基于超级电容的电梯节能技术研究与实现
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摘要
电梯是现代建筑中的耗能大户。传统的电梯通常将电梯制动能量通过能耗电阻消耗,造成大量能量的浪费。电梯节能系统可以对电梯制动产生的能量进行有效回收利用,减少能源消耗。具有广阔的社会和经济效益。
本课题研究并设计了基于超级电容的电梯节能与控制系统,其中超级电容用于将电梯再生能量进行存储和再利用。
首先对电梯节能技术进行了深入分析,在此基础上设计了基于超级电容存储电梯再生能量的节能方案。对超级电容容量特性、容量偏差对储能性能影响的特性进行了深入研究。对电梯节能系统进行了总体方案和结构设计,包括电梯节能系统总体结构、硬件系统和软件系统三个方面,进行了核心器件的计算、选型,包括超级电容、双向直流变换器等的选型与设计,同时对实际电梯实验平台的能量再生情况进行了计算和分析。进一步,分析了双向直流变换器的控制方法和原理,提出了双闭环控制的方案。
完成了硬件系统电路设计,主要包括超级电容均压电路、开关管尖峰吸收电路、开关管驱动电路、硬件保护电路、信号采样电路、信号调理以及通信与显示电路的设计和关键器件的选型。
完成了节能系统软件开发、设计,进行了控制算法实现。详细介绍了主程序和各子程序的思路和流程,完成了软件的编写和调试。
最后,结合实际电梯控制系统实验平台,完成了电梯节能系统与电梯驱动控制系统的联调,实验表明本课题设计开发的控制器能够稳定地完成对超级电容储能装置的充放电操作,有效地通过超级电容实现能量回收,并完成了回收能量的二次使用。
Elevators are supposed to be a giant energy-consuming part in modern construction. The energy released in traditional elevators is usually consumed by high power resistors, which results in a huge waste. However, by adopting elevator energy-saving system, it can be stored in super-capacitors in elevators for reusing and promotes energy recycling, thus bringing considerable social and economical benefits.
This thesis explores and designs an elevator energy-saving system based on super-capacitors that are applied to save and reuse regenerated energy in elevators.
Firstly, a profound research is conducted on energy-saving technology, followed by the presentation of a design to reproduce energy through super-capacitors in elevators. Meanwhile, the features of super-capacitors and the effect of capacitance deviation rate on energy storage modules are closely analyzed. The basic design of the energy-saving system involves three aspects, its general structure, hardware system and software system. The calculation and selection of key apparatuses are made, including the selection and design of a super-capacitor and a bi-directional DC/DC converter, with a quantitative analysis on regeneration in actual elevator experimental platform. Moreover, the controlling mode and principles of the bi-directional DC/DC converter are evaluated so as to bring in the double closed-loop controlling project.
As for hardware, this thesis completes the tasks of voltage-sharing in super-capacitors, peak absorption and propulsion in switching tubes, hardware protection, signal sampling, signal adjustment and communication, display circuit design, and the selection of main apparatuses.
For software, this thesis provides a design of the energy-saving software system and realizes control algorithm, in which the flow chat of main program and subprograms are introduced, and the software programming and debugging are accomplished.
Finally, a joint debugging between energy-saving and elevator system is achieved through the flat base of an actual elevator controlling system in laboratory, which suggests that the super-capacitor energy storage system could be charged and recharged through stable operation of the controller, and that it is feasible to achieve energy recycling by super-capacitors and realize its reusing.
本课题研究并设计了基于超级电容的电梯节能与控制系统,其中超级电容用于将电梯再生能量进行存储和再利用。
首先对电梯节能技术进行了深入分析,在此基础上设计了基于超级电容存储电梯再生能量的节能方案。对超级电容容量特性、容量偏差对储能性能影响的特性进行了深入研究。对电梯节能系统进行了总体方案和结构设计,包括电梯节能系统总体结构、硬件系统和软件系统三个方面,进行了核心器件的计算、选型,包括超级电容、双向直流变换器等的选型与设计,同时对实际电梯实验平台的能量再生情况进行了计算和分析。进一步,分析了双向直流变换器的控制方法和原理,提出了双闭环控制的方案。
完成了硬件系统电路设计,主要包括超级电容均压电路、开关管尖峰吸收电路、开关管驱动电路、硬件保护电路、信号采样电路、信号调理以及通信与显示电路的设计和关键器件的选型。
完成了节能系统软件开发、设计,进行了控制算法实现。详细介绍了主程序和各子程序的思路和流程,完成了软件的编写和调试。
最后,结合实际电梯控制系统实验平台,完成了电梯节能系统与电梯驱动控制系统的联调,实验表明本课题设计开发的控制器能够稳定地完成对超级电容储能装置的充放电操作,有效地通过超级电容实现能量回收,并完成了回收能量的二次使用。
Elevators are supposed to be a giant energy-consuming part in modern construction. The energy released in traditional elevators is usually consumed by high power resistors, which results in a huge waste. However, by adopting elevator energy-saving system, it can be stored in super-capacitors in elevators for reusing and promotes energy recycling, thus bringing considerable social and economical benefits.
This thesis explores and designs an elevator energy-saving system based on super-capacitors that are applied to save and reuse regenerated energy in elevators.
Firstly, a profound research is conducted on energy-saving technology, followed by the presentation of a design to reproduce energy through super-capacitors in elevators. Meanwhile, the features of super-capacitors and the effect of capacitance deviation rate on energy storage modules are closely analyzed. The basic design of the energy-saving system involves three aspects, its general structure, hardware system and software system. The calculation and selection of key apparatuses are made, including the selection and design of a super-capacitor and a bi-directional DC/DC converter, with a quantitative analysis on regeneration in actual elevator experimental platform. Moreover, the controlling mode and principles of the bi-directional DC/DC converter are evaluated so as to bring in the double closed-loop controlling project.
As for hardware, this thesis completes the tasks of voltage-sharing in super-capacitors, peak absorption and propulsion in switching tubes, hardware protection, signal sampling, signal adjustment and communication, display circuit design, and the selection of main apparatuses.
For software, this thesis provides a design of the energy-saving software system and realizes control algorithm, in which the flow chat of main program and subprograms are introduced, and the software programming and debugging are accomplished.
Finally, a joint debugging between energy-saving and elevator system is achieved through the flat base of an actual elevator controlling system in laboratory, which suggests that the super-capacitor energy storage system could be charged and recharged through stable operation of the controller, and that it is feasible to achieve energy recycling by super-capacitors and realize its reusing.
引文
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