基于超级电容的电梯节能技术研究与实现

【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。 【关键词】：电梯 超级电容 双向直流变换器 能量回收 TMS320F2812
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP273;TM92
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景和意义9
• 1.2 电梯节能技术发展现状9-11
• 1.3 超级电容概述11-13
• 1.3.1 超级电容及其储能特点11-12
• 1.3.2 超级电容应用研究12-13
• 1.4 论文主要研究内容13-15
• 2 电梯节能系统总体方案设计15-36
• 2.1 电梯节能系统总体设计15-17
• 2.1.1 电梯节能系统功能要求15
• 2.1.2 超级电容储能系统结构组成与工作原理15-17
• 2.2 双向直流变换器设计17-23
• 2.2.1 隔离与非隔离双向DC-DC变换器18
• 2.2.2 非隔离型双向DC-DC变换器工作状态分析18-21
• 2.2.3 双向半桥式Buck/Boost变换器分析与设计21-23
• 2.3 超级电容组选型与设计23-28
• 2.3.1 电梯工作状态分析23-24
• 2.3.2 电梯回馈能量计算24-26
• 2.3.3 存储再生能量所需超级电容容量26-28
• 2.4 关键器件选型28-35
• 2.4.1 大功率开关管的选型28-29
• 2.4.2 功率储能电感分析与设计29-32
• 2.4.3 主控制器选型32
• 2.4.4 电流传感器选型32-33
• 2.4.5 电压传感器选型33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 3 硬件电路设计36-62
• 3.1 电梯节能装置硬件结构图36-37
• 3.2 电源系统37-40
• 3.2.1 系统总电源37
• 3.2.2 ±15V电源37-38
• 3.2.3 ±12V电源38-39
• 3.2.4 +5V电源39
• 3.2.5 +5VA/+3.3V电源39
• 3.2.6 +3.3V/+1.8V电源39-40
• 3.3 弱电控制系统40-52
• 3.3.1 DSP核心控制电路设计40-43
• 3.3.2 霍尔传感器采样电路43-44
• 3.3.3 信号调理电路44-45
• 3.3.4 5V基准电压45-46
• 3.3.5 逻辑保护电路46-48
• 3.3.6 驱动电路48-50
• 3.3.7 滞环比较电路50-51
• 3.3.8 LCD显示电路51-52
• 3.4 强电电路52-61
• 3.4.1 开关管浪涌电压吸收电路52-56
• 3.4.2 双向DC-DC变流器设计56-57
• 3.4.3 超级电容均压电路57-61
• 3.5 本章小结61-62
• 4 控制算法与软件设计62-73
• 4.1 节能控制算法设计62-63
• 4.2 控制器设计63-65
• 4.2.1 双向DC-DC变流器Buck工作模式控制原理图64
• 4.2.2 BOOST工作模式控制原理图64-65
• 4.3 系统软件设计65-72
• 4.3.1 程序设计总体组成65
• 4.3.2 系统软件运行流程图65-67
• 4.3.3 子程序设计67-72
• 4.4 本章小结72-73
• 5 系统实验与效率验证73-83
• 5.1 电梯节能系统实验总体设计73-75
• 5.2 超级电容充电实验75-77
• 5.3 超级电容放电实验77-80
• 5.4 电机节能效率验证80-83
• 总结与展望83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-88
• 附录A88-89
• 附录B89-91

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