CN204578105U - 一种基于港口起重机械的能量回馈*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于港口起重机械的能量回馈***，包括起升机构电机，还包括控制单元和与电网或发电机组电连接的整流回馈装置，所述电机通过双向逆变器与直流母线电连接，所述整流回馈装置与双向逆变器之间电连接有蓄能单元，所述蓄能单元上设置有检测装置，所述检测装置检测所述蓄能单元和直流母线的电压并生成发送电压检测信号至所述控制单元，所述控制单元接收所述电压检测信号并生成控制信号联通或断开所述蓄能单元的充电或放电回路。本实用新型所提供的能量回馈***实现了节能降耗，对电网污染低且成本低廉。

Description

一种基于港口起重机械的能量回馈***

技术领域

本实用新型涉及港口起重机械技术领域，尤其涉及一种基于港口起重机械的能量回馈***。

背景技术

港口起重机械是一类能耗较大的机械。由于起重机械动作过程通常是在带载工况下起升或下降几十米，由此产生的势能是相当可观的。起重机械的负载性质有两种，一种是对于行走机构，旋转机构和有平衡重的变幅机构；另一种是起升机构。对于起升机构来说，其提升或空钩下降时为电动状态，负载下降时为制动状态。这两种状态中一个明显的特征是下放过程有大量的势能需要释放。

在传统的港口起重机械中，港口机械负载产生的势能和其它机构因制动反馈的再生能量只能通过能耗制动方式消耗，比如采用内置或外加制动单元将产生的再生能量消耗在电阻器中，以满足各种工况下的平稳制动和其它紧急防风制动的要求。这种方式既浪费能源，又增加整机的热污染。

由上可知，现有技术中的起重机械存在能量再生利用效率低，能源消耗率高的缺陷。

发明内容

本实用新型旨在提出一种基于港口起重机械的能量回馈***，克服现有技术中的起重机械存在能量再生利用率低，能源消耗率高的缺陷。

本实用新型提供的技术方案是，一种基于港口起重机械的能量回馈***，包括起升机构电机，还包括控制单元和与电网或发电机组电连接的整流回馈装置，所述电机通过双向逆变器与直流母线电连接，所述整流回馈装置与双向逆变器之间电连接有蓄能单元，所述蓄能单元与检测装置相连接，所述检测装置检测所述蓄能单元和直流母线的电压并生成发送电压检测信号至所述控制单元，所述控制单元接收所述电压检测信号并生成控制信号联通或断开所述蓄能单元的充电或放电回路。

进一步的，所述整流回馈装置与发电机组电连接；所述双向逆变器接收所述起升机构电机的回馈交流电信号，并将所述回馈交流电信号转化为直流电信号输出至所述蓄能单元。

为避免蓄能单元饱和时继续充电对***造成损害，所述能量回馈***中还设置有能耗电阻。

进一步的，所述整流回馈装置与电网相连接，所述整流回馈装置和电网之间还设置有第一滤波器，以提高***的功率因数，避免回馈电能对三相交流电网造成污染。

为提高能量回馈***的稳定性，所述逆变器和电机之间设置有第二滤波器。

进一步的，所述第二滤波器和电机之间还设置有变压器。

作为整个回馈***的冗余电源，所述蓄能单元与电网电连接，以实现电网对蓄能单元的直接充电。

为提高整流回馈装置的稳定性，所述整流回馈装置包括多个PWM整流器。

优选的，所述控制单元为单片机。

优选的，所述蓄能单元为铅酸蓄电池。

本实用新型所提供的基于港口起重机械的能量回馈***，电网或发电机输入的电能和起升机构电机回馈的电能可以通过直流母线和蓄能单元进行调配，回馈能量可以回馈电网、或继续为起升机构的电动状态供能、或供行走机构、变幅机构的电机或其它辅助设备使用，或对该部分能量进行存储。本实用新型所提供的能量回馈***实现了节能降耗，对电网污染低且成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的基于港口起重机械的能量回馈***一种实施例的结构示意框图；

图2为图1所示能量回馈***的电路连接示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

对于港口起重机械的起升机构来说，一般情况下三相异步电机主要是作为电动机使用。当三相异步电机在电动状态运行时，电机的电磁转矩T_e和电机转子的转速方向相同。但是，当起升机构电机所带负载下降时，负载将由于自身重力的原因而下降。此时，港口起重机械中电动机的旋转方向是反向的，其电磁转矩T_e和转子的转速n方向相反，使转子转速降低，进行回馈制动。因此，在负载下落的过程中，电机的作用是使负载匀速下降，避免负载由于重力的作用而不断加速。对比电机电动状态，当起升机构所带负载下降时，电机电流及转子感应电势的有功分量发生反向，电机可以向***回馈能量。

参见图1所示，本实施例所提出的基于港口起重机械的能量回馈***中设置有起升机构的电机7。本实施例旨在充分利用电机7在回馈制动中产生的能量，使该部分能量或继续为起升机构的电动状态供能，或回馈到电网中，或供起重机行走机构、变幅机构的电机或其它辅助设备使用，或对该部分能量进行储存。

如图1所示，当起升机构的电机7处于电动状态时，从电网1或发电机输送来的三相交流电压经过与之电连接的整流回馈装置3转变为直流电压，将该直流电压送至直流母线12上进行供电，挂接于直流母线12下的双向逆变器4即可为起升机构的电机7提供可靠的交流电源。在电动状态时，整流回馈装置3工作在整流状态。

当起升机构的电机7处于回馈制动状态时，电机7的三相定子绕组会产生回馈电能。此时，通过处于整流状态的双向逆变器4所形成的回馈通路，这部分的电能即回馈至直流母线12，由于电机7的提升和下放操作是按照一定周期进行的，在固定的周期内操作变换相对频繁，因此单位时间内回馈的总能量很可观。这部分的回馈电能首先会被下一周期处于电动状态的电机7所消耗，剩余的能量将导致直流母线12的电压上升。传统的处理方式是通过耗能设备，如电阻等消耗这部分的能量。但这样会造成能量损失，增大设备的整体能耗。在本实施例所提供的能量回馈***中，如图1所示，在整流回馈装置3和双向逆变器4之间设置有蓄能单元8，蓄能单元8优选为铅酸蓄电池，也可以是其它蓄能设备。当直流母线12的电压上升时，剩余的能量即开始为蓄能单元8充电，蓄能单元8将电能进行存储，并输出直流电至双向逆变器4，双向逆变器4将直流电再次转化为三相交流电，供处于电动状态的电机7或起重机械的行走机构或偏转机构的电机或其它设备使用，避免了能量的无谓损耗。

但是，对于铅酸蓄电池来说，受制于蓄电池体积、容量和发热量的限制，串联多个蓄电池储存全部的剩余再生能量存在成本过高且维护困难的技术缺陷。处于上述缺陷考虑，如果是使用三相交流电网为电机供电，回馈的部分再生能量的另一种流通通道是通过整流回馈装置3回馈至电网中。因此，如图1所示，当电机7工作在回馈制动状态时，整流回馈装置3即工作在有源逆变状态。如果蓄能单元8处于饱和状态，而且回馈电能在供给整个起重机械的用电负载外仍有剩余，则通过处于逆变状态的整流回馈装置3将多余的电能回馈到三相交流电网。在电网1和整流回馈装置3之间还设置有第一滤波器2。通过第一滤波器2将经过整流回馈装置3逆变传输的交流电调整与电网电流和电压同频同相位，以提高***的功率因数，避免回馈电能对三相交流电网1造成污染。同样的，如果是使用发电机为电机供电，回馈的剩余再生能量则需要通过设置在能量回馈***中的能耗电阻9进行消耗，避免对整个蓄能单元8或整个回馈***造成损害。

蓄能单元8还与检测装置9相连接，检测装置9连接控制单元11。检测装置9实时检测蓄能单元8和直流母线12的电压并生成电压检测信号输送至控制单元11。控制单元11生成控制信号控制蓄能单元8充电/放电回路的通断，以确保单一周期内剩余的再生能量首先为蓄电单元8充电，在蓄电单元8充电完成之后；如果是通过三相交流电网进行供电，则通过整流回馈装置3和第一滤波器2反馈回电网；若是通过发电机进行供电，则通过能耗电阻9进行消耗。具体来说，当直流母线12的电压上升时，控制单元11接收电压检测信号并生成控制信号控制蓄能单元8和直流母线12之间的充电回路导通。随着直流母线12上的能量逐渐回馈至蓄能单元8，直流母线12上的电压逐渐下降至整流回馈装置3的输出电压，单一周期内的剩余回馈能量收集完毕。同时，检测装置9实时检测蓄能单元8的电压，并向控制单元11发送蓄能单元8的电压检测信号，控制单元11输出控制信号保持双向逆变器4形成的逆变回路联通，通过逆变回路将蓄能单元8的直流电转化为交流电并为电机7供电。如果蓄能单元8在单一周期内充电饱和，控制单元11接收电压检测信号并生成控制信号断开蓄电单元8和直流母线12之间的充电回路。控制单元11可以用单片机或其它可以实现等同功能的芯片或电路予以实现。

作为电网三相交流供电或发电机组的冗余电源，蓄能单元8本身还直接与电网1向连接，在电网1与蓄能单元8之间设置有电子开关。当电网三相交流或发电机组无法正常为起升机构电机供电而蓄能单元8本身电量不足时，蓄能单元8可以通过电网直接补充电能，以提高整个***的稳定性。同时，为使得通过双向逆变器4转化的三相交流电能为起升机构电机7稳定供电，在双向逆变器4的输出端还依次连接有第二滤波器5和变压器6，以满足电机7输入的幅值和相位要求。

参见图2所示，本实施例所提出的基于港口起重机械的能量回馈***中， 整流回馈装置3和双向逆变器4均为可逆的PWM整流器。为提高设备的稳定性，整流回馈装置3采用冗余设计，其中设置有至少两组PWM整流器。

本实施例所提出的基于港口起重机械的能量回馈***，电网或发电机输入的电能和起升机构电机回馈的电能可以通过直流母线和蓄能单元进行调配，回馈能量可以回馈电网、或继续为起升机构的电动状态供能、或供行走机构、变幅机构的电机或其它辅助设备使用，或对该部分能量进行存储。本实施例所提供的能量回馈***实现了节能降耗，对电网污染低且成本低廉。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于港口起重机械的能量回馈***，包括起升机构电机，其特征在于，还包括控制单元和与电网或发电机组电连接的整流回馈装置，所述电机通过双向逆变器与直流母线电连接，所述整流回馈装置与双向逆变器之间电连接有蓄能单元，所述蓄能单元与检测装置相连接，所述检测装置检测所述蓄能单元和直流母线的电压并生成发送电压检测信号至所述控制单元，所述控制单元接收所述电压检测信号并生成控制信号联通或断开所述蓄能单元的充电或放电回路。

2.根据权利要求1所述的基于港口起重机械的能量回馈***，其特征在于，所述整流回馈装置与发电机组电连接；所述双向逆变器接收所述起升机构电机的回馈交流电信号，并将所述回馈交流电信号转化为直流电信号输出至所述蓄能单元。

3.根据权利要求2所述的基于港口起重机械的能量回馈***，其特征在于，所述能量回馈***中还设置有能耗电阻。

4.根据权利要求1所述的基于港口起重机械的能量回馈***，其特征在于，所述整流回馈装置与电网相连接，所述整流回馈装置和电网之间还设置有第一滤波器。

5.根据权利要求1所述的基于港口起重机械的能量回馈***，其特征在于，所述逆变器和电机之间设置有第二滤波器。

6.根据权利要求5所述的基于港口起重机械的能量回馈***，其特征在于，所述第二滤波器和电机之间还设置有变压器。

7.根据权利要求1所述的基于港口起重机械的能量回馈***，其特征在于，所述蓄能单元与电网电连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的基于港口起重机械的能量回馈***，其特征在于，所述整流回馈装置包括多个PWM整流器。

9.根据权利要求1-7任一项所述的基于港口起重机械的能量回馈***，其特征在于，所述控制单元为单片机。

10.根据权利要求1-7任一项所述的基于港口起重机械的能量回馈***，其特征在于，所述蓄能单元为铅酸蓄电池。