電梯能量回饋原理及系統(tǒng)控制方案設(shè)計

　　摘要：本文介紹了電梯工作的基本原理，分析電梯能量回饋系統(tǒng)的工作原理，給出能量回饋過程中系統(tǒng)應(yīng)滿足的控制條件，最后根據(jù)控制要求給出電梯能量回饋系統(tǒng)的控制方案。在此基礎(chǔ)上設(shè)計實驗電路，搭建實驗平臺，并給出一些主要實驗波形。
　　關(guān)鍵詞：電梯 能量回饋原理 控制方案
　　中圖分類號： TU8 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)04(a)-0000-00
　　
　　1 電梯工作原理
　　我們可以把電梯簡單理解成一個兩端分別懸掛轎廂和配重的定滑輪組，起滑輪作用的曳引機實際上就是一部電動機。當(dāng)電動機正向或者反向旋轉(zhuǎn)時，轎廂會相應(yīng)的上行或者下行，實現(xiàn)了電梯運送乘客或者貨物的目的。位于電梯控制系統(tǒng)中的變頻器是驅(qū)動電動機運行的裝置。一般來講，電梯平衡系數(shù)為45%左右，即轎廂內(nèi)放置45%左右載重時，轎廂與電梯配重的重量相當(dāng)。我們可以將電梯的運行分為以下幾種工況：(1)轎箱或配重較輕的一邊上升，比如空車上行和滿載下行，這是系統(tǒng)釋放勢能的過程，此時曳引機工作在發(fā)電狀態(tài)。(2)轎箱或配重較輕的一邊下降，比如空車下行與滿載上行，此時系統(tǒng)勢能在不斷增加，曳引機工作在電動狀態(tài)。(3)當(dāng)電梯到達所在樓層減速制動時，系統(tǒng)釋放動能，此時曳引機也工作在發(fā)電狀態(tài) [1]。當(dāng)電梯運行在（1）、（3）工況時，曳引機工作在發(fā)電狀態(tài)，所產(chǎn)生的能量通過電動機和變頻器轉(zhuǎn)化為變頻器直流母線上的直流電能。這些能量被臨時存儲在變頻器直流回路的大電容中，隨著電梯工作時間的持續(xù)，電容中的電能和電壓會逐漸升高，導(dǎo)致過壓故障，使電梯停止工作。
　　
　　2 能量回饋原理及系統(tǒng)設(shè)計方案
　　能量回饋系統(tǒng)是將電梯變頻器直流側(cè)大電容中儲存的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電，并回送到電網(wǎng)，系統(tǒng)的主回路結(jié)構(gòu)，主要由濾波電容、三相IGBT全橋、串聯(lián)電感及一些外圍電路組成。電梯能量回饋系統(tǒng)的輸入端與電梯變頻器的直流母線側(cè)相連，輸出端與電網(wǎng)側(cè)相連。電梯能量回饋的本質(zhì)是將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的有源逆變，其目的是將曳引機在發(fā)電狀態(tài)下產(chǎn)生的直流電能通過逆變回饋交流電網(wǎng)，實現(xiàn)節(jié)能并盡量避免逆變輸出電能對電網(wǎng)的污染。根據(jù)以上要求，本文設(shè)計了以AVR單片機為控制核心的電梯能量回饋系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由中央處理單元（AVR單片機）、同步信號檢測單元、邏輯保護控制單元及功率逆變單元（IPM模塊）組成，外加直流母線電流檢測單元、直流母線電壓檢測單元等多種保護功能，只要任何一種保護起作用，都將封鎖逆變控制信號的輸出，及時對IPM驅(qū)動電路進行封鎖，保護IPM模塊及其他電路不致?lián)p壞，提高能量回饋系統(tǒng)的安全性[3]。
　　
　　3 能量回饋系統(tǒng)實驗及分析
　　本文制作實驗電路板，包括主電路板和IPM的隔離接口電路板。主電路板主要包括并網(wǎng)同步電路，直流母線電壓檢測電路，直流母線電流檢測電路，ATmega128單片機及其外圍電路，可編程邏輯器件EPM7032s及其外圍電路，以及電源和下載接口。隔離接口電路板是用來驅(qū)動IPM模塊工作。實驗平臺為電網(wǎng)電壓先經(jīng)過變壓器接入到主電路板的輸入端，主電路板的輸出端連接隔離接口電路板，隔離接口電路板的輸出再連接到IPM模塊，電路板中的所有電源由電源模塊提供。最終制作好電梯能量回饋系統(tǒng)的裝置。系統(tǒng)上電后工作正常，電網(wǎng)電壓經(jīng)變壓器后，輸出A相過零點信號。三相過零點信號經(jīng)過可編程邏輯器件后，開關(guān)器件T1和T6的并網(wǎng)同步信號與電網(wǎng)線電壓UAB的關(guān)系分別如圖1和圖2所示。開關(guān)器件T1和T6同步信號的關(guān)系如圖3所示。同一橋臂上的開關(guān)器件T1和T4同步信號的關(guān)系如圖4所示。采用基于調(diào)制函數(shù)的SVPWM算法對ATmega128單片機編程，單極性調(diào)制，工作角120°，開關(guān)頻率為9kHz，調(diào)制度為0.5，編程后開關(guān)器件T1的驅(qū)動信號波形如圖5所示，圖6是開關(guān)器件T1和T4的驅(qū)動信號波形。圖7是開關(guān)器件T1的驅(qū)動信號放大后的波形。由于時間和條件的限制，隔離接口電路輸出的T1～T6的驅(qū)動信號沒有接入到IPM模塊上進行測試。
　　
　　
　　參考文獻
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