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1、第31卷第1期河南科技大学学报:自然科学版Vol.31No.12010年2月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology:NaturalScienceFeb.2010文章编号:1672-6871(2010)01-0027-04电梯节能能量回馈控制系统设计1121申瑞,张自强,董燕,叶立(1.上海师范大学信息与机电工程学院,上海200234;2.阿克苏职业技术学院机电系,新疆阿克苏843000)摘要:为了提高电梯节能能量回馈系统的直流电压的利用率,减少回馈电能对电网的
2、污染,本文设计了一种电梯节能能量回馈控制系统,回馈能量的逆变采用SVPWM技术。分析了电梯节能逆变系统的组成及工作原理,并对该逆变节能控制系统进行了仿真实验研究。结果表明:该系统设计合理,在电梯节能能量回馈系统中采用SVPWM技术,既能提高能量回馈逆变电路对直流电压的利用率,又能减少逆变电能总谐波失真。关键词:电梯节能;计算机仿真;能量逆变;SVPWM中图分类号:TM92文献标识码:A0前言采用变频调速的电梯要求电机四象限运行,当电梯快速制动以及电梯上行时,电梯的驱动电机处于再生发电状态,产生的再生电能传输到变频
3、器的直流侧滤波电容上,产生泵升电压,严重威胁系统的工作安全。目前,控制泵升电压的普遍方法是:通过在直流母线上接一个能耗电阻,将能量释放。这种方法由于电梯在工作中制动频繁并带位势负载运行,一方面造成能量严重浪费;另一方面电阻发热,使得[1]环境温度升高,影响系统工作的可靠性。电梯节能能量回馈系统的作用就是将储存在变频器直流侧电容中的电能及时逆变为交流电,并回[2]馈给电网,从而达到节能的目的。对于直流电能到交流电能的逆变目前已经有一些成熟的技术,在电梯节能控制系统的逆变技术应用中取得较好效果的还不多,本文分析了SV
4、PWM方法在电梯节能能量逆变器中的应用。1能量回馈控制系统组成及工作原理1.1能量回馈系统组成电梯节能能量回馈的本质是将直流电能转换为交流电能的有源逆变,其目的是将电动机在发电状态下产生的直流电能回馈到交流电网,实现节能并尽量避免对电网的污染。电梯直流电能逆变回馈过程中,系统要求在相位、电压、电流等方面应满足的控制条件如下:(1)逆变过程必须与电网相位保持同步关系;(2)当直流母线电压超过设定值时,才启动逆变装置进行能量回馈;(3)逆变电流必须满足回馈功率的要求,但不大于逆变电路所允许的最大电流;(4)应尽量减少
5、逆变过程对电网的污染。根据以上要求,本文设计了一种利用单片机为控制核心的电梯节能能量逆变系统。该系统主要由中央处理单元(AVR单片机)、直流母线电流检测单元、直流母线电压检测单元、同步信号检测单元、逻辑保护控制单元及功率逆变单元(IPM模块)组成,系统的整体框图如图1所示。1.2工作原理当电梯上升负载较轻或快速制动时,电梯由于系统配重使电梯的驱动电机工作于发电状态,此时能量的传输反向,由电机将机械能反传给变频器。这部分能量将累积在滤波电容上,产生泵升电压,滤波电容两端电压即直流母线电压升高到超过电网线电压峰值后,
6、整流桥反向阻断。当直流母线电压继续升高,超过启动有源逆变电路的工作电压时,逆变电路开始工作,将直流母线上的能量逆变回馈电网。基金项目:上海市自然科学基金项目(09ZR1423400)作者简介:申瑞(1984-),女,河南洛阳人,硕士生.收稿日期:2009-10-2328河南科技大学学报:自然科学版2010年同时连接在能量回馈系统与三相交流电网之间的高频磁芯扼流电抗器将吸收直流母线电压和电网线电压的差值,以减小对电网电压的影响。随着这部分能量的释放,当直流母线电压回落到设定值后,逆变电路停止工作。图1电梯节能能量逆
7、变回馈系统系统中的功率电路采用新型功率器件IPM(智能功率模块)。IPM内部集成了高速、低耗的IGBT(绝缘门双极晶体管)和优化的门极驱动及过流、短路、欠压和过热保护电路,它提高了逆变电路的性能和工作可靠性,降低了系统成本,缩短了产品开发周期。为保证系统安全工作,逆变回馈控制系统中还设置了过流、过压、等多种保护功能。只要任何一种保护起作用,都将封锁逆变控制信号的输出,及时对IPM驱动电路进行封锁,保护IPM模块及其他电路不致损坏,提高能量回馈系统的安全性。2能量回馈逆变控制电路及控制方法2.1功率逆变电路设计功率
8、逆变器选用的是三菱公司生产的IPM模块PM150RSE120,其内部原理电路如图2虚线框内电路所示。图中电压Ud为电梯变频器滤波电容即直流母线侧的直流电压,L1、L2、L3为高频磁芯扼流电抗器,电感值均为5mH。图中的大功率开关管T1～T6是IGBT晶体管。经过三相逆变电路输出的三相交流电能直接回馈三相交流电[3-5]网。2.2控制方法图2功率逆变电路原理图控制方法的优劣
