飞轮储能电梯节能系统的制作方法

本实用新型涉及电气控制装置，具体是一种飞轮储能电梯节能系统。

背景技术：

电梯是一个位能性负载。为了减小拖动负荷，降低电梯电机的功率，电梯的轿厢都配有对重平衡块。对重平衡块的重量一般等于轿厢载重50％额定负载时的重量。当二者之间存在质量差时，电梯升降就会引起机械位能的改变。其中电梯重载上行和轻载下行时，电梯电机从电网吸收能量，拖动电梯使电梯的机械位能增加；电梯启动运行达到最高运行速度后具有最大的机械动能，电梯到达目标楼层前要逐步减速直到电梯停止运动为止，这一过程也电梯释放机械动能的过程，当电梯轻载上行或重载下行时，运行过程需要使机械势能减少，电梯机械势能通过曳引机转换为电能，曳引机处于发电状态。曳引机发电过程产生的电能需要及时处理，不然对曳引机有严重的危害。对于交流变频电梯，曳引机发电过程产生的电能通过变频器的三相IGBT逆变桥反向回到变频的直流端，存储到直流电容里面，而直流电容的容量有限，当曳引机产生的电能足够大，超过直流电容的容量，使直流母线电压过高，严重时将对变频器造成损害，造成电梯不可恢复的故障，所以多出的电能部分必须消耗掉。

现阶段国内的大部分电梯在制动过程中均使用制动电阻进行能耗制动，同时由于制动过程中大量热量的产生而不得不在电梯机房曾设空调等散热设备，这就进一步增加了电能的浪费以及电梯的运营成本。因此广大电梯用户迫切希望有一种装置能够回收利用电梯制动过程中产生的能量，减少能源的浪费。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种飞轮储能电梯节能系统，该系统设有飞轮储能单元，在电梯吸收能量时释放能量，电梯能量回馈时吸收能量，将电梯回馈的能量回收再利用，达到节能和减轻电网负荷的目的；在电网突发故障时充当备用电源，确保电梯的安全可靠。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种飞轮储能电梯节能系统，包括飞轮储能单元、功率单元、控制系统、操作面板，所述的功率单元与飞轮储能单元、控制系统电连接，控制系统与飞轮储能单元电连接，控制系统设有操作面板，操作面板设有键区和工控机；电梯电机通过逆变器、整流器与电源线连接，逆变器与整流器之间设有电容器；功率单元通过电容器、逆变器与电梯电机电连接。

飞轮储能单元设有转子系统、转换能量系统；转子系统设有飞轮本体；飞轮本体由碳纤维复合转子、被动磁轴承、高速永磁电机组成，其中碳纤维复合转子具有高强度、抗拉伸的特点；被动磁轴承是磁悬浮技术，无控制单元，不耗电，零磨损，20年免维护；转换能量系统设有高速永磁电机，其可以达到较高转速，效率高。

飞轮储能单元有充电阈值和放电阈值两个参数，可根据实际情况进行设置，同时飞轮控制器内嵌了优化算法，具备阈值自适应调整功能，确保飞轮在任何时刻能够存储和释放再生能量，并使节能效益达到最佳。

功率单元，为逆变、整流四象限可逆运行，完成电能和动能的双向转换。

控制系统，操作飞轮的启停，当飞轮启动完成进入恢复区后，飞轮便可配合电梯自动完成充放电工作。当系统出现故障时，飞轮可滑行停机，也可通过操作控制系统使飞轮进入BREAK模式手动干预停机。控制系统可以采集飞轮本体的温度、压力和速度信号并进行相关操作。控制系统可通过采集直流母线电压驱动功率单元进行充放电。

操作面板，包括键区和工控机，可通过操作面板给控制系统输入指令，控制系统也可将其采集到的信号显示在工控机上。

采用上述技术方案的本实用新型，与现有技术相比，其突出的特点是：

(1) 由于飞轮储能单元以机械动能的形式存储能量，通过电机充放电，不仅具有很好的功率特性和高能量转换效率，而且无充放电次数的限制，所以能够达到高效、长寿命的目的。

(2) 飞轮储能单元可以同时充当电梯机械能释放时的能量回收单元、辅助电源和备用电源，用一套装置实现了三种功能，使系统结构变得简单；节省设备的成本及维护费用。

(3) 电梯电机驱动运行时，尤其在启动阶段需要吸收较大的功率，飞轮储能单元作为辅助电源协助电网驱动电梯电机，减轻了电梯启动时对电网的影响，提高了电网的稳定性。

(4) 电梯电机制动运行时能量回馈，飞轮储能单元作为能量回收单元完全吸收回馈的能量进行储存；达到了节能的目的，电梯系统中不再需要传统的能量泄放回路。

(5) 飞轮储能单元以机械动能形式存储能量，储能容量不会随充放电次数的增多而减少，且存储的能量容易测量，便于控制系统的设计。

(6) 飞轮储能单元不含有害物质，对环境无污染。

进一步的优选技术方案如下：

飞轮储能单元设有传感器，传感器与控制系统电连接，传感器将检测到的飞轮的温度、压力及速度信号传输给控制系统。

通过设置传感器，可以增加本系统控制的自动性、便捷性及及时响应的性能。

功率单元与控制系统之间设有故障干接点，功率单元发生故障时故障信息通过干接点传输给控制系统，并通过控制系统做出相关操作。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是能量控制转化图；

附图标记说明：1－整流器；2－电容器；3－逆变器；4－电梯电机；5－功率单元；6－接触器；7－飞轮储能单元；8－控制系统；9－键区；10－工控机。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本实用新型。

参见图1、图2，一种飞轮储能电梯节能系统，由飞轮储能单元7、功率单元5、控制系统8、操作面板组成，功率单元5与飞轮储能单元7、控制系统8电连接，控制系统8与飞轮储能单元7电连接，控制系统8设有操作面板，操作面板设有键区9和工控机10；电梯电机4通过逆变器3、整流器1与电源线连接，逆变器3与整流器1之间设有电容器2；功率单元5通过电容器2、逆变器3与电梯电机4电连接。

飞轮储能单元7设有转子系统、转换能量系统；转子系统设有飞轮本体；飞轮本体由碳纤维复合转子、被动磁轴承、高速永磁电机组成，其中碳纤维复合转子具有高强度、抗拉伸的特点；被动磁轴承是磁悬浮技术，无控制单元，不耗电，零磨损，20年免维护；转换能量系统设有高速永磁电机，其可以达到较高转速，效率高。

飞轮储能单元7有充电阈值和放电阈值两个参数，可根据实际情况进行设置，同时飞轮控制器内嵌了优化算法，具备阈值自适应调整功能，确保飞轮在任何时刻能够存储和释放再生能量，并使节能效益达到最佳。

功率单元5，为逆变、整流四象限可逆运行，完成电能和动能的双向转换。

控制系统8，操作飞轮的启停，当飞轮启动完成进入恢复区后，飞轮便可配合电梯自动完成充放电工作。当系统出现故障时，飞轮可滑行停机，也可通过操作控制系统8使飞轮进入BREAK模式手动干预停机。控制系统8可以采集飞轮本体的温度、压力和速度信号并进行相关操作。控制系统8可通过采集直流母线电压驱动功率单元5进行充放电。

操作面板，包括键区9和工控机10，可通过操作面板给控制系统8输入指令，控制系统8也可将其采集到的信号显示在工控机10上。

飞轮储能单元7设有传感器，传感器与控制系统8电连接，传感器将检测到的飞轮的温度、压力及速度信号传输给控制系统8。

通过设置传感器，可以增加本系统控制的自动性、便捷性及及时响应的性能。

功率单元5与控制系统8之间设有故障干接点，功率单元5发生故障时的故障信息通过干接点传输给控制系统8，并通过控制系统8做出相关操作。

参见图2，飞轮储能单元7有充电阈值和放电阈值两个参数，可根据实际情况进行设置，同时飞轮控制器内嵌了优化算法，具备阈值自适应调整功能，确保飞轮在任何时刻能够存储和释放再生能量，并使节能效益达到最佳。图2中，U₂-a为放电阈值，U₂+a为充电阈值，图中参数均可编程，根据现场需求进行修改。

本系统的工作原理如下：

（1）当电梯处于发电状态时，此时电梯DC母线电压升高，控制系统8通过采集直流母线电压，飞轮进入充电状态，此时接触器6吸合，通过功率单元5给飞轮储能单元7充电，使飞轮本体高速旋转，此时控制系统8还会通过传感器采集飞轮本体的温度、压力及速度信号，并通讯给工控机10，完成监测和数据显示。当功率单元5发生故障时会把故障信息传递给控制系统8，控制系统8再做出相关操作。

（2）当电梯处于耗电状态时，此时电梯DC母线电压降低，功率单元5通过采集直流母线电压，使飞轮本体降低转速并通过功率单元5对电梯放电，供电梯使用，达到节能的目的。

（3）当电网突然断电时，控制系统8检测到电网电压突降为零，将断电信号即时处理并传送飞轮储能单元7；使飞轮本体通过功率单元5放电将电梯安全地送到附近的楼层并打开电梯，确保电梯内乘客的安全。

以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护不限于此，任何本技术领域的技术人员所能想到的与本技术方案技术特征等同的变化或替代，都涵盖在本实用新型的保护范围之内。