专利名称：一种船用抓斗挖掘机的节能装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种船用抓斗挖掘机的节能装置，特别是一种利用超级电容作为缓冲动力源的节能装置，应用于船用抓斗挖掘机中。
背景技术：
现有的在能源日趋严峻的今天，节能减排已经成为了社会跟企业共同关注的话
题。因为它不仅能够减少社会的能源损耗，减轻环境的负担，而且能够增加企业的经济效益。船用抓斗挖掘机因为作业情况的特殊性，抓斗从高位置下放到水下，抓取水下泥沙，升高到高位置，转动到卸载船位置。卸载泥沙，然后再转会原来位置，完成一个作业周期。在整个过程中，抓斗提升跟回转需要消耗外部能量，在抓斗下放跟回转制动过程中产生再生能量，此部分能量目前的处理方法是通过能耗电阻消耗掉，白白浪费掉。具体为船用抓斗挖掘机采用的是PLC变频控制系统，在产生再生能量时，交流电机工作在发电状态，电能回馈到直流母线，使直流母线电压升高，制动单元(DBU)检测直流母线电压，当母线电压升高到制动单元打开的设定值时，DBU的IGBT打开，电流通过能耗电阻，以热能的方式消耗再生制动能量，从而使母线电压保持在正常范围内。按照能量守恒，理论上整个作业过程所需消耗的能量只需要目前所需消耗的60%。这就意味着目前有40%的能量是白白浪费了，这些包括了 抓斗下放过程中和回转制动过程中消耗在能耗电阻上的制动能量，以及能量转换过程中产生的消耗等等。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、能高效的回收浪费的能量、工作安全可靠、运行稳定的船用抓斗挖掘机的节能装置。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是该船用抓斗挖掘机的节能装置，其特点是由电流互感器、提升变频器、提升电机、回转变频器、回转电机、超级电容器组件、电容管理及其均衡组件和DC/DC转换装置组成，所述DC/DC转换装置由正反两个方向工作的双向DC/DC转换装置与单向DC/DC转换装置组成，所述提升变频器、回转变频器和电容管理及其均衡组件与发电机组相连，所述提升变频器和回转变频器并联设置，所述提升变频器与提升电机串连，所述回转变频器与回转电机串连，所述双向DC/DC转换装置一端与提升变频器直流母线相连，一端与超级电容相连，所述单向DC/DC转换装置一端与回转变频器相连，一端与超级电容相连，所述DC/DC转换装置设有电源电路，控制电路，所述电源电路与电容管理及其均衡组件相连，所述控制电路与电容管理及其均衡组件和电流互感器相连。本实用新型所述的DC/DC转换装置的220V电源电路与电容均衡及其管理组件相连。由电容均衡及其管理组件供电。[0008]本实用新型所述的DC/DC转换装置的升压信号端、降压信号端、反馈端与电容均衡及其管理组件相连。本实用新型所述的双向DC/DC转换装置的控制电路与电流互感器相连。本实用新型所述的双向DC/DC转换装置与提升变频器相连的导线上设置有双向DC/DC电压自检装置、双向DC/DC电流自检装置。本实用新型所述的单向DC/DC转换装置与回转变频器相连的导线上设置有单向DC/DC电压自检装置、单向DC/DC电流自检装置。本实用新型还设置有节能柜，所述的DC/DC转换装置、电容管理及其均衡组件、超级电容器组件设置在节能柜中。本实用新型同现有技术相比具有以下优点及效果(I)功率补偿功能——该节能装置可在保证主机性能及各项技术参数符合要求的前提下，降低主机发动机功率，减少发动机组的负荷，从而达到节能的目的。(2)再生能源回收功能——该装置在挖掘机的抓斗下降的过程中，可高效的回收下降过程所产生的再生电能，将这些电能贮存在电容器中，以便再次利用。(3)延长发动机寿命一该系统可以改善发动机的运行工况，降低对发动机的冲击，使发动机始终平稳的工作在轻负荷下。(4)节油功能——采用了该装置以后，发动机的运行工况得以改善，提高了燃油利用率，并且该装置能高效回收抓斗下降过程中产生的再生电能，从而降低了发动机的油耗。本实用新型技术方案的使用，有效的把消耗在能耗电阻上的再生能量储存起来加以利用，不但可以减少浪费，而且还可以降低对柴油机功率的需求。由此可以得知，储存和利用船用抓斗挖掘机再生制动能量的研究与运用将有重大的现实意义和经济利益。整个装置设计合理，工作过程智能可靠。
图I为本实用新型的结构示意图。标号说明发电机组I、电流互感器2、提升变频器3、提升电机4、DC/DC转换装置5、回转变频器6、回转电机7、电容管理及其均衡组件8、节能柜9、超级电容器组件10。空气开关11、双向DC/DC电压自检装置12、双向DC/DC电流自检装置13、熔断器14、主接触器15、超级电容输出电流自检装置16、单项DC/DC电压自检装置17、单项DC/DC电流自检18、24V电源19、升降压信号端20、AC220V电源21、反馈端22。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。实施例I :如图I所示，本实施例由发电机组I、电流互感器2、提升变频器3、提升电机4、DC/DC转换装置5、回转变频器6、回转电机7、电容管理及其均衡组件8、节能柜9、超级电容器组件10。空气开关11、双向DC/DC电压自检装置12、双向DC/DC电流自检装置13、熔断器14、主接触器15、超级电容输出电流自检装置16、单项DC/DC电压自检装置17、单项DC/DC电流自检18组成。[0023]DC/DC转换装置5由正反两个方向工作的双向DC/DC转换装置与单向DC/DC转换装置组成，提升变频器3、回转变频器6和电容管理及其均衡组件8与发电机组I相连，所述提升变频器3和回转变频器6并联设置，所述提升变频器3与提升电机4串连，所述回转变频器6与回转电机7串连，所述双向DC/DC转换装置一端与提升变频器3直流母线相连，一端与超级电容器组件10相连，所述单向DC/DC转换装置一端与回转变频器6相连，一端与超级电容器组件10相连，所述DC/DC转换装置5设有24V电源19、升降压信号端20、AC220V电源21、反馈端22，所述24V电源19、升降压信 号端20、AC220V电源21与电容管理及其均衡组件相连，反馈端22与电流互感器2相连。工作时，通过空气开关11给节能柜9上电后，电容管理及其均衡系统8自检超级电容器组件10整体的电压和电容温度。如果电压差值过大，主接触器15不会吸合，启动电容均衡系统，直至差压符合设定值，主接触器15吸合，同时给出系统运行正常信号给变频控制系统的控制单元跟双向DC/DC的反馈端22。如果超级电容器组件10总电压过低，先启用均衡系统将电压升至320V，再将主接触器15吸合，启动DC/DC转换装置5降压电路给超级电容器组件10充电，充电电流会根据发电机组I输出电流来调整，当电压达到460V时，停止DC/DC装置5降压功能，同时给出系统运行正常信号给变频控制系统的控制单元跟DC/DC转换装置的反馈端22。如果上述三方面都没有问题，则主接触器15会自动吸合，超级电容器组件10与DC/DC转换装置5连接。在联机工作中，当发动机组I输出电流小于500A时，DC/DC转换装置5中的双向DC/DC转换装置向超级电容器组件10充电，充电电流会根据发电机组I输出电流即电流互感器2发送到DC/DC转换装置5的值跟双向DC/DC装置的双向DC/DC电压自检装置12跟双向DC/DC电流自检装置13来调整；当发电机组I输出电流大于700A时，DC/DC转换装置5中双向DC/DC转换装置向提升变频器3的直流母线放电，放电电流大小由电流互感器2检测到的值与双向DC/DC装置中双向DC/DC电流自检装置13跟双向DC/DC电压自检装置12比较值决定。当提升变频器3直流母线电压大于600V时，禁止双向DC/DC转换装置向提升变频器3直流母线放电。当回转变频器6直流母线电压大于600V时，DC/DC转换装置5中单项DC/DC转换装置向超级电容器组件10充电。充电电流的大小根据单项DC/DC的单项DC/DC电压自检装置17跟单项DC/DC电流自检18决定。在节能装置运行过程中，电容管理及其均衡组件8在线监测电容的电压，电流及温度是否正常，并通过反馈端22升降压信号端20与DC/DC转换装置5连接。如果有问题，则主接触器15会自动与DC/DC转换装置5断开，起到保护超级电容器组件10的作用。另外超级电容器组件10与DC/DC转换装置5连有熔断器14，对超级电容器组件10起到保护作用。此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种船用抓斗挖掘机的节能装置，其特征是由电流互感器、提升变频器、提升电机、回转变频器、回转电机、超级电容器组件、电容管理及其均衡组件和DC/DC转换装置组成，所述DC/DC转换装置由正反两个方向工作的双向DC/DC转换装置与单向DC/DC转换装置组成，所述提升变频器、回转变频器和电容管理及其均衡组件与发电机组相连，所述提升变频器和回转变频器并联设置，所述提升变频器与提升电机串连，所述回转变频器与回转电机串连，所述双向DC/DC转换装置一端与提升变频器直流母线相连，一端与超级电容相连，所述单向DC/DC转换装置一端与回转变频器相连，一端与超级电容相连，所述DC/DC转换装置设有电源电路，控制电路，所述电源电路与电容管理及其均衡组件相连，所述控制电路与电容管理及其均衡组件和电流互感器相连。
2.根据权利要求I所述的船用抓斗挖掘机的节能装置，其特征是DC/DC转换装置的220V电源电路与电容均衡及其管理组件相连。
3.根据权利要求I所述的船用抓斗挖掘机的节能装置，其特征是所述的DC/DC转换装置的升压信号端、降压信号端、反馈端与电容均衡及其管理组件相连。
4.根据权利要求I所述的船用抓斗挖掘机的节能装置，其特征是双向DC/DC转换装置的控制电路与电流互感器相连。
5.根据权利要求I所述的船用抓斗挖掘机的节能装置，其特征是所述的双向DC/DC转换装置与提升变频器相连的导线上设置有双向DC/DC电压自检装置、双向DC/DC电流自检装置。
6.根据权利要求I所述的船用抓斗挖掘机的节能装置，其特征是所述的单向DC/DC转换装置与回转变频器相连的导线上设置有单向DC/DC电压自检装置、单向DC/DC电流自检装置。
7.根据权利要求I所述的船用抓斗挖掘机的节能装置，其特征是还设置有节能柜，所述的DC/DC转换装置、电容管理及其均衡组件、超级电容器组件设置在节能柜中。
专利摘要本实用新型涉及一种船用抓斗挖掘机的节能装置，该船用抓斗挖掘机的节能装置，DC/DC转换装置由正反两个方向工作的双向DC/DC转换装置与单向DC/DC转换装置组成，提升变频器、回转变频器和电容管理及其均衡组件与发电机组相连，提升变频器和回转变频器并联设置，提升变频器与提升电机串连，回转变频器与回转电机串连，双向DC/DC转换装置一端与提升变频器直流母线相连，一端与超级电容相连，单向DC/DC转换装置一端与回转变频器相连，一端与超级电容相连，DC/DC转换装置设有电源电路，控制电路，所述电源电路与电容管理及其均衡组件相连，控制电路与电容管理及其均衡组件和电流互感器相连。
文档编号E02F9/20GK202544010SQ20112056371
公开日2012年11月21日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者刘金涛, 宓祖田, 曾军, 肖奇斌, 薛有民 申请人:杭州杭重工程机械有限公司