作为电梯系统中的节能器和应急电源的电源技术方案

本发明专利技术描述了一种将电梯系统所需电能存储到超级电容器中的方法和装置。此外，本发明专利技术可用作应急状况（如电源故障）下的储备电源。超级电容器与三个开关支路一起连接到电机电源的整流信号。通过闭合和断开开关，当电机负荷小时可充电超级电容器。当电机负荷大时，或者当电源故障时，超级电容器中包含的电能可放电用于电机。在应急情况下，电机以比正常低的速度驱动电梯，从而低于正常的供电电压是足够的。而且，由电梯制动获得的能量可以被存储到超级电容器中，后者与普通电容器相比具有显著大的存储容量。通过应用本发明专利技术，可以减少电梯的能耗，因为可以存储从电源获得的废弃能量，并且在需要更多能量时使用它。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电梯系统中需要的电力供应。
技术介绍
为了电梯系统的工作，需要可靠的电力供应系统。通常，电力的供应是从传统的主电源电流(mains current)获得的，并且可以通过变压器将获得的电能转换成期望的电压电平。为了电梯系统的无错工作，需要电力的不间断供应，因为电梯系统的性质使得电力故障可能导致载有乘客的电梯停在楼层之间，从而处于危险的境地。因此，电梯系统配有备用电源，用于在紧急情况下供应电能。迄今为止在电梯中使用的现有技术的应急电源是电池和/或安全电路。使用的电池典型地是铅酸电池，具有最大五年量级的服务寿命。在说明书US4316097中提供了现有技术的备用电源的一个例子，它包括电池及关联电路。所谓的超级电容器能够存储比普通电容器大得多的电荷。超级电容器可以具有例如100...2000F范围的电容。因此，它们提供存储和供应电能的引人注意的可能性。期望超级电容器在不久的将来，将在许多当前的应用中替代铅酸电池。目前，对此最大的障碍是超级电容器的昂贵价格。可以连接多个超级电容器在一起来形成所谓的超级电容器组，它比单个超级电容器，具有更大的电荷存储容量，并且提供更高的电压。超级电容器是包含双层结构的电容器，其中电极由活性碳构成。因此，电容器每克碳包含几千平方米的所谓的有效区域，并且它包含彼此隔开很小距离(纳米级)的两个电极。由于这些特性，超级电容器具有很大的电容，可以是成百甚至上千法拉。在电梯的维护中，材料成本相对于其他成本来说只占相当小的部分，因为多数维护成本是由维护人员的薪水和差旅费构成的。由于这个原因，超级电容器尽管其价格高，仍提供作为备用电源的重要替代。超级电容器如能够存储电荷的普通电容器一样工作。由于这个原因，它们不能直接连接在电池的位置来取代这些电池。电容器的电压线性地依赖于其电荷，而铅酸电池的电压相对电荷是非线性的。在高电荷值，电池电压保持近似恒定，而随着电荷减少，电压从恒定值快速下降到零。从上面可见，多数包含超级电容器的电源解决方案包括用于将超级电容器的输出电压稳定在期望电平的AC或DC电源电压的电路。根据现有技术的例子，从具有10Wh的电能容量的超级电容器的各端子获得的电压在20V...60V的范围内变化。当各端子连接到单独的稳定器(功率要求大约4kW)时，稳定器将在其输出端给出48V的直流电压或230V的交流电压。由于一个平板电容器的电压(所谓的单元(cell)电压)低(通常在2.5V的量级)，因此需要将若干电容器串联来产生一个超级电容器。除了上述原因，还因为超级电容器的高价格而需要稳定器。从技术的角度考虑，可以串联甚至成百个电容器。例如在火车中，使用象这样的大电容器串。目前超级电容器的价格大约在每瓦特时40到80欧元的级别上，取决于可得的电压，并且每单位质量获得的能量大约是3.5Wh/kg。封装(packing)技术导致高电压电容器单元的高成本。说明书US6742630描述了在电梯系统中使用超级电容器作为能源，或者更确切地说作为能量存储器。在电梯的加速和制动期间，需要大量的电力，而这部分地是从由包括超级电容器的电源到电机获得的。另一个目的是通过超级电容器的充电和放电来平衡能耗，从而当电梯(或者多个电梯)在静止时，用来自主电源(主电力)的能量充电超级电容器，而电梯加速运动期间所需的额外能量从充电的超级电容器而非主电源取得。此外，超级电容器可以用于存储在制动期间获得的能量。电梯中通常使用的储备电源解决方案是铅酸电池，它的问题涉及相对较短的服务寿命，典型地是大约5年。此外，它们具有较大的尺寸，并且提供相当低的电压电平，这就是为什么需要将大量铅酸电池连在一起的原因，结果电池系统不期望地占用了很大空间。电池系统必须配备电力变压器，以向电梯电机提供三相交流电，因此该系统非常复杂。为了电梯系统可靠地工作，需要操作简单、包含组件数量少的装置。电转换器基本上是可靠的。然而，电梯应用要求宽的功率范围(5...100kW)，这就是为什么会需要具有几个转换器来生成不同的输出功率的原因。这进一步导致由于装置的复杂性质而引起的质量问题，以及高的设备成本。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的专利技术目的是公开一种用于电梯系统中的应急状况的可靠、经济的供电系统。本专利技术的另一目的是在电梯正常工作状况下节省电梯电机消耗的能量。专利技术简述关于本专利技术的特征，请参考权利要求书。本专利技术公开了一种用于存储电梯系统中所需的电能的方法和设备。此外，本专利技术作用于在电梯系统出现应急状况时，例如，当供电中断时的备用电源。在该方法中，使用超级电容器或者包括多个超级电容器的超级电容器组作为电能的存储器。超级电容器置于电机的供电系统中。电源信号被整流，据此信号连接到根据本专利技术的电路，进而该信号通过逆变器连接到控制电梯的电机。在整流信号的各端之间连接DC电容器，用于调节送入电机的电压。本专利技术的构思在于当电梯制动或静止时，或者当电梯具有小负荷时，用电能充电超级电容器。换言之，当电源产生了如此多能量，以至于某些能量不需要来驱动电梯时，充电超级电容器。充电是通过充电开关来控制的。在超级电容器已充电到其最大电压(或者更一般地说，超过DC电容器的电压的值是足够的)后，例如，当供电由于外部故障而完全中断时，或者当电梯具有如此大负荷以至要求额外的高扭矩、进而额外的大电机供应电流时，可以将存储的能量放电到电机。超级电容器的放电是通过放电开关来控制的。在系统启动时超级电容器具有零电荷的时候，可以通过激活包括预充电开关的开关支路(在优选实施例中该支路包括与该开关串联的电阻器)来对其预充电。当要对预充电后的超级电容器进行充电以使其电压上升到DC电容器的电压之上时，闭合充电开关并且保持其他开关断开。在优选实施例中，二极管与该充电开关串联。当要将存储在超级电容器中的能量送到电机时，闭合放电开关(同时保持其他开关断开)。在这种情况下，能量通过逆变器流到电机，同时超级电容器中的电荷减少，从而降低超级电容器的电压。当电压降低到DC电容器的电压值时，达到超级电容器肯定是在正常工作期间被充电的极限。在没有供电的应急工作期间，电压可以甚至降到比这还低，在这种情况下，将比平常低的电压送给电机。结果，电梯以比正常低的速度行进，但在应急工作中，这是合理的。在应急工作中，如果电梯例如由于电源故障而停在楼层之间，通常足以使轿厢驱动到最近的楼层。当超级电容器的电压超过DC电容器的电压时，也可以充电DC电容器。在这种情况下，闭合包括充电电容器的支路。超级电容器的优点包括实际上无限的服务寿命。此外，超级电容器可以以高功率并且比电池重复更多次充电和放电。此外，按单位质量，超级电容器是更有效的能量存储器件，因为超级电容器的功率密度大约是10-15kW/kg，而电池的功率密度大约是0.3-1kW/kg。即使充电或放电电流大，超级电容器也可以被完全充电或放电。超级电容器的维护需要小，或者实际上甚至可忽略。由于它们的长服务寿命，并且因为电梯系统的寿命也长，因此超级电容器是非常环境友好的解决方案。本专利技术的本质优点是与转换器相比，装置的简单可靠以及成本经济(在一个例子中，成本减少到六分之一)。在本专利技术中，由于否则就会损失的能量可被存储在超级电容器中，因此实现供电成本的直接降低。所要求的保险丝可以比以前小，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于存储电梯系统中所需的电能并且向电梯系统供应储备电力的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：在电梯电机的供电电路中放置超级电容器；在电梯的基本上低能耗期间，通过闭合充电开关来用电能充电超级电容器；以及在电梯的基本上高能耗期间，或者在电源故障的情况下，通过闭合放电开关来从超级电容器放电电能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：佩卡杰科南，
申请(专利权)人：通力股份公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]