混合动力的轮胎吊节能系统技术方案

本发明专利技术涉及起重机的电控技术领域，尤其是一种混合动力的轮胎吊节能系统，具有发电机和连接发电机的整流装置，整流装置把交流电源转变为直流电源，通过直流母线将直流电源提供给变频器，直流母线上设置有能量交换装置，能量交换装置包括可编程控制器、设置在直流母线上的升压控制器、连接在升压控制器与变频器之间直流母线上的充放电控制器和连接在充放电控制器上的蓄电池系统，可编程控制器通过现场总线与升压控制器、充放电控制器和蓄电池系统进行数据交换，蓄电池系统包括蓄电池、状态传感器、保护电路、冷却通风装置和蓄电池管理器，节能效果好，减少对大气的污染、降低了发电机噪音，为ＲＴＧ系统提供了稳定的直流母线电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及起重机的电控
，尤其是一种混合动力的轮胎吊节能系统。
技术介绍
在港口集装箱码头，堆场作业主要依靠轮胎式集装箱龙门起重机(RubberTyreGantry Crane简称RTG)。由于RTG采用柴油机发电机组作为提供整机系统的动力。不需要电缆线连接到码头电源，因此使用方便，运行灵活，被集装箱码头大量使用。 近年来能源紧张，油价不断攀升，装卸成本居高不下。如何提高RTG的能效早已成为节能改造的众矢之的。纵观众多的RTG节能方法，按节能的策略主要分3大类。第一采用油改电，可以大幅度降低使用成本，缺点是附加的供电设施给生产带来难度；第二采用混合动力系统，使用储能方式，缺点是节能效果一般；第三采用发动机调速，充分利用发动机低速时的低油耗特性，减少燃料消耗，缺点是节能量小。 现有的电气控制系统，由整流装置把交流电源转变为直流电源，通过直流母线为各机构的变频器提供直流电源。当集装箱和吊具下降时，变频器将势能转变为电能，能量回馈到直流母线。由于回馈能量的积聚，将使直流母线电压升高。原RTG电气系统采用制动单元将电能释放到能耗电阻的方式，把直流母线电压控制在安全的范围内。这样造成能源浪费和环境污染。 由于这部分能量巨大，如果能够把这部分浪费的能源节省下来就能够达到良好的节能效果。显然，巨大的能量就需要有大容量的储能装置，我们已经尝试过了飞轮储能，也尝试过了超级电容储能，这些方法都创造了超乎想像的结果，真正能够用于实际的作业。但对于RTG这种无规律性的作业特性，这些方法仍然力不从心。主要表现在1、通常只能存储一次下降过程产生的能量，如果连续把集装箱从高处吊下来装车，后续的能量仍然只能通过能耗电阻消耗掉。这些储能装置没有持久力，如果需要增加容量，其高昂的成本、庞大的体积和产生的重量是RTG系统无法接受的；2、由于这些储能装置的固有特性，每次能量释放不能完全耗尽，例如飞轮系统必须维持一定的基本转速，不能让它运行在低速区。超级电容必须留有足够的电压，太低电压时系统无法正常工作。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了解决上述存在的缺点与不足，降低混能成本，提供一种混合动力的轮胎吊节能系统，本系统方案中巧妙地利用变频系统的公共直流母线作为能量的混合点，在电气系统上进行能量交换。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种混合动力的轮胎吊节能系统，具有发电机和连接发电机的整流装置，整流装置把交流电源转变为直流电源，通过直流母线将直流电源提供给变频装置，直流母线上设置有能量交换装置，能量交换装置包括可编程控制器、设置在直流母线上的升压控制器、连接在升压控制器与变频装置之间直流母线上的充放电控制器和连接在充放电控制器上的蓄电池系统，可编程控制器通过现场总线与升压控制器、充放电控制器和蓄电池系统进行数据交换，通过可编程控制器的综合控制和管理，实时了解蓄电池系统的容量和运行状态，正确对蓄电池系统进行充放电控制。 进一步，所述的蓄电池上设置监视电池数据的监视器，方便监视电池容量、电压、温度等数据，将监视的数据传送给可编程控制器，然后进行控制。 为了方便计算蓄电池容量和检测电池温度、电压等信息，蓄电池系统包括蓄电池、状态传感器、保护电路、冷却通风装置和蓄电池管理器。 为了满足RTG系统储能的要求，蓄电池为NiHM电池，具有大容量、高功率、长寿命的性质，电压可高达530伏。 为了将直流电压抬高减小电流，同时可以限制发动机的输出功率，采用升压控制器与回路电抗器组成BOOST电路，将原系统不稳定的直流母线的电压升高，并且稳定在需要的电压值。这样为RTG的各个机构变频器提供了恒定的直流母线电源，使变频器驱动各机构电动机的性能比原来更优越。同时可以控制来自发电机的输出能量。 充放电控制器是直流母线与蓄电池之间传递能量的桥梁，是混能系统的控制核心。该装置能够根据系统的命令分时控制充电或放电。由于充放电的过程有时非常短暂，因此该装置具有很高的切换速度。 混能控制系统采用一套PLC控制器进行协调管理。PLC与升压控制器、充放电控制器、蓄电池系统采用现场总线进行数据交换，实时了解蓄电池容量和系统运行状态，正确对蓄电池的充放电控制。同时采用人机界面为管理员提供状态信息和故障历史。混能系统中蓄电池的使用寿命是这种方案成败的关键，除本身的优良特性外，需要PLC系统的合理控制才能保证长久使用。因此PLC系统必要随时测量蓄电池的容量，当正常提升或下放集装箱时必须保证充放电可靠执行，在待机状态时必须根据蓄电池的容量适当地给蓄电池补充合适的能量。同时检测充放电电流、各蓄电池模块的电压、各蓄电池模块的温度等，如果超过允许参数将提供报警或作出相应的处理。 本专利技术的有益效果是，本专利技术的混合动力的轮胎吊节能系统，有很好的节能效果，同时它减少对大气的污染、降低了柴油机发电机的噪音，为RTG系统提供了稳定的直流母线电压，使系统运行更加可靠。附图说明 下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。 图1是本专利技术的电路连接示意图。 图中1、发电机，2、整流装置，3、变频装置，41、可编程控制器，42、升压控制器，43、充放电控制器，44、蓄电池系统，45、监视器。具体实施例方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。 如图1所示的最佳实施方式的混合动力的轮胎吊节能系统，具有发电机1和连接发电机1的整流装置2，整流装置2把交流电源转变为直流电源，通过直流母线将直流电源提供给变频装置3，直流母线上设置有能量交换装置，能量交换装置包括可编程控制器41、设置在直流母线上的升压控制器42、连接在升压控制器42与变频装置3之间直流母线上的充放电控制器43和连接在充放电控制器43上的蓄电池系统44，可编程控制器41通过现场总线与升压控制器42、充放电控制器43和蓄电池系统44进行数据交换。 蓄电池系统44上设置监视电池数据的监视器45，蓄电池系统44包括蓄电池、状态传感器、保护电路、冷却通风装置和蓄电池管理器。蓄电池为NiHM电池。 本专利技术的工作过程，发电机1除了仍然给辅助系统供电外，主电路的电源整流后不再直接传送到直流母线，而是通过BOOST电路升压成稳定的设定电压再接入直流母线，同时可以控制向直流母线提供的能量。当需要提起一个集装箱时，由于发动机的能量可以限制，直流母线系统的总能量将不足以成功完成提升操作。此时PLC系统能够检测到系统能量的不足，启动蓄电池放电功能，由蓄电池和发电机l同时为起升机构提供能量。当需要放下一个集装箱时，发动机的能量仍然可以受到限制，由于下降时势能转变为电能，回馈的能量将使直流母线电压升高，为了防止向能耗电阻放电，浪费能量。此时PLC系统能够及时检测到系统能量过剩，启动蓄电池充电功能，把起升机构回馈的能量和发电机1的少量能量汇合后向蓄电池充电，存储所有由于位能产生的能量。 在RTG上使用的柴油发电机1组一般容量都比较大，考虑了系统的极限工作能力，RTG—般采用的功率在480KW左右。由于在满载和待机工作过程中发动机均恒速为发电机l提供能量，造成在待机和轻载过程的能量过剩，在重载起升加速时发动机冒黑烟的现象，两者无法兼顾，必然只能以牺牲燃油消耗为代价。采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合动力的轮胎吊节能系统，具有发电机（１）和连接发电机（１）的整流装置（２），整流装置（２）把交流电源转变为直流电源，通过直流母线将直流电源提供给变频装置（３），其特征在于：直流母线上设置有能量交换装置，能量交换装置包括可编程控制器（４１）、设置在直流母线上的升压控制器（４２）、连接在升压控制器（４２）与变频装置（３）之间直流母线上的充放电控制器（４３）和连接在充放电控制器（４３）上的蓄电池系统（４４），可编程控制器（４１）通过现场总线与升压控制器（４２）、充放电控制器（４３）和蓄电池系统（４４）进行数据交换。

【技术特征摘要】
一种混合动力的轮胎吊节能系统，具有发电机(1)和连接发电机(1)的整流装置(2)，整流装置(2)把交流电源转变为直流电源，通过直流母线将直流电源提供给变频装置(3)，其特征在于直流母线上设置有能量交换装置，能量交换装置包括可编程控制器(41)、设置在直流母线上的升压控制器(42)、连接在升压控制器(42)与变频装置(3)之间直流母线上的充放电控制器(43)和连接在充放电控制器(43)上的蓄电池系统(44)，可编程控制器(41)通过现场总线...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾文溢，吴强，赵云鹏，张盘生，
申请(专利权)人：常州基腾电气有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]