采用蓄能器的液压电梯变频节能控制系统研究

【摘要】： 本论文完成的博士课题——“采用蓄能器的液压电梯变频节能控制系统研究”来源于国家自然科学基金“机械／流体传动的节能及新型传动方式的基础性研究”(No.59835160)中的子课题。 本论文主要研究了采用蓄能器-液压泵／马达构成的“压力-能量转换装置”来储存／释放变频驱动液压电梯系统的能量，从而降低液压电梯装机功率和运行能耗的新方案；在此基础上，根据国内外液压电梯的标准进行了与速度控制相关的关键项目测试，最后针对本课题研制的节能控制系统与当前市场上几种典型的液压电梯控制系统进行了能耗对比研究。 论文的第一章以大量的国内外文献和市场调查为基础，全面论述了液压电梯技术的发展概况，通过对技术革新、应用领域、市场竞争情况等方面的介绍，指出了液压电梯节能降耗的发展方向；随后介绍了液压电梯在节能控制系统领域所取得的成果和应用的局限性，提出了本博士课题的选题意义和立项依据、主要的研究内容和创新点。 论文第二章首先简单介绍了交流异步电动机变频调速技术的发展概况，在回顾电梯液压控制系统节能技术的基础上，介绍了本课题研制的“采用蓄能器的液压电梯变频节能控制系统研究”的基本原理，分析了动力系统在电梯轿厢轻载上／下行、重载上／下行等四种典型工况下的基本工作状态和工作方式；详细地介绍了本课题节能系统液压动力泵站的结构设计和参数设计，重点研究了液压动力泵站的结构设计、液压泵／马达可逆性问题及其选型设计计算、蓄能器回路泄漏油损失机理的研究及其补偿装置的设计、蓄能器-泵／马达压力能量转换装置的设计、多功能集成控制阀组的设计等内容；最后简单介绍了本课题矢量控制变频控制柜的外部附件电气接线、计算机控制及数据采集系统的硬件设计等内容。 论文第三章针对组成系统的各个模块进行了机理建模，并且通过Matlab软件中的Simulink图形化仿真环境进行了本课题系统的仿真研究，主要针对影响系统特性的主要参数变化，动态分析系统的输出特性，在上／下行工况中，分析了电机轴系粘性阻尼系数、轴系摩擦力矩、主回路／蓄能器回路液压泵／马达内泄漏系数、蓄能器气体容积、液压缸柱塞粘性阻尼摩擦系数以及不同运行楼层工况等参数对系统特性的影响；最后对轴向柱塞泵／马达的流量／压力脉动对电梯轿厢速度的影响和蓄能器内油液体积损失机理进行了理论研究。 论文第四章严格按照国内外液压电梯标准中与液压动力系统相关的一些测试项目进行了研究，主要包括电梯轿厢的停层沉降特性、液压系统变负载工况下的速度稳定性、电梯检修功能、电梯再平层功能、电梯轿厢平层精度等。重点研究了三方面内容：一是研究了停层沉降特性及影响电梯轿厢停层沉降特性的各种因素；其次是通过负载压力补偿液压泵／马达内泄漏来改善电梯轿厢速度稳定性；最后是液压电梯平层精度的理论和实验研究，并与曳引电梯的理论模型进行了对比，阐述了液压电梯平层精度低的原因，理论探讨了影响液压电梯平层精度的主要因素。 论文第五章主要研究典型液压系统的装机功率和能耗问题，针对目前的实验测试条件和典型的液压电梯控制系统，完成了如下研究内容：液压电梯与曳引电梯的装机功率与能耗对比研究、普通液压电梯与带配重块液压电梯、“压力油箱”液压电梯的装机功率与能耗对比研究、阀控系统的变负载工况功率测试研究、标准变频液压系统的变负载工况上行功率以及下行能量回馈功率测试研究、本课题带蓄能器的变频驱动液压系统在不同楼层、不同运行方向以及不同负载工况下的功率测试研究；最后针对采用蓄能器的液压电梯变频节能控制系统的主回路和蓄能器回路的能量损失进行了研究。 论文第六章对本课题研究作了全面的总结，也指出了本课题研究工作中存在的问题和液压电梯节能控制系统的发展方向。 OS 纵观全文，本论文圆满地完成了预期目标，成功实现了首次提出的采用蓄能器降低液压 电梯装机功率以及能耗的新方案；本论文的研究成果不但是液压电梯的重要发展方向之一， 而且在其它垂直运动机械中也具有广泛的应用前景。