本發(fā)明涉及一種液電混合驅(qū)動(dòng)摩擦式超級(jí)電容礦井提升機(jī)及控制方法，屬于礦井提升機(jī)電動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域，尤其涉及電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)能量回收及這部分能量的再生利用的控制方案。

背景技術(shù)：

礦井提升機(jī)是用于礦山的一種大型提升機(jī)械設(shè)備，由提升電動(dòng)機(jī)、減速器、主軸裝置、制動(dòng)裝置、電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和操作臺(tái)等組成；提升機(jī)動(dòng)力部分由高壓電機(jī)帶動(dòng)，以提升機(jī)卷筒帶動(dòng)鋼絲繩從而使在井筒中升降，完成輸送任務(wù)；當(dāng)前的礦井提升機(jī)使用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)控制，并且具有提升量大，速度快，可控性好，安全性高，已經(jīng)在重型礦山領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用；但是由于礦井提升機(jī)需要負(fù)載重型物體，在啟動(dòng)制動(dòng)過(guò)程中會(huì)消耗大量能量，使得能量利用率不高；雖然目前有采用可向電網(wǎng)饋電的有源整流型的級(jí)聯(lián)型高壓變頻技術(shù)，可以將提升機(jī)在制動(dòng)和下放重物過(guò)程中提升電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電能饋送到電網(wǎng)；但貿(mào)然向電網(wǎng)饋電可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)功率不平衡；從而產(chǎn)生不安全因素；而且如果在饋電過(guò)程中控制不當(dāng)，還會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染；

2013年公布的一項(xiàng)專利公開(kāi)了一種基于液電混合驅(qū)動(dòng)的礦井提升機(jī)，專利號(hào)為CN 103241606 A；此專利使用儲(chǔ)能器儲(chǔ)存液壓能和向電網(wǎng)饋電的方式來(lái)儲(chǔ)存制動(dòng)和下放重物時(shí)的能量，但存在以下問(wèn)題：

上述的電網(wǎng)饋電問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)不穩(wěn)定，且電能受益者不為用戶；

閥控系統(tǒng)存在較大的節(jié)流損失，導(dǎo)致在控制過(guò)程中儲(chǔ)存能量流失；

使用的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器體積巨大，造價(jià)昂貴，經(jīng)濟(jì)性不高；

同年，2013年公布的另一項(xiàng)專利公開(kāi)了一種基于超級(jí)電容儲(chǔ)能的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能控制器及控制方法，專利號(hào)為CN103647500 A；此專利使用超級(jí)電容來(lái)進(jìn)行能量存儲(chǔ)及利用的方法；但此方法僅僅適用于低壓電機(jī)情況，回收電能少；在高壓電機(jī)情況下無(wú)法完全進(jìn)行大量的制動(dòng)能量回收，可能會(huì)導(dǎo)致母線電壓過(guò)高將電路元件燒壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種液電混合驅(qū)動(dòng)摩擦式超級(jí)電容礦井提升機(jī)及其控制方法，用于提升電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)能量回收及這部分能量的再生利用，降低能耗，節(jié)約能源成本；本發(fā)明適用于礦井提升機(jī)為摩擦式的單滾筒等形式；

本發(fā)明所述的液電混合驅(qū)動(dòng)摩擦式超級(jí)電容礦井提升機(jī)，包括礦井提升機(jī)卷筒、提升下天輪、上天輪、提升繩、罐籠一、罐籠二、尾繩、閘控系統(tǒng)、提升電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器，其特征是還包括轉(zhuǎn)速傳感器、控制器、電磁離合器、液壓泵/馬達(dá)、液壓蓄能回路、高壓變頻器、超級(jí)電容、雙向DC/DC變換器、直流母線側(cè)電壓檢測(cè)電路、超級(jí)電容側(cè)電壓檢測(cè)電路；罐籠一，罐籠二分別與提升繩連接，提升繩通過(guò)上天輪，下天輪與礦井提升機(jī)卷筒連接；礦井提升機(jī)卷筒通過(guò)第一聯(lián)軸器、減速器、第二聯(lián)軸器與提升電動(dòng)機(jī)輸出軸相連接；提升電動(dòng)機(jī)輸出軸通過(guò)第三聯(lián)軸器或電磁離合器與第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)輸出軸相連；第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)通過(guò)管路與液壓蓄能回路連接；當(dāng)使用第三聯(lián)軸器時(shí)，液壓蓄能回路包含第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)、第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)、第Ⅰ二位二通電磁閥、第Ⅱ二位二通電磁閥、蓄能器、溢流閥、油箱，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)的pA油口通過(guò)管路分別與第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)的A油口、第Ⅰ二位二通電磁閥的第一油口連接，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)的pB油口通過(guò)管路分別與第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)的B油口、第Ⅰ二位二通電磁閥的第二油口、油箱連接，第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)輸出軸與第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸同軸連接，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)的D油口與油箱相連，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)的C油口通過(guò)管路分別與第Ⅱ二位二通電磁閥的第一油口、溢流閥的進(jìn)油口相連，第Ⅱ二位二通電磁閥的第二油口與蓄能器的進(jìn)油口相連，溢流閥的出油口與油箱聯(lián)通；當(dāng)使用電磁離合器時(shí)，液壓蓄能回路中取消了第Ⅰ二位二通電磁閥；提升電動(dòng)機(jī)的輸入端連接到高壓變頻器上；高壓變頻器包含變壓器、二極管整流橋、三電平逆變器，變壓器輸入端接入高壓三相電網(wǎng)，其輸出端接入二極管整流橋的三相交流輸入端，二極管整流橋的直流輸出端為直流母線，逆變器的直流端掛接在直流母線上，逆變器的三相交流端接于提升電動(dòng)機(jī)輸入端；雙向DC/DC變換器輸入端并聯(lián)接于直流母線上；

雙向DC/DC變換器包含：n個(gè)直流母線側(cè)濾波電容，n個(gè)電感，2n個(gè)全控電路，n個(gè)超級(jí)電容側(cè)濾波電容，n為正整數(shù)，每個(gè)個(gè)直流母線側(cè)濾波電容，一個(gè)電感，兩個(gè)全控電路與一個(gè)超級(jí)電容側(cè)濾波電容組成一組功率變換器，n組功率變換器并聯(lián)組成了雙向DC/DC變換器，任何其中一組功率變換器的特征是：直流母線側(cè)濾波電容跨接在直流母線上，直流母線低壓端與超級(jí)電容高壓端相連，第一個(gè)全控電路的發(fā)射極連接至直流母線的高壓端上，第一個(gè)全控電路的集電極與第二個(gè)全控電路的發(fā)射極相連，第二個(gè)全控電路的集電極與超級(jí)電容側(cè)低壓端相連，在兩個(gè)全控電路中點(diǎn)連接電感的一端，電感的另一端連接至直流母線低壓端，超級(jí)電容側(cè)濾波電容跨接在超級(jí)電容側(cè)；

雙向DC/DC變換器輸出端接有超級(jí)電容；直流母線側(cè)電壓檢測(cè)電路兩端分別接于雙向DC/DC變換器輸入端兩側(cè)；超級(jí)電容側(cè)電壓檢測(cè)電路兩端分別接于雙向DC/DC變換器輸出端兩側(cè)；直流母線側(cè)電壓檢測(cè)電路的輸出信號(hào)、超級(jí)電容側(cè)電壓檢測(cè)電路的輸出信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線與控制器連接；轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量提升電動(dòng)機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速大??；轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線與控制器連接，控制器的輸出信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線與液壓蓄能回路的控制端、高壓變頻器的控制端、雙向DC/DC變換器的控制端相連。

所述的第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)，為電子比例控制的雙方向擺動(dòng)的變量泵/馬達(dá)。

所述的二極管整流橋是通過(guò)高壓變壓器接入三相電網(wǎng)，由4n個(gè)高壓整流二極管橋接，n為正整數(shù)。

所述高壓變頻器，包含變壓器、二極管整流橋、三電平逆變器；變壓器輸入端接入高壓三相電網(wǎng)，變壓器輸出端接入二極管整流橋的三相交流輸入端；二極管整流橋的直流輸出端為直流母線；三電平逆變器的直流端掛接在直流母線上；逆變器的三相交流端接于提升電動(dòng)機(jī)輸入端；三電平逆變器為三電平中點(diǎn)箝位逆變器。

所述的控制器包括下述任意一種：

（1）電子控制單元；

（2）由控制計(jì)算機(jī)、微控單元、數(shù)字信號(hào)處理器連接而成的控制器；控制計(jì)算機(jī)端通過(guò)通訊接口與微控單元相連接，微控單元通過(guò)串行外設(shè)接口分別與兩個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器相連，數(shù)字信號(hào)處理器分別與IGBT驅(qū)動(dòng)相連，控制計(jì)算機(jī)端對(duì)三電平逆變器端數(shù)字信號(hào)處理器發(fā)出對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)進(jìn)行SVPWM調(diào)制的信號(hào)，對(duì)雙向DC/DC端數(shù)字信號(hào)處理器發(fā)出對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)進(jìn)行PWM調(diào)制的信號(hào)。

所述液壓回路，包括下述任意一種：

（1）第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)的第一油口pA通過(guò)管路分別與第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)的第一油口A、第Ⅰ二位二通電磁閥的第一油口連接，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)的第二油口pB通過(guò)管路分別與第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)的第二油口B、第Ⅰ二位二通電磁閥的第二油口、油箱連接，第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)輸出軸與第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸同軸連接，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)的第二油口D與油箱相連，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)的第一油口C通過(guò)管路分別與第Ⅱ二位二通電磁閥的第一油口、溢流閥的進(jìn)油口相連，第Ⅱ二位二通電磁閥的第二油口與蓄能器的進(jìn)油口相連，溢流閥的出油口與油箱聯(lián)通；

（2）第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)的第一油口pA通過(guò)管路與第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)的第一油口A連接，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)的第二油口pB與第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)的第二油口B通過(guò)管路分別與油箱連接，第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)輸出軸與第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸同軸連接，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)的第二油口D與油箱相連，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)的第一油口C通過(guò)管路分別與二位二通電磁閥的第一油口、溢流閥的進(jìn)油口相連，二位二通電磁閥的第二油口與蓄能器的進(jìn)油口相連，溢流閥的出油口與油箱聯(lián)通。

本發(fā)明所采取的一種用與上述液電混合驅(qū)動(dòng)摩擦式超級(jí)電容礦井提升機(jī)的控制方法，現(xiàn)以使用其中一種控制方法舉例，其具體控制方法如下：

當(dāng)罐籠一載有重物，且加速下行時(shí)，此時(shí)提升電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，高壓變頻器直流母線電壓升高，直流母線電壓傳感器、超級(jí)電容電壓傳感器與轉(zhuǎn)速傳感器工作，輸出信號(hào)傳入控制器；控制器通過(guò)計(jì)算發(fā)出控制指令到雙向DC/DC變換器，雙向DC/DC變換器工作使超級(jí)電容充電；同時(shí)控制器控制第Ⅰ二位二通電磁閥斷開(kāi)，同時(shí)控制第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)擺角方向?yàn)榉聪?；此時(shí)，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)作為液壓馬達(dá)工作，第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)作為液壓泵工作，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)作為液壓馬達(dá)工作；控制器同時(shí)控制第Ⅱ二位二通電磁閥斷開(kāi)，使蓄能器與第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)的C油口聯(lián)通，蓄能器儲(chǔ)存能量；

當(dāng)罐籠一載有重物，且近似勻速下行時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)速傳感器工作，輸出信號(hào)傳入控制器；控制器通過(guò)計(jì)算發(fā)出控制指令，控制第Ⅰ二位二通電磁閥閉合，同時(shí)控制第Ⅱ二位二通電磁閥閉合；此時(shí)，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)的PA油口與PB油口均與油箱聯(lián)通，液壓回路對(duì)提升電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行無(wú)影響，提升電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行；同時(shí)蓄能器蓄有能量；

當(dāng)罐籠一載有重物，且制動(dòng)下行時(shí)，此時(shí)提升電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，高壓變頻器直流母線電壓降低，直流母線電壓傳感器、超級(jí)電容電壓傳感器與轉(zhuǎn)速傳感器工作，輸出信號(hào)傳入控制器；控制器通過(guò)計(jì)算發(fā)出控制指令到雙向DC/DC變換器，雙向DC/DC變換器工作使超級(jí)電容放電；同時(shí)控制器控制第Ⅰ二位二通電磁閥斷開(kāi)，同時(shí)控制第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)擺角方向?yàn)檎?；此時(shí)，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)作為液壓泵工作，第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)作為液壓馬達(dá)工作，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)作為液壓泵工作；控制器同時(shí)控制第Ⅱ二位二通電磁閥斷開(kāi)，使蓄能器與第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)的C油口聯(lián)通，蓄能器釋放能量；

當(dāng)罐籠一載有重物，且加速提升時(shí)，此時(shí)提升電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，高壓變頻器直流母線電壓降低，直流母線電壓傳感器、超級(jí)電容電壓傳感器與轉(zhuǎn)速傳感器工作，輸出信號(hào)傳入控制器；控制器通過(guò)計(jì)算發(fā)出控制指令到雙向DC/DC變換器，雙向DC/DC變換器工作使超級(jí)電容放電；控制器同時(shí)控制第Ⅰ二位二通電磁閥斷開(kāi)，同時(shí)控制第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)擺角方向?yàn)榉聪?；此時(shí)，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)作為液壓泵工作，第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)作為液壓馬達(dá)工作，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)作為液壓泵工作；控制器同時(shí)控制二位二通電磁閥斷開(kāi)，使蓄能器與第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)的C油口聯(lián)通，蓄能器釋放能量

當(dāng)罐籠一載有重物，且近似勻速提升時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)速傳感器工作，輸出信號(hào)傳入控制器；控制器通過(guò)計(jì)算發(fā)出控制指令，控制第Ⅰ二位二通電磁閥閉合，同時(shí)控制第Ⅱ二位二通電磁閥閉合；此時(shí)，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)的PA油口與PB油口均與油箱聯(lián)通，液壓回路對(duì)提升電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行無(wú)影響，提升電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行；同時(shí)蓄能器蓄有能量；

當(dāng)罐籠一載有重物，且減速提升時(shí)，此時(shí)提升電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，高壓變頻器直流母線電壓升高，直流母線電壓傳感器、超級(jí)電容電壓傳感器與轉(zhuǎn)速傳感器工作，輸出信號(hào)傳入控制器；控制器通過(guò)計(jì)算發(fā)出控制指令到雙向DC/DC變換器，雙向DC/DC變換器工作使超級(jí)電容充電；控制器同時(shí)控制第Ⅰ二位二通電磁閥斷開(kāi)，同時(shí)控制第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)擺角方向?yàn)檎?；此時(shí)，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)作為液壓馬達(dá)工作，第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)作為液壓泵工作，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)作為液壓馬達(dá)工作；控制器同時(shí)控制二位二通電磁閥斷開(kāi)，使蓄能器與第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)的C油口聯(lián)通，蓄能器儲(chǔ)存能量；

本發(fā)明優(yōu)化了能量的儲(chǔ)存模塊，同時(shí)使用電液方式進(jìn)行儲(chǔ)能，放棄了向電網(wǎng)饋電的方式；使用公知的三電平逆變技術(shù)替代了原有技術(shù)，使得高壓變頻器更穩(wěn)定可靠。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明優(yōu)化了液壓儲(chǔ)能回路使用閥控造成的節(jié)流損失的問(wèn)題，可以進(jìn)一步降低能耗；同時(shí)可以有效降低電路的峰值電流，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；放棄了向電網(wǎng)饋電的方案，消除了對(duì)電網(wǎng)的影響；提高了電能的利用率，使用戶成為最終受益者，提升了經(jīng)濟(jì)性；減小了提升電動(dòng)機(jī)啟停時(shí)的電能負(fù)荷，延長(zhǎng)了電路元件的使用壽命；減小了提升電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)的發(fā)熱，提高了提升電動(dòng)機(jī)的使用壽命。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的示意圖；

圖3是本發(fā)明使用超級(jí)電容的雙向DC/DC變換器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖中：1：礦井提升機(jī)卷筒；2：第一聯(lián)軸器；3：減速器；4：轉(zhuǎn)速傳感器；5：第二聯(lián)軸器；6：提升電動(dòng)機(jī)；7：第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)；8：第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)；9：第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)；10：油箱；11：第Ⅱ二位二通電磁閥；12：蓄能器；13：溢流閥；14：液壓蓄能回路；15：逆變器續(xù)流二極管；16：逆變器IGBT管；17：箝位二極管；；18：三電平逆變器電容；19：三電平逆變器；20：直流母線側(cè)電壓檢測(cè)電路；21：超級(jí)電容側(cè)電壓檢測(cè)電路；22：超級(jí)電容組；23：雙向DC/DC變換器；24：濾波電容；25：二極管整流橋；26：變壓器；27：IGBT驅(qū)動(dòng)；28：DSP處理器；29：MCU單元；30：PC（控制計(jì)算機(jī)）；31：控制器；32：下天輪；33：上天輪；34：提升繩；35：一號(hào)罐籠；36：二號(hào)罐籠；37：尾繩；38：閘控系統(tǒng)；39：第三聯(lián)軸器；40：第Ⅰ二位二通電磁閥；41：電磁離合器；42：直流母線側(cè)濾波電容；43：超級(jí)電容側(cè)濾波電容；44：功率變換器續(xù)流二極管；45：功率變換器IGBT管；46：電感；u1:轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號(hào)；n: 提升電動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速；PA：第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)的第一油口；PB：第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)的第二油口；A：第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)的第一油口；B：第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)的第二油口；C：第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)的第一油口；D：第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)的第二油口；SVPWM：SVPWM調(diào)制；PWM：PWM調(diào)制；u2：直流母線側(cè)電壓信號(hào)；u3：超級(jí)電容側(cè)電壓信號(hào)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做出進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

實(shí)施例1

如圖1所示，本發(fā)明所述的使用超級(jí)電容的的液電混合驅(qū)動(dòng)礦井提升機(jī)Ⅰ選用摩擦式的單滾筒形式，包括礦井提升機(jī)卷筒1，下天輪32，上天輪33，提升繩34，罐籠一35，罐籠二36，尾繩37，閘控系統(tǒng)38，第一聯(lián)軸器2，減速器3，轉(zhuǎn)速傳感器4，第二聯(lián)軸器5，提升電動(dòng)機(jī)6，其特征是還包含第三聯(lián)軸器39，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7，液壓蓄能回路14，三電平逆變器19，濾波電容24，二極管整流橋25，變壓器26，直流母線側(cè)電壓檢測(cè)電路20，雙向DC/DC變換器23，超級(jí)電容側(cè)電壓檢測(cè)電路21，超級(jí)電容組22，控制器31；提升繩34，罐籠一35，罐籠二36分別連接，礦井提升機(jī)卷筒1通過(guò)摩擦帶動(dòng)提升繩34；礦井提升機(jī)卷筒1通過(guò)第一聯(lián)軸器2與減速器3連接，減速器3通過(guò)第二聯(lián)軸器5與提升電動(dòng)機(jī)6連接；轉(zhuǎn)速傳感器4測(cè)量提升電動(dòng)機(jī)6輸出軸的轉(zhuǎn)速；提升電動(dòng)機(jī)6通過(guò)第三聯(lián)軸器39與第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7連接；提升電動(dòng)機(jī)6通過(guò)導(dǎo)線與三電平逆變器19三相輸出端相連；三電平逆變器19的直流端通過(guò)直流母線與二極管整流橋25輸出端相連；二極管整流橋25三相交流輸入端與變壓器26輸出端相連，變壓器26輸入端接入高壓三相電網(wǎng)；雙向DC/DC變換器23并聯(lián)接于直流母線上；直流母線電壓側(cè)檢測(cè)電路20兩端分別接于雙向DC/DC變換器23輸入端兩側(cè)；超級(jí)電容電壓側(cè)檢測(cè)電路21兩端分別接于雙向DC/DC變換器23輸出端兩側(cè)；轉(zhuǎn)速傳感器4的輸出信號(hào)、直流母線側(cè)電壓檢測(cè)電路20的輸出信號(hào)、超級(jí)電容側(cè)電檢測(cè)電路21的輸出信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線與控制器31連接；控制器的輸出信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線與液壓蓄能回路的控制端、高壓變頻器的控制端、雙向DC/DC變換器的控制端相連。

所述液壓蓄能回路14，是配合第三聯(lián)軸器使用的液壓回路1，如圖1所示，包括第Ⅰ二位二通電磁閥40，第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)8，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9，油箱10，第Ⅱ二位二通電磁閥11，蓄能器12，溢流閥13；第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7的pA油口通過(guò)管路分別與第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)8的A油口、第Ⅰ二位二通電磁閥40的第一油口連接，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7的pB油口通過(guò)管路分別與第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)8的B油口、第Ⅰ二位二通電磁閥40的第二油口、油箱連接；第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)8輸出軸與第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9驅(qū)動(dòng)軸同軸連接；第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9的D油口與油箱相連；第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9的C油口通過(guò)管路分別與第Ⅱ二位二通電磁閥11的第一油口、溢流閥13的進(jìn)油口相連，第Ⅱ二位二通電磁閥11的第二油口與蓄能器12的進(jìn)油口相連，溢流閥13的出油口與油箱14聯(lián)通。

圖3所示， 雙向DC/DC變換器23由n組功率變換器并聯(lián)而成，n為正整數(shù)；

功率變換器由直流母線側(cè)濾波電容42，電感46，功率變換器續(xù)流二極管44、功率變換器IGBT管45和超級(jí)電容側(cè)濾波電容43組成；直流母線側(cè)濾波電容42跨接在直流母線上，直流母線低壓端與超級(jí)電容高壓端相連，第一個(gè)全控電路的發(fā)射極連接至直流母線的高壓端上，第一個(gè)全控電路的集電極與第二個(gè)全控電路的發(fā)射極相連，第二個(gè)全控電路的集電極與超級(jí)電容組23側(cè)低壓端相連，在兩個(gè)全控電路中點(diǎn)連接電感46的一端，電感46的另一端連接至直流母線低壓端，超級(jí)電容側(cè)濾波電容43跨接在超級(jí)電容組23側(cè)。

功率變換器續(xù)流二極管44與功率變換器IGBT管45構(gòu)成一個(gè)全控電路；

控制器由DSP處理器28、MCU單元29、PC連接而成；PC端通過(guò)通訊接口與MCU單元相連接，MCU單元通過(guò)串行外設(shè)接口分別與兩個(gè)DSP處理器相連，DSP處理器分別與IGBT驅(qū)動(dòng)相連，PC端對(duì)三電平逆變器端DSP處理器發(fā)出對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)進(jìn)行SVPWM調(diào)制的信號(hào)，對(duì)雙向DC/DC端數(shù)字信號(hào)處理器發(fā)出對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)進(jìn)行PWM調(diào)制的信號(hào)。

圖1所示，本發(fā)明所述的使用超級(jí)電容的的液電混合驅(qū)動(dòng)礦井提升機(jī)Ⅰ，系統(tǒng)的工作過(guò)程是，在提升電動(dòng)機(jī)6啟動(dòng)前，控制器31分別接受直流母線側(cè)電壓檢測(cè)電路20、超級(jí)電容側(cè)電壓檢測(cè)電路21所發(fā)出的電壓信號(hào)，從而發(fā)出控制指令，控制雙向DC/DC變換器23工作，為超級(jí)電容組22充電；當(dāng)超級(jí)電容組22電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值，直流母線側(cè)電壓檢測(cè)電路20、超級(jí)電容側(cè)電壓檢測(cè)電路21所發(fā)出的電壓信號(hào)傳入控制器31，控制器31發(fā)出指令使三電平逆變器19工作，提升電動(dòng)機(jī)6得電啟動(dòng)；控制器31同時(shí)發(fā)出信號(hào)到雙向DC/DC變換器23，使超級(jí)電容組放電，輔助提升電動(dòng)機(jī)6啟動(dòng)；控制器31同時(shí)控制第Ⅰ二位二通電磁閥40閉合，使得第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7的PA油口與PB油口均與油箱聯(lián)通，液壓蓄能回路14對(duì)提升電動(dòng)機(jī)6的啟動(dòng)沒(méi)有影響；當(dāng)提升電動(dòng)機(jī)6啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)速傳感器4工作，輸出信號(hào)傳入控制器31，控制器31通過(guò)與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速進(jìn)行比對(duì)，達(dá)到預(yù)設(shè)值后控制器31發(fā)出信號(hào)控制雙向DC/DC變換器23停止工作；同時(shí)控制器31控制第Ⅰ二位二通電磁閥40斷開(kāi)，使得第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7與第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)8的PA油口與A油口、PB油口與B油口聯(lián)通，提升電動(dòng)機(jī)6正常工作。

提升電動(dòng)機(jī)7通過(guò)礦井提升機(jī)卷筒1、上天輪33、下天輪32、提升繩34帶動(dòng)罐籠一35、罐籠二36運(yùn)動(dòng)；提升電動(dòng)機(jī)6啟動(dòng)后，提升電動(dòng)機(jī)6可能工作在四象限中某個(gè)狀態(tài):

當(dāng)罐籠一35制動(dòng)下行時(shí)或罐籠二36加速提升時(shí)，提升電動(dòng)機(jī)6運(yùn)行在正轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)下；由于提升電動(dòng)機(jī)處于正轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，因此高壓變頻器直流母線側(cè)電壓降低，直流母線電壓傳感器20與超級(jí)電容電壓傳感器21工作，輸出信號(hào)傳入控制器31；控制器31通過(guò)計(jì)算發(fā)出控制指令到雙向DC/DC變換器23，雙向DC/DC變換器23工作使超級(jí)電容組22放電；同時(shí)轉(zhuǎn)速傳感器4工作，輸出信號(hào)傳入控制器31；控制器31通過(guò)計(jì)算發(fā)出控制指令，控制第Ⅰ二位二通電磁閥40斷開(kāi)，使得第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7與第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)8的PA油口與A油口連通，PB油口與B油口連通；控制器31同時(shí)控制第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9擺角方向處于正向；此時(shí)，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7作為液壓泵工作，第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)8作為液壓馬達(dá)工作，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9作為液壓泵工作；控制器31同時(shí)控制第Ⅱ二位二通電磁閥11斷開(kāi)，使第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)的C油口9聯(lián)通蓄能器12，蓄能器12向第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9輸送高壓油，高壓油經(jīng)由第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9進(jìn)入油箱10，蓄能器12釋放能量。

當(dāng)罐籠一35加速下行時(shí)或罐籠二36減速提升時(shí)，提升電動(dòng)機(jī)6運(yùn)行在正轉(zhuǎn)回饋制動(dòng)狀態(tài)下；由于提升電動(dòng)機(jī)6處于正轉(zhuǎn)發(fā)電狀態(tài)，電能會(huì)經(jīng)由三電平逆變器19，使得直流母線電壓升高；直流母線電壓傳感器20與超級(jí)電容電壓傳感器21分別工作，輸出信號(hào)傳入控制器31；控制器31通過(guò)計(jì)算發(fā)出控制指令到雙向DC/DC變換器23，雙向DC/DC變換器23工作使超級(jí)電容組22充電；同時(shí)轉(zhuǎn)速傳感器4工作，輸出信號(hào)傳入控制器31；控制器31通過(guò)計(jì)算發(fā)出控制指令，控制第Ⅰ二位二通電磁閥40斷開(kāi)，使得第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7與第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)8的PA油口與A油口連通，PB油口與B油口連通；控制器31同時(shí)控制第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9擺角方向處于反向，此時(shí)，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7作為液壓馬達(dá)工作，第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)8作為液壓泵工作，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9作為液壓馬達(dá)工作；控制器31同時(shí)控制第Ⅱ二位二通電磁閥11斷開(kāi)，使得第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9的C油口聯(lián)通蓄能器12，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9從油箱10向蓄能器12輸送高壓油，蓄能器12儲(chǔ)存能量。

當(dāng)罐籠一35加速提升時(shí)或罐籠二36制動(dòng)下行時(shí)，提升電動(dòng)機(jī)6運(yùn)行在反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)下；由于提升電動(dòng)機(jī)處于反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，因此高壓變頻器直流母線側(cè)電壓降低，直流母線電壓傳感器20與超級(jí)電容電壓傳感器21工作，輸出信號(hào)傳入控制器31；控制器31通過(guò)計(jì)算發(fā)出控制指令到雙向DC/DC變換器23，雙向DC/DC變換器23工作使超級(jí)電容組22放電；同時(shí)轉(zhuǎn)速傳感器4工作，輸出信號(hào)傳入控制器31；控制器31通過(guò)計(jì)算發(fā)出控制指令，控制第Ⅰ二位二通電磁閥40斷開(kāi)，使得第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7與第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)8的PA油口與A油口連通，PB油口與B油口連通；控制器31同時(shí)控制第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9擺角方向處于反向；此時(shí)，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7作為液壓泵工作，第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)8作為液壓馬達(dá)工作，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9作為液壓泵工作；控制器31同時(shí)控制第Ⅱ二位二通電磁閥11斷開(kāi)，使第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)的C油口9聯(lián)通蓄能器12，蓄能器12向第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9輸送高壓油，高壓油經(jīng)由第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9進(jìn)入油箱10，蓄能器12釋放能量。

當(dāng)罐籠一35減速提升時(shí)或罐籠二36加速下行時(shí)，提升電動(dòng)機(jī)6運(yùn)行在反轉(zhuǎn)回饋制動(dòng)狀態(tài)下；由于提升電動(dòng)機(jī)6處于反轉(zhuǎn)發(fā)電狀態(tài)，電能會(huì)經(jīng)由三電平逆變器19，使得直流母線電壓升高；直流母線電壓傳感器20與超級(jí)電容電壓傳感器21分別工作，輸出信號(hào)傳入控制器31；控制器31通過(guò)計(jì)算發(fā)出控制指令到雙向DC/DC變換器23，雙向DC/DC變換器23工作使超級(jí)電容組22充電；同時(shí)轉(zhuǎn)速傳感器4工作，輸出信號(hào)傳入控制器31；控制器31通過(guò)計(jì)算發(fā)出控制指令，控制第Ⅰ二位二通電磁閥40斷開(kāi)，使得第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7與第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)8的PA油口與A油口連通，PB油口與B油口連通；控制器31同時(shí)控制第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9擺角方向處于正向，此時(shí)，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7作為液壓馬達(dá)工作，第Ⅱ液壓泵/馬達(dá)8作為液壓泵工作，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9作為液壓馬達(dá)工作；控制器31同時(shí)控制第Ⅱ二位二通電磁閥11斷開(kāi)，使得第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9的C油口聯(lián)通蓄能器12，第Ⅲ液壓泵/馬達(dá)9從油箱10向蓄能器12輸送高壓油，蓄能器12儲(chǔ)存能量。

當(dāng)提升電動(dòng)機(jī)6工作在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)速傳感器4工作，輸出信號(hào)傳入控制器31；控制器31通過(guò)計(jì)算發(fā)出控制指令，控制第Ⅰ二位二通電磁閥40閉合，同時(shí)控制第Ⅱ二位二通電磁閥12閉合；此時(shí)，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)的PA油口與PB油口均與油箱聯(lián)通，液壓回路對(duì)提升電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行無(wú)影響；同時(shí)蓄能器蓄有高壓油。

實(shí)施例2

如圖2所示，實(shí)施例2的工作原理與結(jié)構(gòu)組成與實(shí)施例1類似，其區(qū)別在于：使用電磁離合器41替代了第三聯(lián)軸器39，并且去掉了第Ⅰ二位二通電磁閥40。

實(shí)施例2與實(shí)施例1的工作過(guò)程類似，其區(qū)別在于：具體實(shí)施方式1中，當(dāng)控制器31控制第Ⅰ二位二通電磁閥40閉合時(shí)，通過(guò)控制器31控制電磁離合器41斷開(kāi)；此時(shí)第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7驅(qū)動(dòng)軸與提升電動(dòng)機(jī)6的輸出軸斷開(kāi)，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7停止工作，液壓蓄能回路14中無(wú)能量流動(dòng)；具體實(shí)施方式1中，當(dāng)控制器31控制第Ⅰ二位二通電磁閥40斷開(kāi)時(shí)，具體實(shí)施方式2通過(guò)控制器31控制電磁離合器41閉合；此時(shí)第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7驅(qū)動(dòng)軸與提升電動(dòng)機(jī)6的輸出軸連接，第Ⅰ液壓泵/馬達(dá)7開(kāi)始工作，液壓蓄能回路14中開(kāi)始能量流動(dòng)。