電動升降機能量回收系統(tǒng)的設(shè)計

1、.本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(2013屆)題 目： 電動升降機能量回收系統(tǒng)的設(shè)計 學 院: 機電工程學院 專業(yè): 汽車服務(wù)工程 班級: 汽車本 姓 名: 學 號: 指導老師: 完成日期: .;電動升降機能量回收系統(tǒng)的設(shè)計摘 要：隨著升降機的普及，給我們的生活帶來了很多方便，但是升降機在使用過程中存在著很大的能耗問題，能源浪費嚴重。因此研究節(jié)能升降機，具有很重要的社會意義和經(jīng)濟價值。本文設(shè)計了一款基于超級電容器的升降機能量回收系統(tǒng)。該升降機是用變頻調(diào)速式曳引機為主要的動力源，一端通過導向輪與對重相連接，另一端曳引鋼絲繩利用單向軸承連接一個小型發(fā)電機，然后曳引鋼絲繩連接轎廂，控制轎廂上下運動。當轎廂在

2、向上運動時，單項軸承可以自由轉(zhuǎn)動，此時小型發(fā)電機不工作。當轎廂向下移動時，單向軸承鎖死，此時在重力勢能的拉動下發(fā)電機轉(zhuǎn)動開始發(fā)電并存儲于超級電容器內(nèi)。關(guān)鍵詞:發(fā)電機；超級電容器；單向軸承；升降機；重力勢能 The Design of A Electric lift Energy Recovery SystemAbstract: With the popularization of the elevator, brings much convenience to our life, but the lift existing in the use of the great energy cons

3、umption. Therefore research on energy-saving elevator has a very important social significance and economic value. This paper introduces the design of a elevator energy recovery system based on super capacitor. The elevator is used in variable frequency speed regulation type traction machine as the

4、main source of power, one end of the guide wheel and the other end is connected to the weight, the traction rope is connected with a one-way bearing a small generator, and the traction rope connected with a car, the car movement control. When the car in the upward movement, single bearing can rotate

5、 freely, small generators do not work this time. When the car to move, a one-way bearing lock, at this point in the gravitational potential energy under the pull of the generator to rotate to generate power and storage and super capacitor.Keywords：Generator; super capacitor; renewable energy; lift.目

6、錄摘 要：IAbstract:.II1 引言11.1 選題的背景11.2 選題研究的目的與意義11.3 我國電動升降機節(jié)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀21.4 論文的研究內(nèi)容22. 升降機結(jié)構(gòu)設(shè)計32.1設(shè)計思路32.2本設(shè)計所用升降機基本數(shù)據(jù)32.3升降機的組成部分42.4設(shè)計升降機曳引系統(tǒng)52.4.1曳引系統(tǒng)52.4.2電動機選型計算62.4.3計算曳引鋼絲繩最大靜張力62.4.4曳引條件計算72.4.5 結(jié)論83. 能量回收裝置83.1 再生制動能量回收的原理83.2 能量回收系統(tǒng)的應(yīng)用93.3 設(shè)計升降機能量回收系統(tǒng)93.3.1發(fā)電機的概述93.3.2發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和工作原理103.3.3單向軸承103

7、.3.4發(fā)電裝置103.4能量回收儲存裝置113.4.1超級電容器簡介113.4.2超級電容器的應(yīng)用124 設(shè)計節(jié)能升降機124.1結(jié)合曳引系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)124.2設(shè)計整個升降系統(tǒng)135 實用性及前景146 總結(jié)151 引言1.1 選題的背景能源是我們?nèi)祟惿姘l(fā)展的物質(zhì)條件，是社會與經(jīng)濟發(fā)展必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)。但是在這種傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展的模式下，經(jīng)濟增長是以消耗大量的能源和犧牲生態(tài)環(huán)境為代價的，從而引起了威脅全人類發(fā)展的兩大嚴重的問題-能源危機與環(huán)境問題。對于我們國家來說，能源短缺非常的嚴重，同時能源消費數(shù)量非常巨大，更可怕的是能源浪費極其嚴重，因此節(jié)約能源刻不容緩。一些高能耗并且落后的生產(chǎn)工

8、藝，生產(chǎn)技術(shù)和工業(yè)設(shè)備等仍舊在使用，我國國內(nèi)單位生產(chǎn)總值能源消耗量是發(fā)達國家3倍以上，因此節(jié)能勢在必行，降低能耗、節(jié)約能源是一種正確的選擇1-2。國家的能源發(fā)展策略是把節(jié)約資源放在首位，開發(fā)與節(jié)約并舉，國家支持、鼓勵節(jié)能科學技術(shù)的開發(fā)、研究、示范以及推廣，這樣能夠促進節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新與進步，從側(cè)面也能夠帶動國家的整天科學技術(shù)力量。從有關(guān)文獻4中查看得知，我國電梯和空調(diào)這兩項消耗的電量就占據(jù)整個城市耗電總量的三分之一左右，電梯是現(xiàn)代建筑中必備的設(shè)備，同時也是最大的用電設(shè)備之一。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的穩(wěn)步上升，人民生活水平也有很質(zhì)的飛躍，對生活要求也越來越高。所以升降機的善良也呈不斷增多，因此升降機構(gòu)的能

9、源消耗也隨之不斷增高。所以，對于研究升降機構(gòu)節(jié)能降耗工作也已經(jīng)引起社會各界的關(guān)注。開發(fā)節(jié)能環(huán)保的升降機是一項有利于國家長遠發(fā)展的項目，能夠一定程度上緩解當前的能源危機。 1.2 選題研究的目的與意義1.升降機構(gòu)的能源回收系統(tǒng)，在理論這方面，從宏觀上講，我國是處于發(fā)展中的國家，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，資源危機也將更加嚴重，研究節(jié)能設(shè)計策略，將會提高節(jié)能的效果，提高其能源的利用效率，大大減少能源消耗，進而緩解能源緊張的局面，非常利于國家能源戰(zhàn)略的實施，推動節(jié)約型社會的建立；從微觀上講，可以減少個體的能耗，降低個人或者公司的使用費用，減少開支6。2.有利于國家經(jīng)濟的發(fā)展:現(xiàn)在基本上的高層建筑中都有運用到

10、升降機，能源消耗巨大，安裝具有能源回收系統(tǒng)的升降機可以一定程度上緩解用電高峰，尤其是在夏季，電能的消耗更加大。3.升降機構(gòu)的能源回收系統(tǒng)能夠節(jié)省大量的能源，從而減少能耗，節(jié)能是落實以人為本，全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的科學發(fā)展觀。減輕環(huán)境污染，實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展的重要舉措。1.3 我國電動升降機節(jié)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀近年來我國升降機的節(jié)能在技術(shù)上已經(jīng)取得了很大的突破，同時生產(chǎn)能力也有了一定的提高，在一些品牌升降機中，節(jié)能技術(shù)甚至已經(jīng)接近國際領(lǐng)先水平。升降機節(jié)能技術(shù)最主要的是分為以下兩個方面：首先是應(yīng)用永磁同步無齒輪技術(shù)。傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動技術(shù)在使用的過程中需要用到齒輪的減速設(shè)備，這種設(shè)備不但效率低，比并且

11、由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、噪聲較大，在成本上也需要很大的投入。而永磁同步電動機則不同，其體積小，噪聲小，同時他的慣性也很小，所以無論是在能耗還是在工作效率上都有非常大的進步。同時無論是在動態(tài)性能還是制動性能上都具有傳統(tǒng)電機所難以達到的高度。從而使這種設(shè)備在使用中給人更加舒適的感覺。此外，由于永磁同步無齒輪電機在設(shè)計上體積顯得更加緊湊，而電磁轉(zhuǎn)矩卻有同容量的電動機所達不到的程度。在能耗上，由于這種新技術(shù)中轉(zhuǎn)子沒有損耗，所以效率更高，能耗更低。同時由于應(yīng)用了無齒輪技術(shù)，機械中減去了減速裝置，沒有了運行中設(shè)備由齒輪發(fā)出的噪音和振動，再加上這種設(shè)備是處于低發(fā)熱狀態(tài)，所以從整體上也就降低或消除了運行中空調(diào)等制冷設(shè)

12、備所發(fā)出的噪音。這些都可以使機械更加安靜的運行，使舒適度提高了許多。其次，應(yīng)用能量反饋技術(shù)的也是一個非常重要的方面14。能量反饋裝置主要是向交流電網(wǎng)及時并高效地反饋電容中的電能信息，從而使電網(wǎng)及時回收多余電能，這樣一方面可以節(jié)約電能，另一方面則可以及時改善電網(wǎng)的磨損和污染。這種技術(shù)的應(yīng)用主要是基于電梯使用過程中的能量的釋放，升降機從開始運動到停止運動，都需要使用一定的能量為動力源，同時在運行過程中會釋放大量的能量8；另外升降機在運行中還有可能由于對重平衡塊與升降機轎廂之間會出現(xiàn)質(zhì)量不對等的情況，這樣就會產(chǎn)生機械位能。因此需要有一個渠道把這些能量電梯所不能使用的多余的能量釋放出去。這一渠道就是變

13、頻器和電動機，這些裝置將機械能轉(zhuǎn)換成直流電能，重新放到電容中，從而使電容的電壓上升，電壓隨著收回的直流電能的能量不斷增加，需要及時釋放出來，否則電壓會發(fā)生過壓故障，從而影響到升降機的正常運行9-11。所以需要在升降機中使用能量反饋裝置，改變傳統(tǒng)使用電阻對電能進行消耗的方式，從而避免電阻降低系統(tǒng)運行效率的現(xiàn)象，可以更好地節(jié)約資源，保護環(huán)境。有以上可以看出國內(nèi)升降機節(jié)能方面主要在電動機和能量反饋技術(shù)這方面上，對于我們基于超級電容器的升降機能量回收系統(tǒng)的研究也具有一定的借鑒意義，我們可以在他們這些改進的基礎(chǔ)上繼續(xù)優(yōu)化升降系統(tǒng)，是節(jié)能達到最大化。國外主要研究應(yīng)用于汽車再生制動能量上的能量回收系統(tǒng)。但是

14、我們可以把針對汽車再生制動能量的研究他運用的升降機能量回收系統(tǒng)中，比如其再生制動的能量轉(zhuǎn)換裝置、控制策略和儲能裝置等應(yīng)用。同時也有很多需要改進的地方，如制動穩(wěn)定性差，能量回收有限等等。1.4 論文的研究內(nèi)容（1）收集相關(guān)文獻資料，翻譯外文文獻，了解超級電容器，并運用到能量存儲系統(tǒng)中去，學習并熟悉電機發(fā)電的工作原理及電路結(jié)構(gòu)； （2）通過對查找國內(nèi)外已經(jīng)研究出來或者在研究的成果，設(shè)計出適合于升降機的節(jié)能系統(tǒng)，根據(jù)升降機的用途來選擇合適的電機與之組合，并設(shè)計傳動機構(gòu)和能量回收系統(tǒng)，使其達到預(yù)期效果，并作性能測試。（3）設(shè)計升降機的曳引系統(tǒng)，傳動方案的分析與擬定。（4）設(shè)計發(fā)電裝置，并于曳引系統(tǒng)相結(jié)

15、合。（5）設(shè)計能量回收裝置。（6）繪制節(jié)能升降機模型圖。2. 升降機結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1設(shè)計思路現(xiàn)在的升降機一般采用變頻調(diào)速式曳引機為主要的動力源，在這種情況下就會產(chǎn)生能源浪費，在下降過程中，當升降機轎廂和載物的總質(zhì)量大于對重，升降機轎廂和載物的重力勢能做功。同樣在上升過程中，如果轎廂和載物重量小于對重，對重的重力勢能做功，釋放勢能。在這兩種情況下，重力勢能釋放，這重力勢能會帶動電動機上的轉(zhuǎn)子加速轉(zhuǎn)動，從而使電動機上的轉(zhuǎn)子的實際旋轉(zhuǎn)速度高于電動機的定子中旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速。這時曳引機上的電動機就會處于一種制動發(fā)電的狀態(tài)下，也就是說在制動的同時產(chǎn)生了再生電能，而且是反向發(fā)電。但是考慮到電力管理部門對并

16、網(wǎng)發(fā)電的嚴格限制，這里產(chǎn)生的再生電能無法回送到電網(wǎng)，所以在大多數(shù)升降機是采用大功率電阻把產(chǎn)生的再生電能消耗掉，否則會越來越多，影響升降機器件12。在這樣的情況下，產(chǎn)生的再生電能就白白的浪費了，因此我們在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一個升降機的能量回收系統(tǒng)，就是在原來的升降機轎廂上方增加了一個小型發(fā)電機，當升降機轎廂在下降時，其自身的重力勢能通過曳引鋼絲繩帶動驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，再帶動發(fā)電機發(fā)電。從而產(chǎn)生電能。在曳引系統(tǒng)上增加了一個發(fā)電機，在轎廂下降過程中，發(fā)電機能夠發(fā)電，把重力勢能轉(zhuǎn)化為電能，但是在上升過程中會成為一個累贅，因此我們在驅(qū)動輪上安裝一個單向軸承，當轎廂在向上運動時，單項軸承可以自由轉(zhuǎn)動，此時小型發(fā)電機

17、不工作。當轎廂向下移動時，單向軸承鎖死，此時在重力勢能的拉動下發(fā)電機轉(zhuǎn)動開始發(fā)電并存儲與超級電容器內(nèi)。2.2本設(shè)計所用升降機基本數(shù)據(jù)設(shè)計一款載重1000千克的節(jié)能升降機，具體的主要參數(shù)如表2-1所示。表2-1 數(shù)據(jù)表格估算轎廂重量800KG提升高度 H20米平衡系數(shù) 0.5額定載重量1000 Kg額定運行速度 V1.m/s曳引包角150º曳引方式1:1懸吊2.3 升降機的組成部分一般的升降機由曳引機, 曳引機鋼絲繩，控制柜,限速器,轎廂,層門,導軌，導軌緩沖器,隨行電纜和對重裝置等部件組成。如果按升降機的功能分可以分為9個系統(tǒng)，分別為曳引系統(tǒng)，導向系統(tǒng)，轎廂系統(tǒng)，門系統(tǒng)，重量平衡系統(tǒng)

18、，電力拖動系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)，安全保護系統(tǒng)和節(jié)能系統(tǒng)。本文重點介紹了曳引系統(tǒng)和節(jié)能系統(tǒng)，因為其他系統(tǒng)與普通的升降機結(jié)構(gòu)一樣，在此基礎(chǔ)上增加了一個節(jié)能系統(tǒng)，從而是升降機具備了節(jié)能的功能。表2-2 電梯九個系統(tǒng)的功能及主要構(gòu)件與裝置功 能主要構(gòu)件與裝置曳引系統(tǒng)輸出和傳遞動力的裝置，驅(qū)動升降機運行曳引鋼絲繩、曳引機、導向輪、反繩輪等轎 廂用以裝載運并保護人員或者貨物的組件，是升降機的載重的臺架轎廂架和轎廂體導向系統(tǒng)限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作上、下運動，而不發(fā)生其他方向的位移，承受安全鉗工作時的制動力等轎廂導軌、對重導軌、導靴及其導軌架等電力拖動系統(tǒng)為曳引機提供動力，控制升

19、降機的運行速度供電系統(tǒng)、曳引電動機、電動機調(diào)速裝置、速度反饋裝置等重量平衡系統(tǒng)相對平衡轎廂的重量，減少驅(qū)動功功率，保證曳引力的產(chǎn)生，補償電梯曳引繩和電纜長度的變化所帶來的重量轉(zhuǎn)移重量補償裝置和對重裝置等門 系 統(tǒng)讓乘客或貨物進出轎廂時用，運行時必須關(guān)閉，保護乘客和貨物的絕對安全轎廂門、層門、開關(guān)門系統(tǒng)及門附屬零部件電氣控制系統(tǒng)對升降機的運行實行操縱和控制操縱箱、限位裝置、召喚箱、控制柜、位置顯示裝置、平層裝置等安全保護系統(tǒng)保證升降機的安全使用，防止危及人身安全和設(shè)備安全的事故發(fā)生機械保護系統(tǒng)：限速器、端站保護裝置、安全鉗、緩沖器等電氣保護系統(tǒng)：超速保護裝置、供電系統(tǒng)斷相錯相保護裝置、超越上下極

20、限工作位置的保護裝置、轎門電氣聯(lián)鎖裝置與層門鎖等節(jié)能系統(tǒng)回收升降機多余的重力勢能發(fā)電機、超級電容器，單向軸承2.4設(shè)計升降機曳引系統(tǒng)2.4.1 曳引系統(tǒng)首先設(shè)計了升降機的曳引系統(tǒng)，曳引系統(tǒng)作為輸出與傳遞動力的裝置15，主要有驅(qū)動電梯運行曳引機、曳引鋼絲繩、導向輪、反繩輪等組成。如圖一所示，1為電動機，為整個升降系統(tǒng)提供動力，2為制動器，是升降機曳引機中最重要的安全裝置之一。4為渦輪蝸桿減速器（如圖二）與制動器相連，一邊是驅(qū)動輪。電動機轉(zhuǎn)動，通過渦輪蝸桿減速器減數(shù)，在帶動驅(qū)動輪輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動鋼絲繩，拖動轎廂和對重作相對運動。圖一 曳引系統(tǒng)1. 曳引機系統(tǒng)上的電動機2.制動器 3.驅(qū)動輪 4.減速器

21、 5.導向輪 6曳引鋼絲繩圖二 渦輪蝸桿減速器2.4.2 電動機選型計算首先計算曳引電機的功率，對于交流曳引升降機電機的功率按凈功率來進行計算，式（2-1）為曳引電機功率的計算公式，期中Q 為升降機的額定載重量（Kg）， 為升降機曳引輪的節(jié)徑線速度（m/s）， 為電梯的平衡系數(shù)，為機械傳動效率，i為鋼絲繩繞繩倍率。 KW （2-1）從表2-1中可以得到該升降機的額定載荷Q為1000Kg為升降機曳引輪的節(jié)徑線速度為1.0m/s，電梯的平衡系數(shù)為為0.5，為機械傳動效率0.55，鋼絲繩繞繩倍率為1。由此，可得 8.9KW （2-2）確定電動機的功率，升降機的電動機應(yīng)該具有斷續(xù)周期性工作,頻繁啟動,

22、正反方向運轉(zhuǎn),較大的啟動轉(zhuǎn)矩,較硬的機械特性,較小的啟動電流等特性.分為直流電動機與交流電動機這兩種。根據(jù)GB12974-91<<交流電梯電動機通用技術(shù)條件>>,我國對于交流電梯電動機的額定頻率,額定電壓,額定功率作了如下規(guī)定:1.額定頻率,額定電壓分別是380V, 50HZ.2.額定功率是:4, 5.5, 7.5, 11, 15, 18.5, 22, 30, 37KW.所以我們選用11KW的電動機2.4.3 計算曳引鋼絲繩最大靜張力在計算鋼絲繩最大靜張力時，曳引鋼絲繩的重量T1、T2也應(yīng)計入曳引鋼絲繩和平衡鏈的重量，以及懸掛電纜的重量。以升降機的最大提升高度來計算,懸

23、掛電纜的重量忽略不計，此時： Tmax=g(P+Q+Hnq) (2-3)T2max=g(P+Q+Hnq) (2-4)上述方程中，T1max 是轎廂端曳引鋼絲繩的最大靜張力 （N）；T2maxs是平衡端曳引鋼絲繩的最大的靜張力（N）；P為轎廂自重G800Kg；Q 為電梯額定載重量 Q1000Kg；H 為電梯最大提升高度 H（暫定20m）；為曳引鋼絲繩的根數(shù) n=6；q 為曳引鋼絲繩每米重量，此處采用外粗式8×19，d=13的升降機鋼絲繩，q=0.6Kg/m；為平衡系數(shù)，0.5。數(shù)據(jù)代入式(2-3)、（2-4）中計算,得:T1max=9.8× (800+1000+20×

24、;6×0.6)=18346 (N) （2-5）T2max=9.8×(800+0.5×1000+20×6×0.6)=13446(N) （2-6）2.4.4 曳引條件計算在進行曳引計算時，設(shè)定在最壞的條件工況下：升降機的最大提升高度設(shè)定為H=20m,空載轎廂位于最高處時，按下面公式計算，其中nc 為補償鏈的根數(shù)，nc=1;qc 為補償鏈單位長度重量qc=2Kg/m,如下： T1=(P+Q+Hnq)g=13446 (N) （2-7）T2=(P+Hncqc)g=9310 (N) （2-8）=1.444 （2-9）當轎箱裝載為125額定載重量，并處于最低

25、處時，計算如下：T1=g(P+1.25Q+Hnq)=20796 (N) （2-10）T2=g(P+Q+Hncqc)=14308(N) （2-11）=1.453 （2-12）查看文獻資料得知，鋼絲繩在曳引摩擦中，不發(fā)生打滑現(xiàn)象的條件應(yīng)滿足下面的公式： f （2-13）公式中：C1與加速度、減速度和特殊情況有關(guān)的系數(shù)；C1的最小允許值按下面的選擇（V是額定速度）當： 時為1.15; 時為1.20; 時為1.25;這里的額定速度V為1m/s 所以選取為1.20。C2與繩槽形狀因磨損而發(fā)生改變有關(guān)的系數(shù), 當繩槽為半圓或切口形狀時，取C21; 當曳引輪繩槽斷面為V型時=1.2，這里C21。為自然對數(shù)底

26、；f是鋼絲繩在繩槽中當量摩擦系數(shù)；為曳引鋼絲繩在曳引繩輪上的包角大小，這里150º2.62 (弧度)。確定f值，當繩槽形式為帶切口半圓槽時，有當量摩擦系數(shù)公式： f4 （2-14）公式中：為鋼絲繩與繩槽間的實際摩擦系數(shù)，當繩槽材質(zhì)為鋼或鑄鐵時，0.1；是槽形夾角，該升降機 (弧度)；為鋼絲繩與槽底切口之間夾角，有圖三可得知此處96.5°1.6834(弧度)。圖3由公式（14）可以計算出f為.2194，因為 1.7441 而 efa=2.718280.2194×2.62=1.7768。f 成立，所以滿足不打滑條件。2.4.5結(jié)論經(jīng)過曳引系統(tǒng)各個參數(shù)的計算，選用11K

27、W的電動機，并且設(shè)計的曳引系統(tǒng)滿足使用條件，可以安全的使轎廂升降。3. 能量回收裝置3.1 再生制動能量回收的原理再生制動又可以稱作為再生回饋制動，裝載電機系統(tǒng)的混合動力汽車，在汽車制動或者滑行時，將行駛著的汽車的慣性能量通過傳動系統(tǒng)傳遞給電機，它可以利用電機以發(fā)電機的形式。把電機轉(zhuǎn)子軸上的動能轉(zhuǎn)化成為電能并且把能量返回到蓄電池中儲存起來，實現(xiàn)的能量的再生回收利用【20-21】。同時，電機會產(chǎn)生的制動力矩并且可以通過傳動系統(tǒng)對驅(qū)動輪施加制動，產(chǎn)生制動力。為了再生制動能量最大化的回收，控制策略應(yīng)該優(yōu)先于電機的再生制動。為了實現(xiàn)制動的可靠性，當蓄電池（超級電容器）達到最大的限值時或者電機已經(jīng)滿足不

28、了整車制動強度時，此時機械制動也參與工作。在制動過程中，制動力矩由整車控制策略進行分配，使再生制動能量能夠被電機最大限度的回收。根據(jù)文獻得知，因為回收再生制動能量可以節(jié)油百分之十左右。圖四是汽車再生制動能量回收的原理圖：圖四 汽車再生制動能量回收結(jié)構(gòu)圖我們可以借鑒汽車上的能量回收儲存裝置以及他的控制系統(tǒng)，把他們應(yīng)用到節(jié)能升降機上，使能量能夠充分被利用和回收。3.2 能量回收系統(tǒng)的應(yīng)用國內(nèi)外的研究都能回收一部分的制動能量，但能量回收有限。所以考慮采用何種能量轉(zhuǎn)換裝置能更加有效的回收制動能量是最引人關(guān)注的問題之一。還要兼顧其能量存儲裝置，解決好高制動能量回收效率下能量最佳儲存的問題。如果這兩個問題

29、能夠得到充分的解決的話，將大大的提高能量回收的效率。國內(nèi)外對能量回收系統(tǒng)的研究主要應(yīng)用于汽車再生制動能量上。但針對汽車再生制動能量的研究我們可以把他運用的升降機能量回收系統(tǒng)中，比如其再生制動的能量轉(zhuǎn)換裝置、儲能裝置和控制策略等應(yīng)用。同時也有很多需要改進的地方，如制動穩(wěn)定性差，能量回收有限等等。3.3 設(shè)計升降機能量回收系統(tǒng)3.3.1 發(fā)電機的概述發(fā)電機是將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成為電能的一種機械設(shè)備，它是由汽輪機、電動機、水輪機或其他動力機械驅(qū)動，將重力勢能，氣流，燃料燃燒熱能或原子核裂變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機械能傳給發(fā)電機，再由發(fā)電機轉(zhuǎn)換成為電能。發(fā)電機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，國防，科技及日常生活中具有廣泛的

30、用途。發(fā)電機的形式很多，但發(fā)電機的工作原理都基于電磁力定律和電磁感應(yīng)定律。因此，其構(gòu)造的一般原則為：以適當?shù)膶щ姴牧虾蛯Т艠?gòu)成互相進行電磁感應(yīng)的磁路與電路，產(chǎn)生電磁功率，從而達到能量轉(zhuǎn)換的目的。3.3.2發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和工作原理發(fā)電機通常是由轉(zhuǎn)子、定子、端蓋以及軸承等零件構(gòu)成。定子是由線包繞組、定子鐵芯、機座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵芯(或磁扼、磁極)繞組、中心環(huán)、護環(huán)、風扇、滑環(huán)以及轉(zhuǎn)軸等部件構(gòu)成。通過軸承及端蓋將發(fā)電機的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，并且做切割磁力線的運動，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢，通過接線端子引出，接在回路中，于是便產(chǎn)生了電流。3.3.3單向軸

31、承單向軸承是在一個方向上能夠自由轉(zhuǎn)動，而在另一個方向上便會鎖死的一種特殊的軸承。單向軸承的金屬外殼里面，包含了很多個滾軸，滾針或是滾珠，但是在其滾動座的形狀使它只能向一個方向上滾動，而在另一個方向上便會產(chǎn)生非常大的阻力，即所謂的單向。這里選用型號為BT15的單向軸承，其扭矩能力為29N.m，內(nèi)圈最大轉(zhuǎn)動速度為3600r/min，外圈最大轉(zhuǎn)動速度為2000 r/min。內(nèi)圈內(nèi)經(jīng)為15mm，外圈外徑為35mm，長度誒11mm，內(nèi)建槽為5.0×12mm，外鍵槽為2.0×0.6mm。3.3.4發(fā)電裝置圖五是設(shè)計的能量回收系統(tǒng)，轎廂下降通過曳引鋼絲繩帶動驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動輪通過傳動機構(gòu)

32、帶動發(fā)電機發(fā)電，并且將產(chǎn)生的電能輸送到超級電容器里面儲存，圖六中的驅(qū)動輪與發(fā)電機軸間連有一個單向軸承，轎廂上升時單向軸承可以自由轉(zhuǎn)動，即驅(qū)動輪可以自由轉(zhuǎn)動，此時小型發(fā)電機不工作。當轎廂向下移動時，單向軸承鎖死，即驅(qū)動輪也鎖死，轎廂此時在重力勢能的拉動下驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，發(fā)電機開始發(fā)電并存儲與超級電容器內(nèi)。圖五1.導向輪，2.驅(qū)動輪，3.發(fā)電機 4.電機控制 5.超級電容器圖六 能量回收系統(tǒng)3.4能量回收儲存裝置發(fā)電機產(chǎn)生的能量需要回收利用，因此我們需要一個高效的能量回收裝置。通過一般蓄電池和超級電容器的各項性能的比較，最終選擇了超級電容器作為能量回收的儲存裝置。而且超級電容器也比一般的蓄電池壽命更長

33、，更加環(huán)保。3.4.1超級電容器簡介隨著新能源領(lǐng)域的技術(shù)進步和行業(yè)發(fā)展，儲能技術(shù)也越來越受到各界的重視，逐漸成為解決未來新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景和市場規(guī)模也非常巨大儲能中最具商用價值的一種技術(shù)裝置，是對其他電化學儲能技術(shù)的一種良好補充。目前，儲能技術(shù)大體可分為物理儲能和電化學儲能這兩條路線。而超級電容器就是目前物理22-23。超級電容器是一種新型的儲能裝置, 與傳統(tǒng)的電容器相比：它具有更大的容量、更高的能量、更寬的工作溫度范圍以及極長的使用壽命；而與一般蓄電池相比：它又具有較高的比功率，且對環(huán)境沒有污染，因此可以說，超級電容器是一種高效、環(huán)保、實用的能量存儲裝置。3.4.2超級

34、電容器的應(yīng)用 能量回收的儲能裝置是我們這節(jié)能升降機的重要組成部分，我們選用超級電容器為能量回收的儲能裝置可以高效的回收再生能量。我們假設(shè)在滿載工況下所有的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能（理論上）G=mg=（800+1000）*9.8=17640NE=mgH=7840*20=352800焦所以在理論上每次升降機從頂部下降到底部能產(chǎn)生352800焦的電能，但在實際當中大部分勢能變成熱能散失，此外勢能還有一些其他方面的損失。4 設(shè)計節(jié)能升降機4.1結(jié)合曳引系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)如圖七，把曳引系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)想結(jié)合，這樣就實現(xiàn)了升降機的節(jié)能回收，在升降機下降過程中，轎廂的重力勢能就會通過發(fā)電機轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽⑶覂Υ嬖?/p>

35、超級電容器里面，這部分電能可以用來轎廂的自身照明，或者在發(fā)生緊急情況下為升降機提供電能。圖七1.曳引機系統(tǒng)上的電動機 2.制動器 3.曳引輪 4.減速器 5.導向輪 6曳引鋼絲繩7.承重梁 8.導向輪 9.單向軸承 10發(fā)電機 11.電機控制12.超級電容器13.吊臺4.2設(shè)計整個升降系統(tǒng)圖八 節(jié)能升降機如圖八所示，這是設(shè)計的整個節(jié)能升降機的結(jié)構(gòu)模型圖，曳引系統(tǒng)安裝在升降機專用承重鋼梁上，是整個系統(tǒng)的動力源。曳引系統(tǒng)下方安置了能量回收系統(tǒng)，當升降機的轎廂是處于上升階段時，因為能量回收系統(tǒng)上的驅(qū)動輪是通過單向軸承相連接，此時驅(qū)動輪可以的轉(zhuǎn)動幾乎沒有阻力，也就是說在這工況下能量系統(tǒng)工作，驅(qū)動輪只是

36、起到導向的作用。當升降機處于下降階段時，這時單向軸承自動鎖死，驅(qū)動輪不能自由轉(zhuǎn)動，依靠轎廂的重力勢能帶動驅(qū)動輪，從而使發(fā)電機運轉(zhuǎn)開始發(fā)電。如果沒有這個能量回收系統(tǒng)，那下降過程中轎廂的重力勢能就會被白白的浪費。其中有一部分還會由曳引系統(tǒng)里的電機轉(zhuǎn)化為電能，因為此時的電機處于一種制動發(fā)電的狀態(tài)下，也就是說在制動的同時產(chǎn)生了再生電能，而且是反向發(fā)電?，F(xiàn)在大多數(shù)升降機是把這部分產(chǎn)生的電能用大功率電阻消耗掉，否則會越聚越多，影響升降機器件。我們設(shè)計的回收系統(tǒng)能夠很好的利用了重力勢能，能夠節(jié)約大量的能量。5 實用性及前景近年，由于國際、國內(nèi)能源越來越緊缺，能源價格也是一路的飄升，國內(nèi)電價也相應(yīng)上漲，甚至在

37、許多時間段，特別是用夏天電高峰時許多城市采取了拉閘限電，這樣影響企業(yè)單位的正常工作，并且會造成較大的經(jīng)濟損失。我國不僅僅是一個耗能大國，同時還是一個能源利用率較低的國家，所以節(jié)約能源是一項利國利民的大事。有利于國家的可持續(xù)發(fā)展，是對我們后代的負責?，F(xiàn)在升降機已經(jīng)成為了我們生活中的重要組成部分，而且在絕大多數(shù)城市里升降機是必不可少的一部分，因此我國擁有數(shù)量相當龐大的升降機。但是現(xiàn)在它存在太大的浪費，能源利用率不高，我們的設(shè)計可以減少這些不必要的浪費從而提高了能源的利用率。在能源緊張的今天我們的節(jié)能計劃更是必然要實行的，采用先進的升降機節(jié)能技術(shù)可以使升降機的能耗明顯降低，所以說我們的設(shè)計的前景還是

38、十分樂觀的。 通過升降機節(jié)能技術(shù)的采用，不僅能夠緩解國內(nèi)日益增長的電力緊張局勢，隨著每年的升降機數(shù)量、用電價格逐年增長，那么綜合全國升降機節(jié)能的巨大潛力對社會貢獻將是十分巨大。以“能源再生技術(shù)”為例，該項技術(shù)能使升降機在下降的過程中將重力勢能轉(zhuǎn)化為電能，這種“再生能源”的技術(shù)狀態(tài)能使全球升降機市場節(jié)能技術(shù)的運用有了質(zhì)的飛躍。目前有些升降機能源再生驅(qū)動系統(tǒng)在相同的升降機運行條件下，可以比非能源再生系統(tǒng)節(jié)約更多的電能。6 總結(jié)通過這一階段的畢業(yè)設(shè)計，我學到了很多買東西，并且做了大量的工作(1) 學習并熟悉電機發(fā)電的工作原理及電路結(jié)構(gòu);(2)廣泛收集文獻資料，總結(jié)國內(nèi)外在能量回收研究中所做的工作，作

39、好設(shè)計準備工作，充分發(fā)揮自己的主觀能動性和創(chuàng)造性;(3)本課題涉及發(fā)電機，超級電容器，升降機，自動控制等多個領(lǐng)域，因此在研究中要注意多學科的交叉，要努力拓寬自己的知識面，多與老師同學學習交流;(4)在研究中要做到理論與實踐相結(jié)合。樹立正確的設(shè)計思想，結(jié)合生產(chǎn)實際，綜合考慮技術(shù)性、經(jīng)濟性、實用性、可靠性、安全及先進性等方面的要求。即要運用現(xiàn)代科學在相關(guān)領(lǐng)域取得的先進理論成果來指導研究，又要在實踐中不斷完善和創(chuàng)新理論?？傊谡n題的完成中對所涉及到的新知識要逐步嘗試、思考、探尋，要充分兼顧創(chuàng)新與借鑒、學習與交流，研究內(nèi)容由廣而泛到窄而深、強調(diào)深度并兼顧廣度的研究方法，最終完成畢業(yè)設(shè)計。在這次的畢業(yè)

40、設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)了自己許多不足的地方，比如有點缺乏信心和毅力，低估了這次任務(wù)的難度，從而導致了總體的進度有點慢，但是也正因為這樣也能使我對自己的有了更加深刻的認識。希望在以后的工作中我能夠培養(yǎng)出更強的自主學習能力。相信在未來會取得更加輝煌的成就。致謝經(jīng)過了一段時間的不懈努力，終于完成了本次的畢業(yè)設(shè)計。首先最先要感謝的是我的指導老師儲軍。儲老師是一個很認真負責的老師，在我遇到困難的時候能夠熱情的提供幫助，不僅在本次的畢業(yè)設(shè)計上，而且教會了我一些很重要的東西。另外，我身邊的同學、朋友也給了我很大的幫助和關(guān)心，督促我的進度，在我遇到困難情緒低落的時候給我鼓勵，使我能很快地重新投入到畢業(yè)設(shè)計中?？傊芡?/p>

41、成本次設(shè)計工作，老師和同學們有著很大的功勞，再一次對他們表示衷心的感謝。參考文獻1 馬信 談電梯節(jié)能對緩解全國用電緊張的貢獻J 智能建筑，2006，10(51)：45472 盧明技. 試論我國電梯節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀與應(yīng)用J. 中國科技縱橫, 2010,(21):20-25. 3 馬曉燕. 變電運行的安全管理與故障處理J. 中國科技縱橫, 2010,(21):31-33.4 勾曉波. 我國電梯節(jié)能的困境與對策分析J. 中國科技信息, 2010,(20):12-155 徐衛(wèi)玉.朱元晨. 電梯節(jié)能與再生能量的利用J. 裝備機械, 2011,5(1):3-8.6 楊帆. 關(guān)于電梯節(jié)能的一點想法J. 科學與財富, 2011,(12):11-157 趙彬, 姚寬亮. 電梯節(jié)能及