Sponsor
Sponsor

Asansör Kontrol Yöntemi Araştırması

Sponsor
Şekil 1: Bir süper kapasitör enerji depolama cihazının şematik diyagramı

Bir asansör için süper kapasitör enerji depolama cihazını kontrol etmek için çift yönlü bir DC/DC dönüştürücünün kullanımı incelenmiştir.

Shi Liguang, Yao Lianghong, Luo Zhiqun ve Wan Jianru tarafından

Asansörler, ticari yüksek binaların hızlı gelişiminde yaygın olarak uygulanmaktadır. Asansör enerji tüketimi, tüm bir binanın enerji tüketimi (%5-15) açısından iklimlendirme sistemlerininkine benzer olduğundan, rejeneratif enerjiden yararlanmalıdır. Bu makale, asansör motoru ve rejeneratif fren ve enerji geri besleme özelliklerine göre bir süper kapasitör enerji depolama cihazını kontrol etmek için çift yönlü bir DC/DC dönüştürücünün kullanımına odaklanacaktır.

Son yıllarda Çin'deki asansör sayısı arttı ve ülkenin asansör üretimi dünyanın en yüksekleri arasında. Asansörler, özellikle süper kapasitör enerji depolama teknolojisi, yenilenebilir enerjinin ortak faydaları nedeniyle büyük bir gelişme gösterdiğinden, farklı sürücüler kullanarak potansiyel olarak çok fazla enerji tasarrufu sağlayabilir. Asansörün invertörü, asansör hafif bir yükle yukarı çıkarken, aşırı yük ile aşağı inerken veya DC kapasitansında depolanan yenilenebilir enerji üreten rejeneratif frenleme sürecinde AC'den DC'ye gerilimi dönüştürür. Ancak, yüksek kapasitelerdeki enerjiyi absorbe edecek bir akümülatör olmaması nedeniyle üretilen yüksek pompalama voltajı DC bara kapasitansı için zararlıdır. Bu, DC bara fren direncinin, birikmiş gücün ısı enerjisi şeklinde tüketileceği geleneksel yolla kurularak çözülür.[1]

Enerji israfını artırmaya yönelik geleneksel kontrol yöntemi, enerji tasarrufu politikalarıyla uyumlu değildir. Bu sorunu çözmek için, bu makale DC kapasitansında birikmiş gücü AC akımına (şebeke gerilimiyle aynı frekans ve fazda olan) dönüştürmek ve doğrudan güç şebekesine geri beslemek için değiştirilmiş bir yöntem sunar. Bununla birlikte, kontrol yöntemi çok karmaşıktır ve aynı zamanda, güç genliği büyük ölçüde değişmektedir, bu da, rejeneratif-enerji geri besleme süreci sırasında güç şebekesinin güvenli çalışması üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir.

Bu süreçte, doğrultucu ve evirici arasına süper kapasitörlü bir enerji depolama cihazına sahip çift yönlü bir DC/DC dönüştürücü bağlanır, bu da yalnızca asansör geri besleme enerjisinin verimli bir şekilde emilmesini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda asansör ve yardımcı cihazları doğrudan besleyebilir. . Önerilen kontrol yöntemi, gücü eşitleyebilir ve enerji geri beslemesinin şebeke üzerindeki olumsuz etkilerini önleyebilir. Ayrıca, ani bir elektrik kesintisi durumunda asansörün en yakın katın yakınında güvenli bir şekilde durmasını sağlamak için bir süper kapasitör enerji depolama cihazı da kesintisiz güç kaynağı olarak kullanılabilir. Kontrol yöntemi, şarj-deşarj simülasyonu ile doğrulanır ve 2 ve 4 mps hıza sahip örnek asansörlerde uygulanır. Sonuçlar, süper kapasitör enerji depolama cihazlarına sahip asansörlerin önemli miktarda enerji tasarrufu sağlayabildiğini ve sorunsuz çalıştığını gösteriyor.

Süper Kapasitör Enerji Depolama Cihazının Yapısı ve Simülasyon Analizi

Tek bir kapasitörün maksimum basınç dayanıklılığı çok düşüktür (1-3 V) ve voltajın yüzlerce kV olduğu DC barasına doğrudan bağlanamaz. Enerji depolama kapasitesini ve gerilime dayanma kabiliyetini geliştirmek için seri ve paralel olarak süper kapasitörler kullanılabilir. Şarj etme ve boşaltma sürecinde süper kapasitörlerin voltaj aralığı çok geniştir; bu nedenle, DC barasına çift yönlü enerji akışına sahip bir dönüştürücü bağlanır. Güç dönüştürücü, şarj sürecinde “Buck” modunda, deşarj sürecinde “Boost” modunda çalışır. Dönüştürücü yalnızca sabit DC bara voltajını korumakla kalmaz, aynı zamanda enerji depolama cihazındaki süper kapasitör voltaj seviyelerini büyük ölçüde azaltır, böylece diğer çalışma koşullarında enerji depolamaya uyarlanır. Bu özelliklerin ışığında, bu yazıda akımın çift kadranlı akışını gerçekleştirebilen ayrılmamış çift yönlü bir DC/DC dönüştürücü benimsenmiştir.[2 & 3]

Süper Kapasitör Enerji Depolama Cihazı

Şekil 1'de, süper kapasitör enerji depolama aygıtı (noktalı çizgi içinde) süper kapasitör yığınları, acil durum gücü (EPS), çift yönlü bir DC/DC dönüştürücü ve bir denetleyiciden oluşur. Cihaz, geri besleme enerjisinin çift yönlü DC/DC dönüştürücü tarafından süper kapasitör yığınlarına taşındığı frekans dönüştürücü ile birlikte kullanılır. Depolanan enerji, EPS'li bir yardımcı asansör sistemini besleyebilir ve çift yönlü bir DC/DC dönüştürücü aracılığıyla çalışan bir çekiş makinesini çalıştırabilir.

Süper Kapasitör Şarj ve Deşarj Kontrol Stratejisi

Süper kapasitör şarj/deşarj süreci, çift yönlü bir DC/DC dönüştürücü (Şekil 2) tarafından kontrol edilirken, şarj/deşarj sorunu kontrol sorununa aktarılır. Dönüştürücünün çalışma modlarına göre Boost devre modunda devreyi kontrol etmek için iç döngü olarak indüktör akımını ve dış döngü olarak DC bara voltajını, Buck devre modunda ise iç döngü ve süper olarak indüktörün akımını kullanır. -devreyi kontrol etmek için dış döngü olarak kapasitör voltajı.

Çift yönlü DC/DC dönüştürücü tipik bir doğrusal olmayan sistem olmasına rağmen, kararlı bir duruma yakın çalıştığında değişkenler ve küçük devre bozuklukları arasında doğrusal bir ilişki vardır. Boost ve Buck devrelerinin küçük sinyal ve dinamik modelleri detaylı olarak incelenmiştir.[4] Ancak, yer kısıtlamaları nedeniyle bunlar burada daha fazla araştırılmamaktadır. 

Simülasyon ve Analiz

Süper kapasitörün kapasitesi 75 F'dir ve çalışma voltajı aralığı 175-240 V arasındadır. Eşdeğer seri direnç 48 ohm'dur (tek bir kapasitör 0.3 ohm'dur) ve eşdeğer paralel direnç 10,000 ohm'dur. Çift yönlü DC/DC dönüştürücü devresinde endüktans 0.5 mH'dir. DC bara filtre kapasitansı, frekans dönüştürücüde 0.75 µF'dir.

Süper kapasitör ve DC bara voltajının mantıksal analizine dayalı olarak, çift yönlü DC/DC dönüştürücü, farklı çalışma modlarında otomatik olarak geçiş yapar. İlk olarak, simülasyonda ilk süper kapasitör voltajı 200 V'a ayarlanır; süper kapasitör yükü besler ve DC bara voltajı 600 V'ta kalır. 1 s'de DC bara voltajı 700 V için değiştirilir, süper kapasitör şarj edilir ve şarj akımı 45 A ile sınırlandırılır.

Şekil 3-5, DC bara voltajı 0 V olduğunda, süper kapasitörün yükü 1-600 s'de çalışacak şekilde çalıştırdığını göstermektedir. 2 s'de, DC bara voltajı 700 V, süper kapasitör voltajı 175 V'tan büyük ve çift yönlü DC/DC dönüştürücü Buck modunda çalışır.

Deneysel Sonuçların Analizi

Deneyde DC bara gerilimi Vdc 540 V, anahtarlama frekansı Ts 10 kHz ve asansör makinesinin gücü 16.3 kW'dır. Şekil 6-8'deki sonuçlar, yüksüz, yarım yük ve %75 yük altında DC bara voltajını (kırmızı), süper kapasitör voltajını (siyah) ve süper kapasitör şarj/deşarj akımı dalga biçimini (mavi) gösterir.

Yüksüz olarak yukarı çıkarken asansör, DC kapasitör voltajının 680 V'a yükselebileceği bir enerji geri besleme durumundadır (Şekil 6). Yavaş yavaş artan voltajlı süper kapasitörler, çift yönlü DC/DC dönüştürücüler aracılığıyla şarj edilir: en yüksek voltaj 190 V olacaktır ve şarj akımı yaklaşık 40 A'dır. Yüksüz aşağı inerken, asansör sürekli olarak azalan voltajlı süper kapasitörler tarafından çalıştırılır. 550 V civarında bir DC bara gerilimine sahip. %75 yük altında çalışma süreci, yüksüz çalışma ile aynıdır. Yarı yük altında, araç karşı ağırlık süspansiyonu ile dengededir ve herhangi bir enerji geri besleme süreci yoktur. Şekil 7'de gösterildiği gibi, DC bara voltajı 550 V'ta ve süper kapasitör voltajı 175 V'ta tutulur, ancak çift yönlü DC/DC dönüştürücü çalışmaz.

Sonuç

Bu makale, çift yönlü bir DC/DC dönüştürücü ekleyerek değişen şarj/deşarj süper kapasitör voltajı sorununu çözmeye katkıda bulunur. Simülasyon analizleri, geri besleme enerjisinin hem şarj hem de deşarj sırasında dönüştürücü tarafından etkin bir şekilde kontrol edilebileceğini göstermektedir. Süper kapasitör enerji depolama cihazı ile asansör sürüş modları enerji tasarrufu üzerinde önemli bir etkiye sahiptir; daha yüksek hızda ek enerji tasarrufu sağlanır. Süper kapasitör enerji depolama çalışmasına göre, iki buluş patenti için başvuruda bulunduk: ayrı ve kendi kendini şarj eden asansör enerji geri besleme cihazı ve süper kapasitör enerji depolamalı asansör sürücüsü (Şekil 9 ve 10).

Teşekkür

Bu makale, Çin Ulusal Bilim Vakfı ve Kalite Denetimi, Denetim ve Karantina Kar Amacı Gütmeyen Endüstriye Özel Araştırma Finansman Projeleri İdaresi tarafından desteklenmektedir.

tüm bir binanın enerji tüketimi (%5-15) açısından iklimlendirme sistemlerininkine kıyasla, rejeneratif enerjiden yararlanmalıdır. Bu makale, asansör motoru ve rejeneratif fren ve enerji geri besleme özelliklerine göre bir süper kapasitör enerji depolama cihazını kontrol etmek için çift yönlü bir DC/DC dönüştürücünün kullanımına odaklanacaktır.

Son yıllarda Çin'deki asansör sayısı arttı ve ülkenin asansör üretimi dünyanın en yüksekleri arasında. Asansörler, özellikle süper kapasitör enerji depolama teknolojisi, yenilenebilir enerjinin ortak faydaları nedeniyle büyük bir gelişme gösterdiğinden, farklı sürücüler kullanarak potansiyel olarak çok fazla enerji tasarrufu sağlayabilir. Asansörün invertörü, asansör hafif bir yükle yukarı çıkarken, aşırı yük ile aşağı inerken veya DC kapasitansında depolanan yenilenebilir enerji üreten rejeneratif frenleme sürecinde AC'den DC'ye gerilimi dönüştürür. Ancak, yüksek kapasitelerdeki enerjiyi absorbe edecek bir akümülatör olmaması nedeniyle üretilen yüksek pompalama voltajı DC bara kapasitansı için zararlıdır. Bu, DC bara fren direncinin, birikmiş gücün ısı enerjisi şeklinde tüketileceği geleneksel yolla kurularak çözülür.[1]

Enerji israfını artırmaya yönelik geleneksel kontrol yöntemi, enerji tasarrufu politikalarıyla uyumlu değildir. Bu sorunu çözmek için, bu makale DC kapasitansında birikmiş gücü AC akımına (şebeke gerilimiyle aynı frekans ve fazda olan) dönüştürmek ve doğrudan güç şebekesine geri beslemek için değiştirilmiş bir yöntem sunar. Bununla birlikte, kontrol yöntemi çok karmaşıktır ve aynı zamanda, güç genliği büyük ölçüde değişmektedir, bu da, rejeneratif-enerji geri besleme süreci sırasında güç şebekesinin güvenli çalışması üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir.

Bu süreçte, doğrultucu ve evirici arasına süper kapasitörlü bir enerji depolama cihazına sahip çift yönlü bir DC/DC dönüştürücü bağlanır, bu da yalnızca asansör geri besleme enerjisinin verimli bir şekilde emilmesini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda asansör ve yardımcı cihazları doğrudan besleyebilir. . Önerilen kontrol yöntemi, gücü eşitleyebilir ve enerji geri beslemesinin şebeke üzerindeki olumsuz etkilerini önleyebilir. Ayrıca, ani bir elektrik kesintisi durumunda asansörün en yakın katın yakınında güvenli bir şekilde durmasını sağlamak için bir süper kapasitör enerji depolama cihazı da kesintisiz güç kaynağı olarak kullanılabilir. Kontrol yöntemi, şarj-deşarj simülasyonu ile doğrulanır ve 2 ve 4 mps hıza sahip örnek asansörlerde uygulanır. Sonuçlar, süper kapasitör enerji depolama cihazlarına sahip asansörlerin önemli miktarda enerji tasarrufu sağlayabildiğini ve sorunsuz çalıştığını gösteriyor.

Süper Kapasitör Enerji Depolama Cihazının Yapısı ve Simülasyon Analizi

Tek bir kapasitörün maksimum basınç dayanıklılığı çok düşüktür (1-3 V) ve voltajın yüzlerce kV olduğu DC barasına doğrudan bağlanamaz. Enerji depolama kapasitesini ve gerilime dayanma kabiliyetini geliştirmek için seri ve paralel olarak süper kapasitörler kullanılabilir. Şarj etme ve boşaltma sürecinde süper kapasitörlerin voltaj aralığı çok geniştir; bu nedenle, DC barasına çift yönlü enerji akışına sahip bir dönüştürücü bağlanır. Güç dönüştürücü, şarj sürecinde “Buck” modunda, deşarj sürecinde “Boost” modunda çalışır. Dönüştürücü yalnızca sabit DC bara voltajını korumakla kalmaz, aynı zamanda enerji depolama cihazındaki süper kapasitör voltaj seviyelerini büyük ölçüde azaltır, böylece diğer çalışma koşullarında enerji depolamaya uyarlanır. Bu özelliklerin ışığında, bu yazıda akımın çift kadranlı akışını gerçekleştirebilen ayrılmamış çift yönlü bir DC/DC dönüştürücü benimsenmiştir.[2 & 3]

Süper Kapasitör Enerji Depolama Cihazı

Şekil 1'de, süper kapasitör enerji depolama aygıtı (noktalı çizgi içinde) süper kapasitör yığınları, acil durum gücü (EPS), çift yönlü bir DC/DC dönüştürücü ve bir denetleyiciden oluşur. Cihaz, geri besleme enerjisinin çift yönlü DC/DC dönüştürücü tarafından süper kapasitör yığınlarına taşındığı frekans dönüştürücü ile birlikte kullanılır. Depolanan enerji, EPS'li bir yardımcı asansör sistemini besleyebilir ve çift yönlü bir DC/DC dönüştürücü aracılığıyla çalışan bir çekiş makinesini çalıştırabilir.

Süper Kapasitör Şarj ve Deşarj Kontrol Stratejisi

Süper kapasitör şarj/deşarj süreci, çift yönlü bir DC/DC dönüştürücü (Şekil 2) tarafından kontrol edilirken, şarj/deşarj sorunu kontrol sorununa aktarılır. Dönüştürücünün çalışma modlarına göre Boost devre modunda devreyi kontrol etmek için iç döngü olarak indüktör akımını ve dış döngü olarak DC bara voltajını, Buck devre modunda ise iç döngü ve süper olarak indüktörün akımını kullanır. -devreyi kontrol etmek için dış döngü olarak kapasitör voltajı.

Çift yönlü DC/DC dönüştürücü tipik bir doğrusal olmayan sistem olmasına rağmen, kararlı bir duruma yakın çalıştığında değişkenler ve küçük devre bozuklukları arasında doğrusal bir ilişki vardır. Boost ve Buck devrelerinin küçük sinyal ve dinamik modelleri detaylı olarak incelenmiştir.[4] Ancak, yer kısıtlamaları nedeniyle bunlar burada daha fazla araştırılmamaktadır. 

Simülasyon ve Analiz

Süper kapasitörün kapasitesi 75 F'dir ve çalışma voltajı aralığı 175-240 V arasındadır. Eşdeğer seri direnç 48 ohm'dur (tek bir kapasitör 0.3 ohm'dur) ve eşdeğer paralel direnç 10,000 ohm'dur. Çift yönlü DC/DC dönüştürücü devresinde endüktans 0.5 mH'dir. DC bara filtre kapasitansı, frekans dönüştürücüde 0.75 µF'dir.

Süper kapasitör ve DC bara voltajının mantıksal analizine dayalı olarak, çift yönlü DC/DC dönüştürücü, farklı çalışma modlarında otomatik olarak geçiş yapar. İlk olarak, simülasyonda ilk süper kapasitör voltajı 200 V'a ayarlanır; süper kapasitör yükü besler ve DC bara voltajı 600 V'ta kalır. 1 s'de DC bara voltajı 700 V için değiştirilir, süper kapasitör şarj edilir ve şarj akımı 45 A ile sınırlandırılır.

Şekil 3-5, DC bara voltajı 0 V olduğunda, süper kapasitörün yükü 1-600 s'de çalışacak şekilde çalıştırdığını göstermektedir. 2 s'de, DC bara voltajı 700 V, süper kapasitör voltajı 175 V'tan büyük ve çift yönlü DC/DC dönüştürücü Buck modunda çalışır.

Deneysel Sonuçların Analizi

Deneyde DC bara gerilimi Vdc 540 V, anahtarlama frekansı Ts 10 kHz ve asansör makinesinin gücü 16.3 kW'dır. Şekil 6-8'deki sonuçlar, yüksüz, yarım yük ve %75 yük altında DC bara voltajını (kırmızı), süper kapasitör voltajını (siyah) ve süper kapasitör şarj/deşarj akımı dalga biçimini (mavi) gösterir.

Yüksüz olarak yukarı çıkarken asansör, DC kapasitör voltajının 680 V'a yükselebileceği bir enerji geri besleme durumundadır (Şekil 6). Yavaş yavaş artan voltajlı süper kapasitörler, çift yönlü DC/DC dönüştürücüler aracılığıyla şarj edilir: en yüksek voltaj 190 V olacaktır ve şarj akımı yaklaşık 40 A'dır. Yüksüz aşağı inerken, asansör sürekli olarak azalan voltajlı süper kapasitörler tarafından çalıştırılır. 550 V civarında bir DC bara gerilimine sahip. %75 yük altında çalışma süreci, yüksüz çalışma ile aynıdır. Yarı yük altında, araç karşı ağırlık süspansiyonu ile dengededir ve herhangi bir enerji geri besleme süreci yoktur. Şekil 7'de gösterildiği gibi, DC bara voltajı 550 V'ta ve süper kapasitör voltajı 175 V'ta tutulur, ancak çift yönlü DC/DC dönüştürücü çalışmaz.

Sonuç

Bu makale, çift yönlü bir DC/DC dönüştürücü ekleyerek değişen şarj/deşarj süper kapasitör voltajı sorununu çözmeye katkıda bulunur. Simülasyon analizleri, geri besleme enerjisinin hem şarj hem de deşarj sırasında dönüştürücü tarafından etkin bir şekilde kontrol edilebileceğini göstermektedir. Süper kapasitör enerji depolama cihazı ile asansör sürüş modları enerji tasarrufu üzerinde önemli bir etkiye sahiptir; daha yüksek hızda ek enerji tasarrufu sağlanır. Süper kapasitör enerji depolama çalışmasına göre, iki buluş patenti için başvuruda bulunduk: ayrı ve kendi kendini şarj eden asansör enerji geri besleme cihazı ve süper kapasitör enerji depolamalı asansör sürücüsü (Şekil 9 ve 10).

Teşekkür

Bu makale, Çin Ulusal Bilim Vakfı ve Kalite Denetimi, Denetim ve Karantina Kar Amacı Gütmeyen Endüstriye Özel Araştırma Finansman Projeleri İdaresi tarafından desteklenmektedir.

İlgili Etiketler
Sponsor
Sponsor
Shi Liguang, Yao Lianghong, Luo Zhiqun ve Wan Jianru

Shi Liguang, Yao Lianghong, Luo Zhiqun ve Wan Jianru

Shi Liguang, Tianjin Üniversitesi'nde yüksek lisans öğrencisidir. İlgi alanları arasında güç elektroniği yer almaktadır.

Yao Lianghong, Guangdong Özel Ekipman Muayene Enstitüsü'nde çalışıyor. İlgi alanları arasında otomasyon kontrol teknolojisi yer almaktadır.

Luo Zhiqun, Guangdong Özel Ekipman Muayene Enstitüsü'nde çalışıyor. İlgi alanları arasında asansör algılama teknolojisi yer almaktadır.

Wan Jianru, Tianjin Üniversitesi'nde profesördür. İlgi alanları arasında güç elektroniği, elektrikli tahrik ve asansör teknolojisi yer almaktadır.

Asansör Dünyası | Haziran 2012 Kapak

kitapçık

Sponsor
Sponsor