專利名稱：基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋與控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于涉及電梯節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋與控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
到目前為止，我國已經(jīng)成為繼美國、日本兩大電梯生產(chǎn)大國之后的世界第三電梯生產(chǎn)大國；與此同時(shí)，伴隨著人民生活水平不斷提高和高層建筑的普及，我國也成為電梯使用世界第一大國。相關(guān)資料顯示，2007年底，我國應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的電梯總數(shù)達(dá)到100萬部以上，并保持每年10萬部以上的增長量，到2010年末，我國的電梯使用總量將達(dá)到130萬部以上，隨著電梯的普及，電梯使用過程中存在的各類問題也得到越來越廣泛的關(guān)注。通常情況下，一部普通電梯的日用電量在50KWH-150KWH之間，電梯運(yùn)行過程中驅(qū)動(dòng)電梯轎廂運(yùn)行的曳引機(jī)部分會(huì)消耗大部分能量，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，曳引機(jī)系統(tǒng)中的電機(jī)拖動(dòng)耗電占電梯運(yùn)行總能量的75%以上。對(duì)于電梯在制動(dòng)過程中產(chǎn)生的電能，如果就地進(jìn)行回收再利用，不僅可以很大程度上減少能量浪費(fèi)，還可以避免增加過多的附加設(shè)備。采用超級(jí)電容作為超級(jí)電容本身大電流放電的特點(diǎn)可以為電梯啟動(dòng)提供峰值功率，在減小系統(tǒng)對(duì)于外部交流電網(wǎng)供電等級(jí)要求的同時(shí)，保證了電梯系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性；充分發(fā)揮超級(jí)電容循環(huán)壽命長、循環(huán)效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，將其用于電梯運(yùn)行過程中制動(dòng)能量的回收存儲(chǔ)裝置，電能節(jié)約總量將十分可觀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋與控制系統(tǒng)，回收并儲(chǔ)存電梯制動(dòng)過程中產(chǎn)生的能量，并將其提供給電梯系統(tǒng)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋與控制系統(tǒng)，包括超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊、雙向DC-DC變換器、能量回饋控制芯片、第一硬件保護(hù)模塊、第二硬件保護(hù)模塊，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊、雙向DC-DC變換器、第一硬件保護(hù)模塊依次連接，雙向DC-DC變換器分別信號(hào)調(diào)理電路和第二硬件保護(hù)模塊連接，第一硬件保護(hù)模塊通過變頻器母線與曳引機(jī)連接，能量回饋控制芯片分別與超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊、信號(hào)調(diào)理電路、 第二硬件保護(hù)模塊、變頻器母線分別連接；整個(gè)系統(tǒng)以能量回饋控制芯片為核心，由該能量回饋控制芯片控制雙向DC-DC變換器、第一硬件保護(hù)模塊，以使超級(jí)電容模塊的安全有效的充能及對(duì)變頻器母線供電，在能量回饋控制芯片出現(xiàn)故障的情況下第二硬件保護(hù)模塊迅速的切斷DC-DC變換器，可靠的保護(hù)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊，即當(dāng)電梯處于制動(dòng)狀態(tài)，若能量回饋控制芯片檢測到超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊沒有達(dá)到額定電壓，打開雙向DC-DC變換器充電回路，對(duì)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊進(jìn)行充電； 當(dāng)檢測到超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊充電至額定電壓時(shí)，切斷經(jīng)由雙向DC-DC變換器的充電回路， 將變頻器母線上剩余能量接入第一硬件保護(hù)模塊；當(dāng)電梯正常運(yùn)行時(shí)，若能量回饋控制芯片檢測到超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊處于額定電壓，打開雙向DC-DC變換器放電回路，將超級(jí)電容
4儲(chǔ)能模塊上的電能以恒壓方式提供給曳引機(jī)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(1)對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行恒流充電，同時(shí)在充電回路中加入降壓電感，可以防止過高電壓對(duì)超級(jí)電容模塊的沖擊，有效的保護(hù)超級(jí)電容模塊；( 在超級(jí)電容對(duì)外供電時(shí)，采用PID控制策略，對(duì)超級(jí)電容的輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整， 保證其恒壓放電；C3)當(dāng)超級(jí)電容已經(jīng)充電至額定值時(shí)，若變頻器母線電壓仍高于超級(jí)電容的電壓，DC-DC變換器也會(huì)立即關(guān)斷，變頻器母線接入耗能電阻回路，保護(hù)超級(jí)電容模塊的安全；(4)引進(jìn)額外的硬件保護(hù)回路，實(shí)時(shí)監(jiān)控超級(jí)電容模塊及變頻器母線的電壓電流， 若超過設(shè)定值，則封鎖控制信號(hào)、關(guān)斷控制系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的安全。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是本發(fā)明基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)DC-DC變換器模塊電路原理圖；圖3是本發(fā)明基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)第一硬件保護(hù)模塊電路原理圖；圖4是本發(fā)明基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)第二硬件保護(hù)模塊電路原理圖；圖5是本發(fā)明基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)最小控制系統(tǒng)核心 DSP-2812引腳圖；圖6是本發(fā)明基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)整體電路原理圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1，本發(fā)明基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋與控制系統(tǒng)，包括超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1(已申請(qǐng)專利，公布號(hào)CN 101807821A)、雙向DC-DC變換器2、能量回饋控制芯片 3、第一硬件保護(hù)模塊4、第二硬件保護(hù)模塊5，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1、雙向DC-DC變換器2、第一硬件保護(hù)模塊4依次連接，雙向DC-DC變換器2分別信號(hào)調(diào)理電路和第二硬件保護(hù)模塊 5連接，第一硬件保護(hù)模塊4通過變頻器母線與曳引機(jī)連接，能量回饋控制芯片3分別與超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1、信號(hào)調(diào)理電路、第二硬件保護(hù)模塊5、變頻器母線分別連接；整個(gè)系統(tǒng)以能量回饋控制芯片3為核心，由該能量回饋控制芯片3控制雙向DC-DC 變換器2、第一硬件保護(hù)模塊4，以使超級(jí)電容模塊1的安全有效的充能及對(duì)變頻器母線供電，在能量回饋控制芯片3出現(xiàn)故障的情況下第二硬件保護(hù)模塊5迅速的切斷DC-DC變換器2，可靠的保護(hù)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1，即當(dāng)電梯處于制動(dòng)狀態(tài)，若能量回饋控制芯片3檢測到超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1沒有達(dá)到額定電壓，打開雙向DC-DC變換器2充電回路，對(duì)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1進(jìn)行充電；當(dāng)檢測到超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1充電至額定電壓時(shí)，切斷經(jīng)由雙向 DC-DC變換器2的充電回路，將變頻器母線上剩余能量接入第一硬件保護(hù)模塊4，利用耗能電阻R2安全釋放能量；當(dāng)電梯正常運(yùn)行時(shí)，若能量回饋控制芯片3檢測到超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1處于額定電壓，打開雙向DC-DC變換器2放電回路，將超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1上的電能以恒壓方式提供給曳引機(jī)。
結(jié)合圖2，上述雙向DC-DC變換器2包括第一路IGBT模塊Si、第二路IGBT模塊 S2、降壓電感L、第一二極管D1、第二二極管D2、第一電流霍爾傳感器Il和第二電流霍爾傳感器12，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1通過第一繼電器與降壓電感L連接，該降壓電感L與第一電流霍爾傳感器Il連接，該第一電流霍爾傳感器Il分別與第一路IGBT模塊Sl的射極、第二路IGBT模塊的S2的集電極連接，第一二極管Dl并聯(lián)在第一路IGBT模塊Sl的射極和集電極上，該第一路IGBT模塊Sl的集電極與第二電流霍爾傳感器12連接，第二電流霍爾傳感器12與第一硬件保護(hù)模塊4連接，第二二極管D2并聯(lián)在第二路IGBT模塊S2的射極和集電極上，第二路IGBT模塊S2的射極連接至超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1 ；第一路IGBT模塊Si、第二路IGBT模塊S2分別采用二極管與其并聯(lián)，保證單個(gè) IGBT工作時(shí)，另一個(gè)處于受保護(hù)狀態(tài)，由能量回饋控制芯片3的PWM信號(hào)來控制第一路 IGBT模塊Si、第二路IGBT模塊S2，通過改變PWM控制信號(hào)的占空比來改變第一路IGBT模塊Si、第二路IGBT模塊S2的通斷程度，以保證放電時(shí)電壓穩(wěn)定，充電時(shí)電流恒定；當(dāng)變頻器母線對(duì)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1充電時(shí)，第一路IGBT模塊Sl作用，第二二極管D2導(dǎo)通，降壓電感L降低充電電能對(duì)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1的沖擊，降低充電電壓；超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1兩端的電壓霍爾傳感器Vl及變頻器母線端的電壓霍爾傳感器V2將放電過程中的兩處電壓信號(hào)反饋至能量回饋控制芯片3，采用PID控制算法，以保證電壓的恒定輸出；同樣第一電流霍爾傳感器Il和第二電流霍爾傳感器12也將電流參數(shù)反饋至能量回饋控制芯片3，保證電流的恒定輸入。PID控制公式如下Δ u (k) = Ae (k) -Be (k_l) +Ce (k_2)；. C 其中 A = Kp(l+T/TI+TD/T)，B = Kp(l+2TD/T).，C = KpTD/T。結(jié)合圖3，本發(fā)明基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋與控制系統(tǒng)的第一硬件保護(hù)模塊4包括限流電阻R1、固態(tài)繼電器、第二繼電器、泄放管S3、能耗電阻R2，雙向DC-DC變換器2中的第二電流霍爾傳感器12接至第二繼電器，限流電阻Rl并聯(lián)在第二繼電器兩端，固態(tài)繼電器與第二繼電器連接，該固態(tài)繼電器連接到泄放管S3的集電極，該泄放管S3的集電極并與變頻器母線連接，該泄放管S3的射極連接到能耗電阻R2的一端，該能耗電阻R2的另一端接地；變頻器母線對(duì)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1充電的瞬間，對(duì)雙向DC-DC變換器2會(huì)有較大的電流沖擊，所以需要啟動(dòng)限流電阻R1，第二繼電器控制啟動(dòng)限流電阻R1，從變頻器母線對(duì)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1充電開始至設(shè)定時(shí)間，第二繼電器始終斷開，限流電阻Rl啟動(dòng)，保證雙向DC-DC變換器2的安全運(yùn)行；在變頻器母線側(cè)的繼電器控制模塊，采用固態(tài)繼電器，以防止在較高電壓下，普通繼電器會(huì)引起的電弧效應(yīng)。當(dāng)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1充電至額定電壓，電梯仍處于制動(dòng)狀態(tài)，變頻器母線端仍有較高電壓時(shí)，能量回饋控制芯片3打開泄放管 S3，啟動(dòng)能耗電阻R2，安全釋放變頻器母線端的剩余能量。結(jié)合圖4，本發(fā)明基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋與控制系統(tǒng)的第二硬件保護(hù)模塊5包括依次連接的比較器、光耦TLP521、邏輯判斷器74HC20，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1兩端的電壓霍爾傳感器Vl、變頻器母線端的電壓霍爾傳感器V2、第一電流霍爾傳感器11和第二電流霍爾傳感器12的測量值經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路輸送至比較器，若低于設(shè)定值(本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)比較器的設(shè)定值可以根據(jù)系統(tǒng)的額定電壓和額定電流而定)，第二硬件保護(hù)模塊5 不動(dòng)作，若高于設(shè)定值，則啟動(dòng)第二硬件保護(hù)模塊5。第二硬件保護(hù)模塊5作為應(yīng)急保護(hù)模
6塊，在正常工作狀態(tài)時(shí)不會(huì)觸發(fā)，只有當(dāng)回饋系統(tǒng)的電壓或電流調(diào)節(jié)發(fā)生故障，充放電回路發(fā)生過壓或過流時(shí)才會(huì)工作。第二硬件保護(hù)模塊5的輸出信號(hào)接到DSP控制核心的nPDPINT 功率中斷保護(hù)引腳和PWM控制信號(hào)緩沖級(jí)74HC245的信號(hào)封鎖控制引腳。當(dāng)系統(tǒng)中的電壓或電流超過設(shè)定值時(shí)，保護(hù)模塊立即啟動(dòng)，封鎖PWM信號(hào)，切斷雙向DC-DC變換器2與超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1和變頻器母線間的連接，以防系統(tǒng)因過壓或過流損壞。結(jié)合圖5，本發(fā)明基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋與控制系統(tǒng)的能量回饋控制芯片3采用DSP-2812，其引腳ADCBO連接信號(hào)調(diào)理電路，來檢測超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1兩端的電壓霍爾傳感器VI，引腳ADCBl連接信號(hào)調(diào)理電路，來檢測流經(jīng)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1的第一電流霍爾傳感器II，引腳ADCB2連接信號(hào)調(diào)理電路，來檢測變頻器母線兩端的電壓霍爾傳感器V2，引腳ADCB3連接信號(hào)調(diào)理電路，來檢測流經(jīng)變頻器母線的第二電流霍爾傳感器12， 引腳PWMl經(jīng)過緩沖級(jí)74HC425、光耦HCPL3120接入雙向DC-DC變換器2中的第一路IGBT 模塊Si，用于充電過程第一路IGBT模塊Sl的通斷控制；引腳PWM2經(jīng)過緩沖級(jí)74HC425、光耦HCPL3120接入雙向DC-DC變換器2中的第二路IGBT模塊S2，用于放電過程第二路IGBT 模塊S2的通斷控制；引腳GPI0A13經(jīng)光耦控制連接超級(jí)電容與DC-DC變換器2的第一繼電器，引腳GPI0A14經(jīng)光耦連接啟動(dòng)限流電阻Rl的第二繼電器；引腳GPI0A15經(jīng)光耦控制連接變頻器母線與DC-DC變換器2的固態(tài)繼電器；引腳GPI015B13經(jīng)光耦控制第一硬件保護(hù)模塊4中的瀉放管S3，控制第一硬件保護(hù)模塊4的通斷。圖6是本發(fā)明基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)整體電路原理圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的完整實(shí)施過程。充電當(dāng)電梯處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，通過超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1兩端的電壓霍爾傳感器 Vl和變頻器母線兩端的電壓霍爾傳感器V2測得兩處的電壓，若超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1端電壓低于額定值，能量回饋控制芯片3便通過引腳GPI0A13和GPI0A15發(fā)出控制信號(hào)，使第一繼電器和固態(tài)繼電器吸合，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1和變頻器母線經(jīng)過DC-DC變換器2連接成完整回路，初始時(shí)能量回饋控制芯片3控制第二繼電器斷開，限流電阻Rl啟動(dòng)，以保證DC-DC 變換器2不被大電流沖擊。通過能量回饋控制芯片3改變PWMl控制信號(hào)的占空比來調(diào)節(jié) DC-DC變換器2中第一路IGBT模塊Sl的導(dǎo)通程度，并且將雙向DC-DC變換器2通路上的電流通過第一電流霍爾傳感器Il和第二電流霍爾傳感器12檢測，實(shí)時(shí)反饋給能量回饋控制芯片3，對(duì)電流進(jìn)行PID控制，保證對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行恒流充電；若超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1兩端的電壓霍爾傳感器Vl檢測到超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1端電壓已經(jīng)達(dá)到其額定值，為保護(hù)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1，能量回饋控制芯片3通過引腳GPI0A13和 GPI0A15發(fā)出控制信號(hào)，使第一繼電器和固態(tài)繼電器斷開，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1、變頻器母線及DC-DC變換器2完全安全斷開，變頻器母線接入第一硬件保護(hù)模塊4，能量回饋控制芯片3經(jīng)引腳GPI015B13發(fā)出控制信號(hào)，打開第一硬件保護(hù)模塊4中的瀉放管S3，將變頻器母線上剩余的能量由能耗電阻R2安全的釋放，以保護(hù)整個(gè)能量回饋系統(tǒng)的安全。放電當(dāng)電梯處于正常運(yùn)行或者在其他緊急情況下，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1儲(chǔ)存的能量回饋至電梯的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1回饋的電壓必須保持和變頻器母線端的電壓保持一致才能保證電梯電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，所以超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1的能量回饋采用恒壓放電，具體放電過程如下能量回饋控制芯片3通過引腳GPI0A13和GPI0A15發(fā)出控制信號(hào)，使繼電器2和固態(tài)繼電器吸合，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1和變頻器母線經(jīng)過DC-DC變換器2連接成完整回路，并將變頻器母線兩端的電壓霍爾傳感器V2和超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1兩端的電壓霍爾傳感器Vl檢測到的電壓反饋至能量回饋控制芯片3，采用PID控制算法，通過改變PWM2控制信號(hào)的占空比來調(diào)節(jié)雙向DC-DC變換器2中第二路IGBT模塊S2的導(dǎo)通程度，以保證超級(jí)電容連接至變頻器母線端的電壓始終保持穩(wěn)定。 本發(fā)明在考慮以上第一硬件保護(hù)模塊4的同時(shí)，為更有效的保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)，特地引入第二硬件保護(hù)模塊5。此模塊實(shí)時(shí)獲取超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1兩端的電壓及流經(jīng)超級(jí)電容回路的電流和變頻器母線端的電壓及流經(jīng)電流，與設(shè)定值比較。第二硬件保護(hù)模塊5的輸出信號(hào)接到能量回饋控制芯片3的nPDPINT功率中斷保護(hù)引腳和PWM控制信號(hào)緩沖級(jí) 74HC245的信號(hào)封鎖控制引腳。當(dāng)系統(tǒng)中的電壓或電流超過設(shè)定值時(shí)，保護(hù)模塊立即啟動(dòng)， 封鎖PWM信號(hào)，切斷雙向DC-DC變換器2與超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊1和變頻器母線間的連接，以防系統(tǒng)因過壓或過流損壞。
權(quán)利要求
1.一種基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋與控制系統(tǒng)，其特征在于包括超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(1)、雙向DC-DC變換器( 、能量回饋控制芯片C3)、第一硬件保護(hù)模塊(4)、第二硬件保護(hù)模塊(5)，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(1)、雙向DC-DC變換器O)、第一硬件保護(hù)模塊(4)依次連接，雙向DC-DC變換器( 分別信號(hào)調(diào)理電路和第二硬件保護(hù)模塊( 連接，第一硬件保護(hù)模塊(4)通過變頻器母線與曳引機(jī)連接，能量回饋控制芯片(3)分別與超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(1)、信號(hào)調(diào)理電路、第二硬件保護(hù)模塊(5)、變頻器母線分別連接；整個(gè)系統(tǒng)以能量回饋控制芯片(3)為核心，由該能量回饋控制芯片(3)控制雙向DC-DC 變換器O)、第一硬件保護(hù)模塊G)，以使超級(jí)電容模塊(1)的安全有效的充能及對(duì)變頻器母線供電，在能量回饋控制芯片(3)出現(xiàn)故障的情況下第二硬件保護(hù)模塊(5)迅速的切斷 DC-DC變換器O)，可靠的保護(hù)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(1)，即當(dāng)電梯處于制動(dòng)狀態(tài)，若能量回饋控制芯片⑶檢測到超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊⑴沒有達(dá)到額定電壓，打開雙向DC-DC變換器⑵ 充電回路，對(duì)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(1)進(jìn)行充電；當(dāng)檢測到超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(1)充電至額定電壓時(shí)，切斷經(jīng)由雙向DC-DC變換器( 的充電回路，將變頻器母線上剩余能量接入第一硬件保護(hù)模塊；當(dāng)電梯正常運(yùn)行時(shí)，若能量回饋控制芯片(3)檢測到超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊 ⑴處于額定電壓，打開雙向DC-DC變換器⑵放電回路，將超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊⑴上的電能以恒壓方式提供給曳引機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋與控制系統(tǒng)，其特征在于雙向DC-DC變換器( 包括第一路IGBT模塊Si、第二路IGBT模塊S2、降壓電感L、第一二極管D1、第二二極管D2、第一電流霍爾傳感器Il和第二電流霍爾傳感器12，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(1)通過第一繼電器與降壓電感L連接，該降壓電感L與第一電流霍爾傳感器Il連接， 該第一電流霍爾傳感器Il分別與第一路IGBT模塊Sl的射極、第二路IGBT模塊的S2的集電極連接，第一二極管Dl并聯(lián)在第一路IGBT模塊Sl的射極和集電極上，該第一路IGBT模塊S 1的集電極與第二電流霍爾傳感器12連接，第二電流霍爾傳感器12與第一硬件保護(hù)模塊⑷連接，第二二極管D2并聯(lián)在第二路IGBT模塊S2的射極和集電極上，第二路IGBT 模塊S2的射極連接至超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(1)；第一路IGBT模塊Sl、第二路IGBT模塊S2分別采用二極管與其并聯(lián)，保證單個(gè)IGBT工作時(shí)，另一個(gè)處于受保護(hù)狀態(tài)，由能量回饋控制芯片(3)的PWM信號(hào)來控制第一路IGBT模塊Sl、第二路IGBT模塊S2，通過改變PWM控制信號(hào)的占空比來改變第一路IGBT模塊Sl、第二路IGBT模塊S2的通斷程度，以保證放電時(shí)電壓穩(wěn)定，充電時(shí)電流恒定；當(dāng)變頻器母線對(duì)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(1)充電時(shí)，第一路IGBT模塊Sl作用，第二二極管D2導(dǎo)通，降壓電感L 降低充電電能對(duì)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(1)的沖擊，降低充電電壓；超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(1)兩端的電壓霍爾傳感器Vl及變頻器母線端的電壓霍爾傳感器V2將放電過程中的兩處電壓信號(hào)反饋至能量回饋控制芯片(3)，采用PID控制算法，以保證電壓的恒定輸出；同樣第一電流霍爾傳感器Il和第二電流霍爾傳感器12也將電流參數(shù)反饋至能量回饋控制芯片(3)，保證電流的恒定輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋與控制系統(tǒng)，其特征在于第一硬件保護(hù)模塊(4)包括限流電阻R1、固態(tài)繼電器、第二繼電器、泄放管S3、能耗電阻 R2，雙向DC-DC變換器O)中的第二電流霍爾傳感器12接至第二繼電器，限流電阻Rl并聯(lián)在第二繼電器兩端，固態(tài)繼電器與第二繼電器連接，該固態(tài)繼電器連接到泄放管S3的集電極，該泄放管S3的集電極并與變頻器母線連接，該泄放管S3的射極連接到能耗電阻R2的一端，該能耗電阻R2的另一端接地；第二繼電器控制啟動(dòng)限流電阻R1，從變頻器母線對(duì)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(1)充電開始至設(shè)定時(shí)間，第二繼電器始終斷開，限流電阻Rl啟動(dòng)，保證雙向DC-DC變換器O)的安全運(yùn)行；當(dāng)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(1)充電至額定電壓，電梯仍處于制動(dòng)狀態(tài)，變頻器母線端仍有較高電壓時(shí)，能量回饋控制芯片(3)打開泄放管S3，啟動(dòng)能耗電阻R2，安全釋放變頻器母線端的剩余能量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋與控制系統(tǒng)，其特征在于第二硬件保護(hù)模塊( 包括依次連接的比較器、光耦TLP521、邏輯判斷器74HC20，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(1)兩端的電壓霍爾傳感器VI、變頻器母線端的電壓霍爾傳感器V2、第一電流霍爾傳感器Il和第二電流霍爾傳感器12的測量值經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路輸送至比較器，若低于設(shè)定值，第二硬件保護(hù)模塊( 不動(dòng)作，若高于設(shè)定值，則啟動(dòng)第二硬件保護(hù)模塊(5)；第二硬件保護(hù)模塊(5)的輸出信號(hào)接到DSP控制核心的nPDPINT功率中斷保護(hù)引腳和PWM控制信號(hào)緩沖級(jí)74HCM5的信號(hào)封鎖控制引腳。當(dāng)系統(tǒng)中的電壓或電流超過設(shè)定值時(shí)，保護(hù)模塊立即啟動(dòng)，封鎖PWM信號(hào)，切斷雙向DC-DC變換器⑵與超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊⑴和變頻器母線間的連接，以防系統(tǒng)因過壓或過流損壞。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋與控制系統(tǒng)，其特征在于能量回饋控制芯片(3)采用DSP-2812，其引腳ADCBO連接信號(hào)調(diào)理電路，來檢測超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(1)兩端的電壓霍爾傳感器VI，引腳ADCBl連接信號(hào)調(diào)理電路，來檢測流經(jīng)超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊⑴的第一電流霍爾傳感器II，引腳ADCB2連接信號(hào)調(diào)理電路，來檢測變頻器母線兩端的電壓霍爾傳感器V2，引腳ADCB3連接信號(hào)調(diào)理電路，來檢測流經(jīng)變頻器母線的第二電流霍爾傳感器12，引腳PWMl經(jīng)過緩沖級(jí)74HC425、光耦HCPL3120接入雙向DC-DC 變換器O)中的第一路IGBT模塊Si，用于充電過程第一路IGBT模塊Sl的通斷控制；引腳 PWM2經(jīng)過緩沖級(jí)74HC425、光耦HCPL3120接入雙向DC-DC變換器O)中的第二路IGBT模塊S2，用于放電過程第二路IGBT模塊S2的通斷控制；引腳GPI0A13經(jīng)光耦控制連接超級(jí)電容與DC-DC變換器O)的第一繼電器，引腳GPI0A14經(jīng)光耦連接啟動(dòng)限流電阻Rl的第二繼電器；引腳GPI0A15經(jīng)光耦控制連接變頻器母線與DC-DC變換器( 的固態(tài)繼電器；引腳 GPI015B13經(jīng)光耦控制第一硬件保護(hù)模塊中的瀉放管S3，控制第一硬件保護(hù)模塊(4) 的通斷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于超級(jí)電容的電梯制動(dòng)能量回饋與控制系統(tǒng)，包括超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊、雙向DC-DC變換器、能量回饋控制芯片、第一硬件保護(hù)模塊、第二硬件保護(hù)模塊，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊、雙向DC-DC變換器、第一硬件保護(hù)模塊依次連接，雙向DC-DC變換器分別信號(hào)調(diào)理電路和第二硬件保護(hù)模塊連接，第一硬件保護(hù)模塊通過變頻器母線與曳引機(jī)連接，能量回饋控制芯片分別與超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊、信號(hào)調(diào)理電路、第二硬件保護(hù)模塊、變頻器母線分別連接。本發(fā)明，有效的保護(hù)超級(jí)電容模塊，保證其恒壓放電，保護(hù)超級(jí)電容模塊的安全。
文檔編號(hào)H02P3/18GK102427262SQ20111041409
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者劉智君, 吳益飛, 施惟惟, 王蘇華, 王銘明, 秦建波, 米運(yùn)洪, 郭健, 陳慶偉, 陳輝揚(yáng) 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)