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基于超级电容的电梯节能技术研究与实现

作　者: 米运洪
导　师: 郭健
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电梯超级电容双向直流变换器能量回收 TMS320F2812
分类号: TM92
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
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A  88-89
附录B  89-91

基于超级电容的电梯节能技术研究与实现

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