基于超级电容的电梯驱动系统节能技术研究

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目前,电梯在城市化的进程中数量急剧增长,随之而来的能耗问题引起了社会的广泛关注。在实际生活中,电梯向上与向下的运送总量大体相当,驱动电动机经常在“拖动用电工况”与“制动发电工况”之间短时交替工作。在此过程中,未对再生能量加以利用,造成了能量浪费。与传统储能装置相比,超级电容不仅具有高放电功率和较大的电荷储存能力,还具有循环寿命长、功率密度大、充放电速度快、高温性能好等优点,非常适合于电梯系统的节能控制,对节约能源和保护环境具有十分积极的意义。  在本课题研究中,采用基于超级电容的电梯驱动系统节能技术,将电梯制动工况的回馈能量回馈至超级电容,便于实现对制动发电工况能量的再生利用,以提高能量的利用率,达到节能的目的。基于此,本课题主要针对电梯驱动系统回馈能量的控制方法和实现方法进行了建模分析和研究,并设计了电梯驱动系统节能控制器。  本文首先在介绍电梯系统的结构和运行特点的基础上,以采用永磁同步电动机作为曳引机的电梯为例,分别从电机数学模型、控制算法等方面进行详论述。其次,围绕电梯拖动系统的动力学模型,对系统的运行过程进行阐述;并对其运行过程中能量状态的变化、电梯回馈制动的工况及其约束条件进行了详细分析。再次,对超级电容器充电放电能量的管理策略进行了研究;并结合电梯的运行特点,分析了电梯驱动节能系统中超级电容器储能模块的控制策略。一系列的仿真实验结果充分验证了所研制的基于超级电容的电梯节能系统的控制器的节能可行性和模糊PI控制策略的高效性。根据上述理论分析结果,本文提出了电梯驱动节能系统功率变换单元的设计方案,并进行了详细说明,从而为电梯节能控制器的实现奠定了硬件基础。
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