專利名稱：自動扶梯節(jié)能控制的共直流母線變頻傳動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)，特別涉及一種用于軌道交通站、商場以及賓館等具有多臺上行和下行自動扶梯的場合的自動扶梯節(jié)能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自動扶梯作為一種方便快捷的運輸工具，已經(jīng)越來越多地出現(xiàn)在眾多的公共建筑中，尤其在軌道交通站、商廈及賓館等場合，自動扶梯的使用呈現(xiàn)明顯上升的趨勢。目前，國內(nèi)安裝的自動扶梯多采用單速交流電機(jī)作為主機(jī)，空載時仍是額定速度運行，具有耗能大， 機(jī)械磨損大，使用壽命降低等缺點。據(jù)調(diào)查，每當(dāng)?shù)罔F到站后，蜂擁的人流在自動扶梯上持續(xù)的時間大約為45秒鐘左右，如果按每3分鐘一班地鐵計算，扶梯的“負(fù)載持續(xù)率”也僅為 25%左右，其余時間扶梯都是在空載或很低的負(fù)載下運行。自動扶梯經(jīng)常處于空轉(zhuǎn)或低負(fù)載的運行狀態(tài)，這必將浪費大量的電能，同時也使扶梯部件(如電機(jī)、減速箱、扶手帶等)產(chǎn)生不必要的磨損及疲勞損傷。針對自動扶梯節(jié)能控制的研究，主要集中在變頻節(jié)能。思路是利用變頻控制技術(shù)能夠進(jìn)行無級調(diào)速的特性，根據(jù)檢測到的乘坐扶梯的人數(shù)，通過變頻調(diào)速方式實時調(diào)節(jié)驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得扶梯根據(jù)乘客量的不同采用不同的運行速度，達(dá)到節(jié)能的目的。目前自動扶梯的節(jié)能變頻控制多采用獨立驅(qū)動方式，即每臺自動扶梯的驅(qū)動由一臺電機(jī)加一臺變頻器組成。軌道交通站內(nèi)的上行和下行自動扶梯之間相互獨立，沒有能量上的聯(lián)系。這種變頻調(diào)速的結(jié)構(gòu)方式，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)。但是存在兩個問題一是扶梯制動時和下行扶梯載客量較大時，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生的能量使變頻器直流環(huán)節(jié)的電壓升高，只能通過制動單元和制動電阻的工作，以熱能的形式消耗掉，造成了能量的大量浪費。二是制動單元和制動電阻的存在增加了設(shè)備的體積、維護(hù)量和故障點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對傳統(tǒng)自動電梯控制存在的問題，提出了一種自動扶梯節(jié)能控制的共直流母線變頻傳動系統(tǒng)，在保留傳統(tǒng)自動扶梯變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)優(yōu)點的同時，有效利用電機(jī)發(fā)電狀態(tài)下產(chǎn)生的能量，減少軌道交通站總體的耗能量，減少設(shè)備體積和維護(hù)量，將共直流母線的理論引入到軌道交通站自動扶梯變頻節(jié)能控制設(shè)計中，達(dá)到節(jié)能的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種自動扶梯節(jié)能控制的共直流母線變頻傳動系統(tǒng)，將系統(tǒng)的所有自動扶梯的變頻調(diào)速電路視為一個傳動系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)交流電依次通過電源管理電路的刀熔開關(guān)單元、接觸器單元、交流電抗器和整流/回饋模塊，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電送入直流母線上，每臺自動扶梯的驅(qū)動通過刀熔開關(guān)和接觸器接到直流母線上，每臺自動扶梯的驅(qū)動由一臺逆變模塊和一臺電機(jī)組成。所述整流/回饋模塊選用由IGBT構(gòu)成的采用有源前端技術(shù)的整流/回饋單元， IGBT構(gòu)成的可調(diào)節(jié)型整流/回饋模塊可從供電系統(tǒng)中提取近似正弦波電流做信號源，輸出接直流母線。
所述電源管理電路選用兩臺整流/回饋單元。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明——用于自動扶梯節(jié)能控制的共直流母線變頻傳動系統(tǒng)，相比于各個變頻器的整流環(huán)節(jié)分散整流供電而言，1)當(dāng)有自動扶梯驅(qū)動回路產(chǎn)生再生能量時，可通過共直流母線將此再生能量供給其他驅(qū)動回路，也可將多余的再生能量通過電源管理電路送回供電系統(tǒng)，有效地利用了再生能量；幻消耗在交流轉(zhuǎn)換為直流的環(huán)節(jié)上的能量大為減少，總體上節(jié)省了投資，減少了占地面積和設(shè)備的維護(hù)量，減少了設(shè)備故障點，提高了設(shè)備的整體控制水平；；3)極大地減少了對電網(wǎng)的諧波污染，避免了電源電壓波動所造成的影響，提高了供電的品質(zhì)和可靠性。


圖1為本發(fā)明自動扶梯節(jié)能控制的共直流母線變頻傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明一上行自動扶梯和一下行自動扶梯組成的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
基于共直流母線供電的自動扶梯節(jié)能傳動系統(tǒng)，將軌道交通站內(nèi)的所有自動扶梯的變頻調(diào)速電路視為一個傳動系統(tǒng)。系統(tǒng)包括電源管理電路部分及驅(qū)動部分，系統(tǒng)交流電依次通過電源管理電路的刀熔開關(guān)1、接觸器2、交流電抗器3和整流/回饋模塊4，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電后將直流電送入直流母線5上，每臺自動扶梯的驅(qū)動通過刀熔開關(guān)6和接觸器7接到直流母線5上，每臺自動扶梯的驅(qū)動由一臺逆變模塊8和一臺電機(jī)10完成；具體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1中的整流/回饋模塊4選用由IGBT構(gòu)成的采用有源前端(AFE) 技術(shù)的整流/回饋單元。這種由IGBT構(gòu)成的可調(diào)節(jié)型整流/回饋模塊可從供電系統(tǒng)中提取近似正弦波電流，并基本不會引起電網(wǎng)供電線路中的電流諧波失真，使軌道交通站的傳動系統(tǒng)的諧波得到有效控制；另外，可使自動扶梯在實現(xiàn)變頻調(diào)速的同時，實時將載客量較大時和制動時下行自動扶梯產(chǎn)生的再生能量通過直流母線傳遞給上行自動扶梯使用，并可通過電源管理電路將多余的能量回饋到電網(wǎng)。另外，本設(shè)計的硬件結(jié)構(gòu)可以極大地提高系統(tǒng)的可靠性。由IGBT構(gòu)成的兩臺整流 /回饋模塊，既可減少諧波，又可在一臺整流/回饋模塊發(fā)生故障時，另一臺整流/回饋模塊單獨工作，為所有逆變模塊提供電源。同時，每臺逆變模塊和公共直流母線5之間未直接連接，而是設(shè)置了接觸器7和刀熔開關(guān)6，這樣在任何自動扶梯有故障時，可先控制接觸器7 斷開本部分的供電回路，再打開刀熔開關(guān)6，然后就可以維護(hù)該自動扶梯，包括更換電機(jī)及逆變模塊等。如果軌道交通站內(nèi)自動扶梯的分布較為分散，此時采用共直流母線方案會造成電機(jī)模塊到電機(jī)的電纜較長，因此應(yīng)采取必要的措施以避免由此造成的干擾問題。可靈活地將彼此靠近的一組或者多組上行扶梯和下行扶梯采用共直流母線方案供電，并簡化電源管理電路，如圖2所示。與傳統(tǒng)的軌道交通站內(nèi)的變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)相比，共直流母線供電的傳動系統(tǒng)具有以下優(yōu)點
1)相比于各個變頻器的整流環(huán)節(jié)分散整流供電而言，使得消耗在交流轉(zhuǎn)換為直流的環(huán)節(jié)上的能量大為減少，也就是說節(jié)省了能量的消耗。
2)可以實時將載客量較大時下行扶梯產(chǎn)生的能量，通過直流母線傳遞給上行扶梯使用，并可通過整流/回饋模塊將多余的能量回饋到電網(wǎng)。3)省掉了各個變頻器的整流環(huán)節(jié)、制動單元和制動電阻等設(shè)備，只增加了廣2個較大的整流/回饋模塊，總體上節(jié)省了投資，減少了占地面積和設(shè)備的維護(hù)量，減少了設(shè)備故障點，提高了設(shè)備的整體控制水平。4)集中供電使得所有逆變模塊的直流母線電壓一樣，而且由于母線容量更大， 直流電壓比單臺變頻器的直流環(huán)節(jié)電壓更穩(wěn)定，使傳動系統(tǒng)的抗干擾性能提高。5)考慮到電力電子技術(shù)的發(fā)展，目前采用IGBT構(gòu)成的可調(diào)節(jié)型整流/回饋模塊已經(jīng)廣泛應(yīng)用，這種模塊產(chǎn)生可調(diào)節(jié)的共直流母線電壓，避免了電源電壓波動所造成的影響， 提高了供電的可靠性。6)由IGBT構(gòu)成的可調(diào)節(jié)型整流/回饋模塊可從供電系統(tǒng)中提取近似正弦波電流， 并基本不會引起電網(wǎng)供電線路中的電流諧波失真，使軌道交通站的傳動系統(tǒng)的諧波得到有效控制。從而改善了軌道交通站的供電品質(zhì)，使得其它用電設(shè)備的使用壽命和可靠性增加。同時與傳統(tǒng)的軌道交通站內(nèi)的變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)相比，共直流母線供電的傳動系統(tǒng)也具有以下缺點
1) 一般來講，只有載客量較大時，下行扶梯才處于發(fā)電狀態(tài)。在空載時，下行扶梯仍需要電網(wǎng)饋電。因此對于比較偏僻，客流量較少的軌道交通站，相對于傳統(tǒng)的變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)而言，節(jié)能效果可能并不顯著。2)采用共直流母線方案會造成部分電機(jī)的電纜較長，因此應(yīng)采取必要的措施以避免由此造成的干擾問題。3)采用共直流母線方案一般需要電機(jī)的驅(qū)動裝置集中放置，不如各個變頻器獨立驅(qū)動電機(jī)靈活、簡單。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展以及可再生能源發(fā)電的興起，直流配電技術(shù)再次受到人們的關(guān)注。可考慮將逆變模塊靠近電機(jī)放置，通過直流限流電抗器和較長的電纜連接到直流母線，此尚有待研究。
權(quán)利要求
1.一種自動扶梯節(jié)能控制的共直流母線變頻傳動系統(tǒng)，其特征在于，將系統(tǒng)的所有自動扶梯的變頻調(diào)速電路視為一個傳動系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)交流電依次通過電源管理電路的刀熔開關(guān)單元、接觸器單元、交流電抗器和整流/回饋模塊，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電送入直流母線上，每臺自動扶梯的驅(qū)動通過刀熔開關(guān)和接觸器接到直流母線上，每臺自動扶梯的驅(qū)動由一臺逆變模塊和一臺電機(jī)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述自動扶梯節(jié)能控制的共直流母線變頻傳動系統(tǒng)，其特征在于， 所述整流/回饋模塊選用由IGBT構(gòu)成的采用有源前端技術(shù)的整流/回饋單元，IGBT構(gòu)成的可調(diào)節(jié)型整流/回饋模塊可從供電系統(tǒng)中提取近似正弦波電流做信號源，輸出接直流母線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述自動扶梯節(jié)能控制的共直流母線變頻傳動系統(tǒng)，其特征在于， 所述電源管理電路選用兩臺整流/回饋單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種共直流母線變頻傳動系統(tǒng)，將軌道交通站內(nèi)的所有自動扶梯的變頻調(diào)速電路視為一個傳動系統(tǒng)，系統(tǒng)通過電源管理電路將電能送到直流母線上，所有自動扶梯的驅(qū)動都統(tǒng)一掛在直流母線上。當(dāng)有自動扶梯驅(qū)動回路產(chǎn)生再生能量時，可通過共直流母線將此再生能量供給其他驅(qū)動回路，也可將多余的再生能量通過電源管理電路送回供電系統(tǒng)。有效利用了再生能量，從而使得消耗在交流轉(zhuǎn)換為直流的環(huán)節(jié)上的能量大為減少，總體上節(jié)省了投資，減少了占地面積和設(shè)備的維護(hù)量，減少了設(shè)備故障點，提高了設(shè)備的整體控制水平；其次，極大地減少了對電網(wǎng)的諧波污染，避免了電源電壓波動所造成的影響，提高了供電的品質(zhì)和可靠性。
文檔編號B66B25/00GK102225730SQ201110171850
公開日2011年10月26日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者葉銀忠, 錢平, 馬向華 申請人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院