Anbieter von Energierückkopplungssystemen für Aufzüge weisen darauf hin, dass die mechanische Energie (potenzielle und kinetische Energie) der bewegten Last durch das System in elektrische Energie (regenerierte elektrische Energie) umgewandelt und in das Wechselstromnetz zurückgespeist wird, um von anderen elektrischen Geräten in der Nähe genutzt zu werden. Dadurch wird der Energieverbrauch des Motorantriebs pro Zeiteinheit reduziert und somit das Ziel der Energieeinsparung erreicht. Die verschiedenen Hardwarekomponenten des Energierückkopplungssystems bilden eine wichtige Grundlage für dessen Funktion.
1. Wechselrichterschaltung
Im Wechselrichterkreis wird der Gleichstrom, der während des Betriebs der Antriebsmaschine im Stromerzeugungszustand auf der Zwischenkreisseite des Aufzugsfrequenzumrichters gespeichert ist, durch Ansteuern eines Schalters in Wechselstrom umgewandelt. Er ist der Hauptkreis des Aufzugsenergierückführungssystems und weist je nach Wechselrichtertyp unterschiedliche Strukturen auf. Durch Ansteuern des Schalters wird die während des Betriebs der Antriebsmaschine im Stromerzeugungszustand auf der Zwischenkreisseite des Aufzugsfrequenzumrichters gespeicherte Gleichleistung in Wechselstrom umgewandelt. Innerhalb eines solchen Kreises können die oberen und unteren Schalter desselben Brückenzweigs nicht gleichzeitig leiten; die Schaltzeit und -dauer jedes Schalters werden gemäß dem Wechselrichter-Regelalgorithmus gesteuert.
2. Netzsynchronisationsschaltung
Die Phasensynchronisationssteuerung ist entscheidend dafür, ob der Aufzug die Energie des DC-Zwischenkreises effektiv ins Stromnetz zurückspeisen kann. Die Netzsynchronisationsschaltung nutzt die Netzspannung als Synchronisationsfunktion. Um Totzoneneffekte während der Kommutierung zu vermeiden, werden die Schalter im selben Brückenzweig um 120 Grad geschaltet. Der logische Zusammenhang zwischen dem Netzsynchronisationssignal und dem Nulldurchgangssignal des Stromnetzes wird mittels eines Komparators ermittelt. Der Zusammenhang zwischen dem Netzsynchronisationssignal jedes Schaltgeräts und der Netzspannung wird durch eine Multisim-Simulation bestimmt. Jeder Schalter hat einen Schaltwinkel von 120 Grad und ist im Abstand von 60 Grad angeordnet. Zu jedem Zeitpunkt sind nur zwei Schaltleitungen in der Wechselrichterbrücke leitend, was einen sicheren und zuverlässigen Betrieb gewährleistet. Zudem arbeiten jeweils zwei Schalter im höchsten Spannungsbereich des Stromnetzes, was zu einem hohen Wirkungsgrad des Wechselrichters führt.
3. Spannungserkennungs-Steuerschaltung
Aufgrund der hohen Spannung auf der DC-Busseite des Aufzugsfrequenzumrichters ist es erforderlich, die Spannung zunächst mittels Widerständen zu teilen und anschließend die Busspannung mithilfe von Hall-Spannungssensoren zu isolieren und zu reduzieren, um sie in ein Niederspannungssignal umzuwandeln. Im Spannungserkennungs-Steuerkreis wird ein Hysterese-Tracking-Vergleichsregelungsverfahren eingesetzt. Dieses Verfahren ergänzt den Komparator um eine positive Rückkopplung und stellt dem Komparator zwei Vergleichswerte zur Verfügung: einen oberen und einen unteren Schwellenwert. Die hardwareseitig implementierte Regelung ist schnell und präzise. Der Spannungserkennungs-Steuerkreis verhindert nicht nur die kurzzeitige Überlagerung von Störsignalen mit dem Spannungssignal, die zu Schwankungen im Ausgangszustand des Komparators führen würde, sondern auch ein zu häufiges Ein- und Ausschalten des Energierückkopplungssystems.
4. Stromerkennungs-Steuerschaltung
Im Rahmen der Energierückführung muss der Strom die Leistungsanforderungen erfüllen. Die ins Netz zurückgespeiste Leistung muss mindestens der maximalen Leistung der Traktionsmaschine im Generatorbetrieb entsprechen, da sonst der Spannungsabfall am Zwischenkreis weiter ansteigt. Bei konstanter Netzspannung wird die Energierückführungsleistung des Systems durch den Rückführungsstrom bestimmt. Dieser muss zudem innerhalb des Nennbereichs des Wechselrichter-Leistungsschalters liegen. Die Reaktanzdrossel zwischen Netz und Wechselrichter ermöglicht hohe Ströme bei minimalem Drosselvolumen. Daher muss die Induktivität der Drossel gering sein, um die Energierückführung zu gewährleisten. Die Stromänderungsgeschwindigkeit ist sehr hoch. Durch die gleichzeitige Verwendung einer Stromhystereseregelung lässt sich der Rückführungsstrom effektiv steuern und Überstromereignisse verhindern.
5. Hauptsteuerkreis
Die zentrale Verarbeitungseinheit des Aufzugsenergierückgewinnungssystems ist die Hauptsteuerschaltung, die den Betrieb des gesamten Systems steuert. Die Hauptsteuerschaltung besteht aus einem Mikrocontroller und Peripherieschaltungen, die hochpräzise PWM-Signale auf Basis von Steueralgorithmen erzeugen. Die IPM-Fehlersteuerung gewährleistet mithilfe des Netzsynchronisationssignals die sichere und effektive Durchführung des gesamten Energierückgewinnungsprozesses.
6. Logische Schutzsteuerungsschaltung
Das Synchronisationssignal für den Netzanschluss, die Steuersignale für Spannung und Strom, das IPM-Fehlersignal und das Ansteuersignal des Hauptsteuerkreises müssen alle den Logikschutzsteuerkreis zur logischen Verarbeitung durchlaufen und werden schließlich an den Wechselrichterkreis zur Steuerung des Rückkopplungsprozesses weitergeleitet. Dadurch wird sichergestellt, dass die Wechselstromausgabe des Wechselrichters mit dem Netz synchronisiert ist und gleichzeitig das Ansteuersignal bei Überstrom, Überspannung, Unterspannung oder IPM-Fehlern im Stromkreis blockiert wird, wodurch der Energierückkopplungsprozess gestoppt wird.