双PWM控制能量回馈电梯传动系统的设计
PWM直流双闭环调速系统设计[1]
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PWM直流双闭环调速系统设计1设计分析1.1双闭环调速系统的结构图直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM装置。
其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。
图1 双闭环调速系统的结构图1.2 调速系统起动过程的电流和转速波形如图2所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。
这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。
(a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程(b)理想快速起动过程图2 调速系统起动过程的电流和转速波形1.3 H 桥双极式逆变器的工作原理脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。
H 形双极式逆变器电路如图3所示。
这时电动机M 两端电压AB U 的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。
图3 H 形双极式逆变器电路 双极式逆变器的四个驱动电压波形如图4所示。
I dI d I (a)(b)OOOOU g1U g2U-Usi d图4 H 形双极式逆变器的驱动电压波形他们的关系是：1423g g g g U U U U ==-=-。
在一个开关周期内，当0ont t ≤<时，晶体管1VT 、4VT 饱和导通而3VT 、2VT 截止，这时AB s U U =。
当on t t T ≤<时，1VT 、4VT 截止，但3VT 、2VT 不能立即导通，电枢电流d i 经2VD 、3VD 续流，这时AB s U U =-。
AB U 在一个周期内正负相间，这是双极式PWM 变换器的特征，其电压、电流波形如图2所示。
电动机的正反转体现在驱动电压正、负脉冲的宽窄上。
运动控制课程设计不可逆直流PWM双闭环调速系统
运动控制课程设计-不可逆直流PWM双闭环调速系统运动控制课程设计-不可逆直流PWM双闭环调速系统一、设计背景和目的随着工业自动化的快速发展，运动控制系统的应用越来越广泛。
其中，不可逆直流PWM双闭环调速系统在许多场合具有重要作用。
本设计旨在加深对运动控制理论的理解，通过实际操作，掌握不可逆直流PWM双闭环调速系统的设计方法。
二、系统概述不可逆直流PWM双闭环调速系统主要包括电流反馈环和速度反馈环。
电流反馈环主要用于控制电流，速度反馈环则主要用于控制转速。
通过两个环路的协同作用，实现对电机转速的精确控制。
三、系统设计1.硬件设计本系统主要由功率电路、控制电路、检测电路和驱动电路组成。
功率电路包括PWM逆变器和整流器，用于实现直流电转换为交流电，并根据控制信号调节输出电压。
控制电路主要包括控制器和算法，用于实现对电流和转速的反馈控制。
检测电路包括电流检测和速度检测，用于实时监测电流和转速。
驱动电路包括PWM驱动器和H桥驱动器，用于驱动电机旋转。
2.软件设计本系统的软件部分主要包括电流控制环和速度控制环的实现。
电流控制环通过比较实际电流与设定电流的差值，运用PI（比例积分）控制算法调节PWM逆变器的输出电压，以实现对电流的精确控制。
速度控制环则通过比较实际速度与设定速度的差值，运用PI控制算法调节PWM驱动器的占空比，以实现对转速的精确控制。
两个环路之间采用串联连接，电流控制环作为速度控制环的内环，以实现对电流和转速的高效控制。
四、测试与分析1.测试方法为验证本系统的性能，需要进行电流控制环测试和速度控制环测试。
在电流控制环测试中，设定电流值，观察实际电流是否能够快速、准确地跟踪设定值。
在速度控制环测试中，设定转速值，观察实际转速是否能够快速、准确地跟踪设定值。
2.结果分析通过测试，可以发现本系统在电流控制环和速度控制环方面均具有较好的性能。
在电流控制环测试中，实际电流能够快速、准确地跟踪设定值，跟踪误差较小。
电梯能量回馈技术浅析
一、电梯能量回馈技术浅析
• 1.2.5 电能回馈至储能元件
一、电梯能量回馈技术浅析
一、电梯能量回馈技术浅析
• 1.2.1 能量回馈单元
普通变频器
能量回馈单元
一、电梯能量回馈技术浅析
• 1.2.2 双PWM变频器
一、电梯能量回馈技术浅析
• 1.2.3 矩阵变频器原理
一、电梯能量回馈技术浅析
• 1.2.4 电能回馈至储能元件
普通变频器
储能元件 及其控制
动能
总能量
电能 势能
重载上行 轻载下行
奥的斯电梯能量回馈
能量回馈装置录相-江阴-西奥
市场上的能量回馈装置
前景光电
加能IPC
中秀科技
地铁中应用能量回馈装置
• 使用了能量回馈系统，郑州地铁每辆车等于去掉了4个制 动电阻，减1号线试运行后，每年有1000万 度电的回馈，若全国都这样，会节约近20亿元。”马子彦 说。
电梯能量回馈技术浅析
一、电梯能量回馈技术浅析
• 2007年10月28日通过的《中华人民共和国节约能源 法》中规定，“对高耗能的特种设备，按照国务院的规定 实行节能审查和监管。” 国家质检总局质检特函〔2007〕29号文件提出：要 对锅炉、换热压力容器、电梯等高耗能特种设备实行能效 测试，加强特种设备使用环节的节能监管。 据资料介绍，我国仅三星级以上的酒店，空调和电梯 两项耗电量就占酒店耗电量的三分之一，电梯是现代建筑 最大的用电设备之一。
什么是能量回馈装置
• 应用于垂直升降电梯，将 电梯运行过程中产生的再 生能量回收到电网，重新 利用。一般节电率在 20~45%之间。 • 电梯的能量守恒定律：
动能
总能量
电能 势能
电梯系统中的能馈技术研究
电梯系统中的能馈技术研究【摘要】作为电梯节能的重要发展方向，电梯能量回馈技术现在理论基本上已经成熟，而且具有了一定的应用。
然而现在在电梯行业当中并没有大规模的针对能量回馈技术进行普及。
本文首先介绍了电梯能量回馈系统，对其进行建模以及仿真实验，证明了其在实际应用中的可行性。
【关键词】电梯系统；能量回馈；技术应用现在节能减排已经成为了大家的共识，如何通过对电力电子技术的运用，不断的改造传统电力设备，从而使之能够降低用电损耗，实现电能利用效率的提升。
传统的电梯变频器当中产生的再生能量往往不能够回馈电网，因此造成了极大的浪费。
本文针对电梯能量回馈技术进行了分析和探讨，其能够使电梯的再生能量向电网当中进行回馈，这对于节能电梯的发展而言有着非常关键的意义。
1.电梯能馈技术的必要性在运行过程中的电梯有时候会处于发电的状态，有时候则会处于耗电的状态。
以能量守恒定律为根据，我们可以发现当电梯在重载上行、轻载下行或者空载下行的过程中，就会处于耗电的状态，这时候电能就会朝载荷位能的能量形式进行转化；当电梯在重载下行、轻载上行以及空载上行的过程中，就会处于发电的状态，这时候电梯的载荷位能就会朝电能的能量形式进行转化。
由于在一个电容当中对这些电能进行存数，因此随着时间的逐步推移，电能在电容器当中会蓄积的越来越多，并且会产生越来越高的电压，一旦没有及时的释放掉电容器当中存储的这些电能，就很可能会导致电梯出现各种故障，并且不能够正常运行。
常规的电梯往往都采用能耗制动方式，这部分能量被大功率电阻利用热能形式消耗掉了，虽然这种方式比较简单，但是却将能量大量的浪费了，并且使系统的效率不断的下降，同时电阻发热还会使系统当中其他部位的正常运行受到影响。
因此如何有效的处理这部分能量，对其进行合理的运用成为了一个非常关键的问题。
而电梯能馈系统则可以在处理这些能量的同时，使其向电网当中反馈，供电梯或者其他设备使用，从而实现了节能的目的。
2.电梯能馈技术的应用原理及构成2.1电梯能馈技术的应用原理图1有两个部分一起构成了电梯双PWM 变频器的整个系统：后级交流电机变频驱动系统以及前级的能量回馈系统。
DC-AC 双向PWM变换器控制系统
T4
T6
t t t
vao为180 方波 除基波v1外还含有3、5、7次谐波vn 基波幅值vao1m 1 2 VD VD 2 vab为120 方波，除基波v1外还含有 v1 n 4 v1 n
Vg6 0
t
2
t
vab
vbc
0
0 0
Vd
t t
t
561 612 123
2
3.1 CVCF逆变器基本控制系统（续1）
单极性倍频SPWM
单极倍频：每个 TC中有两个脉波 N= fc / fr 6 。P=N=6,一个输出周期 中有2P=12个等高不等宽的脉波电压。
180 方波的基波有效值 V180
Vc、Vr 的交点确定开关的通、断点；
最低次谐波为2P－1次。
SPWM基波电压有效值 V1 MVD
VD
0 D
C
vo
T 2
X-Axis (b)
t
t
S4
VD
0
vo
180 o
2
方波
v1
T T on Ton
基本逆变电路
X-Axis
t
t
T
2
(c) 宽度
vo
逆变电路能够也只能直接输出 vo VD vo VD vo 0
VD
0 T/2
180 o
方波
t
T
t
PWM输出电压波形
1 4 VD 0.9VD 2
2 M 0.707VD
0.707VD 0.785 0.9VD ，比 0.9VD 小21％。
3
3.1 CVCF逆变器基本控制系统（续2）
能量回馈制动装置在自动扶梯上的应用
能量回馈制动装置在自动扶梯上的应用摘要：自动扶梯作为一种方便快捷的运输工具，已经越来越多地出现在众多的公共建筑中，尤其在宾馆、商厦及地铁车站的建设中，自动扶梯的使用呈明显上升的趋势。
出于安全与方便的考虑，大部分的自动扶梯都是在每天开始营业时就启动扶梯，直到下班或规定时间才停梯，因此在某一段相当长的时间会出现扶梯空载运行，造成资源的浪费及不必要的机械磨损。
本文分析了能量回馈制动装置在自动扶梯上的应用。
关键词：能量回馈制动装置；自动扶梯；应用；能量回馈技术不仅有助于提高自动扶梯产品的舒适性、安全性和可靠性，还能在很大程度上降低扶梯的运行能耗，提高其电气系统的电磁兼容性（EMC），减少对环境的负面影响，从而使自动扶梯产品能更加符合节能环保的要求。
因此，能量回馈技术受到众多自动扶梯制造和使用单位的青睐。
1 自动扶梯能耗分析大多数自动扶梯驱动系统的核心是一个交流(AC)感应电机，尽管交流感应电机是可靠的动力源, 许多终端用户却不知交流电机在载荷较轻时,其效率很低。
由于大多数交流电机固有的设计, 交流电机20%～ 40%做的是无用功, 这部分能量常常以热量的形式白白被浪费掉。
在谈节能方式之前, 首先对自动扶梯的电机能耗进行分析，电动机在正常运行状态下的功率损耗主要有3 个部分:即定子铜耗定子铁耗和转子铜耗，由于转子中的电流频率很低, 因此转子的铁耗较小, 可以忽略不计, 另外, 机械损耗和附加损耗也是较小的将可其忽略，而定子铜耗和转子铜耗分别与定子和转子中的电流的平方成正比, 因此, 减小电流将显著降低这两种损耗。
至于定子中的铁耗, 包括磁滞损耗和涡流损耗, 两者都近似地与电源频率成正比, 与铁芯中的磁感应强度的平方成正比由此可见, 减小频率和降低铁芯磁通密度将会显著降低定子铁耗。
2 能量回馈制动装置在自动扶梯上的应用2.1 基本原理。
能量回馈技术即能量回馈单元采用双PWM 控制和矩阵变换器的一体化技术。
一是当电机处于拖动状态时，能量由交流电网经整流器中间滤波电容充电，逆变器在PWM 控制下将能量传送到电机。
PWM整流器的双闭环控制系统设计与仿真研究
（a）整流器直流侧输出电压
（b）整流器交流侧电压与电流曲线
（c）系统无功与有功的变化曲线
（d）电流跟踪电流给定值的变化曲线
图7 三相VSR双闭环系统响应曲线
Fig.7 Response curves of double closed-loop control of three phase VSR control system
总第 46 卷 第 517 期 2009 年 第 01 期
电测与仪表 Electrical Measurement &Instrumentation
Vol.46 No.517 Jan. 2009
PWM整流器的双闭环控制系统设计 与仿真研究
张晓东，王兵树，张军伟
（华北电力大学 控制科学与工程学院，河北 保定 071003）
for phase a
电流内环闭环传递函数为：
Goi=
Kp L
s+K1/KP
2
s +（R+KP）s/L+KI/L
（4）
式中KP＝KiPKPWM，KI=KiIKPWM
（5）
由式（4）求得电流内环阻尼比和自然震荡频率为：
姨姨姨姨ξ=（R+KP）
姨 2 K L 姨姨
%
姨 姨
I
姨
姨 姨
ω = 姨姨
姨
n
%
KI/L
摘要：三相电压型PWM整流器（VSR）的控制通常采用双闭环控制，如何能够便捷又准确的得到双闭环控制系统
调节器的参数成为人们越来越关注的课题。文章根据三相电压型PWM整流器的高频特性，建立了三相VSR电流
内环和电压外环的简化数学模型，该模型既能真实反映三相VSR的运行状态，又便于工程设计。根据设计要求，
变频调速电梯控制系统设计
2.2.2导向系统
导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。
导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导轨的组件，与井道壁联接。
导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。
本设计在采用PLC和变频器相互结合而实现电梯常规控制的基础上，通过对变频器和PLC芯片的合理选择和设计，大大提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制和运行效果。
关键词：电梯，PWM控制，变频调速
ABSTRACT
Summary elevator is a special electric traction equipment, is indispensable in modern urban life, and the most widely used vertical transportation. As society develops, elevator from the handle switch elevators, buttons control the elevator to the current group of Elevator, fo present.
2.2.5重量平衡系统
重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置。
2.2.6电力拖动系统
电力拖动系统由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成，对电梯实行速度控制。
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ｄｏｕｂｌｅ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＳＶＰＷＭ）
ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏ—
ｃｅｓｓｏｒ（ＤＳＰ） ｅｌｅｖａｔｏｒ ｄ“ｖｅ
１ 引言
随着交流调速技术的不断发展，基于矢量变 换控制变压变频调速技术的电梯产品已成为目前 市场上的主流。但是在绝大多数的ＶＶＶＦ控制 电梯中，特别是对于２．５ ｍ／ｓ，１ ３５０妇（２２ ｋＷ）及 以下规格的电梯，调速几乎无一例外地采用单 ＰＷＭ控制，即由二极管等不可控整流器件对交 流电源进行整流，经过中间电容的滤波稳压，最后 通过ＰＷＭ控制逆变器输出电压频率可变的交流 电给电梯曳引机，从而控制电梯。这种调速系统 存在如下缺点：１）功率因数低；２）网侧谐波污染严
ｌｙ，ｉｔ ｆｏｃｕｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｗｏ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｗａｓ ｇｉｖｅｎ． Ｉｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ，ｌｏｗ—
电气传动 ２００７年 第３７卷 第８期
双ＰＷＭ控制能量回馈电梯传动系统的设计
双ＰＷＭ控制能量回馈电梯传动系统的设计。
孔伟荣１ 朱武标２ 姜建国１ １．上海交通大学 ２．上海三菱电梯有限公司
摘要：双ＰｗＭ交流传动系统由于其高功率因数、低谐波污染和能量可逆已成为“绿色电能变换”的新星之 一，而空间矢量ＰｗＭ与普通的ＳＰＷＭ控制相比具有直流电压利用率高，开关频率低，动态性能好的优点。给 出了一种基于ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ和ＩＰＭ（智能功率模块）全数字双ｓ、伊ｗＭ控制能量回馈电梯传动系统的实现 方案。首先介绍了主电路及其工作原理，然后着重描述了两个变换器的控制方案和系统硬件电路设计；最后给 出了原型机的运行结果。实验结果表明，该系统电路简单，功率因数高，电流电压谐波小，节能效果明显。
９７３项目（２００５ｃＢ２２１５０５），高等学校博士学科点专项科研基金（２００５０２４８０５８） ８
万方数据
双ＰＷＭ控制能量回馈电梯传动系统的设计
ＩＰＭ的全数字双ＳＶＰＷＭ控制的能量回馈型电 梯传动系统。
２ 电梯双ＰＷＭ控制传动系统的工 作原理
系统主要包括两个部分：能量回馈单元和进 行异步电机变频调速的矢量控制变频驱动系统。 主电路由扼流电抗器、电网侧变换器、电机侧变换 器和电梯曳引电动机组成。用６个全控型功率开 关器件ＩＧＢＴ替代了三相二极管整流桥。整个系 统拓பைடு நூலகம்如图１所示。
关键词：能量回馈 双空间矢量脉宽调制 数字信号处理器 电梯传动
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｕａｌ－ＰＷＭ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｆｅｅｄ－ｂａｃｋ ＥｌｅＶａｔｏｒ Ｄｒｉｖｅ Ｓ”ｔｅｍ Ｂ嬲ｅｄ Ｏｎ ＤＳＰ ａｎｄ ＩＰＭ
Ｋｏｎｇ Ｗｅｉｒｏｎｇ Ｚｈｕ Ｗｕｂｉａｏ Ｊｉａｎｇ Ｊｉａｎｇｕｏ ＡｂＳｔ豫ｃｔ：ＤｕａＨ’ＷＭ ＡＣ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｓｔａｒ ｉｎ ｔｈｅ ｆａｍｉｌｙ ｏｆ ｇｒｅｅｎ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｅｒｉｔｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ，ｌｏｗ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｆｅｅｄ—ｂａｃｋ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ＳＰＷＭ， ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＳＶＰＷＭ）ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ＤＣ ｖｏｌｔａｇｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ，ｌｏｗ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｌｏｓｓｅｓ
毳彝
曳步
裂襄
电网侧变换器电机侧变换器
图１ 电梯双ＰｗＭ控制传动系统主电路拓扑图
重；３）无法实现能量的再生利用。由ＰＷＭ整流 器和ＰＷＭ逆变器构成的双ＰＷＭ可逆整流控制 系统无需增加任何附加电路，通过对变换器的开 关器件按照一定的控制规律进行通断控制就可消 除网侧谐波污染，实现高功率因数及能量双向流 动，方便电机４象限运行［１］，并且电机动态响应时 间短，是高质量能量回馈技术的最新技术之一。 目前国际上只有知名的电梯厂商，如日本三菱、美 国０ＴＩＳ等少数几家公司在大规格电梯中采用了 双ＰＷＭ控制技术。在国内，还没有一个电梯厂 家拥有和掌握自主知识产权的双ＰＷＭ控制技 术。本文阐述了一种基于ＴＭＳ３２０Ｆ２４０７Ａ和
ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ． Ａ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｆｅｅｄ．ｂａｃｋ ｅｌｅｖａｔｏｒ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ ａｎｄ ＩＰＭ．Ａｔ ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄ—
ｅｒ ｃｕｒｒｅｎｔ，ｖｏｌｔａｇｅ ｈａｒｍｏｎｉｃ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｐｏｗｅｒ ｌｏｓｓ，ｗｈａｔ’ｓ ｍｏｒｅ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓａｖｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ｉｓ ｄｉｓｔｉｎｃｔ ａｎｄ ｔｈｅ
ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ． ＫｅｙｗｏＩ。ｄｓ：ｅｎｅｒｇｙ ｆｅｅｄ—ｂａｃｋ
电气传动 ２００７年 第３７卷 第８期
量。改变ｉ：就可以改变功率因数，ｉ彳＝Ｏ时单位 功率因数为１）；直流电压与给定参考电压的偏差 经ＰＩ调节形成ｄ轴的参考电流ｉ：；ｉ；和ｉ。，ｉ： 和ｉ。各自的偏差经过ＰＩ调节，并通过前馈解耦 运算后输出控制参考电压Ｖ’；最后通过２ｒ／２ｓ坐 标变换，将此控制信号输入ＳＶＰＷＭ控制模块 中，使电网侧变换器的空间电压矢量跟踪电压矢 量指令，从而达到电流控制的目的，使电网侧的输 入电流为正弦波，功率因数可调。矢量控制采用 目前流行的ＳＶＰＷＭ，可以提高电压利用率，减 小谐波。