应用于电梯储能系统的双向DC/DC变换器设计与研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ysq2009123
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在当今社会,能源和环境两大课题是限制可持续发展的主要因素。随着中国高层建筑速度突飞猛进,电梯作为人们日常使用的特种设备,已经成为建筑物能耗单位中仅次于空调用电的第二大能耗消费单位。因此电梯的节能问题已经十分凸显,引起各国学者与电梯制造商的关注。
  基于超级电容的电梯储能系统是当前电梯节能工作中广泛采用的技术,它是将电梯在再生发电状态下回馈的能量以直流电的形式储存起来,并在电梯曳引电机处于电动状态时进行释放,大大地节约了能源。双向DC/DC变换器作为电梯储能系统中的核心元件在能量传递过程中起到了极其重要的作用。双向DC/DC变换器的性能将直接影响电梯储能系统的工作效率和节能效果,因此对其的设计与研究十分重要。
  本文首先对电梯储能系统进行了总体设计与研究,整理总结了目前常见的双向DC/DC变换器的特征,比较了隔离型与非隔离型双向DC/DC变换器的性能优缺点,最终确定选择了双全桥式隔离型双向DC/DC变换器,完成了功率电路拓扑结构的选型,并对电梯储能系统中各部分的功能进行了设计与分析。
  接下来,针对隔离型双向DC/DC变换器的升压与降压工作模式,进行了工作过程的分析与理论研究,分别设计了双极性控制方式和移相控制方式来完成能量的双向流动。在工作过程理论分析之后,搭建了稳态等效电路模型和交流小信号模型,分析了数学建模下的幅相特性。最后在Simulink环境下建立了双向DC/DC变换器的模型,并进行了仿真,对拓扑结构和控制方法进行了验证。
  最后完成了隔离型双向DC/DC变换器功率电路的参数设计、控制电路的硬件设计以及软件控制程序的设计。根据所选参数模拟电梯工况,进行了样机平台的搭建。利用该样机平台实现了540V/56V的电压双向变换等功能实验,通过对实验结果的分析,本文所设计的全桥式隔离型双向DC/DC变换器能够很好地满足设定应用环境下所要求的各项指标。
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