基于超级电容的电梯节能装置的电路设计

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

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/black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