TWI636945B - 電梯自動解救及節能裝置以及其控制方法、以及超級電容器模塊 - Google Patents

電梯自動解救及節能裝置以及其控制方法、以及超級電容器模塊 Download PDF

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Abstract

一種電梯自動解救及節能裝置以及電梯自動解救及節能控制方法、以及超級電容器模塊。該方法包括：當電網正常供電時，選擇三相電網中的單相電做為電梯控制系統的交流電源；控制直流-直流變換器對與其連接的超級電容器模塊充電至規定的備用電能；當電網突然中斷時，選擇使用所述超級電容器模塊儲存的電能做為牽引機和電梯控制系統的解救電能。本方法使用超級電容器模塊，可使得能够在電網突然斷電時，提供穩定可靠的電梯解救電源，並且還能儲存電梯制動運行時所耗散的回饋電能，並在電動運行時利用該回饋電能，從而節約了能源。

Description

電梯自動解救及節能裝置以及其控制方法、以及超級電容器模塊
本發明關於電梯故障測試和電梯節能，尤其關於一種電梯自動解救及節能裝置以及其控制方法、以及超級電容器模塊。
目前使用的電梯主要有兩個缺點：其一是在斷電緊急情况下電梯不能使用，造成原來運行的電梯會突然停下，電梯裡的乘客由於稀薄的空氣而受到安全的威脅，導致乘客緊張不安、焦慮、恐慌的情緒，而且把乘客從電梯裡解救出來也是困難的；其二是在電梯牽引電機制動時產生的回饋電能被制動電阻器所消耗，因此降低了電梯系統的效率。
對於目前的電梯緊急停靠樓層技術來說，一般選擇可充電電池做為電梯緊急情况下的備用電源。應該指出的是，可充電電池具有如下缺點：一定的使用壽命、比較長的充電時間、比較小的電壓範圍。這些缺點會對電梯緊急停靠樓層設備的穩定 性和可靠性產生不良影響。
對電梯系統來說，重載向下運行或輕載向上運行會帶來勢能的變化，因此電梯减速時牽引電機會產生制動能量，通過電機和逆變器，這種制動能量能够回饋到逆變器的直流母線，這將造成直流母線電壓升高。然而，衆所周知，直流母線電壓不能超過限值。為了保持直流母線電壓處於安全水平，通常採用兩種方法釋放回饋電能。第一種方法是由制動電阻耗散回饋電能，第二種方法是通過逆變器回饋電能到電網。顯然，前者浪費了回饋電能，後者有效地回收了回饋電能。但是，後者具有不可忽視的缺點，那就是輸出到電網的回饋電力具有諧波，因而會對電網造成污染。
為解决以上問題，本發明提供了一個基於超級電容器模塊的電梯自動解救及節能裝置及其控制方法，能够穩定可靠地提供，突然停電時電梯緊急停靠樓層的備用電源並能够實現電梯的節能運行。根據本發明的一個實施例，提供一種電梯自動解救及節能裝置，包括：超級電容器模塊，用於儲存電能，該電能包括用於電梯斷電緊急停靠的備用電能以及牽引電機制動時產生的回饋電能；直流-直流變換器，其連接所述超級電容器模塊並連接用於驅動電梯的牽引電機的電機驅動器，用來將所述超級電容器模塊的電壓轉換為所述電機驅動器中直流母線的電壓，也用於將所述直 流母線的電壓轉換為所述超級電容器模塊的電壓；直流-交流逆變器，其連接所述直流-直流變換器，用於將所述直流-直流變換器輸出的直流電轉換為交流電；開關轉換電路，其連接所述直流-交流逆變器和一電網，用於在所述直流-交流逆變器和所述電網之間進行選擇切換，以將所述直流-交流逆變器所轉換後的交流電輸出給一電梯控制系統或將所述電網的電力輸出給所述電梯控制系統；能量管理系統，連接所述直流-直流變換器、所述直流-交流逆變器、所述開關轉換電路，用於當所述電網正常供電時，控制所述開關轉換電路將所述電網連接至所述電梯控制系統做為其交流電源，並控制所述直流-直流變換器對所述超級電容器模塊充電至規定的備用電能，並用於當所述電網突然斷電時，控制所述直流-直流變換器將來自所述超級電容器模塊中的電能轉換為直流電傳輸給所述直流-交流逆變器，控制所述直流-交流逆變器將所述直流電轉換為交流電，並控制所述開關轉換電路將該交流電連接至所述電梯控制系統以做為其交流電源，同時控制所述直流-直流變換器將來自所述超級電容器模塊中的電能供電給所述電機驅動器。
根據本發明的一個實施例，所述超級電容器模塊包括多個並聯連接的支路，其中每個支路由多個串聯連接的超級電容器單元組成，所述超級電容器單元包括並聯連接的超級電容器及均衡電路，其中所述均衡電路用於保持與其並聯連接的超級電容器工作在正常的容許範圍內。
根據本發明的一個實施例，所述能量管理系統還用 於當所述牽引電機制動時，控制所述直流-直流變換器使所述超級電容器模塊儲存由牽引電機制動產生的回饋電能，且當所述牽引電機工作於電動模式時，控制所述直流-直流變換器將所述超級電容模塊所儲存的回饋電能供電給所述牽引電機。
根據本發明的一個實施例，所述能量管理系統還用於：在牽引機制動運行時，如果所述超級電容器模塊的電能小於制動回饋電能限值，則控制所述直流-直流變換器將由於牽引機制動運行所產生的回饋電能傳送給所述超級電容器模塊儲存；否則，將由於牽引機制動運行所產生的回饋電能釋放掉；其中所述制動回饋電能限值表示所述超級電容器模塊允許的最大容量。
根據本發明的一個實施例，所述能量管理系統還用於：在牽引電機電動運行時，確定所述超級電容器模塊的電能是否大於用於電梯急救運行所需的解救電能；如果所述超級電容器模塊的電能大於所述解救電能，通過所述直流-直流變換器將所述超級電容器模塊的回饋電能傳送給電機驅動器；否則控制所述直流-直流變換器停止工作。
根據本發明的一個實施例，所述能量管理系統還用於根據所述超級電容器模塊的電能大小，確定是否需要向所述超級電容器模塊充電；如果所述超級電容器模塊的電能小於用於電梯急救運行所需的解救電能，則控制與超級電容器模塊相連的直流-直流變換器向超級電容器模塊充電；否則，停止向所述超級電容器模塊充電。
根據本發明的一個實施例，所述能量管理系統還用於當突然斷電時發送指令給電梯控制系統，從而通過電梯控制系統使電梯緊急停靠到最近樓層。
根據本發明的一個實施例，所述電梯自動解救及節能裝置還包括超級電容管理系統，用來監視和管理所述超級電容器模塊的運行，在發現所述超級電容器模塊出現故障時發送相應的故障信息給所述能量管理系統。
根據本發明的一個實施例，所述直流-直流變換器是一個多相雙向功率變換器，其由多個相電路構成，每個相電路包括一個電感和兩個功率開關器件。
根據本發明的一個實施例，所述直流-交流逆變器可由功率開關器件、功率二極管、電感、電容器、驅動電路和控制電路組成。
根據本發明的一個實施例，所述開關轉換電路由接觸器或功率開關器件和驅動電路組成。
根據本發明的另一實施例，提供一種電梯自動解救及節能控制方法，包括：當電網正常供電時，選擇三相電網中的單相電做為電梯控制系統的交流電源；控制直流-直流變換器對與其連接的超級電容器模塊充電至規定的備用電能；當電網突然中斷時，選擇使用所述超級電容器模塊儲存的電能做為牽引機和電梯控制系統的解救電能。
根據本發明的一個實施例，在當電網正常供電時， 所述方法還包括：根據所述超級電容器模塊的電能大小，確定是否需要向所述超級電容器模塊充電；如果所述超級電容器模塊的電能小於用於電梯急救運行所需的解救電能，則控制與超級電容器模塊相連的直流-直流變換器向超級電容器模塊充電；否則，停止向所述超級電容器模塊充電。
根據本發明的一個實施例，當電網突然中斷時，所述方法還包括：發出控制信號給依次連接的直流-直流變換器、直流-交流逆變器、開關轉換電路，從而使得所述直流-直流變換器將超級電容器模塊儲存的電能傳遞至電機驅動器和所述直流-交流逆變器，所述開關轉換電路將選擇所述直流-交流逆變器的輸出做為電梯控制系統的交流電源；同時發出控制信號給所述電梯控制系統，迫使電梯自動緊急停靠於最近的樓層。
根據本發明的一個實施例，所述方法還包括：在牽引機制動運行時，如果所述超級電容器模塊的電能小於制動回饋電能限值，則控制所述直流-直流變換器將由於牽引機制動運行所產生的回饋電能傳送給所述超級電容器模塊儲存；否則，將由於牽引機制動運行所產生的回饋電能釋放掉；其中所述制動回饋電能限值表示所述超級電容器模塊允許的最大容量
根據本發明的一個實施例，所述方法還包括：在牽引電機電動運行時，確定所述超級電容器模塊的電能是否大於用於電梯急救運行所需的解救電能；如果所述超級電容器模塊的電能大於所述解救電能，通過所述直流-直流變換器將所述超級電容 器模塊的回饋電能傳送給電機驅動器；否則控制所述直流-直流變換器停止工作。
根據本發明的再一個實施例，還提供一種超級電容器模塊，所述超級電容器模塊儲存用於電梯斷電緊急停靠的備用電能以及牽引電機制動產生的回饋電能，所述超級電容器模塊包括多個並聯連接的支路，其中每個支路由多個串聯連接的超級電容器單元組成，所述超級電容器單元包括並聯連接的超級電容器及均衡電路，其中所述均衡電路用於保持與其並聯連接的超級電容器工作在正常的容許範圍內。
根據本發明的一個實施例，所述超級電容器為超級電容器單體或由並聯連接的多個超級電容器單體組成。
本發明使用超級電容器模塊，可使得能够在電網突然斷電時，提供穩定可靠的電梯解救電源，並且還能儲存電梯制動運行時所耗散的回饋電能，並在電動運行時利用該回饋電能，從而節約了能源。
儘管在不背離本發明的新穎性概念的精神和範圍可實現其中的變型和修正，但從結合如下附圖的如下優選實施例的描述中，本發明的這些和其它實施例將變得顯而易見。
1‧‧‧超級電容器模塊
2‧‧‧直流-直流變換器
3‧‧‧直流-交流逆變器
4‧‧‧開關轉換電路
5‧‧‧超級電容管理系統
6‧‧‧能量管理系統
7‧‧‧牽引電機
8‧‧‧電機驅動器
9‧‧‧三相電網
10‧‧‧電梯控制系統
圖1為本發明的電梯自動解救及節能裝置的原理框圖。
圖2為圖1所示的電梯自動解救及節能裝置的架構示意圖。
圖3示出了根據本發明一實施例的超級電容器模塊1的電路結構示意圖。
圖4示出了根據本發明一實施例的超級電容器模塊1中的均衡電路(BC)的電路結構示意圖。
圖5示出了根據本發明一實施例的直流-直流變換器的電路結構示意圖。
圖6示出了根據本發明一實施例的直流-交流逆變器的電路結構示意圖。
圖7示出了根據本發明一實施例的開關轉換電路的電路結構示意圖。
圖8示出了根據本發明一實施例的電梯自動解救及節能的控制方法。
下面將詳細描述本發明的具體實施例。應當注意，這裡描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。
現將參考附圖(其中示出了本發明的示例實施例)在下文中更全面地描述本發明。然而，可以由多種不同形式來實施本發明，並且本發明不應被解釋為限於本文所提出的實施例。更確切地說，提供這些實施例，從而本披露內容將為深入的和完整的，並且將向本領域普通技術人員全面地傳達本發明的範圍。類似的附圖標記通篇指代類似的元件。
本文所使用的術語僅是為了描述特定實施例，而非 傾向於做為本發明的限制。如在本文所使用的，除非文中清楚地另有表示，單數形式“一個”、“一”以及“該”也傾向於包含複數形式。還應理解到，當在本文使用術語“包括”和/或“包括有”、“包含”和/或“包含有”、或“具備”和/或“具有”時，這些術語指定了所陳述的特徵、區域、整數、步驟、操作、元件和/或組件的存在，而並未排除一個或多個其它特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、組件和/或其組合的存在或附加。
除了另有界定之外，本文所使用的所有術語(包含技術和科技術語)具有如同本發明所屬的本領域普通技術人員通常理解的相同意義。還應理解到，除了本文所明確限定的之外，術語(如在通用字典中所限定的術語)應被解釋為具有與在相關技術和本披露內容中的意思相一致的意思，而不被解釋為理想化的或過於形式化的意義。
本發明提出一個基於超級電容器模塊的電梯自動解救及節能裝置，其可提供電梯的節能運行和突然停電時電梯緊急停靠樓層的備用電源。當電網正常供電時，本發明除正常供電給電梯牽引電機外，還將自動儲存用於電梯斷電緊急停靠的備用電能以及牽引電機制動時產生回饋電能。當發生電力突然斷電時，本發明將儲存於超級電容器模塊的電能自動供電給電梯系統，使電梯系統運行並緊急停靠在最近樓層。
圖1為本發明的電梯自動解救及節能裝置的原理框圖。圖2為圖1的架構示意圖。參照圖1和圖2，本發明的電梯自動 解救及節能裝置由能量管理系統6、超級電容器模塊1、直流-直流變換器2、直流-交流逆變器3、開關轉換電路4組成，該電梯自動解救及節能裝置與外部三相電網9、電機驅動器8相連，該電梯自動解救及節能裝置在電網供電正常時向電機驅動器8提供電網的電力來驅動牽引電機7牽引電梯正常運行，在電網突然斷電時提供其儲存的電能給電機驅動器8來驅動牽引電機7和電梯控制系統10從而解救電梯的運行。
在本發明的一個實施例中，能量管理系統6是本發明裝置的智能控制中心，用來控制電梯的自動解救和節能運行的實現。
具體地，如果電網正常供電，能量管理系統6將發送控制信號給開關轉換電路4，從而使得開關轉換電路4選擇三相電網中的單相電源做為電梯控制系統10的交流電源。同時，當電網正常供電時，能量管理系統6還控制直流-直流變換器2對超級電容器模塊1充電至規定的備用電能，該備用電能被用來當電網突然斷電時供電給電梯控制系統10和牽引電機7。
根據本發明的一個實施例，電梯運行分為兩種情况，一種上行情况，一種是下行情况。在電梯下行時，牽引電機7處於制動模式，這時候，能量管理系統6控制直流-直流變換器2使超級電容器模塊1吸收牽引電機7制動所產生的回饋電能。在電梯上行時，牽引電機7工作於電動模式，能量管理系統6控制直流-直流變換器2將上述吸收的回饋電能供電給牽引電機，從而實現電梯 的節能運行。
當電網突然停電時，能量管理系統6控制直流-交流逆變器3將直流電轉換為單相交流電，其中該直流電來源於超級電容器模塊1所儲存的電能，並控制開關轉換電路4將該單相直流-交流逆變器3輸出的單向交流電連接至電梯控制系統10，做為其單相交流電源。同時，能量管理系統6還控制直流-直流變換器2使超級電容器模塊1將儲存的備用電能供電給與電機驅動器8相連的直流母線。在這種情况下，能量管理控制系統6還發出信號給電梯控制系統10，使電梯緊急停靠在最近的樓層，從而實現突然停電時電梯的自動解救。這裡，能量管理控制系統6發出的給電梯控制系統10的信號可以理解為一個電壓信號。例如，沒有故障時，該電壓信號可以為12伏或24伏電壓等；當有故障時，該電壓信號可以為零伏電壓，取决於電梯控制系統接口要求。
根據本發明的一個實施例，電梯自動解救及節能裝置還可包括超級電容管理系統5，用來監視和管理超級電容器模塊1的運行，它測量和監視每個超級電容單體電壓和模塊不同位置的溫度。如果超級電容管理系統5發現任何存在於超級電容模塊中的過壓、過溫、欠溫的發生，那麽它立即會發送相應的故障信息給能量管理系統6。
下面將分別參考圖3-圖6分別描述電梯自動解救及節能裝置中各單元的具體電路結構和工作原理。
圖3示出了根據本發明一實施例的超級電容器模塊1 的電路結構示意圖。超級電容器模塊1與直流-直流變換器2相連，通過該直流-直流變換器2，儲存用於電梯斷電緊急停靠所需的備用電能和牽引電機制動所產生的回饋電能，並在電網突然斷電時釋放備用電能用於電梯緊急停靠和釋放回饋電能給牽引電機。參見圖3，超級電容器模塊1包括多個並聯連接的超級電容器和均衡電路。其中，超級電容器模塊1可由m個支路並聯連接(m為正整數)組成，每個支路由n個串聯連接的單元組成(n為正整數)，每個單元由並聯連接的超級電容器與均衡電路(BC)組成。超級電容器可以是一個超級電容器單體，也可以由若干個超級電容器單體並聯組成。
圖4示出了根據本發明一實施例的超級電容器模塊1中的均衡電路(BC)的電路結構示意圖。參考圖4，該均衡電路可由電阻器(R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8)、電容器(C1)、可調式精密並聯穩壓器(U1)、三極管(Q1)、MOSFET(Q2)組成。上述圖4所示的均衡電路僅是本發明的一個示例，本發明不限於此。
均衡電路(BC)用來保持與其並聯連接的超級電容器的正常工作。如果超級電容器的電壓超過規定值，那麽三極管(Q1)和MOSFET(Q2)將導通，從而該超級電容器向電阻器(R8)放電，超級電容器電壓就會减小，從而達到保護超級電容器電壓不超過允許值的目標。如果超級電容器電壓不超過規定值，該均衡電路(BC)不工作。
圖5示出了根據本發明一實施例的直流-直流變換器的電路結構示意圖。該直流-直流變換2與超級電容器模塊1、電機驅動器8、直流-交流逆變器3相連接，並被能量管理系統6控制。參考圖5，直流-直流變換2由電感(L1~LK)、功率開關器件(T1~T2K)、功率二極管(D1~D2K)、驅動電路和控制電路組成(k為正整數)，直流-直流變換2的輸出可直接連接電機驅動器8的直流母線。這裡，功率開關器件可以是IGBT、GTO或MOSFET等開關器件，但本發明不限於此。上述圖5所示的直流-直流變換器僅是本發明的一個示例，本發明不限於此。
直流-直流變換器2接收能量管理系統6的控制信號，用來將超級電容器模塊1的電壓轉換為電機驅動器8中直流母線的電壓，也可將直流母線的電壓轉換為超級電容器模塊1的電壓。同時，直流-直流變換器2將超級電容器模塊1儲存的電能通過直流母線傳遞給牽引電機7，反之，它也可將牽引電機制動時所產生的回饋電能儲存到超級電容器模塊1中。
圖6示出了根據本發明一實施例的直流-交流逆變器的電路結構示意圖。直流-交流逆變器3與直流-直流變換2、電機驅動器8、開關轉換電路4相連接，並被能量管理系統6控制。參考圖6，直流-交流逆變器3可由功率開關器件(Tf1,Tf2,Tf3,Tf4)、功率二極管(Df1,Df2,Df3,Df4)、電感(Lf)、電容器(Cf)、驅動電路和控制電路組成。上述圖6所示的直流-交流逆變器僅是本發明的一個示例，本發明不限於此。
該單相直流-交流逆變器3由能量管理系統6控制，用來將超級電容器模塊1儲存電能通過直流-直流變換器2傳遞到直流母線上的電壓逆變為單相交流電壓，隨後該交流電經過開關轉換電路4供應給電梯控制系統，從而在突然斷電時控制電梯緊急停靠。
圖7示出了根據本發明一實施例的開關轉換電路的電路結構示意圖。開關轉換電路4與電網9、電梯控制系統10相連接，它由接觸器或功率開關器件(S1,S2)和驅動電路組成。該開關轉換電路4由能量管理系統6控制，如果電網正常供電，那麽來自三相電網的單相電網被連接至電梯控制系統10做為其單相交流電源，如果電網突然斷電，那麽直流-交流逆變器輸出被連接至電梯控制系統做為其單相交流電源。
下面結合圖8描述了電梯自動解救及節能的控制方法。
參考圖8，電梯自動解救及節能的控制方法分為電網正常供電時儲存用於解救電梯運行的電能，在電網突然斷電時使用儲存的電能做為牽引電機的備用電源並做為電梯控制系統的電源，從而使得電梯控制系統控制電梯運行並緊急停靠到最近樓層。
在電網正常供電的情况下，能量管理系統6控制直流-直流變換器2對超級電容器模塊1充電至規定的備用電能，當牽引電機7處於制動時，能量管理系統6發送控制信號給直流-直流變換器2，直流-直流變換器2將牽引電機7處於制動時所產生的回饋電 能傳遞給超級電容器模塊1。而當牽引電機7處於牽引電動運行時，能量管理系統6發送控制信號給直流-直流變換器2，直流-直流變換器2將儲存於超級電容器模塊1的回饋電能通過直流母線再供電給牽引電機。如果電網突然斷電，能量管理系統6立即發出控制信號給直流-直流變換器2和開關轉換電路4，直流-直流變換器2將超級電容器模塊1儲存的電能傳遞至直流母線，開關轉換電路4將選擇直流-交流逆變器3輸出做為電梯控制系統的交流電源；同時，發出控制信號給電梯控制系統10，迫使電梯自動緊急停靠於最近的樓層。如果能量管理系統6接收到來自超級電容管理系統5的有關故障信息，能量管理系統6將發出控制信號給直流-直流變換器2，直流-直流變換器2將停止工作。而且，能量管理系統發出報警信息。
具體地，當電網正常供電時，選擇三相電網中的單相電做為電梯控制系統的交流電源，這時，能量控制系統6控制直流-交流逆變器3停止工作。在這種情况下，根據超級電容器模塊的電能大小，來確定是否需要在正常供電情况下向超級電容器模塊1充電(例如，能量控制系統6通過直流-直流變換器探測到超級電容器模塊電壓，以此估算超級電容器模塊的電能)，以儲存備用電能。
如果超級電容器模塊1的電能小於用於電梯急救運行所需的解救電能，就需要控制直流-直流變換器向超級電容器模塊1充電，從而通過直流-直流變換器使三相電網供應給電機驅動 器直流母線上的直流電供應給超級電容器模塊1，以充電至規定的備用電能。如果超級電容器模塊1的電能大於用於保證電梯急救運行所需的解救電能，說明超級電容器模塊1中儲存的電能足够大到其可以保證電梯急救運行所需的解救電能。這裡，解救電能是根據電梯容量、功率等估算出的一個用於電梯自動解救的電能值。
根據本發明的一個實施例，根據電梯上行還是下行，也即，牽引電機是電動運行還是制動運行，來確定如何儲存和供應回饋電能。
在電梯下行也即牽引機制動運行時，如果超級電容器模塊1的電能小於制動回饋電能限值，則說明超級電容器模塊1還可以儲存電能，則控制直流-直流變換器將在直流母線上的由於牽引機制動運行所產生的回饋電能傳送給超級電容器模塊1儲存。這裡，所述制動回饋電能限值代表了超級電容器模塊1允許的最大容量。如果超級電容器模塊1的電能超過了制動回饋電能限值，則通過直流母線將由於牽引機制動運行所產生的回饋電能釋放掉。根據本發明的一個實施例，直流母線可以將該回饋電能通過制動電路(如圖2所示，制動電阻與一個開關串連後接入直流母線，所以此處稱之為制動電路)放電，從而保持直流母線電壓不超過其限值。
在牽引電機電動運行時，在保證超級電容器模塊中的電能不小於解救電能的前提下，超級電容器模塊1將儲存的多餘的回饋電能傳送給直流母線，以供應給電機驅動器，從而實現節 能。因此，在將回饋電能供應給電機驅動器之前，先要確定超級電容器模塊1的電能是否大於要求的解救電能，在超級電容器模塊1的電能大於要求的解救電能的情况下，確定通過直流-直流變換器將超級電容器模塊的回饋電能傳送給電機驅動器的直流母線。如果超級電容器模塊1的電能小於要求的解救電能，也即超級電容器模塊1中的備用電能和回饋電能總和小於所要求的解救電能，這時候，控制直流-直流變換器停止工作，而並不傳送回饋電能。
而當電網突然斷電時，能量管理系統6選擇使用超級電容器模塊1儲存的電能為牽引電機和電梯控制系統的解救電能，這時，能量管理系統6發出控制信號給直流-直流變換器2，直流-直流變換器2將超級電容器模塊1儲存的電能傳遞至直流母線，直流-交流逆變器3開始工作，然後能量管理系統6發出指令給開關轉換電路4將選擇直流-交流逆變器3輸出做為電梯控制系統10的交流電源；同時，發出控制信號給電梯控制系統10，迫使電梯自動緊急停靠於最近的樓層。
根據上述實施例，本發明使用超級電容器模塊，可使得能够在電網突然斷電時，提供穩定可靠的電梯解救電源，並且還能儲存電梯制動運行時所耗散的回饋電能，並在電動運行時利用該回饋電能，從而節約了能源。
選擇並描述這些實施例是為了說明本發明的原理和其實踐性應用，從而激發本領域普通技術人員利用本發明和各種實施例，並利用適於期望的特殊使用的各種變型。對本發明所屬 的本領域普通技術人員而言，替代實施例將變得顯而易見，而並未背離其精神和範圍。因此，通過所附權利要求而不是上述說明書和其中所描述的示例實施例來限定本發明的範圍。

Claims (13)

  1. 一種電梯自動解救及節能裝置，包括：超級電容器模塊，用於儲存電梯斷電緊急停靠的備用電能；直流-直流變換器，其連接所述超級電容器模塊並連接用於驅動電梯的牽引電機的電機驅動器，用來將所述超級電容器模塊的電壓轉換為所述電機驅動器中直流母線的電壓，也用於將所述直流母線的電壓轉換為所述超級電容器模塊的電壓；直流-交流逆變器，其連接所述直流-直流變換器，用於將所述直流-直流變換器輸出的直流電轉換為交流電；開關轉換電路，其連接所述直流-交流逆變器和一電網，用於在所述直流-交流逆變器和所述電網之間進行選擇切換，以將所述直流-交流逆變器所轉換後的交流電輸出給一電梯控制系統或將所述電網的電力輸出給所述電梯控制系統；能量管理系統，連接所述直流-直流變換器、所述直流-交流逆變器、所述開關轉換電路，用於當所述電網正常供電時，控制所述開關轉換電路將所述電網連接至所述電梯控制系統做為其交流電源，並控制所述直流-直流變換器對所述超級電容器模塊充電至規定的備用電能，並用於當所述電網突然斷電時，控制所述直流-直流變換器將來自所述超級電容器模塊中的電能轉換為直流電傳輸給所述直流-交流逆變器，控制所述直流-交流逆變器將所述直流電轉換為交流電，並控制所述開關轉換電路將該交流電連接至所述電梯控制系統以做為其交流電源，同時控制所述直流-直流變換器將來自所述超級電容器模塊中的電能供電給所述電機驅動器； 其中所述能量管理系統還用於：當所述牽引電機制動時，如果所述超級電容器模塊的電能小於制動回饋電能限值，則控制所述直流-直流變換器將由於牽引機制動運行所產生的回饋電能傳送給所述超級電容器模塊儲存；否則，將由於牽引機制動運行所產生的回饋電能釋放掉；其中所述制動回饋電能限值表示所述超級電容器模塊允許的最大容量；且當所述牽引電機工作於電動模式時，控制所述直流-直流變換器將所述超級電容模塊所儲存的回饋電能供電給所述牽引電機。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電梯自動解救及節能裝置，所述超級電容器模塊包括多個並聯連接的支路，其中每個支路由多個串聯連接的超級電容器單元組成，所述超級電容器單元包括並聯連接的超級電容器及均衡電路，其中所述均衡電路用於保持與其並聯連接的超級電容器工作在正常的容許範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電梯自動解救及節能裝置，所述能量管理系統還用於：在牽引電機電動運行時，確定所述超級電容器模塊的電能是否大於用於電梯急救運行所需的解救電能；如果所述超級電容器模塊的電能大於所述解救電能，通過所述直流-直流變換器將所述超級電容器模塊的回饋電能傳送給電機驅動器；否則控制所述直流-直流變換器停止工作。
  4. 如申請專利範圍第1-3項所述的電梯自動解救及節能裝置，所述能量管理系統還用於根據所述超級電容器模塊的電能大小，確定是否需要向所述超級電容器模塊充電；如果所述超級電容器模塊的電能小於用於電梯急救運行所需的解救電能，則控制與超級電容器模塊相連的直流-直流變換器向超級電容器模塊充電；否則，停止向所述超級電容器模塊充電。
  5. 如申請專利範圍第1-3項所述的電梯自動解救及節能裝置，所述能量管理系統還用於當突然斷電時發送指令給電梯控制系統，從而通過電梯控制系統使電梯緊急停靠到最近樓層。
  6. 如申請專利範圍第1-3項所述的電梯自動解救及節能裝置，還包括超級電容管理系統，用來監視和管理所述超級電容器模塊的運行，在發現所述超級電容器模塊出現故障時發送相應的故障信息給所述能量管理系統。
  7. 如申請專利範圍第1-3項所述的電梯自動解救及節能裝置，所述直流-直流變換器是一個多相雙向功率變換器，其由多個相電路構成，每個相電路包括一個電感和兩個功率開關器件。
  8. 如申請專利範圍第1-3項所述的電梯自動解救及節能裝置，所述直流-交流逆變器可由功率開關器件、功率二極管、電感、電容器、驅動電路和控制電路組成。
  9. 如申請專利範圍第1-3項所述的電梯自動解救及節能裝置，所述開關轉換電路由接觸器或功率開關器件和驅動電路組成。
  10. 一種電梯自動解救及節能控制方法，包括： 當電網正常供電時，選擇三相電網中的單相電做為電梯控制系統的交流電源；控制直流-直流變換器對與其連接的超級電容器模塊充電至規定的備用電能；其中通过直流-交流逆變器連接所述直流-直流變換器，用於將所述直流-直流變換器輸出的直流電轉換為交流電；通过開關轉換電路連接所述直流-交流逆變器和所述電網，用於在所述直流-交流逆變器和所述電網之間進行選擇切換，以將所述直流-交流逆變器所轉換後的交流電輸出給所述電梯控制系統或將所述電網的電力輸出給所述電梯控制系統；在牽引機制動運行時，如果所述超級電容器模塊的電能小於制動回饋電能限值，則控制所述直流-直流變換器將由於牽引機制動運行所產生的回饋電能傳送給所述超級電容器模塊儲存；否則，將由於牽引機制動運行所產生的回饋電能釋放掉；其中所述制動回饋電能限值表示所述超級電容器模塊允許的最大容量；當電網突然中斷時，選擇使用所述超級電容器模塊儲存的電能做為牽引機和電梯控制系統的解救電能。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的電梯自動解救及節能控制方法，當電網正常供電時，還包括：根據所述超級電容器模塊的電能大小，確定是否需要向所述超級電容器模塊充電；如果所述超級電容器模塊的電能小於用於電梯急救運行所需的解救電能，則控制與超級電容器模塊相連的直流-直流變換器向超級電容器模塊充電；否則，停止向所述超級電容器模塊充電。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的電梯自動解救及節能控制方法，當電網突然中斷時，所述方法還包括：發出控制信號給依次連接的直流-直流變換器、直流-交流逆變器、開關轉換電路，從而使得所述直流-直流變換器將超級電容器模塊儲存的電能傳遞至電機驅動器和所述直流-交流逆變器，所述開關轉換電路將選擇所述直流-交流逆變器的輸出做為電梯控制系統的交流電源；同時發出控制信號給所述電梯控制系統，迫使電梯自動緊急停靠於最近的樓層。
  13. 如申請專利範圍第10-12項所述的電梯自動解救及節能控制方法，還包括：在牽引電機電動運行時，確定所述超級電容器模塊的電能是否大於用於電梯急救運行所需的解救電能；如果所述超級電容器模塊的電能大於所述解救電能，通過所述直流-直流變換器將所述超級電容器模塊的回饋電能傳送給電機驅動器；否則控制所述直流-直流變換器停止工作。
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