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電梯節能改造 - 能量回饋的應用

作者:www.belynews.com 日期:2019-3-21 0:19:35 標簽:
導讀:在提高能量回饋系統在電梯節能的直流電壓的利用率,減少回饋電能對電網的污染,回饋能量的逆變采用SVPWM技術分析了電梯節能逆變系統的組成及工作原理,并對該逆變節

在提高能量回饋系統在電梯節能的直流電壓的利用率,減少回饋電能對電網的污染,回饋能量的逆變采用SVPWM技術分析了電梯節能逆變系統的組成及工作原理,并對該逆變節能控制系統進行了仿真實驗研究。結果表明:該系統設計合理,在電梯節能能量回饋系統中采用SVPWM技術,既能提高能量回饋逆變電路對直流電壓的利用率,又能減少逆變電能總諧波失真。 

  電梯節能能量回饋系統的作用就是將儲存在變頻器直流側電容中的電能及時逆變為交流電,并回饋給電網,從而達到節能的目的。對于直流電能到交流電能的逆變目前已經有一些成熟的技術在電梯節能控制系統的逆變技術應用中取得較好效果的還不多,本文分析了SVPWM方法在電梯節能能量逆變器中的應用。采用變頻調速的電梯要求電機四象限運行,當電梯快速制動以及電梯上行時,電梯的驅動電機處于再生發電狀態,產生的再生電能傳輸到變頻器的直流側濾波電容上,產生泵升電壓,嚴重威脅系統的工作安全。目前,控制泵升電壓的普遍方法是:通過在直流母線上接一個能耗電阻,將能量釋放。這種方法由于電梯在工作中制動頻繁并帶位勢負載運行,一方面造成能量嚴重浪費;另一方面電阻發熱,使得環境溫度升高,影響系統工作的可靠性。 

電梯電能回饋裝置
電梯電能回饋裝置

  能量回饋控制系統組成及工作原理 
 ?。ㄒ唬?、能量回饋系統組成 
  電梯節能能量回饋的本質是將直流電能轉換為交流電能的有源逆變,其目的是將電動機在發電狀態下產生的直流電能回饋到交流電網,實現節能并盡量避免對電網的污染。電梯直流電能逆變回饋過程中,系統要求在相位、電壓、電流等方面應滿足的控制條件。逆變過程必須與電網相位保持同步關系;當直流母線電壓超過設定值時,才啟動逆變裝置進行能量回饋;逆變電流必須滿足回饋功率的要求,但不大于逆變電路所允許的最大電流;應盡量減少逆變過程對電網的污染。根據以上要求,本文設計了一種利用單片機為控制核心的電梯節能能量逆變系統。系統中的功率電路采用新型功率器件IPM (智能功率模塊)。IPM內部集成了高速、低耗的IGBT(絕緣門雙極晶體管)和優化的門極驅動及過流、短路、欠壓和過熱保護電路,它提高了逆變電路的性能和工作可靠性,降低了系統成本,縮短了產品開發周期。為保證系統安全工作,逆變回饋控制系統中還設置了過流、過壓、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驅動電路進行封鎖,保護IPM模塊及其他電路不致損壞,提高能量回饋系統的安全性。 

 ?。ǘ?、工作原理 
  當電梯上升負載較輕或快速制動時,電梯由于系統配重使電梯的驅動電機工作于發電狀態,此時能同時連接在能量回饋系統與三相交流電網之間的高頻磁芯扼流電抗器將吸收直流母線電壓和電網線電壓的差值,以減小對電網電壓的影響。隨著這部分能量的釋放,當直流母線電壓回落到設定值后,逆變電路停止工作。量的傳輸反向,由電機將機械能反傳給變頻器。這部分能量將累積在濾波電容上,產生泵升電壓,濾波電容兩端電壓即直流母線電壓升高到超過電網線電壓峰值后,整流橋反向阻斷。當直流母線電壓繼續升高,超過啟動有源逆變電路的工作電壓時,逆變電路開始工作,將直流母線上的能量逆變回饋電網。 


電梯節能改造方案


  能量回饋逆變控制電路及控制方法 
 ?。ㄒ唬?、功率逆變電路設計 
  功率逆變器選用的是三菱公司生產的IPM模塊PM150RSE120,其內部原理電路如圖2虛線框內電路所示。其中電壓Ud為電梯變頻器濾波電容即直流母線側的直流電壓, L1、L2、L3為高頻磁芯扼流電抗器,電感值均為5 mH。大功率開關管T1~T6是IGBT晶體管。經過三相逆變電路輸出的三相交流電能直接回饋三相交流電網。 

 ?。ǘ?、控制方法 
  控制方法的優劣直接影響逆變系統的性能,為了使電梯節能能量逆變器的節能效果顯著,且減少逆變電能對電網造成的沖擊,采用的控制方法應使直流電壓利用率越高越好,逆變電能的總諧波失真越小越好。本設計采用了三相變頻技術中的SVPWM技術,是一種較新的且應用廣泛的PWM技術。經過仿真表明這種逆變控制方法能使該系統能夠達到較好的逆變效果。 

  能量逆變回饋控制系統實驗仿真 
 ?。ㄒ唬?、控制算法仿真模型 
  采用Matlab的Simulink模塊組成仿真模型對能量逆變系統進行仿真,根據SVPWM方法的原理,構造SVPWM算法的仿真模型,如圖3所示。實現SVPWM算法的基本步驟為:首先,通過3/2變換將三相A-B-C平面坐標系下的電壓變換到兩相A-B靜止坐標系下;其次,根據A-B坐標系下的電壓判斷參考電壓矢量Uref所在的扇區;再次,確定了Uref所在的扇區,計算Uref所在扇區的相鄰兩電壓矢量的作用時間。最后,已知各個矢量在不同扇區的作用時間,根據SVPWM的開關模式,計算A、B、C三相相應的開關切換點。根據SVPWM算法的仿真模型得出SVPWM三相相電壓調制波。將調制波與一定頻率和幅值的三角載波比較,當與三角載波的值相等時,得到A、B、C三相電壓相應的開關切換點,控制逆變電路大功率開關管的通斷,改變PWM波形的狀態。由此可見, SVPWM相電壓調制波呈馬鞍形,從而使SVPWM方法的直流電壓利用率提高,線性工作范圍增大。 


  經過分析計算和實測可以知道節電量與電梯的運行次數、載重量、運行高度、電梯整機效率等因素相關。通常來說電梯使用頻率高、額定速度快、額定載重量大、提升高度高,則其節能效果越顯著。如果情況相反,其節能效果則不明顯。 

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