电梯应急系统的研究与设计

摘要

随着现代社会的发展，高层建筑的大量涌现，电梯的需求量也随之增加。电梯的安全性是其技术指标的首位。电梯应急系统可在电网停电或故障情况下，自动投入运行。作为逆变电源供给电能，使电梯就近开门释放乘客，保证电梯的安全运行，增强乘客的安全感。 本论文研究的电梯应急系统是以美国Luminary Micro公司的StellarisTM系列的微控制器LM3S615为核心的应急装置。系统主要包括逆变器和蓄电池充电器两大部分。逆变器采用单相全桥逆变，加上工频升压变压器的方式，把48V阀控式密封铅酸蓄电池电能逆变成单相380V交流电供给电梯系统。逆变器的调制方式采用SPWM技术，以MOSFET作为功率开关器件，以IR公司的IR2110芯片作为驱动器。蓄电池充电器采用Buck结构以及PWM控制方式，充电方式采用四阶段方式，有效得提高了充电速度和使用寿命。 本文首先介绍了现有电梯应急系统的原理及其组成，分析了其不足，并提出新的解决方案。第二章主要从理论分析角度，分别介绍了本应急系统的工作原理，SPWM调制技术以及本系统逆变器的拓扑结构和工作原理，阀控式密封铅酸蓄电池的工作特性，并阐述了其合理的充电方式。第三章和第四章主要阐述系统的具体实现方法，从硬件和软件两方面入手，介绍逆变器的实现以及铅酸蓄电池充电器及其控制等等内容。最后给出了相关的实验数据。 本文设计的电梯应急系统具有结构简单，体积小巧，安全可靠的特点。根据现场调试结果显示，符合电梯应急救援的要求，达到了预期目的。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2当前国内电梯应急系统的发展现况

1.3本文研究的主要内容

第二章 电梯应急系统的组成和原理

2.1电梯应急系统的工作原理

2.2电梯应急系统的控制方案

2.3电梯应急系统的逆变器设计

2.3.1 DC/AC逆变技术

2.3.2正弦波脉宽调制技术

2.3.3逆变器拓扑结构及其工作原理

2.4电梯应急系统的充电器设计

2.4.1阀控式密封铅酸蓄电池及其充放电特性

2.4.2阀控式密封铅酸蓄电池充电方法

2.4.3充电电路拓扑结构

第三章 电梯应急系统的硬件设计

3.1逆变器主回路设计

3.1.1主回路电路图

3.1.2功率开关管的选择

3.1.3功率管缓冲电路的设计

3.1.4工频变压器的设计

3.1.5直流的平波电容的选择

3.1.6输出LC滤波器的设计

3.2逆变器控制电路实现

3.2.1 LM3S615实现SPWM波

3.2.2功率管驱动电路设计

3.2.3逆变模拟量采样电路设计

3.2.4保护电路设计

3.3充电器的硬件实现

3.3.1 Buck主电路设计

3.3.2 MOSFET驱动电路设计

3.3.3充电器PWM控制信号生成

3.3.4直流充电电源

3.3.5功率输出级

3.3.6充电模拟量的检测

3.4其他关键电路设计

3.4.1数字量输入与输出

3.4.2辅助电源设计

3.4.3时钟模块设计

3.4.4人机接口电路设计

第四章 电梯应急系统的软件设计

4.1软件架构介绍

4.2 Stellaris系列外围驱动程序库简介

4.3市电监测的软件设计

4.4逆变器的软件设计

4.4.1 SPWM波软件设计

4.4.2逆变器输出电压控制策略

4.4.3保护措施软件设计

4.5充电器的软件设计

4.6应急救援软件设计

4.7人机接口模块软件设计

第五章 实验及结果

5.1逆变器相关波形

5.1.1 SPWM波形

5.1.2 MOSFET驱动波形

5.1.3 MOSFET漏源极两端电压波形

5.1.4逆变桥输出波形

5.1.5输出电压波形

5.2充电器相关波形

5.2.1充电电压波形

5.2.2充电电流波形

5.3硬件电路外观

第六章 结论与展望

参考文献

作者硕士期间发表的论文

致 谢