两端的二极 管构成，每个IGBT管均在所述控制器的控制下导通或关断。作为本实用新型的优选方案之一，所述预充电模块包括三个预充电单元，分别连 接三相电的三个输入端，每个预充电单元包括一个电阻及与所述电阻并联并受控于所述控 制器的开关。作为本实用新型的优选方案之一，所述可控整流器还包括三个由串联的电感及电 阻构成的电抗，所述三个电抗的一端分别连接所述三个预充电单元，另一端分别连接构成 同一串联电路的两个IGBT模块互相连接的一端；所述控制器通过采集流过所述电抗上的 电流、及所述电抗一端的电压，获得所述可控整流器的输入电流及输入电压。作为本实用新型的优选方案之一，所述逆变器包括与所述可控整流器的整流IGBT 模组结构相同的逆变IGBT模组。作为本实用新型的优选方案之一，所述可控整流器及所述逆变器之间连接有充电 电路，所述充电电路包括充电电容及电阻，所述充电电容之间串联连接，所述电阻分别与所 述充电电容并联。作为本实用新型的优选方案之一，所述具有可控整流器的电梯控制系统还包括输 入端连接所述三相电，输出端连接所述控制器，以向所述控制器提供缺相信号的第一相位 相序测量模块；输入端连接所述三相电，输出端连接所述控制器，以向所述控制器提供同 步电压信号的第二相位相序测量模块；输入端连接在所述预充电模块及所述可控整流器之 间，输出端连接所述控制器，以向所述控制器提供输入电流信号的第三相位相序测量模块； 输入端连接在所述逆变器输出端，输出端连接所述控制器，以向所述控制器提供电机电流 信号的第四相位相序测量模块。作为本实用新型的优选方案之一，所述控制器及所述可控整流器之间，所述控制 器及所述逆变器之间均连接有IGBT驱动及保护电路。[0020]作为本实用新型的优选方案之一，所述电梯控制系统还包括与所述控制器、所述 IGBT驱动及保护电路、所述可控整流器、及所述逆变器连接的开关电源。本实用新型的有益效果在于1、整流过程可控，使得逆变器的输出电压能够高于 输入电压，大大增加了电机的可选范围，并且，由于电机的电压增加，其电流可以相应减小， 降低了能耗；2、无需独立于整流器的回馈设备，来向电网回馈能源，本实用新型提供的系统 及方法，能够在整流的过程中实现能源回馈，整流及能源回馈的过程是不可分割的，整流或 回馈能够通过电感上的电流是向可控整流器流动或向三相电流动被反映，并在矢量计算中 体现，因而无需额外的能源回馈；3、有效地避免电磁谐波的生成，使得总的谐波分量低于 3% ；4、提供了多种安全保护。
图1为现有技术的整流器结构示意图。图2为三相交流电波形图。图3为现有技术的整流器输出波形图。图4为本实用新型提供的具有可控整流器的电梯控制系统的结构示意图。图5为可控整流器的结构示意图。图6为可控整流器与控制器及后续电容电阻的连接示意图。图7为逆变器的结构示意图。图8为逆变器与控制器、前端电容电阻及后续电机的连接示意图。图9为控制器整流过程示意图。图10空间矢量及扇区划分示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。请参阅图4，本实用新型提供的具有可控整流器的电梯控制系统包括控制器1、开 关电源2、可控整流器3、逆变器4、第一相位相序测量模块51、第二相位相序测量模块52、第 三相位相序测量模块53、第四相位相序测量模块54、滤波器6、三刀单掷开关KBAT、KBAT的 控制器7、分别与KBAT中三个开关并联的电阻R4、R5、R6、及IGBT驱动及保护电路81、82。三刀单掷开关KBAT及电阻R4、R5、R6构成预充电模块，三相电U、V、W经过滤波器 6滤波后输入预充电模块。预充电模块可分成三个预充电单元，每个单元包括一个开关及一 个与所述开关并联的电阻。控制器1通过KBAT的控制器7控制其通断。预充电模块的作 用是当三相电刚接入时，减少突然输入的电流对后续电路的冲击。因此，刚接入三相电时， 控制器1通过第三相位相序测量模块53采集的输入电流信号判断电流不稳定，KBAT开路， 电阻R4-R6发挥缓冲作用，经过一定时间控制器1通过输入电流信号判断电流稳定时，通过 KBAT的控制器7控制三刀单掷开关KBAT关断，则预充电模块短路。可控整流器3连接所述预充电模块，的作用是将输入的三相电转换为电压高于所 述三相电相电压三倍的直流电输出，并将高于设定值的输出电压的能量反馈回电网。其中， 三相电相电压是指输入的三相电的有效值，对于3Ph 380Vac的三相电，其有效值为220V， 则可控整流器3在稳定情况下，输出高于660V的电压。[0036]逆变器4连接可控整流器3，将所述可控整流器输出的直流电转换为控制后续电 机运转的可变交流电。可控整流器2及逆变器4之间连接有3个充电电容Cl、C2、C3，充电电容Cl、C2、 C3还分别并联有电阻R1、R2、R3。充电电容Cl、C2、C3及并联的电阻Rl、R2、R3在电源接 入初期起到缓冲的作用。充电电容及并联的电阻的个数可以根据需要调整。控制器1控制整个电梯控制系统的正常运作，其通过第一相位相序测量模块51采 集三相电输入端的缺相信号，通过第二相位相序测量模块52采集三相电输入端的同步电 压信号，通过第四相位相序测量模块54采集逆变器4输出的电机电流信号，在上述三个信 号中的一者或一者以上出现异常的情况下，停止电梯控制系统的正常工作。确保在正常工 作状态下，输入的三相电没有缺相、同步电压异常，电机电流异常的情况的发生。控制器1通过IGBT驱动及保护电路81、82分别连接可控整流器3及逆变器4。在 正常工作状态下，控制器1通过IGBT驱动及保护电路81、82分别驱动并控制可控整流器3 及逆变器4。使可控整流器3及逆变器4完成正常操作。开关电源2向电梯控制系统中的各个部件提供电源，IGBT驱动及保护电路81、82 还具有分别保护可控整流器3及逆变器4，防止过流过压的功能。请参阅图5及图6，可控整流器3包括分别由电阻Ra及电感La、电阻Rb及电感Lb、电阻R。及电感L。串联构成的三个电抗 器，其中，所述三个电抗器的一端分别连接三相电的输入端；分别由IGBT管IGBTl及并联在IGBTl的源极及漏极两端的二极管Dl、IGBT管 IGBT2及并联在IGBT2的源极及漏极两端的二极管D2、IGBT管IGBT3及并联在IGBT3的 源极及漏极两端的二极管D3、IGBT管IGBT4及并联在IGBT4的源极及漏极两端的二极管 D4、IGBT管IGBT5及并联在IGBT5的源极及漏极两端的二极管D5、IGBT管IGBT6及并联在 IGBT6的源极及漏极两端的二极管D6构成的六个IGBT模块，所述六个IGBT模块构成整流 IGBT模组；其中，由IGBTl及Dl构成的IGBT模块与由IGBT2及D2构成的IGBT模块串联构 成一组串联电路，由IGBT3及D3构成的IGBT模块与由IGBT4及D4构成的IGBT模块串联 构成一组串联电路，由IGBT5及D5构成的IGBT模块与由IGBT6及D6构成的IGBT模块串 联构成一组串联电路，所述三组串联电路互相并联，且所述三个电抗器的另一端分别连接 在所述三组串联电路中的两个IGBT模块之间。二极管Dl的负极连接IGBT管IGBTl的源极，二极管Dl的正极连接IGBT管IGBTl 的漏极，IGBT管IGBTl的栅极连接控制器1 ；二极管D2的负极连接IGBT管IGBT2的源极， 二极管D2的正极连接IGBT管IGBT2的漏极，IGBT管IGBT2的栅极连接控制器1 ；二极管 D3的负极连接IGBT管IGBT3的源极，二极管D3的正极连接IGBT管IGBT3的漏极，IGBT 管IGBT3的栅极连接控制器1 ；二极管D4的负极连接IGBT管IGBT4的源极，二极管D4的 正极连接IGBT管IGBT4的漏极，IGBT管IGBT4的栅极连接控制器1 ；二极管D5的负极连接 IGBT管IGBT5的源极，二极管D5的正极连接IGBT管IGBT5的漏极，IGBT管IGBT5的栅极 连接控制器1 ；二极管D6的负极连接IGBT管IGBT6的源极，二极管D6的正极连接IGBT管 IGBT6的漏极，IGBT管IGBT6的栅极连接控制器1。IGBT管IGBTl的漏极连接IGBT管IGBT2的源极；IGBT管IGBT3的漏极连接IGBT
6管IGBT4的源极；IGBT管IGBT5的漏极连接IGBT管IGBT6的源极。电感La连接IGBT管IGBTl的漏极及IGBT管IGBT2的源极；电感Lb连接IGBT管 IGBT3的漏极及IGBT管IGBT4的源极；电感L。连接IGBT管IGBT5的漏极及IGBT管IGBT6 的源极。控制器1采集可控整流器3的输入电压Ua、Ub、U。及输出电压Udc,且控制器1采集 可控整流器3的输入电流ia、ib及i。。请参阅图7及图8，可以看到逆变器4由六个IGBT模块构成的逆变IGBT模组构 成，由于逆变IGBT模组具有与可控IGBT模组相同的结构，因此不再累述。电机9由三路串 联电路输出的交流信号驱动。请参阅图9及图10，本实用新型还提供上述电梯控制系统的控制方法，包括以下 步骤步骤A、控制器1根据所采集的可控整流器3的输入电流是否平稳判断是否执行短 路所述预充电模块的操作；具体地说，当输入电流不平稳时，控制器1通过KBAT的控制器7控制KBAT开路， 预充电模块接入系统中，当输入电流平稳时，控制器1控制KBAT导通，预充电模块短路，不 发挥作用。步骤B、所述控制器根据采集的所述可控整流器的输入电流、输入电压、及输出电 压，获得三路开关信号，以控制所述整流IGBT模组中每组串联电路的上桥臂及下桥臂IGBT 模块的通断，将输入所述可控整流器的三相电转换为电压高于所述三相电相电压三倍的直 流电输出；具体地说，步骤B分为以下步骤步骤Bl、控制器1将可控整流器3的输入电流ia、ib、i。及输入电压Ua、Ub、Uc进行 CLARKE变换，获得两相静止坐标系下表示的α轴的电流、α、β轴的电流ke、a轴的电压 H β轴的电压队0，再对所述两相静止坐标系下的α轴的电流ka、β轴的电流ke、 α轴的电压H β轴的电压进行PARK变换，获得两相旋转坐标系下表示的d轴的 电流iw、q轴的电流iy d轴的电压Uw、及q轴的电压ULq ；步骤B2、控制器1将采集的可控整流器3的输出电压Udc与一给定的参考电压Udc ref相减(为保证可控整流器3的输出电压高于660V，通常选取Udc ref = 740V)，并将相减后 的电压差值ΔUd。进行比例积分调节以获得有功参考电流id Mf，将所述d轴的电流与所 述有功参考电流id—%相减，并将相减后的电流差值△ id进行比例积分调节后获得的电压 Usd与所述d轴的电压^相减，获得空间矢量V*在α轴上的电压指令值Usa ；控制器1将 所述q轴的电流、与一给定的无功参考电流相减，并将相减后的电流差值Δ iq进行 比例积分调节后获得的电压Usq与所述q轴的电压Ukl相减，获得空间矢量V*在β轴上的 电压指令值Use ；其中，由于整流器需要达到单位功率因数，因此无功参考电流& = 0 ；步骤B3、控制器1对所述空间矢量圹在α轴上的电压指令值Usa及圹在β轴 上的电压指令值Use进行SVPWM调制，获得可控整流器的六路驱动脉冲，分别输入所述整流 IGBT模组的六个IGBT模块中，以控制每一路串联电路中的上桥臂或下桥臂的IGBT模块的 通断。其中，SVPWM调制包括以下步骤[0059]步骤B31、控制器设置开关函数Sk=仏，13，(3)，其中￡1，13，(3均为参数，且￡1，13，(3 = 0或1 ；其中，开关函数Sk的实际物理意义是，a、b、C分别表示可控IGBT模组中三路串联 电路的两个IGBT模块的通断情况，由于IGBT管受控于控制器1导通或关断，因此，可将每 个IGBT模块等效为一个开关，a,b, C= 1，则对应的串联电路的上桥臂的IGBT模块导通， 下桥臂的IGBT管截止；a，b，c = 0，则对应的串联电路的上桥臂的IGBT模块截止，下桥臂 的IGBT模块导通；如此，根据a,b,c的状态，可分成8个矢量VO (000)、Vl (001)、V2 (010)、 V3 (Oil)、V4(100)、V5(101)、V6(110)、V7 (111)，其中，Vl (001)、V2 (010)、V3 (Oil)、V4(100)、 V5(101)、及V6(110)为有效矢量，VO(OOO)及V7(lll)为零矢量；步骤B32、根据开关函数sk的六个有效矢量划分出第一扇区I、第二扇区II、第三 扇区III、第四扇区IV、第五扇区V、及第六扇区VI ；划分方式为从α轴开始逆时针旋转，将 两个相邻的非零矢量之间的扇区依次分为第一扇区I、第二扇区II、第三扇区III、第四扇 区IV、第五扇区V、及第六扇区VI ；步骤Β33、根据公SVa= Use，Vb= (V3 Usa-Usb) /2，及 Vc: (-V3 Usa-Use) /2，
判断中间量Va、Vb及V。是否大于零；若Va > 0，则令参数a = 1，否则a = 0，若Vb > 0，则令 参数b = 1，否则b = 0，若V。> 0，则令参数c = 1，否则c = 0;步骤B33、计算空间矢量区间号sector = a+2b+4c，得到空间矢量V*所在的扇区 编号；步骤B34、计算中间量X、Y、Z
权利要求1.一种具有可控整流器的电梯控制系统，其特征在于，包括连接滤波后的三相电的预充电模块；连接所述预充电模块的可控整流器；连接所述可控整流器的逆变器；连接所述预充电模块、可控整流器、及所述逆变器的控制器；其中，所述可控整流器包括由六个IGBT模块构成的整流IGBT模组，所述六个IGBT模 块分别两两串联构成三组串联电路，所述三组串联电路并联在一起，且每个IGBT模块均由 一个IGBT管、及并联在所述IGBT管的源极及漏极两端的二极管构成。
2.如权利要求1所述的具有可控整流器的电梯控制系统，其特征在于所述预充电模 块包括三个预充电单元，分别连接三相电的三个输入端，每个预充电单元包括一个电阻及 与所述电阻并联并受控于所述控制器的开关。
3.如权利要求1所述的具有可控整流器的电梯控制系统，其特征在于所述可控整流 器包括三个由串联的电感及电阻构成的电抗，所述三个电抗的一端分别连接所述三个预充 电单元，另一端分别连接构成同一串联电路的两个IGBT模块互相连接的一端。
4.如权利要求1所述的具有可控整流器的电梯控制系统，其特征在于所述逆变器包 括与所述可控整流器的整流IGBT模组结构相同的逆变IGBT模组。
5.如权利要求1所述的具有可控整流器的电梯控制系统，其特征在于所述可控整流 器及所述逆变器之间连接有充电电路，所述充电电路包括充电电容及电阻，所述充电电容 之间串联连接，所述电阻分别与所述充电电容并联。
6.如权利要求1所述的具有可控整流器的电梯控制系统，其特征在于包括输入端连 接所述三相电，输出端连接所述控制器的第一相位相序测量模块；输入端连接所述三相电， 输出端连接所述控制器的第二相位相序测量模块；输入端连接在所述预充电模块及所述可 控整流器之间，输出端连接所述控制器的第三相位相序测量模块；输入端连接在所述逆变 器输出端，输出端连接所述控制器的第四相位相序测量模块。
7.如权利要求1所述的具有可控整流器的电梯控制系统，其特征在于所述控制器及 所述可控整流器之间，所述控制器及所述逆变器之间均连接有IGBT驱动及保护电路。
8.如权利要求7所述的具有可控整流器的电梯控制系统，其特征在于所述电梯控制 系统包括与所述控制器、所述IGBT驱动及保护电路、所述可控整流器、及所述逆变器连接 的开关电源。
专利摘要本实用新型揭示了一种具有可控整流器的电梯控制系统，包括连接滤波后的三相电的预充电模块；连接所述预充电模块的可控整流器；连接所述可控整流器的逆变器；连接所述预充电模块、可控整流器、及所述逆变器的控制器；其中，所述可控整流器包括由六个IGBT模块构成的整流IGBT模组，所述六个IGBT模块分别两两串联构成三组串联电路，所述三组串联电路并联在一起，且每个IGBT模块均由一个IGBT管、及并联在所述IGBT管的源极及漏极两端的二极管构成。本实用新型的有益效果在于整流过程可控、无需独立于整流器的回馈设备、总的谐波分量低于3％。
文档编号B66B1/34GK201873396SQ201020180439
公开日2011年6月22日 申请日期2010年4月28日 优先权日2010年4月28日
发明者何俊, 姜耀华, 朱海光 申请人:杰佛伦西威自动化科技(上海)有限公司