CN210007403U - 一种基于单片机的电梯能量回馈电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于单片机的电梯能量回馈电路，连接于电网与电梯制动单元之间，所述电梯制动单元包括电梯变频器和电梯曳引机，所述电梯变频器包括电连接的整流模块、直流母线和逆变模块。本实用新型采用超级电容和蓄电池组作为混合储能装置，通过检测变频器直流母线上电压泵升或者跌落，使用单片机控制超级电容和蓄电池组进行充放电操作，从而简化了控制方法。另外，当检测到超级电容和蓄电池组电能充满后，电梯依旧在发电状态，则会将电梯回馈能量直接通入三相IGBT逆变桥电路中，变成交流电能回送电网，从而避免了能量的浪费，提高电梯回馈能量的利用率。

Description

一种基于单片机的电梯能量回馈电路及装置

技术领域

本实用新型属于能量回馈研究领域，具体涉及一种基于单片机的电梯能量回馈电路及装置。

背景技术

电梯作为高层建筑的重要高效运输设备，渐渐成为除空调之外的第二大用电设备。现国家大力提倡建立节能型社会，而国内在用电梯90%以上为非节能型电梯。非节能型电梯采用能耗制动方式，即外接制动电阻将电能消耗掉，会使制动电阻迅速升温冒烟甚至发红，致使机房环境温度升高，长时间会影响机房内其他设备的正常运行。因此，如果将电梯运行时产生的能量，通过能量回馈装置存储起来或回馈到电网中，一般节电率可达 25%～45% 。此外，由于无制动电阻等散热元件，机房温度下降，可以减少机房空调的制冷运行时间，间接减少了空调的用电量，可认为是另一种节能方式。据统计，每台电梯平均日耗电量约为 30kWH, 截至2016年底，全国仅电梯的日耗电量为1.4亿kWH，其中有20% ～30%电量消耗于制动电阻。

目前，电梯能量回馈技术主要有三种。第一种是电梯变频器的整流模块采用可控整流模块代替不可控整流模块，实现能量的双向流动。第二种是将逆变器作为一个独立单元并联在变频器直流母线侧，利用外挂的能量回馈装置将回馈能量回送电网。第三种是采用回馈能量存储技术，将回馈能量存储于锂离子电池或超级电容器等储能元件中，当电梯曳引机工作于电动状态时，储能元件释放能量，从而达到节能的目的。其相关专利文献如下：

1、专利号：201220106528.3，实用新型名称：一种电梯能量回馈装置，该装置包括正极电源连接端、负极连接端、负极电源连接端、充电电路、储能电容器、逆变电路、高频高压器和高频整流电路。该装置具有结构简单、可靠性高、制造成本低和能量直接回馈电网时对电网不会有谐波污染的优点。但是该装置与电梯直流母线之间缺少检测电路，无法判断直流母线电压是否到达阈值，进而控制该装置实现充电或放电操作，且该装置与电梯直流母线之间缺少控制开关，当直流母线电压在正常范围内，该能量回馈装置依然在工作，增大电网负载。

2、专利号：201620740979.0，实用新型名称：一种隔离型电梯能量回馈装置，装置包括 ：防返充二极管（12）、稳压电容C2（7）、三相桥式全控逆变模块（8）、三相蓄电池模块（9）、ATSE自投自复型自动转换开关（10），其中，稳压电容C2（7）与电梯变频器（1）的直流侧以及三相桥式全控逆变模块（8）的输入端相接；三相桥式全控逆变模块（8）的输出端与三相蓄电池模块的输入端（9）相接；ATSE自投自复型自动转换开关（10）的常用电源端口与三相蓄电池模块（9）的输出端相连，ATSE自投自复型自动转换开关（10）的备用电源端口与三相市电相连，ATSE自投自复型自动转换开关（10）的输出端口接到电梯轿厢内的普通用电设备（11），实现了装置成本较低，安全性较高的技术效果。但是该装置使用的储能元件三相蓄电池模块（9），蓄电池充放电所使用的直接电能为直流电能，而该装置的三相蓄电池模块（9）的输入端和输出端均为三相交流电能，因此其蓄电池模块的充放电过程还需要进行电力变换，过程较为复杂；另外，该装置的工作原理中电梯工作优先使用三相蓄电池模块（9）中的电能，当三相蓄电池模块（9）的电压不足时，才会使用市电供电，因此该装置欠缺电梯事故紧急救援功能。

3、专利号：201220171629.9，实用新型名称：电梯回馈能量再利用装置，该装置包括电能通路、开关、信号检测部分、控制器和负载，该装置可以将电梯在发电状态时回馈给直流母线的电能直接用于加热水，从而实现节能。该装置的特点是将电梯回馈能量直接用于加热水，但是电梯正常工作过程中，只有轻载上行和重载下行时才会产生回馈能量，因此该装置加热水的过程是断续的，加热效果不好。

4、申请号：201710608847 .1，发明名称：超级电容和蓄电池组混合储能电梯的能量控制方法及装置，该技术采用超级电容和蓄电池组对电梯的回馈能量进行混合储能，并控制能量流动路径，分配混合储能装置储能大小，优化回馈能量的管理结构。该技术虽然能够对电梯回馈能量进行有效管理和利用，但需要与电梯曳引控制相结合，预估电梯能量流向，控制方法较为复杂。另外，当超级电容和蓄电池组电能充满后，电梯依旧在发电状态，就会开启泄放电路，耗散多余能量，因此有部分能量会被浪费掉。

5、专利号：201110414092.4，发明名称：基于超级电容的电梯制动能量回馈与控制***，该发明包括超级电容储能模块、双向DC-DC变换器、能量回馈控制芯片、第一硬件保护模块、第二硬件保护模块，该发明有效的保护超级电容模块，保证其恒压放电，保护超级电容模块的安全。该装置的双向DC/DC变换器采用电流可逆斩波电路，该电路虽然也能实现电流可逆流动，完成超级电容的充放电过程，但与本实用新型采用的三相三重电流可逆斩波电路相比，本实用新型的三相三重电流可逆斩波电路具有备用功能，可靠性更高；另外，当该装置的超级电容充电至额定电压后，便会切断充电回路，将直流母线上的多余能量接入第一硬件保护模块，将多余能量通过电阻消耗掉，因此部分能量会被浪费。

发明内容

本实用新型的目的是解决上述技术问题，提供一种能减少电网谐波污染、控制方法简单以及有停电应急功能的基于单片机的电梯能量回馈电路及装置。采用超级电容和蓄电池组作为混合储能装置，通过检测变频器直流母线上电压泵升或者跌落，使用单片机控制超级电容和蓄电池组进行充放电操作，从而简化了控制方法。另外，当检测到超级电容和蓄电池组电能充满后，电梯依旧在发电状态，则会将电梯回馈能量直接通入三相IGBT逆变桥电路中，变成交流电能回送电网，从而避免了能量的浪费，提高电梯回馈能量的利用率。

为实现上述的目的，本实用新型的技术方案为：

一种基于单片机的电梯能量回馈电路，连接于电网与电梯制动单元之间，所述电梯制动单元包括电梯变频器和电梯曳引机，所述电梯变频器包括电连接的整流模块、直流母线和逆变模块，所述电路还包括主电路和控制电路，所述主电路包括：

将电梯回馈的能量进行存储和释放的混合储能装置；

实现直流电能双向流动、具有升降压双向变换功能的双向DC/DC变换电路，双向DC/DC变换电路一端连接直流母线，另一端连接混合储能装置；

根据驱动信号将直流电能转换为交流电能反馈给电网实现能量回馈的三相IGBT逆变桥电路，三相IGBT逆变桥电路一端连接直流母线，另一端连接电网；

所述控制电路包括：

用于检测直流母线电压、检测混合储能装置电压以及将直流母线电压和混合储能装置电压输送至AD转换电路的电压检测电路，电压检测电路一端分别连接直流母线和混合储能装置，另一端连接AD转换电路；

通过判定直流母线电压以及混合储能装置电压的数值情况，将电压检测电路的模拟信号转换为数字信号向单片机控制电路反馈信息的AD转换电路，AD转换电路一端连接电压检测电路，另一端连接单片机控制电路；

用于控制各个直流接触器常开触点的吸合与断开、控制PWM调制电路以及控制SVPWM调制电路的单片机控制电路,单片机控制电路输入端连接AD转换电路，输出端连接PWM调制电路、SVPWM调制电路以及直流接触器的线圈；

用于接收来自单片机的控制信号，并产生相应PWM波，从而触发导通和关断双向DC/DC变换电路中的IGBT的PWM调制电路,PWM调制电路一端连接单片机控制电路，另一端连接双向DC/DC变换电路；

用于控制直流电路通断的直流接触器，直流接触器分别设在双向DC/DC变换电路、三相IGBT逆变桥电路与直流母线的连接电路上；

用于接收来自单片机的控制信号，并产生相应SVPWM波，从而触发导通和关断三相IGBT逆变桥电路中的IGBT的SVPWM调制电路，SVPWM调制电路一端连接单片机控制电路，另一端连接三相IGBT逆变桥电路。

作为进一步的技术方案，以上所述双向DC/DC变换电路包括双向DC/DC变换电路1和双向DC/DC变换电路2，所述混合储能装置包括超级电容和蓄电池，所述双向DC/DC变换电路1一端连接直流母线，另一端连接超级电容；所述双向DC/DC变换电路2一端连接直流母线，另一端连接蓄电池。

作为进一步的技术方案，以上所述双向DC/DC变换电路1由6个IGBT、6个二极管、4个电感、3个电阻和2个电容组成，6个IGBT每两个一组接成3个桥臂，上桥臂IGBT的发射极与下桥臂IGBT的集电极相连，上桥臂的3个IGBT共集电极连接，下桥臂的3个IGBT共发射极连接，每个IGBT反向并联1个二极管；共集电极端通过一个电感连接到KM2的常开触点，再通过KM1连接到直流母线的正母线上，共发射极端直接连接到KM2是另一常开触点，再通过KM1连接到直流母线的负母线上；其中一个电容连接在共集电极端与共发射极端之间；每个桥臂的IGBT之间引出一条线连接一个电感和一个电阻，3个电阻的右端接在一起形成公共端，另一个电容的一端连接所述公共端，另一端连接共发射极端；超级电容并联在所述另一个电容两端。

作为进一步的技术方案，以上所述双向DC/DC变换电路2由6个IGBT、6个二极管、4个电感、3个电阻和2个电容组成，6个IGBT每两个一组接成3个桥臂，上桥臂IGBT的发射极与下桥臂IGBT的集电极相连，上桥臂的3个IGBT共集电极连接，下桥臂的3个IGBT共发射极连接，每个IGBT反向并联1个二极管；共集电极端通过一个电感连接到KM3的常开触点，再通过KM1连接到直流母线的正母线上，共发射极端直接连接到KM3是另一常开触点，再通过KM1连接到直流母线的负母线上；其中一个电容连接在共集电极端与共发射极端之间；每个桥臂的IGBT之间引出一条线连接一个电感和一个电阻，3个电阻的右端接在一起形成公共端，另一个电容的一端连接所述公共端，另一端连接共发射极端；蓄电池并联在所述另一个电容两端。

作为进一步的技术方案，以上所述电压检测电路包括电压检测电路1、电压检测电路2和电压检测电路3，所述AD转换电路包括AD转换电路1、AD转换电路2和AD转换电路3；所述电压检测电路1一端连接直流母线，另一端连接AD转换电路1，所述AD转换电路1一端连接电压检测电路1，另一端连接单片机控制电路的输入端；所述电压检测电路2一端连接超级电容器，另一端连接AD转换电路2，所述AD转换电路2一端连接电压检测电路2，另一端连接单片机控制电路的输入端；所述电压检测电路3一端连接蓄电池，另一端连接AD转换电路3，所述AD转换电路3一端连接电压检测电路3，另一端连接单片机控制电路的输入端。

作为进一步的技术方案，以上所述直流接触器包括编号为KM1、KM2、KM3和KM4的直流接触器，所述KM1一端连接直流母线，另一端分别连接KM2、KM3和KM4；所述KM2的一端连接KM1，另一端连接双向DC/DC变换电路1；所述KM3的一端连接KM1，另一端连接双向DC/DC变换电路2；所述KM4的一端连接KM1，另一端连接三相IGBT逆变桥电路。

作为进一步的技术方案，以上所述单片机采用STM32单片机。

一种基于单片机的电梯能量回馈装置，所述电梯能量回馈装置包括如上所述的电梯能量回馈电路。

本实用新型各个电路模块的作用为：

1. 双向DC/DC变换电路

双向DC/DC变换电路一端通过连接变频器的直流母线，另一端通过连接超级电容器或蓄电池组。当直流母线电压泵升时，电梯回馈能量可通过双向DC/DC变换电路向超级电容器或蓄电池组充电。当直流母线电压跌落时，超级电容器或蓄电池组可通过双向DC/DC变换电路向直流母线放电。

2. 三相IGBT逆变桥电路

三相IGBT逆变桥电路一端连接直流母线，另一端连接电网。当超级电容器和蓄电池组都充满电后，电梯曳引机仍处于发电状态时，断开超级电容器和蓄电池组的连接开关，闭合三相IGBT逆变桥电路与直流母线的连接开关，此时三相IGBT逆变桥电路便会将电梯回馈的直流电能逆变成三相交流电能，并回送给电网。

3. 电压检测电路

电压检测电路共有三个。电压检测电路1一端连接直流母线，用于检测直流母线电压大小，另一端连接AD转换电路1，将直流母线电压输送到AD转换电路1中。电压检测电路2一端连接超级电容器，用于检测超级电容器端电压大小，另一端连接AD转换电路2，将超级电容器端电压输送到AD转换电路2中。电压检测电路3一端连接蓄电池组，用于蓄电池组端电压大小，另一端连接AD转换电路3，将蓄电池组端电压输送到AD转换电路1中。

4. AD转换电路

AD转换电路一端连接电压检测电路，另一端连接单片机控制电路，AD转换电路共有三个。AD转换电路1用于判定直流母线电压是否在正常范围内，当母线电压高于上限值或低于下限值时，AD转换电路1便会给单片机控制电路输入高电平，否则输入低电平。AD转换电路2用于判定超级电容器端电压是否在正常范围内，当超级电容器端电压高于上限值时，说明超级电容器已充满电，此时AD转换电路2就会给单片机控制电路高电平，否则输入低电平。AD转换电路3用于判定蓄电池组端电压是否在正常范围内，当蓄电池组端电压高于上限值时，说明蓄电池组已充满电，此时AD转换电路3就会给单片机控制电路高电平，否则输入低电平。

5. 单片机控制电路

单片机控制电路输入端连接的是三个AD转换电路，输出端连接的是PWM调制电路、SVPWM调制电路以及四个直流接触器的线圈。单片机控制电路用于处理电梯能量回馈装置的逻辑关系，从而控制各个接触器常开触点的吸合与断开，控制PWM调制电路产生所需PWM波，实现超级电容器和蓄电池组的充放电，控制SVPWM调制电路产生所需PWM波，实现三相IGBT逆变桥电路的电能变换。

6. PWM调制电路和SVPWM调制电路

PWM调制电路一端连接单片机控制电路，另一端连接双向DC/DC变换电路，用于接收来自单片机的控制信号，并产生相应PWM波，从而触发导通和关断双向DC/DC变换电路中的IGBT。SVPWM调制电路一端连接单片机控制电路，另一端连接三相IGBT逆变桥电路，用于接收来自单片机的控制信号，并产生相应SVPWM波，从而触发导通和关断三相IGBT逆变桥电路中的IGBT。

电梯能量回馈装置的主要工作原理为：

1. 当直流母线电压高于上限值时，先判断超级电容器端电压是否高于上限值。若超级电容器端电压在正常范围内，则单片机控制直流接触器KM1和KM2线圈得电，使KM1和KM2的常开触点吸合，并控制PWM调制电路产生相应PWM波，使得直流母线能通过双向DC/DC变换电路1给超级电容器充电。

2. 若超级电容器端电压高于上限值，则判断蓄电池组端电压是否高于上限值。若蓄电池组端电压在正常范围内，则单片机控制接触器KM1和KM3线圈得电，使KM1和KM3的常开触点吸合，并控制PWM调制电路产生相应PWM波，使得直流母线能通过双向DC/DC变换电路给蓄电池组充电。

3. 若蓄电池组端电压高于上限值，则单片机控制接触器KM1和KM4线圈得电，使KM1和KM4的常开触点吸合，并控制SVPWM调制电路产生相应SVPWM波，使得直流母线上的再生直流电能可以通过三相IGBT逆变桥电路转换成与电网同频率的三相交流电能，并回送给电网。

4. 当直流母线电压低于下限值时，单片机首先控制接触器KM1和KM2线圈得电，使KM1和KM2的常开触点吸合，并控制PWM调制电路产生相应PWM波，使得超级电容器能通过双向DC/DC变换电路1给直流母线充电。若超级电容器的电能已全部放出，直流母线电压仍然低于下限值，单片机控制接触器KM2线圈失电、接触器KM3线圈得电，使KM2的常开触点断开、KM3的常开触点吸合，从而改由蓄电池组通过双向DC/DC变换电路2给直流母线充电。

5. 当直流母线电压在正常范围内时，单片机控制所有接触器线圈失电，所有接触器的常开触点处于断开状态。

本实用新型中，三相IGBT逆变桥电路、AD转换电路、电压检测电路、PWM调制电路和SVPWM调制电路均为常规电路，因此不进行详细的电路图描述。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1. 本实用新型的双向DC/DC变换电路采用三重三相电流可逆斩波电路，该电路由6个IGBT、6个二极管、4个电感、3个电阻和2个电容组成，可实现超级电容器和蓄电池组的充放电功能。另外，采用三重三相电流可逆斩波电路可使平波电抗器的总重量大为减轻，直流母线侧和混合储能装置侧都具备LC滤波作用。同时三重三相电流可逆斩波电路还具有备用功能，三个电流可逆斩波电路互为备用，万一某个电流可逆斩波电路发生故障，其余各电流可逆斩波电路可以继续运行，提高***可靠性。

2. 本实用新型的三相IGBT逆变桥电路的控制采用空间矢量PWM控制技术（SVPWM）。在交流电动机的控制中，最终目的并非使输出电压为正弦波，而是使电动机的磁链成为圆形的旋转磁场，从而使电动机产生恒定的电磁转矩。SVPWM主要是依据空间电压矢量转换来实现对三相IGBT逆变桥电路的合理控制，这种控制方式可以有效提高逆变电路对直流电压的利用率，以及减少谐波，从而减少电网的谐波污染。

3. 本实用新型设计的电梯能量回馈装置采用单片机进行整个***的逻辑运算及控制，设计单片机程序，实现***对电梯再生能量的存储、变换和管理等功能。另外，本电梯能量回馈装置同时采用了能量存储技术和能量回馈技术两种方法对电梯再生能量进行管理，优先将能量存入超级电容器，再存入蓄电池组，多余的能量最后通过三相IGBT逆变桥电路回送电网，释放能量时优先释放超级电容器的能量，再释放蓄电池组的能量。

4. 本实用新型设计的电梯能量回馈装置具备停电应急功能，当发生停电事故时，可释放超级电容器和蓄电池组中的能量，使电梯就***层，释放轿厢中的乘客，减少电梯事故的发生。

附图说明

图1为本实用新型一种基于单片机的电梯能量回馈电路的总体结构图；

图2为本实用新型的双向DC/DC变换电路的电路图；

图3为本实用新型AD转换电路的电路图。

附图标记：1-电网，2-电梯变频器，2.1-整流模块，2.2-直流母线，2.3-逆变模块，3-电梯曳引机，4-超级电容，5-双向DC/DC变换电路1，6-电压检测电路1，7-三相IGBT逆变桥电路，8-SVPWM调制电路，9-AD转换电路1，10-单片机控制电路，11-PWM调制电路，12-AD转换电路2，13- AD转换电路3，14-双向DC/DC变换电路2，15-蓄电池，16-电压检测电路2，17-电压检测电路3；

V1、V2、V3、V4、V5、V6- IGBT（绝缘栅双极型晶体管）；

VD1、VD2、 VD3、 VD4、 VD5、VD6-二极管；

L1、L2、L3、L4-电感；

R1、R2、R3-电阻；

C1、C2-电容。

具体实施方式

下面结合实施案例对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式并不局限于实施例表示的范围。

一种基于单片机的电梯能量回馈电路，连接于电网1与电梯制动单元之间，电梯制动单元包括电梯变频器2和电梯曳引机3，电梯变频器2包括电连接的整流模块2.1、直流母线2.2和逆变模块2.3，电路还包括主电路和控制电路，主电路包括：

将电梯回馈的能量进行存储和释放的混合储能装置；

实现直流电能双向流动、具有升降压双向变换功能的双向DC/DC变换电路，双向DC/DC变换电路一端连接直流母线2.2，另一端连接混合储能装置；

根据驱动信号将直流电能转换为交流电能反馈给电网1实现能量回馈的三相IGBT逆变桥电路7，三相IGBT逆变桥电路7一端连接直流母线2.2，另一端连接电网1；

控制电路包括：

用于检测直流母线2.2电压、检测混合储能装置电压以及将直流母线2.2电压和混合储能装置电压输送至AD转换电路的电压检测电路，电压检测电路一端分别连接直流母线2.2和混合储能装置，另一端连接AD转换电路；

通过判定直流母线2.2电压以及混合储能装置电压的数值情况，将电压检测电路的模拟信号转换为数字信号向单片机控制电路反馈信息的AD转换电路，AD转换电路一端连接电压检测电路，另一端连接单片机控制电路10；

用于控制各个直流接触器常开触点的吸合与断开、控制PWM调制电路11以及控制SVPWM调制电路8的单片机控制电路10,单片机控制电路10输入端连接AD转换电路，输出端连接PWM调制电路11、SVPWM调制电路8以及直流接触器的线圈；

用于接收来自单片机的控制信号，并产生相应PWM波，从而触发导通和关断双向DC/DC变换电路中的IGBT的PWM调制电路11,PWM调制电路11一端连接单片机控制电路10，另一端连接双向DC/DC变换电路；

用于控制直流电路通断的直流接触器，直流接触器分别设在双向DC/DC变换电路、三相IGBT逆变桥电路7与直流母线2.2的连接电路上；

用于接收来自单片机的控制信号，并产生相应SVPWM波，从而触发导通和关断三相IGBT逆变桥电路7中的IGBT的SVPWM调制电路118，SVPWM调制电路11一端连接单片机控制电路10，另一端连接三相IGBT逆变桥电路7。

双向DC/DC变换电路包括双向DC/DC变换电路1 5和双向DC/DC变换电路2 14，混合储能装置包括超级电容4和蓄电池15，双向DC/DC变换电路1 5一端连接直流母线2.2，另一端连接超级电容4；双向DC/DC变换电路2 14一端连接直流母线2.2，另一端连接蓄电池15。

双向DC/DC变换电路1由6个IGBT（V1、V2、V3、V4、V5、V6）、6个二极管（VD1、VD2、VD3、 VD4、 VD5、VD6）、4个电感（L1、L2、L3、L4）、3个电阻（R1、R2、R3）和2个电容（C1、C2）组成，6个IGBT每两个一组接成3个桥臂，上桥臂IGBT V1、V3、V5的发射极与下桥臂IGBT V2、V4、V6的集电极相连，上桥臂的3个IGBT V1、V3、V5共集电极连接，下桥臂的3个IGBT V2、V4、V6共发射极连接，每个IGBT反向并联1个二极管；共集电极端通过一个电感L1连接到KM2的常开触点，再通过KM1连接到直流母线2.2的正母线上，共发射极端直接连接到KM2是另一常开触点，再通过KM1连接到直流母线2.2的负母线上；其中一个电容C1连接在共集电极端与共发射极端之间；每个桥臂的IGBT之间引出一条线连接一个电感和一个电阻，3个电阻R1、R2、R3的右端接在一起形成公共端，另一个电容C2的一端连接所述公共端，另一端连接共发射极端；超级电容4并联在所述另一个电容C2两端。

双向DC/DC变换电路1由6个IGBT（V1、V2、V3、V4、V5、V6）、6个二极管（VD1、VD2、VD3、 VD4、 VD5、VD6）、4个电感（L1、L2、L3、L4）、3个电阻（R1、R2、R3）和2个电容（C1、C2）组成，6个IGBT每两个一组接成3个桥臂，上桥臂IGBT V1、V3、V5的发射极与下桥臂IGBT V2、V4、V6的集电极相连，上桥臂的3个IGBT V1、V3、V5共集电极连接，下桥臂的3个IGBT V2、V4、V6共发射极连接，每个IGBT反向并联1个二极管；共集电极端通过一个电感L1连接到KM3的常开触点，再通过KM1连接到直流母线2.2的正母线上，共发射极端直接连接到KM3是另一常开触点，再通过KM1连接到直流母线2.2的负母线上；其中一个电容C1连接在共集电极端与共发射极端之间；每个桥臂的IGBT之间引出一条线连接一个电感和一个电阻，3个电阻R1、R2、R3的右端接在一起形成公共端，另一个电容C2的一端连接所述公共端，另一端连接共发射极端；蓄电池15并联在所述另一个电容C2两端。

电压检测电路包括电压检测电路1 6、电压检测电路2 16和电压检测电路3 17，AD转换电路包括AD转换电路1 9、AD转换电路2 12和AD转换电路3 13；电压检测电路1 6一端连接直流母线2.2，另一端连接AD转换电路1 9，AD转换电路1 9一端连接电压检测电路1 6，另一端连接单片机控制电路10的输入端；电压检测电路2 16一端连接超级电容4器，另一端连接AD转换电路2 12，AD转换电路2 12一端连接电压检测电路2 16，另一端连接单片机控制电路10的输入端；电压检测电路3 17一端连接蓄电池15，另一端连接AD转换电路3 13，AD转换电路3 13一端连接电压检测电路3 17，另一端连接单片机控制电路10的输入端。

单片机采用STM32单片机。

直流接触器包括编号为KM1、KM2、KM3和KM4的直流接触器，KM1一端连接直流母线2.2，另一端分别连接KM2、KM3和KM4；KM2的一端连接KM1，另一端连接双向DC/DC变换电路15；KM3的一端连接KM1，另一端连接双向DC/DC变换电路2 14；KM4的一端连接KM1，另一端连接三相IGBT逆变桥电路7。

实施方式：

1. 电压检测电路1 6将检测到的直流母线2.2电压传到AD转换电路1 9，AD转换电路1 9将该电压与母线电压上限值和母线电压下限值进行比较。若该电压高于上限值，则AD转换电路1 9给单片机控制电路10的端口1发送高电平，否则发送低电平；若该电压低于下限值，则AD转换电路1 9给单片机控制电路10的端口2发送高电平，否则发送低电平。

2. 电压检测电路2 16将检测到的超级电容4器端电压传到AD转换电路2 12，AD转换电路2 12将该电压与超级电容4器电压上限值和超级电容4器下限值进行比较。若该电压高于上限值或低于下限值，则AD转换电路2 12给单片机控制电路10的端口3发送高电平，否则发送低电平。若该电压低于下限值，则AD转换电路2 12给单片机控制电路10的端口4发送高电平，否则发送低电平。

3. 电压检测电路3 17将检测到的蓄电池15组端电压传到AD转换电路3 13，AD转换电路2 12将该电压与蓄电池15组电压上限值和蓄电池15组下限值进行比较。若该电压高于上限值或低于下限值，则AD转换电路3 13给单片机控制电路10的端口5发送高电平，否则发送低电平。若该电压低于下限值，则AD转换电路3 13给单片机控制电路10的端口6发送高电平，否则发送低电平。

4. 单片机判断端口1为高电平时，进入充电程序；端口2为高电平时，进入放电程序；端口1和端口2同时为低电平时，进入切断程序。

5. 充电程序包括充电程序1、充电程序2和充电程序3。单片机判断端口3为低电平，则进入充电程序1；端口3为高电平，则判断端口5的电平，端口5为低电平则进入充电程序2；端口5为为高电平则进入充电程序3。

6. 充电程序1：单片机端口6、端口7输出高电平，使KM1和MK2线圈得电，其常开触点吸合。同时端口10输出高电平，使PWM调制电路11产生的PWM波触发导通双向DC/DC变换电路1 5中的V1、V3、V5。此时，直流母线2.2向超级电容4器充电。

7. 充电程序2：单片机端口6、端口8输出高电平，使KM1和MK3线圈得电，其常开触点吸合。同时端口10输出高电平，使PWM调制电路11产生的PWM波触发导通双向DC/DC变换电路2 14中的V1、V3、V5。此时，直流母线2.2向蓄电池15组充电。

8. 充电程序3：单片机端口6、端口9输出高电平，使KM1和MK4线圈得电，其常开触点吸合。同时端口11输出高电平，使SVPWM调制电路11产生的SVPWM波触发导通三相IGBT逆变桥电路7。此时，直流母线2.2的直流电能变换为三相交流电能回送电网1。

9. 放电程序包括放电程序1和放电程序2。单片机判断端口4的电平，若端口4为低电平，则进入放电程序1；若端口4为高电平，判断端口6的电平，端口6为低电平则进入放电程序2。

10. 放电程序1：单片机端口6、端口7输出高电平，使KM1和MK2线圈得电，其常开触点吸合。同时端口10输出低电平，使PWM调制电路11产生的PWM波触发导通双向DC/DC变换电路1 5中的V2、V4、V6。此时，超级电容4器向直流母线2.2放电。

11. 放电程序2：单片机端口6、端口8输出高电平，使KM1和MK3线圈得电，其常开触点吸合。同时端口10输出低电平，使PWM调制电路11产生的PWM波触发导通双向DC/DC变换电路2 14中的V2、V4、V6。此时，蓄电池15组向直流母线2.2放电。

12. 切断程序：单片机端口6、端口7、端口8、端口9输出低电平，使KM1、MK2、MK3、MK4线圈失电，其常开触点处于断开状态。

一种基于单片机的电梯能量回馈装置，电梯能量回馈装置包括如上的电梯能量回馈电路。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“ 中心”、“ 纵向”、“ 横向”、“ 前”、“ 后”、 “ 左”、“ 右”、“ 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”“ 内”、“ 外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或 暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接；可以是拆卸连接；也可以是点连接；可以是直接连接；可以是通过中间媒介间接连接，可以使两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型中未详尽说明的设备连接方式，均按本领域的常规连接方式理解。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于单片机的电梯能量回馈电路，连接于电网与电梯制动单元之间，所述电梯制动单元包括电梯变频器和电梯曳引机，所述电梯变频器包括电连接的整流模块、直流母线和逆变模块，其特征在于，所述电路还包括主电路和控制电路，所述主电路包括：

将电梯回馈的能量进行存储和释放的混合储能装置；

实现直流电能双向流动、具有升降压双向变换功能的双向DC/DC变换电路，双向DC/DC变换电路一端连接直流母线，另一端连接混合储能装置；

根据驱动信号将直流电能转换为交流电能反馈给电网实现能量回馈的三相IGBT逆变桥电路，三相IGBT逆变桥电路一端连接直流母线，另一端连接电网；

所述控制电路包括：

用于检测直流母线电压、检测混合储能装置电压以及将直流母线电压和混合储能装置电压输送至AD转换电路的电压检测电路，电压检测电路一端分别连接直流母线和混合储能装置，另一端连接AD转换电路；

通过判定直流母线电压以及混合储能装置电压的数值情况，将电压检测电路的模拟信号转换为数字信号向单片机控制电路反馈信息的AD转换电路，AD转换电路一端连接电压检测电路，另一端连接单片机控制电路；

用于控制各个直流接触器常开触点的吸合与断开、控制PWM调制电路以及控制SVPWM调制电路的单片机控制电路,单片机控制电路输入端连接AD转换电路，输出端连接PWM调制电路、SVPWM调制电路以及直流接触器的线圈；

用于接收来自单片机的控制信号，并产生相应PWM波，从而触发导通和关断双向DC/DC变换电路中的IGBT的PWM调制电路,PWM调制电路一端连接单片机控制电路，另一端连接双向DC/DC变换电路；

用于控制直流电路通断的直流接触器，直流接触器分别设在双向DC/DC变换电路、三相IGBT逆变桥电路与直流母线的连接电路上；

用于接收来自单片机的控制信号，并产生相应SVPWM波，从而触发导通和关断三相IGBT逆变桥电路中的IGBT的SVPWM调制电路，SVPWM调制电路一端连接单片机控制电路，另一端连接三相IGBT逆变桥电路。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的电梯能量回馈电路，其特征在于：所述双向DC/DC变换电路包括双向DC/DC变换电路1和双向DC/DC变换电路2，所述混合储能装置包括超级电容和蓄电池，所述双向DC/DC变换电路1一端连接直流母线，另一端连接超级电容；所述双向DC/DC变换电路2一端连接直流母线，另一端连接蓄电池。

3.根据权利要求2所述的一种基于单片机的电梯能量回馈电路，其特征在于：所述直流接触器包括编号为KM1、KM2、KM3和KM4的直流接触器，所述KM1一端连接直流母线，另一端分别连接KM2、KM3和KM4；所述KM2的一端连接KM1，另一端连接双向DC/DC变换电路1；所述KM3的一端连接KM1，另一端连接双向DC/DC变换电路2；所述KM4的一端连接KM1，另一端连接三相IGBT逆变桥电路。

4.根据权利要求3所述的一种基于单片机的电梯能量回馈电路，其特征在于：所述双向DC/DC变换电路1由6个IGBT、6个二极管、4个电感、3个电阻和2个电容组成，6个IGBT每两个一组接成3个桥臂，上桥臂IGBT的发射极与下桥臂IGBT的集电极相连，上桥臂的3个IGBT共集电极连接，下桥臂的3个IGBT共发射极连接，每个IGBT反向并联1个二极管；共集电极端通过一个电感连接到KM2的常开触点，再通过KM1连接到直流母线的正母线上，共发射极端直接连接到KM2是另一常开触点，再通过KM1连接到直流母线的负母线上；其中一个电容连接在共集电极端与共发射极端之间；每个桥臂的IGBT之间引出一条线连接一个电感和一个电阻，3个电阻的右端接在一起形成公共端，另一个电容的一端连接所述公共端，另一端连接共发射极端；超级电容并联在所述另一个电容两端。

5.根据权利要求3所述的一种基于单片机的电梯能量回馈电路，其特征在于：所述双向DC/DC变换电路2由6个IGBT、6个二极管、4个电感、3个电阻和2个电容组成，6个IGBT每两个一组接成3个桥臂，上桥臂IGBT的发射极与下桥臂IGBT的集电极相连，上桥臂的3个IGBT共集电极连接，下桥臂的3个IGBT共发射极连接，每个IGBT反向并联1个二极管；共集电极端通过一个电感连接到KM3的常开触点，再通过KM1连接到直流母线的正母线上，共发射极端直接连接到KM3是另一常开触点，再通过KM1连接到直流母线的负母线上；其中一个电容连接在共集电极端与共发射极端之间；每个桥臂的IGBT之间引出一条线连接一个电感和一个电阻，3个电阻的右端接在一起形成公共端，另一个电容的一端连接所述公共端，另一端连接共发射极端；蓄电池并联在所述另一个电容两端。

6.根据权利要求2所述的一种基于单片机的电梯能量回馈电路，其特征在于：所述电压检测电路包括电压检测电路1、电压检测电路2和电压检测电路3，所述AD转换电路包括AD转换电路1、AD转换电路2和AD转换电路3；所述电压检测电路1一端连接直流母线，另一端连接AD转换电路1，所述AD转换电路1一端连接电压检测电路1，另一端连接单片机控制电路的输入端；所述电压检测电路2一端连接超级电容器，另一端连接AD转换电路2，所述AD转换电路2一端连接电压检测电路2，另一端连接单片机控制电路的输入端；所述电压检测电路3一端连接蓄电池，另一端连接AD转换电路3，所述AD转换电路3一端连接电压检测电路3，另一端连接单片机控制电路的输入端。

7.根据权利要求1所述的一种基于单片机的电梯能量回馈电路，其特征在于：所述单片机采用SMT32单片机。

8.一种基于单片机的电梯能量回馈装置，其特征在于：所述电梯能量回馈装置包括如权利要求1-7中任一项所述的电梯能量回馈电路。

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