專利名稱：一種船用抓斗挖掘機(jī)的節(jié)能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種船用抓斗挖掘機(jī)的節(jié)能裝置，特別是一種利用超級(jí)電容作為緩沖動(dòng)力源的節(jié)能裝置，應(yīng)用于船用抓斗挖掘機(jī)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(huì)跟企業(yè)共同關(guān)注的話
題。因?yàn)樗粌H能夠減少社會(huì)的能源損耗，減輕環(huán)境的負(fù)擔(dān)，而且能夠增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。船用抓斗挖掘機(jī)因?yàn)樽鳂I(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(dòng)到卸載船位置。卸載泥沙，然后再轉(zhuǎn)會(huì)原來(lái)位置，完成一個(gè)作業(yè)周期。在整個(gè)過(guò)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(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生再生能量，此部分能量目前的處理方法是通過(guò)能耗電阻消耗掉，白白浪費(fèi)掉。具體為船用抓斗挖掘機(jī)采用的是PLC變頻控制系統(tǒng)，在產(chǎn)生再生能量時(shí)，交流電機(jī)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(dòng)單元(DBU)檢測(cè)直流母線電壓，當(dāng)母線電壓升高到制動(dòng)單元打開的設(shè)定值時(shí)，DBU的IGBT打開，電流通過(guò)能耗電阻，以熱能的方式消耗再生制動(dòng)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(gè)作業(yè)過(guò)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(fèi)了，這些包括了 抓斗下放過(guò)程中和回轉(zhuǎn)制動(dòng)過(guò)程中消耗在能耗電阻上的制動(dòng)能量，以及能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的消耗等等。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、能高效的回收浪費(fèi)的能量、工作安全可靠、運(yùn)行穩(wěn)定的船用抓斗挖掘機(jī)的節(jié)能裝置。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該船用抓斗挖掘機(jī)的節(jié)能裝置，其特點(diǎn)是由電流互感器、提升變頻器、提升電機(jī)、回轉(zhuǎn)變頻器、回轉(zhuǎn)電機(jī)、超級(jí)電容器組件、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(gè)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(jī)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(jī)串連，所述回轉(zhuǎn)變頻器與回轉(zhuǎn)電機(jī)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(jí)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(jí)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。本實(shí)用新型所述的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。[0008]本實(shí)用新型所述的DC/DC轉(zhuǎn)換裝置的升壓信號(hào)端、降壓信號(hào)端、反饋端與電容均衡及其管理組件相連。本實(shí)用新型所述的雙向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置的控制電路與電流互感器相連。本實(shí)用新型所述的雙向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。本實(shí)用新型所述的單向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。本實(shí)用新型還設(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(jí)電容器組件設(shè)置在節(jié)能柜中。本實(shí)用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)及效果(I)功率補(bǔ)償功能——該節(jié)能裝置可在保證主機(jī)性能及各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)符合要求的前提下，降低主機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)功率，減少發(fā)動(dòng)機(jī)組的負(fù)荷，從而達(dá)到節(jié)能的目的。(2)再生能源回收功能——該裝置在挖掘機(jī)的抓斗下降的過(guò)程中，可高效的回收下降過(guò)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(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命一該系統(tǒng)可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況，降低對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的沖擊，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終平穩(wěn)的工作在輕負(fù)荷下。(4)節(jié)油功能——采用了該裝置以后，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)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(guò)程中產(chǎn)生的再生電能，從而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗。本實(shí)用新型技術(shù)方案的使用，有效的把消耗在能耗電阻上的再生能量?jī)?chǔ)存起來(lái)加以利用，不但可以減少浪費(fèi)，而且還可以降低對(duì)柴油機(jī)功率的需求。由此可以得知，儲(chǔ)存和利用船用抓斗挖掘機(jī)再生制動(dòng)能量的研究與運(yùn)用將有重大的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)利益。整個(gè)裝置設(shè)計(jì)合理，工作過(guò)程智能可靠。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明發(fā)電機(jī)組I、電流互感器2、提升變頻器3、提升電機(jī)4、DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5、回轉(zhuǎn)變頻器6、回轉(zhuǎn)電機(jī)7、電容管理及其均衡組件8、節(jié)能柜9、超級(jí)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(jí)電容輸出電流自檢裝置16、單項(xiàng)DC/DC電壓自檢裝置17、單項(xiàng)DC/DC電流自檢18、24V電源19、升降壓信號(hào)端20、AC220V電源21、反饋端22。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以下實(shí)施例是對(duì)本實(shí)用新型的解釋而本實(shí)用新型并不局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例I :如圖I所示，本實(shí)施例由發(fā)電機(jī)組I、電流互感器2、提升變頻器3、提升電機(jī)4、DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5、回轉(zhuǎn)變頻器6、回轉(zhuǎn)電機(jī)7、電容管理及其均衡組件8、節(jié)能柜9、超級(jí)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(jí)電容輸出電流自檢裝置16、單項(xiàng)DC/DC電壓自檢裝置17、單項(xiàng)DC/DC電流自檢18組成。[0023]DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5由正反兩個(gè)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(jī)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(jī)4串連，所述回轉(zhuǎn)變頻器6與回轉(zhuǎn)電機(jī)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(jí)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(jí)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(hào)端20、AC220V電源21、反饋端22，所述24V電源19、升降壓信 號(hào)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(shí)，通過(guò)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(jí)電容器組件10整體的電壓和電容溫度。如果電壓差值過(guò)大，主接觸器15不會(huì)吸合，啟動(dòng)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(shí)給出系統(tǒng)運(yùn)行正常信號(hào)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(jí)電容器組件10總電壓過(guò)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(dòng)DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5降壓電路給超級(jí)電容器組件10充電，充電電流會(huì)根據(jù)發(fā)電機(jī)組I輸出電流來(lái)調(diào)整，當(dāng)電壓達(dá)到460V時(shí)，停止DC/DC裝置5降壓功能，同時(shí)給出系統(tǒng)運(yùn)行正常信號(hào)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(méi)有問(wèn)題，則主接觸器15會(huì)自動(dòng)吸合，超級(jí)電容器組件10與DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5連接。在聯(lián)機(jī)工作中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)組I輸出電流小于500A時(shí)，DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5中的雙向DC/DC轉(zhuǎn)換裝置向超級(jí)電容器組件10充電，充電電流會(huì)根據(jù)發(fā)電機(jī)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(lái)調(diào)整；當(dāng)發(fā)電機(jī)組I輸出電流大于700A時(shí)，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(cè)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(shí)，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(shí)，DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5中單項(xiàng)DC/DC轉(zhuǎn)換裝置向超級(jí)電容器組件10充電。充電電流的大小根據(jù)單項(xiàng)DC/DC的單項(xiàng)DC/DC電壓自檢裝置17跟單項(xiàng)DC/DC電流自檢18決定。在節(jié)能裝置運(yùn)行過(guò)程中，電容管理及其均衡組件8在線監(jiān)測(cè)電容的電壓，電流及溫度是否正常，并通過(guò)反饋端22升降壓信號(hào)端20與DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5連接。如果有問(wèn)題，則主接觸器15會(huì)自動(dòng)與DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5斷開，起到保護(hù)超級(jí)電容器組件10的作用。另外超級(jí)電容器組件10與DC/DC轉(zhuǎn)換裝置5連有熔斷器14，對(duì)超級(jí)電容器組件10起到保護(hù)作用。此外，需要說(shuō)明的是，本說(shuō)明書中所描述的具體實(shí)施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本實(shí)用新型專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效或簡(jiǎn)單變化，均包括于本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種船用抓斗挖掘機(jī)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(jī)、回轉(zhuǎn)變頻器、回轉(zhuǎn)電機(jī)、超級(jí)電容器組件、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(gè)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(jī)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(jī)串連，所述回轉(zhuǎn)變頻器與回轉(zhuǎn)電機(jī)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(jí)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(jí)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(jī)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(jī)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(hào)端、降壓信號(hào)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jí)電容器組件設(shè)置在節(jié)能柜中。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種船用抓斗挖掘機(jī)的節(jié)能裝置，該船用抓斗挖掘機(jī)的節(jié)能裝置，DC/DC轉(zhuǎn)換裝置由正反兩個(gè)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(jī)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(jī)串連，回轉(zhuǎn)變頻器與回轉(zhuǎn)電機(jī)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(jí)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(jí)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(hào)E02F9/20GK202544010SQ20112056371
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)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(qǐng)人:杭州杭重工程機(jī)械有限公司