基于超级电容的电梯节能装置的电路设计

论文摘要

从工业革命以来,能源大量消耗。目前地球能源紧缺,各行各业都在寻求节约能量的方法。在电梯行业,变频调速式电梯使用量大,耗能客观。因此研究变频调速式电梯的节能问题意义重大。变频调速式曳引电梯在电梯上行,电梯轿厢重量小于电梯对重时和在电梯下行,电梯轿厢重量大于电梯对重时,拖动电梯的电机要释放大量再生电能。而给电梯电机供电的整流器电流不可逆。因此造成电梯电机释放的再生能量大量堆积在电梯供电母线端,引起电梯供电母线的电压升高。这升高的电压将引起电梯器件的损坏。传统的做法是使用大功率电阻把电梯电机的再生电能消耗掉。但是这样做会造成更大的电能浪费。因为大功率电阻在消耗电梯再生能量时,会释放大量热量,引起电梯机房温度升高,电梯元件性能会降低。为了不使电梯元件性能降低,就得保持电梯机房恒温。一般的做法是采用空调或风机维持电梯机房温度。所以大功率电阻耗能的方法不仅使电梯再生能量白白消耗掉,而且由于使用了空调和风机,引起了第二次的能量浪费。目前还有一种流行的方法是使用DC/AC转换器把电梯再生电能回馈给电网。使用DC/AC转换器节能的方法不需要安装空调或风机维持电梯机房温度,但是由于DC/AC转换器把电梯的再生电能回馈给电网,引起了电网的干扰。本研究设计的基于超级电容的电梯节能装置,选用超级电容作为电梯电机再生能量的储能设备。由于超级电容环保,储能量大,充放电时间快。因此它是作为电梯电机再生能量储存的最好元件。当变频调速式曳引电梯释放再生能量时,使用超级电容把电梯电机的再生能量回收;当电梯需要电能时,使用超级电容把电能供给电梯元件;当超级电容装满或无法再储存能量时,使用大功率电阻消耗多余的电梯电机再生电能。基于超级电容的电梯节能方案不会像大功率电阻耗能方案一样,在消耗电梯电机再生能量时释放大量热量。因此它不需要安装空调或风机维持电梯机房的温度。同时它也不会像DC/AC转换器那样,反馈电梯电机再生能量给电网,对电网造成干扰,保证了电网的供电安全。在本次研究中,本人根据给定的电梯参数,设计了基于超级电容的电梯节能装置的电路,并且使用了OrCAD10.0/PSpice软件分别对超级电容充电电路、放电电路和大功率电阻消耗电路进行仿真。仿真结果表明基于超级电容的电梯节能装置的电路工作正常。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电梯再生能量原理和电梯再生能量处理方法的发展
• 1.1.1 电梯再生能量的基本原理
• 1.1.2 电梯再生能量处理方法的发展
• 1.1.3 基于超级电容的电梯节能装置的原理及优点
• 1.2 本设计所用电梯数据
• 1.3 研究中本人的工作
• 1.4 基于超级电容的电梯节能装置要求
• 第二章 基于超级电容的电梯节能装置原理
• 2.1 基于超级电容的电梯节能装置的整体介绍
• 2.2 基于超级电容的放电电路和充电电路
• 2.2.1 超级电容放电boost 升压电路工作原理
• 2.2.2 超级电容充电buck 降压电路工作原理
• 2.3 大功率电阻消耗电梯电机再生电能工作原理
• 2.4 本章总结
• 第三章 基于超级电容的电梯节能装置的电路参数确定
• 3.1 设计电梯的具体参数
• 3.2 曳引电梯反馈再生能量情况分析
• 3.2.1 曳引电梯曳引力分析
• 3.2.2 曳引电梯反馈能量
• 3.3 由曳引电梯反馈再生能量确定所用超级电容数值
• 3.4 超级电容充放电节能电路中开关元件的选择和所用频率
• 3.4.1 超级电容节能电路开关元件的选择
• 3.4.2 超级电容节能电路开关元件的频率
• 3.5 超级电容充放电电路参数的确定
• 3.5.1 超级电容充放电boost/buck 电路合并后的电路图
• 3.5.2 由boost 电路，而不由buck 电路确定电路参数的理由
• 3.5.3 超级电容boost 放电电路的占空比的确定
• 3.5.4 超级电容boost 放电电路的电感的确定
• 3.6 本章总结
• 第四章 基于超级电容的电梯节能装置的电路元件
• 4.1 超级电容介绍
• 4.1.1 超级电容原理
• 4.1.2 超级电容与其它储能电池比较
• 4.1.3 超级电容的应用情况
• 4.1.4 超级电容的仿真模型
• 4.2 IGBT 元件介绍
• 4.2.1 IGBT 仿真模型
• 4.3 大功率电阻消耗电路中大功率电阻
• 4.4 本章总结
• 第五章 基于超级电容的电梯节能装置的电路仿真
• 5.1 仿真软件
• 5.1.1 OrCAD/PSpice 发展
• 5.1.2 OrCAD/PSpice 介绍
• 5.2 基于超级电容的电梯节能装置的仿真
• 5.2.1 基于超级电容的电梯节能装置的仿真电路图
• 5.2.2 基于超级电容的电梯节能装置的电路仿真方法
• 5.3 超级电容的电梯节能装置充电和放电情况下IGBT 驱动脉冲
• 5.4 基于超级电容的电梯节能装置的电路元件仿真参数
• 5.5 超级电容升压放电电路仿真
• 5.5.1 超级电容boost 放电电路的参数值
• 5.5.2 超级电容boost 放电电路仿真方法
• 5.5.3 超级电容boost 放电电路仿真主要项目
• 5.5.4 超级电容boost 放电电路仿真要求
• 5.5.5 超级电容boost 放电电路仿真电路图
• 5.5.6 超级电容boost 放电电路仿真结果
• 5.5.7 超级电容boost 放电电路仿真小结
• 5.6 超级电容充电电路仿真
• 5.6.1 超级电容buck 充电电路的参数值
• 5.6.2 超级电容buck 充电电路仿真占空比和充电电压确定
• 5.6.3 超级电容buck 充电电路仿真方法
• 5.6.4 超级电容buck 充电电路仿真主要项目
• 5.6.5 超级电容buck 充电电路仿真要求
• 5.6.6 超级电容buck 充电电路仿真图
• 5.6.7 超级电容buck 充电电路仿真结果
• 5.6.8 超级电容buck 充电电路仿真小结
• 5.7 大功率电阻消耗再生能量电路仿真
• 5.7.1 大功率电阻消耗再生能量电路仿真方法
• 5.7.2 大功率电阻消耗再生能量电路仿真主要项目
• 5.7.3 大功率电阻消耗再生能量电路仿真要求
• 5.7.4 大功率电阻消耗再生能量电路仿真图
• 5.7.5 大功率电阻消耗再生能量电路仿真结果
• 5.7.6 大功率电阻消耗再生能量电路仿真小结
• 5.8 本章总结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 本论文研究总结
• 6.2 基于超级电容的电梯节能装置电路图
• 6.3 在本次研究中本人所做工作
• 6.4 基于超级电容的电梯节能装置电路仿真结果
• 6.5 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果