CN205709258U - 电梯备电管理与控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电梯备电管理与控制***，包括连接电梯变频器、检测接入的市电并根据检测的结果向电梯主控板传输第一硬件信号的整流器，连接电梯变频器、为电梯***电源备电并向电梯主控板传输第二硬件信号的超级电容器装置，连接电梯变频器、驱动紧急松闸电源和电梯门机的逆变器，连接逆变器、为紧急松闸电源供电的市电备用输入接口以及接收紧急松闸电源的控制信号执行紧急松闸动作的EPO人工松闸装置。本实用新型电梯采用超级电容新备电方案更加符合大功率秒级备电需求，对紧急松闸电源进行改造，使得改造后的紧急松闸电源可以受控于主控，平层更加精确，而且可以通过EPO人工松闸装置和市电备用输入接口实现人工松闸功能。

Description

电梯备电管理与控制***

技术领域

本实用新型涉及电梯***备电方案及控制领域，特别是涉及一种电梯备电管理与控制***。

背景技术

目前市面上现有电梯备电方案主要是通过以下三个备电装置确保市电停电情况下电梯***能紧急平层，开门放人后停梯或者部件异常实施紧急救援动作。

(1)停电柜：停电柜是一个内置铅酸电池的备电装置。根据现有的备电架构分为在线式(如图1所示)和后备式(如图2所示)。市电正常的时候，停电柜内置电池充电器给电池充电，同时市电通过旁路开关(后备式停电柜)或者停电柜逆变器(在线式停电柜)输出电力给变频器供电。停电柜通过内部线路检测市电的健康度状况，如市电异常如电压过高、过低、市电缺相等，停电柜立即启动备电，同时通过信号或者通信告诉电梯主控，电梯主控接收停电柜请求后，执行电梯平层动作，同时输出信号让紧急松闸电源启动，实现平层，同时驱动门机，打开轿厢门，放出被困的乘客后实现停梯。

(2)紧急松闸电源(如图3所示)：紧急松闸电源也是一个内置铅酸电池的备电装置。当市电正常的时候，紧急松闸电源通过内置的充电器给电池充电。当市电异常的时候，紧急松闸电源通过人工控制，使得电梯能运行达到人工预设的平层高度后抱闸。

(3)无线遥监模块DTU(Data transfer unit数据传输器)：无线遥监模块也是一个内置(铅酸或者镍镉、镍氢电池、锂电池等)电池的备电装置。当市电正常的时候，DTU通过内置的充电器给电池充电。当市电异常的时候，DTU通过内置的电池实现正常的备电，达到长时间进行数据交互的目的(如图4所示)。

现有电梯***备电方案及控制***介绍如下，如图5所示：可以把电梯***电源分为动力电源和照明电源。动力电力源分别为变频器，主控开关电源、紧急松闸电源、抱闸电源、无线遥监模块等主要部件。照明电源分为电梯*** 插座、照明、视频监控等部件。目前电梯***动力设备是电机，变频器是承载电机动力和富余能量消耗的装置。根据电机富余能量的处理方式不同，市面上的变频器分为两种：一种是能馈式的变频器，一种是能耗式的变频器。下面就这两种方式进行现有电梯备电***方案及控制的具体阐述。现有能耗式变频动力的备电及控制方案：

1)市电正常的时候，***电源取电于停电柜输出电源，产生各种控制电源给电梯主控，主控开始初始化并检测各种外设，同时开启中断检测。

2)市电经过停电柜旁路开关(后备式UPS：Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply不间断电源)或者停电柜逆变器(在线式UPS)输出电能供给变频器进行电机拖动。同时市电通过停电柜内置的充电器给停电柜内内置的电池进行充电，同时停电柜对整个停电柜的电气***进行检测监控，将电池的备电能力、健康度等参数上报给电梯主控。当电梯处于制动状态时候，变频器通过自带母线的制动电阻消耗掉电机产生的富余能量。

3)紧急松闸电源取电于停电柜输出电源，市电正常的时候，通过内置的充电器进行充电，并且自我检测和监控，上报健康度情况给电梯主控，并且处于待命状态，紧急松闸电源可以通过人工进行手动操作。

4)无线遥监模块取电于市电，市电正常的时候，通过内置的充电器进行充电，并且自我检测和监控，上报健康度情况给电梯主控，并且处于热备份待命状态，无需电梯主控命令自动实现备电功能。

5)当市电出现异常，此时停电柜会检测到如输入电压过高、过低、市电缺相等，停电柜立即启动备电功能，同时将市电异常上报电梯主控，电梯主控接收到来自停电柜市电异常指令后，实现电梯的就***层，同时驱动门机打开轿厢门，释放被困的乘客后进行停梯动作。若停电柜或者其它装置异常，维护人员可以通过紧急松闸电源对被困人员实施救援动作。此时DTU模块利用自身的备用电池继续与后台进行数据交互。

能馈式变频动力的备电及控制与能耗型变频动力方案基本一致。不同点列举如下：

1)能馈式变频动力的备电及控制方案仅仅是在电梯制动情况下将电机的富 余能量反馈至电网，因此能馈式变频动力的备电及控制方案较能量消耗型的更节能。

2)因为1)的原因，能馈式变频动力的备电及控制方案较能量消耗型，需将输入的整流器换成逆变器，成本也会高很多，同时并网的软件控制和算法也更加困难。

在实现过程中，发明人发现传统技术至少存在如下问题：

首先普通电池无法满足电梯***备电功率大、时间短的特点。其次电梯***对运行的实时性要求很高，可靠性要求更高，当市电处于异常情况，由于电池充电需要较长的时间，短的可能持续几个小时，长的可能持续数十个小时，此期间电梯***实际运行上是不可靠的，市电异常时可能会出现停梯困人的风险。由于电池寿命受温度影响较大，同时由于电池存储的能量较多，且电池能量输出具有不可控的性质，可能会起火引起火灾，因此对于电梯***的安全可靠性有重大影响。另外电池属于易损件，是整个电梯部件的短板，维护起来十分麻烦。传统技术需要两套抱闸电源(紧急松闸电源和抱闸电源)，易造成资源和成本浪费。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统电梯运行***中备电方案安全可靠性差且成本高的问题，提供一种电梯备电管理与控制***。

为了实现上述目的，本实用新型技术方案的实施例为：

提供了一种电梯备电管理与控制***，包括连接电梯变频器、检测接入的市电并根据检测的结果向电梯主控板传输第一硬件信号的整流器，连接电梯变频器、为电梯***电源备电并向电梯主控板传输第二硬件信号的超级电容器装置，连接电梯变频器、驱动紧急松闸电源和电梯门机的逆变器，连接逆变器、为紧急松闸电源供电的市电备用输入接口以及接收紧急松闸电源的控制信号执行紧急松闸动作的EPO人工松闸装置。

上述技术方案具有如下有益效果：

本实用新型电梯备电管理与控制***，采用超级电容新备电方案更加符合 现有电梯的备电特点：大功率秒级备电需求。超级电容备电方案充电时间优于电池千百倍，***时刻运行于高效可靠模式。超级电容器重放电次数可以达到10万次以上，维护操作较原先电池有明显的优势，且没有任何环境污染和回收问题。本实用新型将抱闸电源和紧急松闸电源功能合并，对紧急松闸电源进行改造，使得改造后的紧急松闸电源可以受控于主控，平层更加精确，而且可以通过EPO人工松闸装置和市电备用输入接口实现人工松闸功能。

附图说明

通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1为传统技术中后备式停电柜供电***示意图；

图2为传统技术中在线式停电柜供电***示意图；

图3为传统技术中紧急松闸电源工作示意图；

图4为传统技术中DTU工作示意图；

图5为传统电梯备电方案及控制***示意图；

图6为本实用新型电梯备电管理与控制***实施例1的结构示意图；

图7为本实用新型电梯备电管理与控制***实施例1中超级电容器装置的结构示意图；

图8为本实用新型电梯备电管理与控制***实施例1中紧急松闸电源的工作示意图；

图9为本实用新型电梯备电管理与控制***一具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施 例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型电梯备电管理与控制***实施例1：

为了解决传统电梯运行***中备电方案安全可靠性差且成本高的问题，本实用新型提供了一种电梯备电管理与控制***实施例1；图6为本实用新型电梯备电管理与控制***实施例1的结构示意图；如图6所示，电梯备电管理与控制***实施例1可以包括：

连接电梯变频器660、检测接入的市电并根据检测的结果向电梯主控板670传输第一硬件信号的整流器610，连接电梯变频器660、为电梯***电源672备电并向电梯主控板670传输第二硬件信号的超级电容器装置620，连接电梯变频器660、驱动紧急松闸电源680和电梯门机690的逆变器630，连接逆变器630、为紧急松闸电源680供电的市电备用输入接口640以及接收紧急松闸电源680的控制信号执行紧急松闸动作的EPO(Emergency Power Operation：紧急电源操作)人工松闸装置650。

具体而言，基于传统电梯***备电方案的确定，本实用新型提出了一种综合成本和可靠性要求的全新的电梯***备电方案和控制***的实施例。本实用新型对整个电梯***备电方案的架构进行了改造，首先取消原有电梯***的停电柜部件，通过整流器对三相市电进行整流，取消原有变频器输入整流器，保留变频器其它部分。三相整流器需集成市电检测功能(输入电压过高、过低、缺相等)，并且通过硬件信号送给主控。本实用新型可以通过整流器实现整个***的模块化，方便了管理和维护。

在一个具体的实施例中，图7为本实用新型电梯备电管理与控制***实施 例1中超级电容器装置的结构示意图；如图7所示，超级电容器装置620可以包括超级电容器组、连接超级电容器组的DC-DC变换器、连接DC-DC变换器的合路装置、将监控到的超级电容器装置620的状态及保护信息同步到电梯主控板的超级电容组控制器以及纠正超级电容器组之间压差的均压装置。

具体而言，本实用新型的超级电容器装置，除DTU外，整个电梯***的备电能量来源全部来源于此超级电容器装置。超级电容器装置技术实现如下：超级电容器备电装置通过变频器母线端子接口挂接于变频器输入母线电容上，超级电容器装置包含两个DC-DC变换器、均压装置、放电管和放电电阻、超级电容组控制器以及和主控进行通信的接口和硬件信号。

在一个具体示例中，上述硬件信号至少可以包含如下内容：

在位信号：超级电容器组健康度状况异常、没有连接、接触不良等情况应该通过硬件信号和软件通信上报电梯主控备电***异常，提示进行紧急处理。

寿命信号：超级电容需集成容量计算方法，并且对容量进行预估；当容量小于***需求量的1.05倍时，需告警，并且上报主控提示进行模块更换动作。

故障信号：超级电容器健康度出现异常，需通过硬件上报故障信号给主控，同时通过超级电容器控制器通过通信上报主控***具体的故障类型：如超压、欠压、过温、过流、低温、超级电容器消耗电阻损坏等等。

通信接口：超级电容器组控制器与主控之间的信息交互通道。

启动制动信号：如果超级电容器未接或者出现超级电容器组消耗电阻异常，通知主控需打开变频器母线的制动管，保证超级电容器组在备件更换申领期间***的可靠运行。

在一个具体的实施例中，DC-DC(DC-DC converter)变换器包括连接电梯变频器、在电梯处于制动状态时给超级电容器组充电的DC-DC降压变换器以及连接合路装置、在电梯处于加速状态时通过合路装置补充电梯变频器的母线电容能量的DC-DC升压变换器。

在一个具体的实施例中，合路装置为无源的二极管合路、有源的MOS(绝缘栅型场效应管)管合路或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)合路。

在一个具体的实施例中，超级电容器装置620还包括容量计算器。

在一个具体的实施例中，超级电容器装置620还包括根据超级电容组控制器的控制信号进行放电动作的放电装置，以及连接电梯主控板的通信接口；上述放电装置包括放电管和放电电阻。

具体而言，为了进一步说明本实用新型的技术方案，对本实用新型实施例中的超级电容器装置的工作原理进行介绍：

如图7所示，超级电容器取电于变频器母线电容，当电梯处于制动状态时候，DC/DC降压变换器工作，把540V的母线电压降至150V，通过限流方式给超级电容器组充电，此时DC/DC升压变换器没有开启；当电梯处于加速状态时候，DC/DC降压变换器工作停止工作，DC/DC升压变换器开始工作，将超级电容组150V电压抬升至550V，并且通过合路装置补充变频器母线电容能量。超级电容器装置包含控制器，可以实现与主控的通信，把自身监控到的超级电容器装置各种状态及保护信息同步到主控器。超级电容器装置包含均压装置，可以通过均压装置纠正电容器组之间的压差，保证超级电容器组的可靠性。超级电容器装置包含放电管和放电电阻器，当超级电容充限电压达到设定值170V，超级电容器装置控制器强制打开放电管，消耗多余能量，保证超级电容器组安全可靠，同时上报主控***超级电容器出现过压情况，主控在电梯制动状态下，强制打开制动管，保证电梯***的可靠运行。超级电容器装置包含合路装置，合路装置可以使用无源的二极管合路或者有源的MOS管或者IGBT合路。超级电容器装置内置容量计算器，当容量不满足***备电要求时，需上报主控提示更换，避免出现停梯困人紧急救援情况发生。

为最大限度增加超级电容的寿命，可以对超级电容的充电器设置了动态充电控制方法：超级电容放电计算出来的容量与***的容量计算比对，***通过设定超级电容器满足容量要求的阈值：设定值为大于***容量的110％，超级电容器MCU(微控制单元：Microcontroller Unit)通过容量值反推计算每节超级电容器最低充限电压值，转化成超级电容充限电压运放的比较基准值，同时通过驱动自身的MCU D/A模块(将数字信号转换为模拟信号)，输出对应的D/A值设定超级电容器的充限电压，从而动态调节超级电容的充限电压。单节超级电 容动态充电电压***设置区间为2.0～2.5V，过压保护点为2.85V。

在一个具体的实施例中，超级电容器装置620、逆变器通过电梯变频器660的母线端子接口挂接在电梯变频器660的输入母线电容上。具体而言，逆变器可以通过变频器母线端子接口挂接于变频器输入母线电容上，此逆变装置可以作为紧急松闸电源和门机的动力源。

在一个具体的实施例中，还包括与电梯变频器660连接的制动管、制动电阻。具体而言，为了安规要求和工程操作人员人身安全，能馈式变频器需额外再设置(连接)制动管和制动电阻，以便在异常情况下能及时把母线电容残余电荷放空。

在一个具体的实施例中，EPO人工松闸装置650为短接后EPO信号接地的两端口接线柱端子。图8为本实用新型电梯备电管理与控制***实施例1中紧急松闸电源的工作示意图；如图8所示，具体而言，本实用新型取消了传统技术中的抱闸电源，并对紧急松闸电源进行改造；紧急松闸电源仅保留抱闸回路，原有抱闸电源内置充电器及其控制部分全部取消。同时设置220VAC备用电输入接口和紧急松闸电源人工松闸信号EPO装置。EPO装置可以为一个两端口的接线柱端子，短接后EPO信号为低(接地)。紧急松闸电源在市电异常情况下，可以从备用电220VAC取电，同时将EPO装置用跳线短接，即可实现紧急松闸动作。

在一个具体的实施例中，逆变器630为220VAC输出的逆变器；市电备用输入接口640为220VAC备用电输入接口。

本实用新型电梯备电管理与控制***实施例1，采用超级电容新备电方案更加符合现有电梯的备电特点：大功率秒级备电需求。超级电容备电方案充电时间优于电池千百倍，***时刻运行于高效可靠模式。超级电容器重放电次数可以达到10万次以上，维护操作较原先电池有明显的优势，且没有任何环境污染和回收问题。本实用新型将抱闸电源和紧急松闸电源功能合并，对紧急松闸电源进行改造，使得改造后的紧急松闸电源可以受控于主控，平层更加精确，而且可以通过EPO人工松闸装置和市电备用输入接口实现人工松闸功能。

本实用新型电梯备电管理与控制***一具体实施例：

为了进一步阐述本实用新型的技术方案，同时为了解决传统电梯运行***中备电方案安全可靠性差且成本高的问题，本实用新型还提供了一种电梯备电管理与控制***一具体实施例；图9为本实用新型电梯备电管理与控制***一具体实施例的结构示意图。如图9所示，通过本实用新型的整个技术方案可以实现的备电及控制过程如下：

市电正常时候，蓄电过程：首次运行，***上电运行后，市电经过整流器给变频器提供动力电源。变频器母线升高至540V左右，与此同时超级电容组装置通过自身内置的充电器DC-DC降压至150V限流给超级电容器充电，如果此时电梯正好运行于制动状态，那么超级电容器备电装置关闭，充电装置继续开启蓄电，使得母线电压稳定在540V左右。同时220V逆变器开启，紧急松闸电源和门机电源正常启动，且紧急松闸电源处于待命状态。备电过程：当电梯处于加速状态时候，超级电容器充电器关闭，打开超级电容器备电装置，通过DC-DC升压变换器，将超级电容电压由150V抬升至550V，并且通过合路装置限流补充变频器BUS电容能量。合路装置可以采用无源二极管进行合路或者有源MOS管或者IGBT进行合路。正常运行后，电梯处于制动状态，超级电容器充电器打开，备电装置关闭，实现蓄电；当电梯处于加速状态，超级电容器充电器关闭，备电装置打开，实现备电。

市电异常时候备电过程：整流器将市电异常，如缺相、低压过着过压的情况通过硬件信号传递给主控，主控接收到信号，立刻开启紧急松闸电源，同时就***层，打开轿厢门，放人后停梯处理。若超级电容器故障、变频器或者其他部件发生故障，紧急松闸电源可以通过备用电220V输入接口，同时短接EPO端子实现人工松闸动作，实现紧急救援。

因DTU需长时间与后台进行数据交互，DTU装置供电及备电方式与原***保持一致。

采用本实用新型的技术方案：

1)采用超级电容新备电方案更加符合现有电梯的备电特点：大功率秒级备电需求。

2)超级电容备电方案充电时间优于电池千百倍，***时刻运行于高效可靠 模式，用户体验度更好。

3)超级电容器重放电次数可以达到10万次以上，维护操作较原先电池有明显的优势，且没有任何环境污染和回收问题。

4)将原先的抱闸电源和紧急松闸电源功能合并，紧急松闸电源改造后可以受控于主控，平层更加精确，而且通过设置EPO短接端子和220V备用电接口，依然可以实现人工松闸功能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电梯备电管理与控制***，其特征在于，包括连接电梯变频器、检测接入的市电并根据所述检测的结果向电梯主控板传输第一硬件信号的整流器，连接所述电梯变频器、为电梯***电源备电并向所述电梯主控板传输第二硬件信号的超级电容器装置，连接所述电梯变频器、驱动紧急松闸电源和电梯门机的逆变器，连接所述逆变器、为所述紧急松闸电源供电的市电备用输入接口，以及接收所述紧急松闸电源的控制信号执行紧急松闸动作的EPO人工松闸装置。

2.根据权利要求1所述的电梯备电管理与控制***，其特征在于，所述超级电容器装置包括超级电容器组、连接所述超级电容器组的DC-DC变换器、连接所述DC-DC变换器的合路装置、将监控到的所述超级电容器装置的状态及保护信息同步到所述电梯主控板的超级电容组控制器，以及纠正所述超级电容器组之间压差的均压装置。

3.根据权利要求2所述的电梯备电管理与控制***，其特征在于，所述DC-DC变换器包括：连接所述电梯变频器、在电梯处于制动状态时给所述超级电容器组充电的DC-DC降压变换器，以及连接所述合路装置、在电梯处于加速状态时通过所述合路装置补充所述电梯变频器的母线电容能量的DC-DC升压变换器。

4.根据权利要求2所述的电梯备电管理与控制***，其特征在于，所述合路装置为无源的二极管合路、有源的MOS管合路或IGBT合路。

5.根据权利要求2所述的电梯备电管理与控制***，其特征在于，所述超级电容器装置还包括容量计算器。

6.根据权利要求2所述的电梯备电管理与控制***，其特征在于，所述超级电容器装置还包括根据所述超级电容组控制器的控制信号进行放电动作的放电装置，以及连接所述电梯主控板的通信接口；所述放电装置包括放电管和放电电阻。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的电梯备电管理与控制***，其特征在于，所述超级电容器装置、所述逆变器通过所述电梯变频器的母线端子接口挂接在所述电梯变频器的输入母线电容上。

8.根据权利要求1至6任意一项所述的电梯备电管理与控制***，其特征在于，还包括与所述电梯变频器连接的制动管、制动电阻。

9.根据权利要求1至6任意一项所述的电梯备电管理与控制***，其特征在于，所述EPO人工松闸装置为短接后EPO信号接地的两端口接线柱端子。

10.根据权利要求1至6任意一项所述的电梯备电管理与控制***，其特征在于，所述逆变器为220VAC输出的逆变器；所述市电备用输入接口为220VAC备用电输入接口。