CN101687605A - 运输***的电源设备 - Google Patents

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Abstract

本发明一种涉及运输***的电源设备(14)，所述电源设备包括：电机的电力整流器(power rectifier)(1)、AC电压电路(8)、控制电压电路(13)、安全设备(10)的电源电路(7)、以及安装在AC电压电路和控制电压电路之间的AC/DC变换器(9)，其适于：将电力从AC电压电路(8)供给控制电压电路(13)和电力整形电路(power shaping circuit)(4)。

Description

运输***的电源设备
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分中定义的运输***的电源设备。
背景技术
在运输***中，供电给用于推动运输设备的电机以及运输***的电气***。至电机的供电通常借助于变频器而发生。至电气***的供电通常利用工频变压器(mains frequency transformer)而发生，该变压器的初级线圈连接到该***的电力网电压馈送。当制动运输设备时，电力也从电机返回到变频器，在此，其通常在独立的功率电阻器中转换为热量(尤其是在低功率***)。
运输***也可以是电梯***。电梯***的电气***包括其中用于电梯控制电子设备以及车箱和电梯井(shaft)的电气用电(electrification)的电力供应。通常，还需要用于电梯***的安全设备的独立的保护性接地电力供应。
公开US5058710提出了一种电梯的电源***，其中，在正常操作期间，电力取自电力网电压馈送以用于电梯电机、用于电梯***的电气用电以及还用于充电蓄电池。当断开电力网电压时，电力开始从蓄电池供给变频器的DC中间电路，并且转换为AC电压，供给电梯***的电气用电。由于电力供电在通常情况下直接取自电力网网络，然而由电气用电管理引起的电力网电流的谐波直接传递到电力网供电网络。当电力网电压断开时，根据蓄电池的电压确定中间电路电压，并且因为现有技术蓄电池的电压远低于电力网电压馈送的电压，而且电机的控制电压保持较低，这使得电机的调节更为困难。
公开US 6827182提出了一种电梯***的电源设备，其包括能量存储部件以及用于对所述能量存储部件进行放电和充电的装置。在电梯***的正常操作期间，电力从电力网电压馈送被供给电机，并且还被供给电梯***的电气用电。在此情况下，能量存储部件通过用于对该能量存储部件进行放电和充电的装置而被充电。当断开电力网电压时，电力从该能量存储部件供给变频器的中间电路和电梯***的电气用电。这种情况下的问题是，一方面，当电力网电压正常时，电气用电的电力供电直接取自电力网，然而，在此情况下，由电气用电引起的电力网电流的谐波直接传递到电力网供电，并且另一方面，在这个方案中，能量存储部件没有与主电流电路——特别是变频器的DC中间电路的负电压母线——进行电气隔离，在此情况下，能量存储部件的电极是带电的，而且关于能量存储部件需要专门的隔离和保护措施。
公开EP 1235323 A1提出了一种电梯的电源设备，其包含应急电源的蓄电池和用开关、反向连接二极管并联实现的电压调节电路，以及还有控制电路的电流供电。
公开WO 2006/069591 A1提出了一种电梯的供电***，其中，使用开关的脉宽调制用于调节至电梯的其它设备(而不是具有变压器的初级线圈的电机)的电压。
发明内容
发明的目的
本发明的目的在于公开一种简单的运输***电源设备，用于将电力从电机的电力整流器的DC中间电路供给整个运输***的电气***。因此，有可能在电气***的电源中使用电机的制动能量。该电气***的供电电压是可以被调节的AC电压。本发明还包括的构思是：连接独立的能量存储部件作为电源设备的一部分，以及例如在电梯的紧急驱动期间，将电力从能量存储部件供给电机的电力整流器的DC中间电路。
本发明的特性特征
根据本发明的运输***的电源设备的特征在于权利要求1的特征部分中公开的内容。本发明的其它特征由其它权利要求中所公开的内容来表征。一些发明实施例也在本申请的描述部分中讨论。该申请的发明内容也可以与所附权利要求不同地被定义。尤其如果根据表达或暗示的子任务或根据优点或所实现优点的种类的观点来考虑本发明时，发明内容还可以由几个单独的发明组成。在此情况下，从单独的发明概念的观点来看，包含在所附权利要求中的一些特征可能是多余的。
根据本发明的运输***的电源设备包括电机的电力整流器、AC电压电路和安全设备的电源电路。根据本发明的电源设备还包括：电力整形电路，安装在电机的电力整流器的DC中间电路、AC电压电路和安全设备的电源电路之间。电机的电力整流器可以是现有技术的变频器或以H桥连接的DC电机的电力整流器。
本发明中的运输***可以指例如电梯***、自动扶梯***、移动走道(travelator)***或起重机***。电机的电力整流器指的是以下设备，其包括用于对电力网电压进行整流的电力网整流器(mains rectifier)、DC中间电路以及用于对用于电机的电源电路的DC中间电路的电压进行整形的电源电路。AC电压电路指的是如下所述的电路，利用该电路经由所述控制电压电路将电力供给运输***的电气用电(例如照明、自动门的电机、接触器的控制和其它非安全设备的启动设备，以及进一步例如控制电子设备)。安全设备的电源电路指的是将电力供给传输***的各种安全设备的电路，例如在电梯***中供给机器制动的制动控制电路、主接触器的控制线圈、安全开关(例如厅门(landing door)的接触)，还可能供给电梯的车厢制动的电源电路。安全设备的该电源电路保护性地接地，并且对其应用涉及其中电线的隔离距离和浪涌电流限制的专门的安全性要求。电力整形电路指的是至少在电机的电力整流器的DC中间电路和运输***的电气***之间供电的设备。
在本发明的一个实施例中，电力整形电路包括：第一和第二转换开关，安装作为电机的电力整形电路的DC中间电路的H桥；以及二极管，安装为与转换开关的负和正转换触点并联的反并联电路。此外，电力整形电路还包括：变压器，其包括多个线圈，其中，第一线圈安装到第一和第二转换开关的中心点之间的H桥，第二线圈安装到AC电压电路，并且第三线圈安装到安全设备的电源电路。转换开关的中心点指的是转换开关的正和负转换触点彼此导电连接的点。
在本发明的一个实施例中，电源设备包括H桥的控制装置以及电机的电力整流器的DC中间电路的电压测量装置。该控制装置被装配以：基本上与H桥的第二转换开关的负转换触点同步地将H桥的第一转换开关的正转换触点连接成导通状态，以及基本上与第二转换开关的正转换触点同步地将第一转换开关的负转换触点连接，从而第一和第二转换开关的正和负转换触点依次连接到导通状态达到预定的可变时间，从而随着DC中间电路的电压升高，该导通状态的预定时间缩短，并且随着DC中间电路的电压降低，该预定时间增加。导通状态的时间基本上在AC电压电路的正和负电压半周期期间具有相同的幅度。
H桥的控制装置可以被装配以：在电压基波的半周期期间将第一和第二转换开关的正和负转换触点依次连接成导通状态一次。至少350Hz可以适合作为电压的基波的频率，在此情况下，电力整形电路的变压器比使用现有技术50Hz变压器的尺寸小。在此情况下，通过将转换触点的开关频率选择为与电压的基波的频率相同，出现适合电压的基波的频率。
根据本发明的运输***电源设备也可以包括AC/DC变换器，安装在AC电压电路和控制电压电路之间，其配合为：将电力从AC电压电路供给所述控制电压电路。控制电压电路意味着具有比AC电压电路的电压低的电压的DC电压电路，其电压例如可以是24伏特。从该电路，例如电力被供给控制电子设备，并且还可能供给蓄电池或另一能量存储部件(例如，超级电容器)。控制电压电路从AC电压电路接收AC/DC变换器所提供的电力。
在本发明的一个实施例中，电源设备包括在控制电压电路中的至少一个第一能量存储部件。在此情况下，包含在电源设备中的AC/DC变换器的AC电压部分是AC电压电路，并且DC电压部分处于控制电压电路中，并且AC/DC变换器装配为将电力从AC电压电路供给控制电压电路。
电源设备可以包括安装到控制电压电路的蓄电池和/或超级电容器、用于对前述蓄电池和/或超级电容器充电的充电电路、以及逆变器，控制电压电路安装到其DC电压部分中，电力整形电路的变压器的第二线圈安装到其AC电压部分中，用于将电力从控制电压电路供给电力整形电路。
电力整形电路的变压器可以包括4个线圈，并且电源设备可以包括第二能量存储部件和逆变器，与其DC电压部分相连接，第二能量存储部件被安装，并且与其AC电压部分相连接，电力整形电路的变压器的第四线圈被安装，用于在能量存储部件和电力整形电路之间提供电力。
在本发明的一个实施例中，逆变器仅包括H桥。在本发明的上下文中，逆变器可以指的是包括较低电压的DC电压部分、较高电压的AC电压部分和它们之间的某些升压方案(例如升压斩波器或变压器)的设备。另一方面，在本发明的上下文中，逆变器还可以仅指的是H桥电路。如果关于包含在电力整形电路中的变压器的能量存储部件而装配的线圈的变压比率被选择为合适的，从而线圈的电压电平与能量存储部件的电压电平相同，则可以仅在能量存储部件和变压器之间安装H桥电路，并且无需独立的升压和降压斩波器。在此情况下，H桥电路的转换开关安装在能量存储部件的电压极之间，并且电力整形电路的变压器线圈安装在转换开关的中心点之间。
在本发明的一个实施例中，电源设备包括：通信信道，其安装在电机的电力整流器、H桥的控制装置、AC/DC变换器、逆变器以及可能地电梯控制***之间。在本发明的这个实施例中，每个前述设备装配为：从通信信道读取启动操作命令和停止操作命令，并且根据该命令启动和停止其操作。
在本发明的一个实施例中，电机的电力整流器、H桥的控制装置、AC/DC变换器和逆变器被安装以：当检测到缺陷时，将错误通知发送到通信信道。
在本发明的一个实施例中，也在运输设备加速期间，经由电力整形电路的变压器的第四线圈到电机的电力整流器的至少DC中间电路从第二能量存储部件向逆变器提供电力(在此情况下，从电力网电压馈送取得的电力在运输***加速期间降低)。
本发明的优点
-由于可以使用根据本发明的电源设备来向电气***提供运输***的电机的制动能量，因而运输***的效率比率改进。在现有技术的运输***中，制动能量例如在功率电阻器中被转换成热能，该功率电阻器用于该目的而被保留。
-在断开运输***的电力网电压馈送的情况下，可以利用电源设备的逆变器从能量存储部件向电力整形电路的变压器线圈供电，并且由此向上经由AC电压电路向运输***的电气用电、运输***的安全设备的电源电路，并且经由H桥的反并联二极管向电机的电力整流器的DC中间电路供电，在此情况下，在电力切断期间，还可以通过电机来驱动运输设备。例如，可以用电梯***执行紧急运行，在此情况下，在电力切断的事件下，电梯车厢可以驱动到最近的出口楼层，并且乘客能离开电梯车厢。
-使用根据本发明的H桥的控制装置，可以使得运输***的电气***的供电电压的基波幅度恒定。例如，运输***的接触器通常规划为耐受15％的欠压，可以用供电电压来控制该接触器。例如，如果当电力网供电的电压下降时现有技术***中电机接触器的控制电压降低15％以上，则接触器的触点开始以很高的频率打开和关闭，在此情况下它们很快被损坏。
-使用根据本发明的电力整形电路，可以集中地将电力供给整个电气***，在此情况下，独立电源设备数量减少而且***简化，在此情况下，还改进了***的可靠性。通过电力整形电路，AC电压的频率可以从电力网馈送频率的50Hz升高到高达400Hz的频率，在此情况下，电力整形电路的变压器尺寸减小。
-在现有技术运输***中，用于电气***的电力通常取自电力网馈送，在此情况下，由电气***产生的电流谐波设法传到电力网馈送。在根据本发明的电源设备中，电力取自电机的电力整流器的DC中间电路，也是在此情况下，电气***所需的电流随着它通过放置在电机的电力整流器的电力网馈送侧的谐波滤波器时被滤波。由此，由电气***产生的电力网电流谐波被最小化。在此情况下，电流也相等地分配到电力网馈送的所有相，与例如仅从三相电力网馈送的两相取得电力的电气***相反。前述电力网电流的谐波滤波器在许多国家现行立法下被规定为强制性的。
-如果与电力整形电路的变压器的能量存储部件相关而装配的线圈变压比率被选择为合适的，从而线圈的电压电平与能量存储部件的电压电平相等，则可以仅在能量存储部件和变压器之间安装H桥电路，并且无需独立升压和降压斩波器。
-在现有技术方案中，能量存储部件例如通过变压器与电机的电力整流器的主电路电气隔离，通常需要将电力从电机的电力整流器的DC中间电路供给能量存储部件的第一整流器、以及将电力从能量存储部件供给主电路的第二整流器。这两种整流器需要另外的独立变压器，在此情况下，***尺寸增大，成本也增加。
附图说明
下面，将借助本发明实施例的一些示例参考附图更详细地描述本发明，其中：
图1示出根据本发明的运输***的电源设备；
图2示出根据本发明的电力整形电路；
图3示出H桥；
图4示出AC/DC变换器；
图5示出逆变器；
图6示出AC电压电路的电压和AC电压电路的电压的基波。
具体实施方式
图1示出根据本发明的运输***的一种可能的电源设备。图2更详细地示出电力整形电路4的结构，以及图3进一步示出电力整形电路的H桥电路的主电流电路。
变频器1将电力从电力网电压馈送(mains voltage supply)3提供给移动运输设备的电机2。电力整形电路4被安装到变频器的DC中间电路15、安全设备10的电源电路7、AC电压电路8，并且还与逆变器5连接。安全设备的电源电路7中的电压、AC电压电路8中的电压以及电力整形电路的电压电路16中的电压是AC电压，并且电力整形电路包括H桥的控制装置，在其控制下，使得AC电压基波的频率和幅度是恒定的。在运输***的正常操作期间，电力整形电路4将电力从变频器的DC中间电路供给安全设备的电源电路以及AC电压电路。此外，电力整形电路经由逆变器5将电力供给第二能量存储部件6，在此情况下，能量存储部件充电。电源设备还包括AC/DC变换器，其将AC电压电路的电压转换成用于所述控制电压电路13的DC电压。AC电压电路的电压有效值典型地为230伏特，并且所述控制电压电路的电压有效值典型地为24伏特，因此，AC/DC变换器，除整流外，还包括斩波器，通过该斩波器降低AC电压电路的电压，以用于所述控制电压电路。电源设备还包括第一能量存储部件12，安装到所述控制电压电路；以及充电电路42，用于对该能量存储部件进行充电。第一能量存储部件12和第二能量存储部件6可以被并联安装以与所述控制电压电路连接，或者它们可以彼此独立地被安装，在此情况下，仅第一能量存储部件12被部署为连接所述控制电压电路13，并且逆变器5仅在第二能量存储部件6和电力整形电路的输出电路16之间供电。
如果电力网电压馈送停止或电力网电压因某些原因而降低太多从而不再能够为电机2或变频器1形成足够的控制电压，或者AC电压电路8的电压基波幅度不再保持恒定，则电力整形电路的H桥的控制装置38将转换开关24、25控制为不导电状态，并且经由通信信道43将控制命令发送到逆变器5，并且基于该控制命令，逆变器5开始将电力从第二能量存储部件6供给电力整形电路的变压器18的第四线圈23，并且经由变压器向上供给变频器的DC中间电路15，供给安全设备的电源电路7并且还供给AC电压电路8。
H桥的控制装置38通过电压测量装置39读取变频器的DC中间电路15的电压并且将转换开关24、25的负转换触点26和正转换触点27控制为导电状态达到预定时间40。如果中间电路电压的测量装置39显示出中间电路电压减小，则H桥的控制装置增加转换触点的导电时间40。相应地，当中间电路电压增大时，H桥的控制装置降低转换触点的导电时间40。H桥的控制装置通过改变转换触点的导电时间尽力保持AC电压电路8的基波幅度恒定，并通过变换器保持安全设备的电源电路7以及电力整形电路的电压电路16的AC电压的基波幅度恒定。
变频器1、H桥的控制装置38、AC/DC变换器9和逆变器5被安装，以在从通信信道43接收停止或启动请求时停止或启动它们的操作。此外，当每个前述设备被安装为：当检测到其操作中的故障时，将缺陷通知发送到通信信道。电梯控制***也可以装配到通信信道43，其中，电梯控制***可以通过通信信道将停止操作请求或开始操作请求发送到被装配到通信信道中的设备，并且从被装配到通信信道中的设备接收缺陷通知。
在本发明的一个实施例中，选择电力整形电路4的变压器18的第四线圈23的变压比率，从而线圈关于电压电平而匹配到与第二能量存储部件6相同的电压。在此情况下，逆变器中不需要独立的升压和降压斩波器，而是逆变器的主电路可以仅包括H桥。
图4示出AC/DC变换器的主电流电路的框图。该变换器包括装配到AC电压电路中的AC电压部分41(可以是例如用二极管实现的整流桥)、可以包括作为能量中间存储部件的扼流圈或变换器的降压斩波器45、以及还有DC电压部分28。
图5示出逆变器的主电流电路的框图。逆变器包括：DC电压部分28；可能的升压斩波器29，其可以包含扼流圈或变换器作为能量中间存储部件；以及AC电压部分，其可以是H桥。如果AC电压部分的输出电压与DC电压部分的电压电平相等，则不需要独立的升压斩波器，而是该逆变器可以仅包括H桥。在此情况下，H桥的转换开关24、25安装在DC电压部分的电压极之间，并且AC电压输出安装在转换开关的中心点37之间。
图6示出AC电压电路8的电压32和在变频器的DC中间电路15的第一较高电压处的电压基波33、以及AC电压电路的电压34和在变频器的DC中间电路的第二较低电压处的电压基波35。与在变频器的DC中间电路15的第二较低电压相比，在变频器的DC中间电路15的第一较高电压处，转换开关24、25的正转换触点27和负转换触点26的活动状态持续时间40更短。转换触点的活动状态持续时间40随着DC中间电路15的电压降低而增加，使得所述电压的基波33、35保持恒定而与变频器的DC中间电路的电压无关。
本发明不仅限于上面描述的实施例，而在由所附权利要求定义的本发明构思的范围内可以有多种变化。

Claims (12)

1、一种运输***的电源设备(14)，该电源设备包括：
-电机的电力整流器(1)，
-AC电压电路(8)，
-安全设备(10)的电源电路(7)，
-以及电力整形电路(4)，安装在电机的电力整流器的DC中间电路(15)、AC电压电路(8)和安全设备的电源电路(7)之间，
其特征在于，所述电力整形电路(4)包括：
-第一转换开关(24)和第二转换开关(25)，被安装作为电机的电力整流器(1)的DC中间电路(15)中的H桥(17)，
-以及二极管(36)，被安装作为与转换开关的负转换触点(26)和正转换触点(27)并联的反并联电路。
2、如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，所述电力整形电路还包括：变压器(18)，其包括多个线圈，其中，第一线圈(20)安装到第一和第二转换开关的中心点(37)之间的H桥(17)，第二线圈(22)安装到AC电压电路(8)，并且第三线圈(21)安装到安全设备的电源电路(7)。
3、如权利要求1或2所述的电源设备，其特征在于，所述电源设备包括H桥的控制装置(38)、以及电机的电力整流器的DC中间电路(15)的电压测量装置(39)，并且其特征在于所述控制装置被安装，以基本上与第二转换开关(25)的负转换触点同步地将H桥(17)的第一转换开关(24)的正转换触点连接为导通状态，并且基本上与第二转换开关的正转换触点同步地将第一转换开关的负转换触点连接，从而第一和第二转换开关的正转换触点(27)和负转换触点(26)根据DC中间电路的电压依次连接为导通状态达到预定可变时间(40)。
4、如权利要求3的所述电源设备，其特征在于，H桥的控制装置(38)被安装，以在电压基波(33，35)的半周期期间将第一和第二转换开关(24，25)中的正转换触点(27)和负转换触点(26)依次连接为导通状态一次。
5、如权利要求3或4所述的电源设备，其特征在于，至少350Hz适合作为电压基波(33，35)的频率。
6、如以上权利要求中任一权利要求所述的电源设备，其特征在于，所述电源设备包括：控制电压电路(13)和AC/DC变换器(9)，其安装在AC电压电路和控制电压电路之间，以将电力从AC电压电路(8)供给控制电压电路(13)。
7、如以上权利要求中任一权利要求所述的电源设备，其特征在于，所述电源设备在所述控制电压电路中至少包括第一能量存储部件(6，12)，AC/DC变换器(9)的AC电压部分(41)在AC电压电路(8)中，以及DC电压部分(28)在控制电压电路(13)中，以及特征在于AC/DC变换器被安装以将电力从AC电压电路供给控制电压电路。
8、如以上权利要求中任一权利要求所述的电源设备，其特征在于，所述电源设备包括：蓄电池和/或超级电容器(6，12)，装配到控制电压电路(13)；充电电路(42)，用于对前述蓄电池和/或超级电容器进行充电；以及逆变器(5)，控制电压电路(13)安装到其DC电压部分(28)，以及电力整形电路的变压器的第二线圈(22)安装到其AC电压部分(30)，用于将电力从控制电压电路(13)供给电力整形电路(4)。
9、如权利要求1-7中任一权利要求所述的电源设备，其特征在于，所述电力整形电路的变压器(18)包括第四线圈(23)，所述电源设备包括第二能量存储部件(6)以及逆变器(5)，与逆变器的DC电压部分(28)相连接，第二能量存储部件被安装，并且与逆变器的AC电压部分(30)相连接，变压器的第四线圈(23)被安装，以用于在能量存储部件(6)与电力整形电路之间供电。
10、如权利要求8或9所述的电力控制设备，其特征在于，所述逆变器仅包括H桥(17，30)。
11、如以上权利要求中任一权利要求所述的电源设备，其特征在于，所述电源设备包括：通信信道(43)，安装在至少电机的电力整流器(1)、H桥的控制装置(38)、AC/DC变换器(9)、逆变器(5)以及可能地所述电梯控制***之间，每个前述设备被安装，以从通信信道(43)读取启动操作命令和停止操作命令，并且根据命令来启动和停止其操作。
12、如权利要求8-11所述的电源设备，其特征在于，电机的电力整形电路(1)、H桥的控制装置(38)、AC/DC变换器(9)和逆变器(5)被安装，以便在检测到缺陷时，将故障通知发送到通信信道(43)。
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