永磁同步自动扶梯节能控制系统技术方案

一种永磁同步自动扶梯节能控制系统，主回路为：三相电源的各相分别依次经过电感和电阻后连接两组星形连接的脉冲宽度调制控制器每组脉冲宽度调制控制器的中心点分别为正、负电极输出端，正电极和负电极输出端跨接电容；控制电路为：分别从三相电源的各相采样取出各相电压和电流信号经整形与隔离电路连接微处理器；从正、负电极输出端输出电压经隔离电路连接微处理器；微处理器的三相脉冲宽度调制输出经驱动器与隔离器分别连接每个脉冲宽度调制控制器；微处理器连接故障保护电路、键盘及显示和通信接口电路。最大特点是节能。使自动扶梯平均节约能源４０％以上。平均能耗为单速运行时的５０％。同时降低了机械磨损，延长了零配件和整机的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电梯控制及节能控制领域，特别涉及一种永磁同步自动扶梯节能控制系统。
技术介绍
在经济高速发展的今天，大型商场、地铁站、公交中转站越来越多，而这些大型商 业公共场所中，扶梯是必不可少的运输工具，作为一种运送旅客的交通工具，不仅成功地缩 小了目标间的距离，而且使超短途(如楼层、月台间等)的大流量人员运输成为可能。因此， 经济学家说“自动扶梯的出现使人们有了逛大型商场的欲望”。交通学家说“是自动扶梯 和自动人行道的应用使我们可以把车站、机场建的尽可能大”。自动扶梯的应用已经改变了 我们的生活，并已经成为现代物质文明的一个重要标志。但与此同时扶梯的高能耗也极大 增加了终端客户的运营成本，在能源日益紧张的今天给整个社会带来了不良效应。如何合 理利用扶梯，尽量节省其消耗的电能便成为我们研究的一个热点方向。作为扶梯运行的核心部件——驱动主机，目前仍普遍采用异步电机+蜗轮蜗杆减 速的技术，其所应用的电机最高效率为80%，平均效率仅为76%，而蜗轮蜗杆减速特点为 结构简单，运行平稳，噪音适中，其仅以一组蜗轮副进行大减速比传动来提升电机的转矩， 成本也较低，但此类技术有着以下严重不足效率低(国内普遍采用的两头蜗轮副的传动 效率仅在62 68%之间)、能耗高、齿面易磨损(降低整机使用寿命，增加维保量)。两种 技术复合而成的驱动主机总效率仅为51%左右，既造成能源的巨大浪费，又制约了扶梯品 质的提升。自动扶梯作为城市重要交通设备之一，还有着运转率极高(统计表明自动扶梯每 天运行平均达10 16小时)、运行过程空载率较高的特征(空载时驱动主机电机的电流与 负载时相差不大)，为了降低扶梯的能耗，部分厂商采用了加装变频调速控制系统的技术， 此类应用的确实现了扶梯节能的目的，但绝大部分都利用了制动电阻将位势负载反馈回来 的能量以热能的形式消耗掉，节能效果有限，不能从根本上解决扶梯节能的问题。目前，国内常规自动扶梯由于技术和资金的原因，大多采用电源供电，直接启动的 工作方式，总结起来普通自动扶梯存在以下不足1)耗能大由于采用直接启动的方式，普通自动扶梯一般每天运转10多个小时， 不管有无乘客搭乘.始终保持高速运转，耗费大量电能，尤其是一些地铁、机场和中大型商 场周期性很明显。2)机械磨损大、使用寿命短由于以恒定速度每天运转10多个小时，使扶梯部件 产生不必要的磨损及疲劳损伤，如扶手带、梳齿板、梯级、电机和减速箱等部件磨损严重。一 般这种自动扶梯寿命在10年左右，超过此年限后主要部件磨损相当严重，需要更换才能使 用。3)故障率较高、导致使用成本高由于普通自动扶梯始终保持高速运转，使大量 易损件更换次数频繁，需要大量经费；磨损加大且发热量高，也导致自动扶梯故障率增加，进一步造成用户使用成本上升，同时也增加扶梯的维修量而影响正常使用。本专利技术正是为了解决现有普通自动扶梯存在的耗能大、机械磨损大、使用寿命较 短、故障率较高等技术缺陷，通过对现有自动扶梯结构的详细分析、现有节能方式的分析和 总结，提出了 “永磁同步自动扶梯节能控制系统”这一专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种永磁同步自动扶梯节能控制系统，达到有效解决传统 自动扶梯耗能大、机械磨损大、使用寿命短、故障率较高、使用成本高等缺点。本专利技术的具体内容一种永磁同步自动扶梯节能控制系统，其特征在于1)其永磁同步自动扶梯节能控制整流装置电路其供电主回路为三相电源的各相(Ua、Ub、Uc)分别依次经过电感(La、Lb、Lc) 和电阻(Ra、Rb、Re)后连接两组星形连接的脉冲宽度调制控制器(PWM1H、PWM2H、PWM3H ； PWM1L、PWM2L、PWM3L)每组脉冲宽度调制控制器的中心点分别为正电极和负电极的输出端， 正电极输出端和负电极输出端之间跨接电容(Co)；其控制电路为分别从三相电源的各相(Ua、Ub、Uc)采样取出三相电源的各相电 压(Ua、Ub、Uc)信号和电流(ia、ib、ic)信号，各相电压(Ua、Ub、Uc)信号和电流(ia、ib、 ic)信号经整形与隔离电路连接微处理器；分别从正电极输出端和负电极输出端之间采样 出输出电压(Udc)，输出电压(Udc)经采样隔离电路连接微处理器；微处理器的三相脉冲 宽度调制PWM输出经驱动器与隔离器分别连接每个脉冲宽度调制控制器(PWM1H、PWM2H、 P丽3H ；PWM1L、PWM2L、P丽3L)；微处理器连接故障保护电路、键盘及显示电路和通信接口电 路。2)采用永磁同步自动扶梯逆变装置的控制方式利用模糊直接转矩控制，由电压 型PWM整流装置连接的三相电机，三相电流值经传感器直接采集而来，三相电压值由采集 的直流母线电压和开关状态表查表计算得到，再分别经坐标变换得到两相电压和两相电流 值，然后采用U-I模型观测出定子磁链，进一步得到电磁转矩值；其模糊直接转矩控制的交 流永磁同步电机调速系统的原理结构即是基于DSMV技术的交流永磁同步电机模糊直接 转矩控制结构三相电流值经传感器直接采集而来，三相电压值由采集的直流母线电压和开关状 态表查表计算得到，再分别经坐标变换得到两相电压和两相电流值，然后采用U-I模型观 测出定子磁链，进一步得到电磁转矩值；计算公式如下定子磁链观测公式为Φ 3 = / (Uqs-R1Iqs)Clt(32)Φ 3 = / (Uds-R1Ijdt(33)电磁转矩的观测公式为Te = p(iq^ds-id^qs)(34)式中φ 3分别为d、q坐标系中定子磁链的分量；Uds、U(ls分别为d、q坐标系中定子电压分量；ids、iqs分别为d、q坐标系中定子电流分量；Te为电磁转矩；R1为定子电阻；ρ为电机极对数；得到定子磁链观测值和电磁转矩的观测值后，分别用他们的参考值减去这两个观测值得到两个误差值ΕΤε，Evs，然后再用d、q坐标系中的磁链分量得到磁通的空间位置角 θ，这三个量作为下一步模糊控制器的输入量，经模糊控制器输出逆变器的开关状态，最终 来控制电机，从而构成闭环控制；1)电压空间矢量调制技术原理三相电压型逆变器各对桥臂的状态可用1或0表示1表示上桥臂导通，下桥臂关 断；0表示下桥臂导通，上桥臂关断；则三相逆变器的开关模式共有八种，即000，100，110， 010,011,001,101,111 ；在100状态下，逆变器输出的三相电压用空间矢量表示时，其值为 式中:Udc/2为相对于逆变器中点的相电压；同样可求出其他各个状态下的电压空间矢量，八种状态下的电压空间矢量分别U1, U2, U3, U4, U5, U6, U7, U8 ；Sn(η = 1,2,3,4,5,6)为磁链角的空间位置区域，U7和U8为零矢量，其余六个电压 矢量，长度相等，空间位置互差60° ；在采用空间矢量调制时，每个扇区以电压空间矢量为边界，在每个扇区内任意一 个电压矢量均可以由两个有效电压矢量和一个零矢量合成；如在第一扇区中为一合成电压空间矢量它与基本电压空间矢量U1的夹角θ可以 是介于0°和60°之间的任意角；Vt1^2为每一个采样周期分成的三个时间段，各个时间 段所作用的基本电压空间矢量为u7、U1, U2，则Us这个电压空间矢量可以由这三个基本空间 电压矢量来合成，它们满足式(35)UsT = Uo本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步自动扶梯节能控制系统，其特征在于：１）其永磁同步自动扶梯节能控制整流装置电路：其供电主回路为：三相电源的各相（Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃ）分别依次经过电感（Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ）和电阻（Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ）后连接两组星形连接的脉冲宽度调制控制器（ＰＷＭ１Ｈ、ＰＷＭ２Ｈ、ＰＷＭ３Ｈ；ＰＷＭ１Ｌ、ＰＷＭ２Ｌ、ＰＷＭ３Ｌ）每组脉冲宽度调制控制器的中心点分别为正电极和负电极的输出端，正电极输出端和负电极输出端之间跨接电容（Ｃｏ）；其控制电路为：分别从三相电源的各相（Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃ）采样逆变器各对桥臂的状态可用１或０表示：１表示上桥臂导通，下桥臂关断；０表示下桥臂导通，上桥臂关断；则三相逆变器的开关模式共有八种，即０００，１００，１１０，０１０，０１１，００１，１０１，１１１；在１００状态下，逆变器输出的三相电压用空间矢量表示时，其值为：ｕ↓［１］＝２／３（Ｕ↓［ＤＣ］／２－Ｕ↓［ＤＣ］／２ｅ↑［ｊ２π／３］－Ｕ↓［ＤＣ］／２ｅ↑［－ｊ２π／３］）＝２／３Ｕ↓［ＤＣ］（３５）式中：Ｕ↓［ＤＣ］／２为相对于逆变器中点的相电压；同样可求出其他各个状态下的电压空间矢量，八种状态下的电压空间矢量分别ｕ↓［１］，ｕ↓［２］，ｕ↓［３］，ｕ↓［４］，ｕ↓［５］，ｕ↓［６］，ｕ↓［７］，ｕ↓［８］；Ｓ↓［ｎ］（ｎ＝１，２，３，４，５，６）为磁链角的空间位置区域，ｕ↓［７］和ｕ↓［８］为零矢量，其余六个电压矢量，长度相等，空间位置互差６０°；在采用空间矢量调制时，每个扇区以电压空间矢量为边界，在每个扇区内任意一个电压矢量均可以由两个有效电压矢量和一个零矢量合成；如在第一扇区中为一合成电压空间矢量它与基本电压空间矢量ｕ↓［１］的夹角θ可以是介于０°和６０°之间的任意角；ｔ↓［０］、ｔ↓［１］、ｔ↓［２］为每一个采样周期分成的三个时间段，各个时间段所作用的基本电压空间矢量为ｕ↓［７］、ｕ↓［１］、ｕ↓［２］，则ｕ↓［ｓ］这个电压空间矢量可以由这三个基本空间电压矢量来合成，它们满足式（３５）：ｕ↓［ｓ］Ｔ＝ｕ↓［０］ｔ↓［０］＋ｕ↓［１］ｔ↓［１］＋ｕ↓［２］ｔ↓［２］（３６）其中：Ｔ＝ｔ↓［０］＋ｔ↓［１］＋ｔ↓［２］Ｔ为系统的采样时间；ｔ↓［０］、ｔ↓［１］、ｔ↓［２］分别为ｕ↓［７］、ｕ↓［１］、ｕ↓［２］作用的时间；因为ｕ↓［７］＝０，所以ｕ＝ｕ↓［１］ｔ↓［１］／Ｔ＋ｕ↓［２］ｔ↓［２］／Ｔ，由三角关系式可得出：ｕ↓［１］ｔ↓［１］／...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龚威，潘雷，王慧慧，
申请(专利权)人：天津城市建设学院，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]