電梯自動救援裝置使用雙向DCDC轉(zhuǎn)換器如何提高效率和降低成本
1.前言
由于電梯每天運送數(shù)百萬人，因此操作安全至關(guān)重要。你有沒有想過當(dāng)電梯的主電源關(guān)閉時會發(fā)生什么？電梯會下降到升降機的軌道上，還是會卡在層門之間的某處？為防止第一個后果，故障安全制動機制可確保電梯轎廂在主電源關(guān)閉時立即停止。停止后，為了防止電梯內(nèi)的人員被困在電梯內(nèi)，直到電源恢復(fù)，自動救援裝置（ARD），也稱為電梯應(yīng)急電源，開始發(fā)揮作用。
2.自動救援裝置（ARD）介紹
ARD 是一種備用電源裝置，可連續(xù)監(jiān)控電梯主電源。由于電網(wǎng)故障或錯誤接線使電梯驅(qū)動器的輸入相中斷，可能會發(fā)生意外停機。ARD 檢測到此類故障情況，立即開始為電梯驅(qū)動器供電并向電梯控制器發(fā)送故障信號。然后控制器釋放電機驅(qū)動制動器，并將轎廂緩慢地帶到最近的層門。汽車的方向取決于將其帶到層門所需的最少功率。一旦到達(dá)最近的樓層，電梯門就會打開，音頻/視頻指示器指示可以安全離開。在預(yù)定的時間后，電梯門再次關(guān)閉，電梯驅(qū)動器的電源關(guān)閉。
3.自動救援裝置（ARD）電源設(shè)計
圖 1 說明了從傳統(tǒng) ARD 到電梯系統(tǒng)的連接。三相主電源通過主接觸器連接到牽引驅(qū)動器。電源接觸器與 ARD 接觸器互鎖，后者將 ARD 的輸出連接到牽引驅(qū)動器?；ユi可確保兩個接觸器不會同時打開，從而避免主電源與 ARD 輸出短路。來自市電的單相輸出通過接觸器為電梯系統(tǒng)的其余組件供電，如控制器、門電機控制、制動器和安全鏈。” 該接觸器還與 ARD 的單相輸出接觸器互鎖。在正常操作期間，ARD 為備用電池充電；其逆變器輸出與電梯系統(tǒng)斷開。
圖 1：電梯中的傳統(tǒng) ARD 系統(tǒng)連接
圖 2 所示的 ARD 系統(tǒng)有一個 AC/DC 充電器功率級來為電池充電。DC/DC 轉(zhuǎn)換器將電池電壓升壓至高電壓，DC/AC 逆變器產(chǎn)生交流輸出，為電梯牽引驅(qū)動和電梯控制裝置供電。電路持續(xù)監(jiān)控交流電源輸入的斷電和單相情況，并啟用或禁用 ARD 內(nèi)所需的功率級。
圖 2：傳統(tǒng) ARD 系統(tǒng)
另一種方法是使用雙向 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，如圖 3 和圖 4 所示。可以從兩個方向傳遞能量。在 ARD 中，轉(zhuǎn)換器直接連接到電梯牽引驅(qū)動器的直流鏈路。在正常運行期間，轉(zhuǎn)換器像電池充電器一樣工作，從直流鏈路為電池充電。當(dāng)沒有主電源時，轉(zhuǎn)換器的工作方式類似于升壓轉(zhuǎn)換器，從電池為直流鏈路供電。ARD 內(nèi)的另一個逆變器級為控制裝置生成單相交流電壓。
圖 3：帶有連接到電梯系統(tǒng)的雙向 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的 ARD 系統(tǒng)
圖 4：具有雙向 DC/DC 的 ARD
比較這兩種方法，表 1 顯示了雙向 DC/DC 轉(zhuǎn)換器方法如何提供更多好處。
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范圍 |
使用不間斷電源 (UPS) 的傳統(tǒng) ARD 系統(tǒng) |
帶有雙向 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的 ARD 系統(tǒng) |
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轉(zhuǎn)換器級數(shù) |
三： · 用于為電池充電的 AC/DC 充電器。 · 一個 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，用于將電池電壓提升到高電壓。 · 直流/交流逆變器，為牽引驅(qū)動和電梯控制系統(tǒng)產(chǎn)生交流輸出。 |
二： · AC/DC 電池充電器和 DC/DC 升壓轉(zhuǎn)換器組合在一個雙向轉(zhuǎn)換器中。 · 一個 DC/AC 逆變器，用于為電梯控制系統(tǒng)生成單相輸出。取消了 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，逆變器直接由直流母線供電。 |
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效率 |
低效率： · 三個開關(guān)轉(zhuǎn)換器級的損耗。 · 電池電源由 ARD 轉(zhuǎn)換為交流電源，然后由牽引驅(qū)動器的 AC/DC 整流器轉(zhuǎn)換回直流鏈路電壓。 |
高效率： · 只有兩個開關(guān)功率級。 · 雙向轉(zhuǎn)換器直接連接到牽引驅(qū)動的直流鏈路。 |
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成本 |
高的： · 需要互鎖接觸器（在圖 1 中用紅色框突出顯示）為牽引驅(qū)動器提供交流電，并避免 ARD 輸出與主電源短路。 · ARD 的輸入和輸出需要三相接線。 · 三個轉(zhuǎn)換器級意味著更高的物料清單 (BOM) 成本。 |
低的： · 驅(qū)動電源不需要互鎖接觸器，因為雙向轉(zhuǎn)換器輸出不可能與主電源短路。 · 接線更簡單，為單相。 · 實現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)換器級的 BOM 成本更低。 |
表 1：傳統(tǒng) ARD 與帶有雙向 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的 ARD 的比較
電梯 ARD 的典型電池電壓為 24 V、36 V、48 V 和 60 V。三相 400 V交流供電的電梯牽引驅(qū)動器的標(biāo)稱直流鏈路電壓約為 600 V。隔離式雙向 DC/DC 轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計是一個 2kW、48V 至 400V 的數(shù)字控制雙向功率級，用作半橋電池充電器和反向電流饋電全橋升壓轉(zhuǎn)換器。通過簡單地重新設(shè)計變壓器和選擇適當(dāng)額定的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，該設(shè)計可擴展到不同的功率水平和輸入電池電壓。
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