飛輪儲能電梯節能系統的製作方法

2023-10-05 10:31:29 1

本實用新型涉及電氣控制裝置，具體是一種飛輪儲能電梯節能系統。

背景技術：

電梯是一個位能性負載。為了減小拖動負荷，降低電梯電機的功率，電梯的轎廂都配有對重平衡塊。對重平衡塊的重量一般等於轎廂載重50％額定負載時的重量。當二者之間存在質量差時，電梯升降就會引起機械位能的改變。其中電梯重載上行和輕載下行時，電梯電機從電網吸收能量，拖動電梯使電梯的機械位能增加；電梯啟動運行達到最高運行速度後具有最大的機械動能，電梯到達目標樓層前要逐步減速直到電梯停止運動為止，這一過程也電梯釋放機械動能的過程，當電梯輕載上行或重載下行時，運行過程需要使機械勢能減少，電梯機械勢能通過曳引機轉換為電能，曳引機處於發電狀態。曳引機發電過程產生的電能需要及時處理，不然對曳引機有嚴重的危害。對於交流變頻電梯，曳引機發電過程產生的電能通過變頻器的三相IGBT逆變橋反向回到變頻的直流端，存儲到直流電容裡面，而直流電容的容量有限，當曳引機產生的電能足夠大，超過直流電容的容量，使直流母線電壓過高，嚴重時將對變頻器造成損害，造成電梯不可恢復的故障，所以多出的電能部分必須消耗掉。

現階段國內的大部分電梯在制動過程中均使用制動電阻進行能耗制動，同時由於制動過程中大量熱量的產生而不得不在電梯機房曾設空調等散熱設備，這就進一步增加了電能的浪費以及電梯的運營成本。因此廣大電梯用戶迫切希望有一種裝置能夠回收利用電梯制動過程中產生的能量，減少能源的浪費。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是提供一種飛輪儲能電梯節能系統，該系統設有飛輪儲能單元，在電梯吸收能量時釋放能量，電梯能量回饋時吸收能量，將電梯回饋的能量回收再利用，達到節能和減輕電網負荷的目的；在電網突發故障時充當備用電源，確保電梯的安全可靠。

為解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案：

一種飛輪儲能電梯節能系統，包括飛輪儲能單元、功率單元、控制系統、操作面板，所述的功率單元與飛輪儲能單元、控制系統電連接，控制系統與飛輪儲能單元電連接，控制系統設有操作面板，操作面板設有鍵區和工控機；電梯電機通過逆變器、整流器與電源線連接，逆變器與整流器之間設有電容器；功率單元通過電容器、逆變器與電梯電機電連接。

飛輪儲能單元設有轉子系統、轉換能量系統；轉子系統設有飛輪本體；飛輪本體由碳纖維複合轉子、被動磁軸承、高速永磁電機組成，其中碳纖維複合轉子具有高強度、抗拉伸的特點；被動磁軸承是磁懸浮技術，無控制單元，不耗電，零磨損，20年免維護；轉換能量系統設有高速永磁電機，其可以達到較高轉速，效率高。

飛輪儲能單元有充電閾值和放電閾值兩個參數，可根據實際情況進行設置，同時飛輪控制器內嵌了優化算法，具備閾值自適應調整功能，確保飛輪在任何時刻能夠存儲和釋放再生能量，並使節能效益達到最佳。

功率單元，為逆變、整流四象限可逆運行，完成電能和動能的雙向轉換。

控制系統，操作飛輪的啟停，當飛輪啟動完成進入恢復區後，飛輪便可配合電梯自動完成充放電工作。當系統出現故障時，飛輪可滑行停機，也可通過操作控制系統使飛輪進入BREAK模式手動幹預停機。控制系統可以採集飛輪本體的溫度、壓力和速度信號並進行相關操作。控制系統可通過採集直流母線電壓驅動功率單元進行充放電。

操作面板，包括鍵區和工控機，可通過操作面板給控制系統輸入指令，控制系統也可將其採集到的信號顯示在工控機上。

採用上述技術方案的本實用新型，與現有技術相比，其突出的特點是：

(1) 由於飛輪儲能單元以機械動能的形式存儲能量，通過電機充放電，不僅具有很好的功率特性和高能量轉換效率，而且無充放電次數的限制，所以能夠達到高效、長壽命的目的。

(2) 飛輪儲能單元可以同時充當電梯機械能釋放時的能量回收單元、輔助電源和備用電源，用一套裝置實現了三種功能，使系統結構變得簡單；節省設備的成本及維護費用。

(3) 電梯電機驅動運行時，尤其在啟動階段需要吸收較大的功率，飛輪儲能單元作為輔助電源協助電網驅動電梯電機，減輕了電梯啟動時對電網的影響，提高了電網的穩定性。

(4) 電梯電機制動運行時能量回饋，飛輪儲能單元作為能量回收單元完全吸收回饋的能量進行儲存；達到了節能的目的，電梯系統中不再需要傳統的能量洩放迴路。

(5) 飛輪儲能單元以機械動能形式存儲能量，儲能容量不會隨充放電次數的增多而減少，且存儲的能量容易測量，便於控制系統的設計。

(6) 飛輪儲能單元不含有害物質，對環境無汙染。

進一步的優選技術方案如下：

飛輪儲能單元設有傳感器，傳感器與控制系統電連接，傳感器將檢測到的飛輪的溫度、壓力及速度信號傳輸給控制系統。

通過設置傳感器，可以增加本系統控制的自動性、便捷性及及時響應的性能。

功率單元與控制系統之間設有故障幹接點，功率單元發生故障時故障信息通過幹接點傳輸給控制系統，並通過控制系統做出相關操作。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例的結構示意圖；

圖2是能量控制轉化圖；

附圖標記說明：1－整流器；2－電容器；3－逆變器；4－電梯電機；5－功率單元；6－接觸器；7－飛輪儲能單元；8－控制系統；9－鍵區；10－工控機。

具體實施方式

下面結合實施例，進一步說明本實用新型。

參見圖1、圖2，一種飛輪儲能電梯節能系統，由飛輪儲能單元7、功率單元5、控制系統8、操作面板組成，功率單元5與飛輪儲能單元7、控制系統8電連接，控制系統8與飛輪儲能單元7電連接，控制系統8設有操作面板，操作面板設有鍵區9和工控機10；電梯電機4通過逆變器3、整流器1與電源線連接，逆變器3與整流器1之間設有電容器2；功率單元5通過電容器2、逆變器3與電梯電機4電連接。

飛輪儲能單元7設有轉子系統、轉換能量系統；轉子系統設有飛輪本體；飛輪本體由碳纖維複合轉子、被動磁軸承、高速永磁電機組成，其中碳纖維複合轉子具有高強度、抗拉伸的特點；被動磁軸承是磁懸浮技術，無控制單元，不耗電，零磨損，20年免維護；轉換能量系統設有高速永磁電機，其可以達到較高轉速，效率高。

飛輪儲能單元7有充電閾值和放電閾值兩個參數，可根據實際情況進行設置，同時飛輪控制器內嵌了優化算法，具備閾值自適應調整功能，確保飛輪在任何時刻能夠存儲和釋放再生能量，並使節能效益達到最佳。

功率單元5，為逆變、整流四象限可逆運行，完成電能和動能的雙向轉換。

控制系統8，操作飛輪的啟停，當飛輪啟動完成進入恢復區後，飛輪便可配合電梯自動完成充放電工作。當系統出現故障時，飛輪可滑行停機，也可通過操作控制系統8使飛輪進入BREAK模式手動幹預停機。控制系統8可以採集飛輪本體的溫度、壓力和速度信號並進行相關操作。控制系統8可通過採集直流母線電壓驅動功率單元5進行充放電。

操作面板，包括鍵區9和工控機10，可通過操作面板給控制系統8輸入指令，控制系統8也可將其採集到的信號顯示在工控機10上。

飛輪儲能單元7設有傳感器，傳感器與控制系統8電連接，傳感器將檢測到的飛輪的溫度、壓力及速度信號傳輸給控制系統8。

通過設置傳感器，可以增加本系統控制的自動性、便捷性及及時響應的性能。

功率單元5與控制系統8之間設有故障幹接點，功率單元5發生故障時的故障信息通過幹接點傳輸給控制系統8，並通過控制系統8做出相關操作。

參見圖2，飛輪儲能單元7有充電閾值和放電閾值兩個參數，可根據實際情況進行設置，同時飛輪控制器內嵌了優化算法，具備閾值自適應調整功能，確保飛輪在任何時刻能夠存儲和釋放再生能量，並使節能效益達到最佳。圖2中，U2-a為放電閾值，U2+a為充電閾值，圖中參數均可編程，根據現場需求進行修改。

本系統的工作原理如下：

（1）當電梯處於發電狀態時，此時電梯DC母線電壓升高，控制系統8通過採集直流母線電壓，飛輪進入充電狀態，此時接觸器6吸合，通過功率單元5給飛輪儲能單元7充電，使飛輪本體高速旋轉，此時控制系統8還會通過傳感器採集飛輪本體的溫度、壓力及速度信號，並通訊給工控機10，完成監測和數據顯示。當功率單元5發生故障時會把故障信息傳遞給控制系統8，控制系統8再做出相關操作。

（2）當電梯處於耗電狀態時，此時電梯DC母線電壓降低，功率單元5通過採集直流母線電壓，使飛輪本體降低轉速並通過功率單元5對電梯放電，供電梯使用，達到節能的目的。

（3）當電網突然斷電時，控制系統8檢測到電網電壓突降為零，將斷電信號即時處理並傳送飛輪儲能單元7；使飛輪本體通過功率單元5放電將電梯安全地送到附近的樓層並打開電梯，確保電梯內乘客的安全。

以上所述僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護不限於此，任何本技術領域的技術人員所能想到的與本技術方案技術特徵等同的變化或替代，都涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。