專利名稱：船用抓斗挖掘機的節(jié)能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種船用抓斗挖掘機的節(jié)能裝置，特別是一種利用超級電容作為緩沖動力源的節(jié)能裝置，應(yīng)用于船用抓斗挖掘機中。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的在能源日趨嚴(yán)峻的今天，節(jié)能減排已經(jīng)成為了社會跟企業(yè)共同關(guān)注的話
題。因為它不僅能夠減少社會的能源損耗，減輕環(huán)境的負擔(dān)，而且能夠增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。船用抓斗挖掘機因為作業(yè)情況的特殊性，抓斗從高位置下放到水下，抓取水下泥沙，升高到高位置，轉(zhuǎn)動到卸載船位置。卸載泥沙，然后再轉(zhuǎn)會原來位置，完成一個作業(yè)周期。在整個過程中，抓斗提升跟回轉(zhuǎn)需要消耗外部能量，在抓斗下放跟回轉(zhuǎn)制動過程中產(chǎn)生再生能量，此部分能量目前的處理方法是通過能耗電阻消耗掉，白白浪費掉。具體為船用抓斗挖掘機采用的是PLC變頻控制系統(tǒng)，在產(chǎn)生再生能量時，交流電機工作在發(fā)電狀態(tài)，電能回饋到直流母線，使直流母線電壓升高，制動單元(DBU)檢測直流母線電壓，當(dāng)母線電壓升高到制動單元打開的設(shè)定值時，DBU的IGBT打開，電流通過能耗電阻，以熱能的方式消耗再生制動能量，從而使母線電壓保持在正常范圍內(nèi)。按照能量守恒，理論上整個作業(yè)過程所需消耗的能量只需要目前所需消耗的60%。這就意味著目前有40%的能量是白白浪費了，這些包括了 抓斗下放過程中和回轉(zhuǎn)制動過程中消耗在能耗電阻上的制動能量，以及能量轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的消耗等等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、能高效的回收浪費的能量、工作安全可靠、運行穩(wěn)定的船用抓斗挖掘機的節(jié)能裝置。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該船用抓斗挖掘機的節(jié)能裝置，其特點是由電流互感器、提升變頻器、提升電機、回轉(zhuǎn)變頻器、回轉(zhuǎn)電機、超級電容組件、電容管理及其均衡組件和DC/DC轉(zhuǎn)換裝置組成，所述DC/DC轉(zhuǎn)換裝置由正反兩個方向工作的雙向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置與單向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置組成，所述提升變頻器、回轉(zhuǎn)變頻器和電容管理及其均衡組件與發(fā)電機組相連，所述提升變頻器和回轉(zhuǎn)變頻器并聯(lián)設(shè)置，所述提升變頻器與提升電機串連，所述回轉(zhuǎn)變頻器與回轉(zhuǎn)電機串連，所述雙向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置一端與提升變頻器直流母線相連，一端與超級電容相連，所述單向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置一端與回轉(zhuǎn)變頻器相連，一端與超級電容相連，所述DC/DC轉(zhuǎn)換裝置設(shè)有電源電路，控制電路，所述電源電路與電容管理及其均衡組件相連，所述控制電路與電容管理及其均衡組件和電流互感器相連。本發(fā)明所述的DC/DC轉(zhuǎn)換裝置的220V電源電路與電容均衡及其管理組件相連。由電容均衡及其管理組件供電。本發(fā)明所述的DC/DC轉(zhuǎn)換裝置的升壓信號端、降壓信號端、反饋端與電容均衡及其管理組件相連。本發(fā)明所述的雙向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置的控制電路與電流互感器相連。本發(fā)明所述的雙向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置與提升變頻器相連的導(dǎo)線上設(shè)置有雙向DC/DC 電壓自檢裝置、雙向DC/DC電流自檢裝置。本發(fā)明所述的單向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置與回轉(zhuǎn)變頻器相連的導(dǎo)線上設(shè)置有單向DC/DC 電壓自檢裝置、單向DC/DC電流自檢裝置。本發(fā)明還設(shè)置有節(jié)能柜，所述的DC/DC轉(zhuǎn)換裝置、電容管理及其均衡組件、超級電容器組件設(shè)置在節(jié)能柜中。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點及效果
(I)功率補償功能——該節(jié)能裝置可在保證主機性能及各項技術(shù)參數(shù)符合要求的前提下，降低主機發(fā)動機功率，減少發(fā)動機組的負荷，從而達到節(jié)能的目的。(2)再生能源回收功能——該裝置在挖掘機的抓斗下降的過程中，可高效的回收下降過程所產(chǎn)生的再生電能，將這些電能貯存在電容器中，以便再次利用。(3)延長發(fā)動機壽命一該系統(tǒng)可以改善發(fā)動機的運行工況，降低對發(fā)動機的沖擊，使發(fā)動機始終平穩(wěn)的工作在輕負荷下。(4)節(jié)油功能——采用了該裝置以后，發(fā)動機的運行工況得以改善，提高了燃油利用率，并且該裝置能高效回收抓斗下降過程中產(chǎn)生的再生電能，從而降低了發(fā)動機的油耗。本發(fā)明技術(shù)方案的使用，有效的把消耗在能耗電阻上的再生能量儲存起來加以利用，不但可以減少浪費，而且還可以降低對柴油機功率的需求。由此可以得知，儲存和利用船用抓斗挖掘機再生制動能量的研究與運用將有重大的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟利益。整個裝置設(shè)計合理，工作過程智能可靠。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。標(biāo)號說明發(fā)電機組I、電流互感器2、提升變頻器3、提升電機4、DC/DC轉(zhuǎn)換裝置
5、回轉(zhuǎn)變頻器6、回轉(zhuǎn)電機7、電容管理及其均衡組件8、節(jié)能柜9、超級電容器組件10?？諝忾_關(guān)11、雙向DC/DC電壓自檢裝置12、雙向DC/DC電流自檢裝置13、熔斷器14、主接觸器
15、超級電容輸出電流自檢裝置16、單項DC/DC電壓自檢裝置17、單項DC/DC電流自檢18、 24V電源19、升降壓信號端20、AC220V電源21、反饋端22。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以下實施例是對本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實施例。實施例I :如圖I所示，本實施例由發(fā)電機組I、電流互感器2、提升變頻器3、提升電機4、DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5、回轉(zhuǎn)變頻器6、回轉(zhuǎn)電機7、電容管理及其均衡組件8、節(jié)能柜9、 超級電容器組件10。空氣開關(guān)11、雙向DC/DC電壓自檢裝置12、雙向DC/DC電流自檢裝置
13、熔斷器14、主接觸器15、超級電容輸出電流自檢裝置16、單項DC/DC電壓自檢裝置17、 單項DC/DC電流自檢18組成。DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5由正反兩個方向工作的雙向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置與單向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置組成，提升變頻器3、回轉(zhuǎn)變頻器6和電容管理及其均衡組件8與發(fā)電機組I相連，所述提升變頻器3和回轉(zhuǎn)變頻器6并聯(lián)設(shè)置，所述提升變頻器3與提升電機4串連，所述回轉(zhuǎn)變頻器6與回轉(zhuǎn)電機7串連，所述雙向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置一端與提升變頻器3直流母線相連，一端與超級電容器組件10相連，所述單向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置一端與回轉(zhuǎn)變頻器6相連，一端與超級電容器組件10相連，所述DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5設(shè)有24V電源19、升降壓信號端20、AC220V 電源21、反饋端22，所述24V電源19、升降壓信號端20、AC220V電源21與電容管理及其均衡組件相連，反饋端22與電流互感器2相連。工作時，通過空氣開關(guān)11給節(jié)能柜9上電后，電容管理及其均衡系統(tǒng)8自檢超級電容器組件10整體的電壓和電容溫度。如果電壓差值過大，主接觸器15不會吸合，啟動電容均衡系統(tǒng)，直至差壓符合設(shè)定值，主接觸器15吸合，同時給出系統(tǒng)運行正常信號給變頻控制系統(tǒng)的控制單元跟雙向DC/DC的反饋端22。如果超級電容器組件10總電壓過低， 先啟用均衡系統(tǒng)將電壓升至320V，再將主接觸器15吸合，啟動DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5降壓電路給超級電容器組件10充電，充電電流會根據(jù)發(fā)電機組I輸出電流來調(diào)整，當(dāng)電壓達到460V 時，停止DC/DC裝置5降壓功能，同時給出系統(tǒng)運行正常信號給變頻控制系統(tǒng)的控制單元跟DC/DC轉(zhuǎn)換裝置的反饋端22。如果上述三方面都沒有問題，則主接觸器15會自動吸合， 超級電容器組件10與DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5連接。在聯(lián)機工作中，當(dāng)發(fā)動機組I輸出電流小于500A時，DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5中的雙向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置向超級電容器組件10充電，充電電流會根據(jù)發(fā)電機組I輸出電流即電流互感器2發(fā)送到DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5的值跟雙向DC/ DC裝置的雙向DC/DC電壓自檢裝置12跟雙向DC/DC電流自檢裝置13來調(diào)整；當(dāng)發(fā)電機組 I輸出電流大于700A時，DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5中雙向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置向提升變頻器3的直流母線放電，放電電流大小由電流互感器2檢測到的值與雙向DC/DC裝置中雙向DC/DC電流自檢裝置13跟雙向DC/DC電壓自檢裝置12比較值決定。當(dāng)提升變頻器3直流母線電壓大于600V時，禁止雙向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置向提升變頻器3直流母線放電。當(dāng)回轉(zhuǎn)變頻器6直流母線電壓大于600V時，DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5中單項DC/DC轉(zhuǎn)換裝置向超級電容器組件10充電。充電電流的大小根據(jù)單項DC/DC的單項DC/DC電壓自檢裝置17跟單項DC/DC電流自檢18決定。在節(jié)能裝置運行過程中，電容管理及其均衡組件8在線監(jiān)測電容的電壓，電流及溫度是否正常，并通過反饋端22升降壓信號端20與DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5連接。如果有問題，則主接觸器15會自動與DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5斷開，起到保護超級電容器組件10的作用。 另外超級電容器組件10與DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5連有熔斷器14，對超級電容器組件10起到保護作用。此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種船用抓斗挖掘機的節(jié)能裝置，其特征是由電流互感器、提升變頻器、提升電機、回轉(zhuǎn)變頻器、回轉(zhuǎn)電機、超級電容組件、電容管理及其均衡組件和DC/DC轉(zhuǎn)換裝置組成， 所述DC/DC轉(zhuǎn)換裝置由正反兩個方向工作的雙向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置與單向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置組成，所述提升變頻器、回轉(zhuǎn)變頻器和電容管理及其均衡組件與發(fā)電機組相連，所述提升變頻器和回轉(zhuǎn)變頻器并聯(lián)設(shè)置，所述提升變頻器與提升電機串連，所述回轉(zhuǎn)變頻器與回轉(zhuǎn)電機串連，所述雙向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置一端與提升變頻器直流母線相連，一端與超級電容相連，所述單向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置一端與回轉(zhuǎn)變頻器相連，一端與超級電容相連，所述DC/DC轉(zhuǎn)換裝置設(shè)有電源電路，控制電路，所述電源電路與電容管理及其均衡組件相連，所述控制電路與電容管理及其均衡組件和電流互感器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用抓斗挖掘機的節(jié)能裝置，其特征是DC/DC轉(zhuǎn)換裝置的 220V電源電路與電容均衡及其管理組件相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用抓斗挖掘機的節(jié)能裝置，其特征是所述的DC/DC轉(zhuǎn)換裝置的升壓信號端、降壓信號端、反饋端與電容均衡及其管理組件相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用抓斗挖掘機的節(jié)能裝置，其特征是雙向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置的控制電路與電流互感器相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用抓斗挖掘機的節(jié)能裝置，其特征是所述的雙向DC/DC 轉(zhuǎn)換裝置與提升變頻器相連的導(dǎo)線上設(shè)置有雙向DC/DC電壓自檢裝置、雙向DC/DC電流自檢裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用抓斗挖掘機的節(jié)能裝置，其特征是所述的單向DC/DC 轉(zhuǎn)換裝置與回轉(zhuǎn)變頻器相連的導(dǎo)線上設(shè)置有單向DC/DC電壓自檢裝置、單向DC/DC電流自檢裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用抓斗挖掘機的節(jié)能裝置，其特征是還設(shè)置有節(jié)能柜，所述的DC/DC轉(zhuǎn)換裝置、電容管理及其均衡組件、超級電容器組件設(shè)置在節(jié)能柜中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種船用抓斗挖掘機的節(jié)能裝置，該船用抓斗挖掘機的節(jié)能裝置，DC/DC轉(zhuǎn)換裝置由正反兩個方向工作的雙向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置與單向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置組成，提升變頻器、回轉(zhuǎn)變頻器和電容管理及其均衡組件與發(fā)電機組相連，提升變頻器和回轉(zhuǎn)變頻器并聯(lián)設(shè)置，提升變頻器與提升電機串連，回轉(zhuǎn)變頻器與回轉(zhuǎn)電機串連，雙向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置一端與提升變頻器直流母線相連，一端與超級電容相連，單向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置一端與回轉(zhuǎn)變頻器相連，一端與超級電容相連，DC/DC轉(zhuǎn)換裝置設(shè)有電源電路，控制電路，所述電源電路與電容管理及其均衡組件相連，控制電路與電容管理及其均衡組件和電流互感器相連。
文檔編號E02F9/20GK102535563SQ20111045110
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者劉金濤, 宓祖田, 曾軍, 肖奇斌, 薛有民 申請人:杭州杭重工程機械有限公司