电机供电系统
阅读说明：本技术 电机供电系统 (Motor power supply system ) 是由 张宇航 张磊 梁佳杰 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电机供电系统,变频器由交-直-交电路构成,用于给电动机供电；STO电路充电输入端接变频器直流侧正,其放电输入端接蓄电器负端及双向直流转换器负端,其放电输出端接变频器直流侧正,其充电输出端接双向直流转换器的充电侧输入正,其工作电源输出端用于为驱动模块提供工作电压；双向直流转换器采用桥式电路,其储能侧输出正接蓄电器正端；双向直流转换器设置有一故障采样信号输出端；故障采样信号输出端输出故障采样信号到驱动模块；驱动模块输出诊断信号到STO电路控制端。本发明的电机供电系统,使用STO电路控制储能端蓄电器和电机侧的电流通断,成本低,而且可以解决瞬时大电流的问题。(The invention discloses a motor power supply system.A frequency converter consists of an alternating current-direct current-alternating current circuit and is used for supplying power to a motor; the charging input end of the STO circuit is connected with the direct current side positive end of the frequency converter, the discharging input end of the STO circuit is connected with the negative end of the current condenser and the negative end of the bidirectional direct current converter, the discharging output end of the STO circuit is connected with the direct current side positive end of the frequency converter, the charging output end of the STO circuit is connected with the charging side positive end of the bidirectional direct current converter, and the working power supply output end of the STO circuit is used for; the bidirectional direct current converter adopts a bridge circuit, and the output of the energy storage side of the bidirectional direct current converter is positively connected with the positive end of the accumulator; the bidirectional direct current converter is provided with a fault sampling signal output end; the fault sampling signal output end outputs a fault sampling signal to the driving module; the driver module outputs a diagnostic signal to the control terminal of the STO circuit. The motor power supply system of the invention uses the STO circuit to control the current on-off of the accumulator at the energy storage end and the motor side, has low cost and can solve the problem of instantaneous heavy current.)
技术领域
本发明涉及电梯驱动和控制技术，特别涉及一种电机供电系统。
背景技术
随着城市化进程的持续加深，越来越多的建筑开始在城市中拔地而起，城市的建筑空间正在向垂直方向不断延伸，这也造就了垂直升降电梯的使用量节节攀升。虽然，垂直升降电梯为人们在楼宇中的垂直输送提供了极大的便利，但其对电能的消耗也很大。
垂直升降电梯在运行时，重载向下、轻载向上及减速情况下曳引电动机处在再生发电状态，此时电梯不仅不消耗电能，反而会将电梯系统的部分势能转换为电能，回馈到电梯系统中。目前，使用超级电容等储能装置存储这部分再生能量，并后续供电梯使用的节能方式被广泛地研究和使用。因为超级电容等储能装置都是存储直流电能的，通常是将其通过一个直流变换器并联在驱动电动机的电梯变频器的直流侧上。
根据中国国家电梯标准GB7588.1的要求：
5.9.2.5.4交流或直流电动机用静态元件供电和控制
……
b)由以下元件组成的系统：
1)切断各相(极)电流的接触器
应至少在每次改变运行方向之前释放接触器线圈。如果接触器未释放，应防止电梯再运行。如果该监测功能发生固定故障，则最迟到下一次运行方向改变时，也应防止轿厢再运行；和
2)用来阻断静态元件中电流流动的控制装置；和
3)用来验证电梯每次停靠时电流流动阻断情况的监测装置。
在正常停靠期间，如果静态元件未能有效的阻断电流的流动，监控装置应使接触器释放并应防止电梯再运行。
……
上述的储能装置也可以给电动机供电，且在直流变换器内有用于供电和控制的静态元件，所以需要配置一个切断各级电流的直流接触器。另外，由于直流变换器连接到变频器直流侧处电压较高，鲜有适用的接触器型号，所以通常将直流接触器设置在直流变换器连接到储能装置一侧。
由于直流电不像交流电那样会周期性地过零点，所以切断直流电要比切断同等的交流电困难得多，因其产生的电弧更为严重。这就使得同等规格下，直流接触器不仅体积比交流接触器大，更关键的是其价格要远远的高出交流接触器。这使得整个装置的成本居高不下，抑制了人们对于这类节能装置的需求，因此当大部分人选择不装配此节能设备时，大的能源消耗就成为了普遍状况。
虽然，交流接触器的生产厂家在其产品的技术资料上都提到可以将交流产品用在直流回路上，但这需要降额使用，且可能降低使用寿命。更为关键的是，其在直流回路上的使用类别是DC-1，即负载是纯电阻或微感电路，而给储能装置充放电用的直流变换器，往往需要配置一个大电感。因此，直接将交流接触器用于上述电梯装置内是不可行的。
中国专利文献CN109516328A中所记载的方案，如图1所示，电梯控制装置包括第一接触器10、第二接触器20、变频器11、电动机12、直流变换器21、缓冲电容22和蓄电器23。该方案，所述蓄电器23可以采用超级电容，第二接触器20可以使用价格较低的交流接触器替代直流接触器，是将直流接触器用交流接触器加缓冲电容的方式进行了替换，从而实现交流接触器控制储能端和电机侧的电流通断，从而起到了控制成本，以及减小空间的作用。但是，在该方案中，当有足够大的瞬时电流通过的时候，交流接触器必然就无法去面对这样的情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电机供电系统，能降低电机供电系统成本，而且也可以应对大电流的情况，可解决瞬时大电流的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的电机供电系统，其包括变频器11、蓄电器通断装置30和蓄电器23；
所述变频器11由交-直-交电路构成，用于给电动机12供电，驱动电动机12运行；
所述变频器11进线端用于接外网交流电源，出线端接电动机12；
所述蓄电器通断装置30包括STO电路301、驱动模块302及双向直流转换器303；
所述STO电路301，其充电输入端STO1接所述变频器11直流侧正，其放电输入端STO2接所述蓄电器23负端及双向直流转换器303负端，其放电输出端PWR_OUT_2接所述变频器11直流侧正，其充电输出端PWR_OUT_1接所述双向直流转换器303的充电侧输入正；其工作电源输出端用于为驱动模块302提供工作电压VCC；
所述双向直流转换器303采用桥式电路，其储能侧输出正接蓄电器23正端；
所述双向直流转换器303设置有一故障采样信号输出端；
所述故障采样信号输出端输出故障采样信号FB到所述驱动模块302；
所述驱动模块302，其各PWM信号输出端用于分别输出PWM控制信号到所述双向直流转换器303的各桥臂功率开关管的控制端，其诊断信号输出端输出诊断信号DIAG到STO电路301控制端；
所述驱动模块302，其工作时各PWM信号输出端正常输出PWM控制信号，如果所述故障采样信号FB同设定参考信号不一致，则其诊断信号输出端输出的诊断信号DIAG为第一状态；如果所述故障采样信号FB同设定参考信号一致，则其诊断信号输出端输出的诊断信号DIAG为第二状态；
所述STO电路301，当诊断信号输出端DIAG为第二状态时，其工作电源输出端为0电压，使驱动模块302断电，并使充电输入端STO1同充电输出端PWR_OUT_1断开，使放电输入端STO2同放电输出端PWR_OUT_2断开；当诊断信号输出端DIAG为第一状态时，其工作电源输出端输出驱动模块302工作电压，使驱动模块302加电正常工作，并使充电输入端STO1同充电输出端PWR_OUT_1接通，使放电输入端STO2同放电输出端PWR_OUT_2接通。
较佳的，所述参考信号根据所述双向直流转换器303无故障正常工作时的故障采样信号设定。
较佳的，第一状态为高电平，第二状态为低电平；或者第一状态为低电平，第二状态为高电平。
较佳的，所述蓄电器23采用的是超级电容。
较佳的，所述电动机12为用于驱动电梯轿厢上下移动的曳引电机。
较佳的，电机供电系统还包括主接触器10；
主接触器10设置在外网交流电源和变频器11进线端之间，控制外网交流电源对电动机12供电回路的通断。
较佳的，所述变频器11包括整流器111和逆变器112；
所述整流器111的输入端接外网交流电源，输出直流电压到所述逆变器112的输入端；
所述逆变器112将其输入端的直流电压逆变为交流电压为电动机12供电。
较佳的，所述双向直流转换器303包括两个功率开关管T1,T2、两个二极管D1,D2及一个采样电阻R；
功率开关管包括控制端、第一端及第二端，通过在控制端施加的PWM信号控制第一端同第二端之间的导通或截止；
第一个功率开关管T1的第二端、第二个功率开关管T2的第一端同接第一正输出节点POUT1；
第一个二极管D1的正端及第二个二极管D2的负端同接第二正输出节点POUT2；
第一个功率开关管T1的第一端、第一个二极管D1的负端同接所述STO电路301的充电输出端PWR_OUT_1；
第二个功率开关管T2的第二端经采样电阻R接负输出节点NOUT；
第二个二极管D2的正端接负输出节点NOUT；
所述蓄电器23正端接第二正输出节点POUT2及第一正输出节点POUT1，负端接所述负输出节点NOUT；
所述故障采样信号输出端接第二个功率开关管T2的第二端；
所述驱动模块302，其输出的高边PWM信号HB_EN接第一个功率开关管T1的控制端，其输出的低边PWM信号LB_EN接第二个功率开关管T2的控制端；
所述驱动模块302，当其低边PWM信号LB_EN电平与所述故障采样信号FB电平一致，则其诊断信号输出端DIAG为第一状态；当其低边PWM信号LB_EN电平与所述故障采样信号FB电平不一致，则其诊断信号输出端DIAG为第二状态。
较佳的，所述双向直流转换器303还包括一个内置电感L；
所述内置电感L接在第二正输出节点POUT2同第一正输出节点POUT1之间。
较佳的，两个功率开关管的第一端同第二端之间分别各接有一个续流内置二极管。
较佳的，所述第一个功率开关管T1、第二个功率开关管T2为晶闸管、IGBT或场效应管。
本发明的电机供电系统，使用STO(安全中断扭矩)电路301控制储能端蓄电器23和电机侧的电流通断，不需要价格高、体积大的直流接触器，STO(安全中断扭矩)电路301的成本低，降低了电机供电系统成本；而且，也可以避免当使用交流接触器加缓冲电容方案时，交流接触器无法应对大电流的情况，可解决瞬时大电流的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有一种电梯控制装置的示意图；
图2是本发明的电机供电系统整体示意图；
图3是本发明的电机供电系统一实施例蓄电器通断装置30示意图；
图4是本发明的电机供电系统一实施例给蓄电器充电时模态1电流回路示意图；
图5是本发明的电机供电系统一实施例给蓄电器充电时模态2电流回路示意图；
图6是本发明的电机供电系统一实施例蓄电器放电时模态1电流回路示意图；
图7是本发明的电机供电系统一实施例蓄电器放电时模态2电流回路示意图。
图中附图标记说明如下：
10主接触器；11变频器；111整流器；112逆变器；12电动机；23蓄电器；30蓄电器通断装置；301STO电路；302驱动模块；303双向直流转换器；T1第一个功率开关管；T2第二个功率开关管；D1第一个二极管；D2第二个二极管；R采样电阻；L内置电感。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，电机供电系统包括变频器11、蓄电器通断装置30和蓄电器23；
所述变频器11由交-直-交电路构成，用于给电动机12供电，驱动电动机12运行；
所述变频器11进线端用于接外网交流电源，出线端接电动机12；
所述蓄电器通断装置30包括STO(安全中断扭矩)电路301、驱动模块302及双向直流转换器(DC-DC)303；
所述STO电路301，其充电输入端STO1接所述变频器11直流侧正，其放电输入端STO2接所述蓄电器23负端及双向直流转换器303负端，其放电输出端PWR_OUT_2接所述变频器11直流侧正，其充电输出端PWR_OUT_1接所述双向直流转换器303的充电侧输入正；其工作电源输出端用于为驱动模块302提供工作电压VCC(例如12V、4.5V)；
所述双向直流转换器303采用桥式电路，其储能侧输出正接蓄电器23正端；
所述双向直流转换器303设置有一故障采样信号输出端；
所述故障采样信号输出端输出故障采样信号FB到所述驱动模块302；
所述驱动模块302，其各PWM(脉冲宽度调制)信号输出端用于分别输出PWM控制信号到所述双向直流转换器303的各桥臂功率开关管的控制端，其诊断信号输出端输出诊断信号DIAG到STO电路301控制端；
所述驱动模块302，其工作时各PWM信号输出端正常输出PWM控制信号，如果所述故障采样信号FB同设定参考信号不一致，则其诊断信号输出端输出的诊断信号DIAG为第一状态；如果所述故障采样信号FB同设定参考信号一致，则其诊断信号输出端输出的诊断信号DIAG为第二状态；
所述STO电路301，当诊断信号输出端DIAG为第二状态时，其工作电源输出端为0电压，使驱动模块302断电，并使充电输入端STO1同充电输出端PWR_OUT_1断开，使放电输入端STO2同放电输出端PWR_OUT_2断开；当诊断信号输出端DIAG为第一状态时，其工作电源输出端输出驱动模块302工作电压，使驱动模块302加电正常工作，并使充电输入端STO1同充电输出端PWR_OUT_1接通，使放电输入端STO2同放电输出端PWR_OUT_2接通。
较佳的，所述参考信号根据所述双向直流转换器303无故障正常工作时的故障采样信号设定。
较佳的，第一状态为高电平，第二状态为低电平；或者第一状态为低电平，第二状态为高电平。
较佳的，蓄电器23采用的是超级电容。
实施例一的电机供电系统，当双向直流转换器(DC-DC)303正常工作时，故障采样信号FB同设定参考信号不一致，驱动模块302的诊断信号输出端DIAG为第一状态，使所述STO电路301的工作电源输出端为驱动模块302提供工作电压，驱动模块302加电工作，其各PWM信号输出端分别输出PWM控制信号到双向直流转换器303的各桥臂功率开关管的控制端，控制双向直流转换器(DC-DC)303的桥臂通断,并使充电输入端STO1同充电输出端PWR_OUT_1接通，使放电输入端STO2同放电输出端PWR_OUT_2接通，从而能正常对蓄电器23充电或蓄电器23能正常放电。当双向直流转换器(DC-DC)303故障时，故障采样信号FB同设定参考信号一致，驱动模块302的诊断信号输出端DIAG为第二状态，使所述STO电路301的工作电源输出端为0电压，驱动模块302断电，双向直流转换器303不工作,并使充电输入端STO1同充电输出端PWR_OUT_1断开，使放电输入端STO2同放电输出端PWR_OUT_2断开，从而不能对蓄电器23充电或蓄电器23不能正常放电。
实施例一的电机供电系统，使用STO(安全中断扭矩)电路301控制储能端蓄电器23和电机侧的电流通断，不需要价格高、体积大的直流接触器，STO(安全中断扭矩)电路301的成本低，降低了电机供电系统成本；而且，也可以避免当使用交流接触器加缓冲电容方案时，交流接触器无法应对大电流的情况，可解决瞬时大电流的问题。
实施例二
基于实施一的电机供电系统，所述电动机12为用于驱动电梯轿厢上下移动的曳引电机。
较佳的，电机供电系统还包括主接触器10；
主接触器10设置在外网交流电源和变频器11进线端之间，控制外网交流电源对电动机12供电回路的通断。
实施例二的电机供电系统，电梯运行的时候，外网交流电源的通过主接触器10的控制，送入电梯主回路，经过变频器交-直-交的变化，驱动电动机转动从而带动轿厢进行上行或下行。当电梯轿厢满载下行的时候，轿厢侧的重量大于对重侧的重量，此时根据曳引式电梯的特性，电动机不耗电，反而因能量转换的原因，电动机处于发电状态。这一部分的电能将会通过电梯主回路，储存到超级电容侧。正常情况下，经过双向直流转换器(DC-DC)303变换之后的电能送到蓄电器23中。当蓄电器23往电动机送电的时候，STO(安全中断扭矩)电路301的作用就是用来控制此供电回路的通断。
实施例三
基于实施一的电机供电系统，如图3所示，所述变频器11包括整流器111和逆变器112；
所述整流器111的输入端接外网交流电源，输出直流电压到所述逆变器112的输入端；
所述逆变器112将其输入端的直流电压逆变为交流电压为电动机12供电。
实施例四
基于实施一的电机供电系统，如图3所示，所述双向直流转换器303包括两个功率开关管T1,T2、两个二极管D1,D2及一个采样电阻R；
功率开关管包括控制端、第一端及第二端，通过在控制端施加的PWM信号控制第一端同第二端之间的导通或截止；
第一个功率开关管T1的第二端、第二个功率开关管T2的第一端同接第一正输出节点POUT1；
第一个二极管D1的正端及第二个二极管D2的负端同接第二正输出节点POUT2；
第一个功率开关管T1的第一端、第一个二极管D1的负端同接所述STO电路301的充电输出端PWR_OUT_1；
第二个功率开关管T2的第二端经采样电阻R接负输出节点NOUT；
第二个二极管D2的正端接负输出节点NOUT；
所述蓄电器23正端接第二正输出节点POUT2及第一正输出节点POUT1，负端接所述负输出节点NOUT；
所述故障采样信号输出端接第二个功率开关管T2的第二端；
所述驱动模块302，其输出的高边PWM信号HB_EN接第一个功率开关管T1的控制端，其输出的低边PWM信号LB_EN接第二个功率开关管T2的控制端；
所述驱动模块302，当其低边PWM信号LB_EN电平与所述故障采样信号FB电平一致(波形变化一致)，则其诊断信号输出端DIAG为第一状态，此时第二个功率开关管T2为常通故障；当其低边PWM信号LB_EN电平与所述故障采样信号FB电平不一致，则其诊断信号输出端DIAG为第二状态。
较佳的，所述双向直流转换器303还包括一个内置电感L；
所述内置电感L接在第二正输出节点POUT2同第一正输出节点POUT1之间。
较佳的，第一个功率开关管T1、第二个功率开关管T2的第一端同第二端之间分别各接有一个续流内置二极管。
较佳的，所述第一个功率开关管T1、第二个功率开关管T2为晶闸管、IGBT或场效应管。
实施四的电机供电系统，给蓄电器(超级电容)23充电时，变频器直流侧的能量转移至蓄电器23。根据上桥臂第一个功率开关管T1的导通和关断，电路分别工作于两种模态，模态l如图4所示：当上桥臂第一个功率开关管T1导通时，变频器直流侧能量经STO电路的充电输出端PWR_OUT_1、上桥臂第一个功率开关管T1转移至超级电容；模态2如图5所示：当上桥臂第一个功率开关管T1关断时，内置电感L上的能量随着第二个功率开关管T2的续流内置二极管的导通转移至蓄电器23(超级电容)。蓄电器(超级电容)23放电时，根据第二个功率开关管T2的导通和关断，电路分为两种模态，模态l如图6所示：当第二个功率开关管T2导通时，蓄电器(超级电容)23能量随着第二个功率开关管T2的导通向内置电感L转移；模态2如图7所示：当第二个功率开关管T2关断时，蓄电器(超级电容)23和内置电感L的能量随着续流第一个功率开关管T1续流内置二极管的经STO电路301的充电输出端PWR_OUT_1及放电输出端PWR_OUT_2释放到变频器直流侧。
当下桥臂第二个功率开关管T2故障，无法通过低边PWM信号LB_EN关断时，也就是当给蓄电器(超级电容)23充电时，电流会从上桥臂第一个功率开关管T1流向下桥臂第二个功率开关管T2，此时故障采样信号FB异常(同低边PWM信号LB_EN波形变化一致)，通过驱动器302发送一个第二状态的诊断信号DIAG给STO电路301的控制端，此时STO电路301动作，切断充放电回路。给蓄电器(超级电容)23充电时，上下桥臂同时导通会导致原本流经蓄电器(超级电容)23的电能直接回流入电网，此时因为没有再生电阻消耗掉这部分电能，从而会对电机供电系统造成影响。实施四的电机供电系统，在降低电机供电系统成本，能应对大电流情况的同时，可避免因半桥式双向直流转换器303的下桥臂开关管常通故障而对电机供电系统造成影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
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