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摘要：电梯是现今建筑当中不可缺少的一部分，但在实际运行中，能耗一直是困扰人们的一项问题。在本文中，将就电梯驱动与能量回馈一体化控制系统设计进行一定的研究。
关键词：电梯驱动；能量回馈一体化；控制系统设计
1引言
在现今城市不断发展的情况下，电能供需矛盾逐渐突出。在该种情况下，电梯厂商也对电梯的节能问题具有了重视。目前，较多电梯都是以永磁同步无齿轮主机的应用实现节能，因为永磁材料可在电机中产生磁场，节省部分电能，但其效果并不太明显。近年来，也有部分电梯安装有能量回馈装置，但受到算法方面的影响，对其质量以及运行稳定性产生了较大的影响，进而对用电设备产生干扰。在该种情况下，就需要能够做好技术研究与能量回馈控制系统的设计。
2系统工作原理
电梯节能能量回馈的本质，即将直流电能转变为交流电能，其目的是将电动机在发电状态下产生的直流电能回馈到交流电网，在起到较好节能效果的情况下减少电力污染。在电梯电能逆变回馈中，系统在电流以及相位方面需要满足以下控制条件：第一，在逆变过程中，需要能够同电网保持良好的同步关系；第二，当电压超出设定值后，再将逆变装置启动实现能量回馈；第三，保证电流能够满足回馈功率方面要求，但需要小于逆变电路最大电流；第四，减少逆变过程对电网的污染。
为了能够对以上要求进行满足，在本系统中，通过双PWM技术的应用实现能量回馈目标，该装置由PWM逆变以及整流两方面组成，在工作中，当电机处于拖动状态下时，能量将通过整流器实现向滤波电容的充电，能量在经过逆变器之后到达电机。当电机在运行中处于重载向下、减速运行时，受到负载惯性作用影响，则将在进入发电状态后提升滤波电容电压。此时，整流器元件受到PWM控制则会向交流电网实现能量的回馈，实现能量的双向流动。同时，受到PWM整流器闭环控制作用，电网电流与电压将具有相同的相位与频率，以此在提升系统功率因数的情况下消除电网侧谐波污染，在形成清洁能量后回馈到电网当中。需要注意的是，控制算法的好坏将直接对逆变系统的性能产生影响，在设计中，三相变频的空间矢量脉宽调制技术非常关键，能够使电梯逆变器具有更好的节能效果，不仅能减少逆变电能对电网的冲击，且能提升直流电压利用率，并使逆变电能具有更小的总谐波失真情况。
3系统结构设计
在该系统中，应用到双PWM技术，即在三相电源同IPM模块间具有被控电抗的设置，以此实现电梯驱动电机电流、转速以及驱动电机电流的精确计算，在做好电梯加速度、速度精确控制的基础上实现向电网的能量回馈。
3.1硬件结构设计
在该系统中，使用了32位ARM同32位DSP硬件结构，这两个处理器通过并行通信的方式对数据进行高速的交换，呼梯工作站以及电梯主控板也将通过CAN实现信息的串行交换。在该硬件结构当中，具有能量回馈装置的设置，通过双PWM控制技术的应用在减少系统对公用电网干扰的情况下起到较好的节能目标。硬件结构方面，ARM处理器主要功能为系统的逻辑控制，而DSP处理器则主要实现能量回馈以及系统驱动，采用250000门的门电路FPGA作为系统主板的逻辑电路，系统主板的输入电路以及两个处理器当中的通信电路。同时，其使用PSD4235为系统参数存储器，通过手持操作器的应用调试系统参数。此外，系统的直流电源控制器为TI公司电源模块，系统驱动元件为三菱IPM模块，电路滤波电容器为三和电容器，系统输出接触器则为日本富士公司制造。
3.2软件结构设计
在该系统的软件部分，其包括有驱动模块以及控制模块这两部分：第一，控制模块。在该模块当中，具有电梯逻辑控制软件、电机运动控制软件、电机初始磁通角整定以及通信软件模块。在电梯逻辑控制模块中，其功能有电梯参数调试、参数存储、系统自检、电梯集选控制、系统处理以及电梯故障处理等功能。通信模块方面，则主要实现主板同轿顶工作站、远程监控板、呼梯工作站以及群控板之间的通信，包括两个处理器的相互通信。运动控制方面，则包括有电梯电机电角检测、电梯速度、力矩控制、电机速度检测以及运行曲线生成等方面；第二，驱动模块。在驱动模块中，包括有电梯电机变频软件以及能量回馈软件。在该系统中，PWM将为系统提供直流电源，同时实现能量向电网的回馈。PWM逆变则为电梯曳引机提供电源，使其能够按照特定曲线运行。当电梯重载下行或者处于减速阶段时，其会将运行当中产生的机械能实现向电能的转化，通过泵升电压方式的应用在电容中储存能量。
PWM逆变同PWM整流软件控制具有相似的特征，PWM逆变控制对象为永磁同步电机，PWM整流控制对象为被控电抗。对于这两类对象而言，都具有PI调节、双闭环控制以及矢量变换功能。对于PWM整流部分，则包括有双闭环控制以及矢量变换，被控电抗为控制对象，外环为电压环，内环为电流环，通过双闭环方式的应用，则能够保证当电梯处于运行阶段时，系统直流母线电压将一直保持不变。
PWM整流的工作过程为：第一，外环。系统在检测到母线电压之后，则会将其同直线母线电压进行比较，将两者存在误差以PI方式运算处理后，则将形成q轴电流指令；第二，内环。在该环节中，系统将检测到的S以及R相电流陆续经过Park以及Clark变换，以此形成检测的d轴以及q轴电流；第三，将内外环产生的电流进行比较，在完成比较后以PI方式对误差信号进行计算，在实现结果解耦之后，获得d、q轴的对应电压；第四，将获得的两轴电压进行Park变换以及SVPWM运算，将形成脉冲信号，在将其隔离放大后实现IPM模块的驱动，以此对能量以及整流回馈进行实现，并使用PLL输出积分方式获得变换电角度值。
4回馈制动原理
PWM整流器在有源逆变状态下运行，能够将直流侧能量向电网回馈。在回馈制动中，其主要工作内容有：第一，检测电压回馈时间，在电网电压检测时，需要做好电网变频器以及波动环节承受最大支流电压的考虑，当检测电压有效值为（1.2*）倍电网侧电压时，即可启动能量回馈装置，进入到回馈制动状态；第二，限制回馈电流大小，在回馈制动中，要保证电网侧回馈电流能够满足回馈功率，避免输出功率高于系统回馈功率。在电网侧电压一定的情况下，可以通过回馈电流调节改变系统回馈功率大小。
5结束语
在上文中，我们对电梯驱动与能量回馈一体化控制系统进行了设计，该系统使用双PWM控制系统以及能量回馈制动方式。经过测试，该系统在运行中能够有效的实现电能的节约，且在生产成本方面也具有较大的降低，具有较好的研究应用价值。
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作者简介：
朱佳军（1986-），男，广东普宁市人，助理工程师，主要从事开关电源及嵌入式控制工作。