一种电梯停电自救能量回馈方法和装置

技术领域

本发明属于电梯控制技术领域，具体涉及一种电梯停电自救能量回馈方法和装置。

背景技术

电梯作为一种常用的设备，难免会遇到停电，此时，为了降低停电自救时的能耗，节省停电电源柜电池容量，电梯停电自救的运行模式一般为发电运行模式，非能量回馈的电梯，同步电机通过能耗制动进行低速发电运行，而能量回馈的电梯，无制动电阻配置，在停电自救时，由于电梯变频器与外电网的连接被切断，电机发电的能量无法回馈到电网，需要另外消耗。目前现有的技术是在停电柜中配置能耗制动电阻，以消耗上述发电能量。随能耗电阻配套的还有匹配的开关管、驱动回路、检测回路等，以及能耗电阻散热空间等。另外，能耗电阻的发热会使整个停电电源柜的温升提高，柜内部件稳定性降低，寿命下降。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种电梯自救能力回馈方法和装置，其无需额外配置制动电阻。

为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：

一种电梯自救能量回馈控制方法，包括步骤：

在外部电网停电时，根据轿厢重量与对重重量的关系，驱动电梯往同步发电机发电的方向运行；

实时获取变频器的母线电压值；

计算所述母线电压值与母线电压期望值之间的母线电压偏差值；

通过PI调节器调节直轴电流，使所述母线电压偏差值为零；

实时获取三相同步电机的直轴电流反馈信号；

计算所述直轴电流与所述直轴电流反馈信号之间的直轴电流偏差值；

通过PI调节器调节直轴电压，使得所述直轴电流偏差值为零；

根据所述直轴电压和交轴电压生成三相控制电压输出至所述三相同步电机。

作为本发明的进一步改进，在外部电网停电时，还包括如下步骤：使用停电电源柜内部电源为电梯供电。

作为本发明的进一步改进，所述根据轿厢重量与对重重量的关系，对电梯的运行方向进行驱动的步骤，包括如下步骤：

在轿厢重量比对重重量轻时，驱动电梯向下方运动；

在轿厢重量比对重重量重时，驱动电梯向上方运动。

作为本发明的进一步改进，所述实时获取三相同步电机的直轴电流反馈信号的步骤，包括如下步骤：

通过电流传感器、电机磁极位置检测器分别获取所述三相同步电机的三相电流、磁极位置；

根据所述三相电流、所述磁极位置，进行CLARK/PARK变换，得到所述直轴电流反馈信号。

作为本发明的进一步改进，所述实时获取三相同步电机的直轴电流反馈信号的步骤，包括如下步骤：

通过电流传感器、电机磁极位置检测器分别获取所述三相同步电机的任意两相电流、磁极位置；

根据所述两相电流计算得到三相电流；

根据所述三相电流、所述磁极位置，进行CLARK/PARK变换，得到所述直轴电流反馈信号。

作为本发明的进一步改进，所述根据所述直轴电压和交轴电压生成三相控制电压输出至所述三相同步电机的步骤，包括如下步骤：

对所述直轴电压、所述交轴电压进行CLARK/PARK反变换，得到三相电压；

根据所述三相电压对变频器逆变侧进行PWM控制，得到所述三相控制电压。

作为本发明的进一步改进，本发明还包括轿厢重量与对重重量的关系的判断方法：

在轿厢设置轿厢传感器，实时获取轿厢重量；

在对重绳头设置绳头传感器，实时获取对重重量；

根据所述轿厢重量与所述对重重量判断两者的关系；

或检测所述三相同步电机速度为零时变频器的输出力矩方向；

根据所述输出力矩方向判断两者的关系。

此外，本发明还提供了一种电梯自救能量回馈控制装置，应用在一种电梯上，所述电梯设置有顺次连接的三相交流电源、变频器全桥整流电路、变频器逆变电路和三相同步电机，所述电梯能量自救回馈控制装置包括：

控制单元，用于在外部电网停电时，根据轿厢重量与对重重量的关系，驱动电梯往同步发电机发电的方向运行；

电压采集器，实时获取变频器的母线电压值；

所述控制单元与所述电压采集器连接，用于计算所述母线电压值与母线电压期望值之间的母线电压偏差值；

PI调节器，用于调节直轴电流，使所述母线电压偏差值为零；

电流传感器，设置在变频器上，用于获取所述三相同步电机的相电流；

电机磁极位置检测器，设置在所述三相同步电机上，用于获取所述三相同步电机的磁极位置；

所述控制单元与所述电流传感器、所述电机磁极位置检测器连接，用于根据所述相电流和所述磁极位置获取直轴电流反馈信号，并计算所述直轴电流与所述直轴电流反馈信号之间的直轴电流偏差值；

所述PI调节器调节直轴电压，使所述直轴电流偏差值为零；

所述控制单元根据所述直轴电压和交轴电压得到三相控制电压输出至所述变频器逆变电路。

作为本发明的进一步改进，还包括连接在所述三相交流电源和所述变频器全桥整流电路之间的停电电源柜，所述停电电源柜包括：充电模块、电池组、放电模块、第一开关和第二开关；

所述三相交流电源通过所述第一开关与所述变频器全桥整流电路连接，所述三相交流电源与所述充电模块连接，所述充电模块、所述电池组、所述放电模块顺次连接，所述放电模块通过所述第二开关与所述变频器全桥整流电路连接。

作为本发明的进一步改进，本发明还包括：CLARK/PARK反变换模块和PWM驱动模块；

所述CLARK/PARK反变换模块与所述控制单元连接，获取所述直轴电压、所述交轴电压，并对直轴电压、所述交轴电压进行CLARK/PARK反变换得到三相电压；

所述PWM驱动模块根据所述三相电压进行PWM控制，得到所述三相控制电压；

所述控制单元还包括：CLARK/PARK变换模块，所述CLARK/PARK变换模块用于对所述相电流和所述磁极位置进行CLARK/PARK变换，得到所述直轴电流反馈信号。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：首先，在停电自救时，以发电方向运行，使电梯工作在低功率的发电状态，通过设置外环为母线电压环、内环为直轴电流环的方式，调节母线电压和电机直轴电流，使发电能量反向传输到电机线圈以热能的形式消耗。由此，使能量回馈电梯的停电电源柜无需额外配置制动电阻，以及相匹配的开关管、驱动回路、检测回路等，和能耗电阻散热空间等，以缩小停电电源柜体积。同时，降低停电电源柜内温升，提高器件稳定性和寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为实施例一所述电梯自救能量回馈控制方法的控制流程图；

图2为实施例二所述电梯自救能量回馈控制方法的控制流程图。

标记说明：1、三相交流电源；2、停电电源柜；21、充电模块；22、电池组；23、放电模块；24、第一开关；25、第二开关；3、变频器全桥整流电路；4、变频器母线电容；5、变频器逆变侧电路；6、U相电流传感器；7、V相电流传感器；8、W相电流传感器；9、三相同步电机；10、PI调节器；11、电压采集器；12、控制单元；121、CLARK/PARK反变换模块；122、CLARK/PARK变换模块；123、PWM驱动模块；13、电流计算模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

本实施例提供了一种电梯自救能量回馈控制方法，如图1所示，包括步骤：

S1、在外部电网停电时，根据轿厢重量与对重重量的关系，驱动电梯往同步发电机发电的方向运行；

S2、实时获取变频器的母线电压值；

S3、计算母线电压值与母线电压期望值之间的母线电压偏差值；

S4、通过PI调节器10调节直轴电流，使母线电压偏差值为零；

S5、实时获取三相同步电机9的直轴电流反馈信号；

S6、计算直轴电流与直轴电流反馈信号之间的直轴电流偏差值；

S7、通过PI调节器10调节直轴电压，使得直轴电流偏差值为零；

S8、根据直轴电压和交轴电压生成三相控制电压输出至所述三相同步电机9。

在上述实施例中，在外部电网停电时，还包括如下步骤：使用停电电源柜2内部电源为电梯供电。

在上述实施例中，步骤S1包括如下步骤：

S11、在轿厢重量比对重重量轻时，驱动电梯向下方运动作停电自救运行；

S12、在轿厢重量比对重重量重时，驱动电梯向上方运动作停电自救运行。

在上述实施例中，步骤S5包括如下步骤：

S51、通过电流传感器、电机磁极位置检测器分别获取所述三相同步电机9的三相电流、磁极位置；

S52、根据所述三相电流、所述磁极位置，进行CLARK/PARK反变换，得到直轴电流反馈信号。

此外，本实施例还包括轿厢重量与对重重量的关系的判断方法：

S13、在轿厢设置轿厢传感器，实时获取轿厢重量；

S14、在对重绳头设置绳头传感器，实时获取对重重量；

S15、根据所述轿厢重量与对重重量判断两者的关系。

本实施例在停电自救时，以发电方向运行，使电梯工作在低功率的发电状态，通过设置外环为母线电压环、内环为直轴电流环的方式，调节母线电压和电机直轴电流，使发电能量反向传输到电机线圈以热能的形式消耗。由此，使能量回馈电梯的停电电源柜无需额外配置制动电阻，以及相匹配的开关管、驱动回路、检测回路等，和能耗电阻散热空间等，以缩小停电电源柜体积。同时，降低停电电源柜内温升，提高器件稳定性和寿命。

实施例二

本实施例提供了另一种电梯自救能量回馈控制方法，如图2所示，其与实施例一的区别在于，实时获取三相同步电机9的直轴电流反馈信号的步骤，本实施例通过下述步骤实现：

S53、通过电流传感器、电机磁极位置检测器分别获取三相同步电机9的任意两相电流、磁极位置，本实施例中，在三相同步电机9的U相和V相均设置有电流传感器，分别获取三相同步电机9的U相、V相电流，W相的电流通过计算得到；

S54、根据U相和V相此两相电流计算得到三相电流，W相的电流通过三相电流之和等于零的关系计算得到，计算公式为：I

S55、根据三相电流、磁极位置，进行CLARK/PARK反变换，得到直轴电流反馈信号。

此外，本实施例与实施例一所采用的轿厢重量与对重重量的关系的判断方法也不相同，本实施例采用如下步骤实现：

S16、检测三相同步电机9速度为零时变频器的输出力矩方向；

S17、根据输出力矩方向判断两者的关系。

本实施例的具体实施过程请参见实施例一，在此不再一一赘述。

实施例三

本实施例提供了一种电梯自救能量回馈控制装置，应用在一种电梯上，如图1和图2所示，电梯设置有顺次连接的三相交流电源1、变频器全桥整流电路3、变频器逆变电路和三相同步电机9，电梯能量自救回馈控制装置包括：控制单元12、电压采集器11、PI调节器10、电流传感器和电机磁极位置检测器，其中，控制单元12用于在外部电网停电时，根据轿厢重量与对重重量的关系，驱动电梯往同步发电机发电的方向运行；电压采集器11实时获取变频器的母线电压值；控制单元12与电压采集器11连接，用于计算母线电压值与母线电压期望值之间的母线电压偏差值；PI调节器10用于调节直轴电流，使母线电压偏差值为零；电流传感器设置在变频器上，用于获取所述三相同步电机9的相电流，电流传感器可以采用霍尔传感器；电机磁极位置检测器设置在三相同步电机9上，用于获取三相同步电机9的磁极位置，电机磁极位置检测器可以为旋转编码器；控制单元12与电流传感器、电机磁极位置检测器连接，用于根据相电流和所述磁极位置获取直轴电流反馈信号，并计算所述直轴电流与直轴电流反馈信号之间的直轴电流偏差值；PI调节器10调节直轴电压，使直轴电流偏差值为零；控制单元12根据直轴电压和交轴电压得到三相控制电压输出至变频器逆变电路。

上述装置的具体实施过程请参见实施例一，在此不再一一赘述。

此外，本实施例还包括连接在三相交流电源1和变频器全桥整流电路3之间的停电电源柜2，停电电源柜2包括：充电模块21、电池组22、放电模块23、第一开关24和第二开关25；三相交流电源1通过第一开关24与变频器全桥整流电路3连接，三相交流电源1与充电模块21连接，充电模块21、电池组22、放电模块23顺次连接，放电模块23通过第二开关25与变频器全桥整流电路3连接。

在使用的过程中，当外部电网正常供电时，第一开关24闭合，第二开关25断开，充电模块21通过外部电网对电池组22进行充电，放电模块23不工作，电梯使用外部电网正常工作。当外部电网断电时，第一开关24断开，第二开关25闭合，充电模块21停止对电池组22充电，放电模块23通过电池组22对电梯进行供电，此时电梯处于停电自救的工况。

具体的，控制单元12包括：CLARK/PARK反变换模块121和PWM驱动模块123；CLARK/PARK反变换模块121对直轴电压、交轴电压进行CLARK/PARK反变换得到三相电压；PWM驱动模块123根据三相电压进行PWM控制，得到三相控制电压。

控制单元12还包括：CLARK/PARK变换模块122，CLARK/PARK变换模块122用于对相电流和磁极位置进行CLARK/PARK变换，得到直轴电流反馈信号。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。