專利名稱：輪胎式龍門起重機可控直流交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種輪胎式龍門起重機可控直流交換器，是一種用于不同直流電壓等級的直流電能雙向智能可控交流的器件。
背景技術(shù)：
當(dāng)前場橋的驅(qū)動多以變頻器驅(qū)動電機的方式實現(xiàn)，當(dāng)電機工作在起升狀態(tài)時，下降勢能的產(chǎn)生在所難免，這部分能量并不能被有效的存儲利用。目前成熟的處理方式主要是1、在直流母排并接制動單元下降勢能的產(chǎn)生的電能通過制動單元消耗在制動電阻上；2、變頻器整流部分具有可逆功能，下降勢能的產(chǎn)生的電能逆變回電網(wǎng)，但隨之也產(chǎn)生了對電網(wǎng)的干擾。電機水平運動時的制動能量同理。上述方式I是將再生電能再電阻上以熱能方式散發(fā)到空氣中消耗。形成無功損耗；上述方式2在目前技術(shù)方面，效率低下，再生電能的回饋率小于20%。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的是提供一種輪胎式龍門起重機可控直流交換器，以利于通過可控直流交換器使這部分能量可控的存儲在存儲單元內(nèi)，在電機起升或啟動時補充此時的能量需求。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是是提供一種輪胎式龍門起重機可控直流交換器，該交換器置于多種場橋系統(tǒng)之中，其中該交換器包括有外端子選擇單元、單片機程序運算單元、功率元件IGBT電能傳遞單元；外端子選擇單元連接到單片機程序運算單元的單片機，單片機與功率元件IGBT的觸發(fā)端子相連接；經(jīng)由外部端子選擇單元可控直流交換器運行狀態(tài)的給定信號，給定信號傳輸?shù)絾纹瑱C程序運算單元，經(jīng)過單片機的程序運算單元的處理，將所產(chǎn)生的驅(qū)動信號傳輸?shù)焦β试蘒GBT的觸發(fā)端子，控制功率元件IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，對電壓下降與提升進行控制。本實用新型的效果是可控直流交換器使這部分再生能量可控的存儲在存儲單元內(nèi)，在電機起升或啟動時補充這時的能量需求。經(jīng)對40噸負載測試，無可控直流交換器時直流母線電流410A，有可控直流交換器時直流母線電流199A，可控直流交換器電流203A，下放重物時儲能單元能回收50%左右的再生電能，起升時可控直流交換器能提供電機所需能量50%左右的電能。
圖1是本實用新型的可控直流交換器結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是本實用新型的可控直流交換器實施應(yīng)用圖；圖3是本實用新型的可控直流交換器再生電能流注向圖；圖4是本實用新型的可控直流交換器儲能單元電能流注向圖。
具體實施方式
結(jié)合附圖對本實用新型的輪胎式龍門起重機可控直流交換器結(jié)構(gòu)加以說明。本實用新型的輪胎式龍門起重機可控直流交換器的設(shè)計思想是基于通過外部端子選擇狀態(tài)，內(nèi)部利用單片機進行控制相應(yīng)的功率元件IGBT，實現(xiàn)高、低電壓之間的能量交換。該交換器一端A連接直流高電壓；另一端B連接直流低壓端，通過程序控制功率元件IGBT的開通實現(xiàn)高壓、低壓兩端能量的交換，專門為變頻器驅(qū)動場橋再生電能再利用而設(shè)計的。本發(fā)明主要根據(jù)場橋的運行、操作特性設(shè)定狀態(tài)，當(dāng)產(chǎn)生再生電能的時候，進行電能收集；當(dāng)需要能量時，由所收集的電能作為能量的一部分提供系統(tǒng)，達到節(jié)能的目的。本實用新型的輪胎式龍門起重機可控直流交換器，該交換器置于多種場橋系統(tǒng)之中，該交換器包括有外端子選擇單元、單片機程序運算單元、功率元件IGBT電能傳遞單元；外端子選擇單元連接到單片機程序運算單元的單片機，單片機與功率元件IGBT的觸發(fā)端子相連接；經(jīng)由外部端子選擇單元可控直流交換器運行狀態(tài)的給定信號，給定信號傳輸?shù)絾纹瑱C程序運算單元，經(jīng)過單片機的程序運算單元的處理，將所產(chǎn)生的驅(qū)動信號傳輸?shù)焦β试蘒GBT的觸發(fā)端子，控制功率元件IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，對電壓下降與提升進行控制。所述外端子選擇單元包括有印刷電路板，通過導(dǎo)線接入單片機程序運算單元，用于產(chǎn)生適合單片機程運算序單元所適應(yīng)的狀態(tài)信號；單片機程序運算單元包括有相互連接的輸入電路、中央處理器電路及觸摸屏式狀態(tài)的故障顯示器，輸入電路接收外端子選擇單元輸入的信號，中央處理器電路儲存運算程序及根據(jù)所輸入的狀態(tài)信號進行運算，輸出運算結(jié)果到功率元件IGBT的驅(qū)動電路，觸摸屏式狀態(tài)的故障顯示器進行觸摸操控進行應(yīng)用參數(shù)調(diào)整；功率元件IGBT電能傳遞單元包括有功率元件IGBT、電阻器、電感器、電容器相互連接構(gòu)成橋式結(jié)構(gòu)，對所述場橋系統(tǒng)的母排電壓與儲能單元電壓進行高壓、低壓之間的隔離，母排與儲能單元通過對應(yīng)的功率元件IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，實現(xiàn)能量交換。所述單片機程序運算單元中與中央處理器連接的觸摸屏式顯示器，能夠用于現(xiàn)場手動觸摸操控參數(shù)可調(diào)整設(shè)定，實現(xiàn)與各種場橋系統(tǒng)參數(shù)的配合。本實用新型的輪胎式龍門起重機可控直流交換器使用的電能存儲單元為電瓶組，當(dāng)重物下降產(chǎn)生再生電能時，通過可控直流交換器將產(chǎn)生的高壓電能控制調(diào)制到電瓶組的安全穩(wěn)定電壓下，對電瓶組進行充電；在提升重物時，電瓶組存儲的電能通過可控直流交換器將低電壓提升到一定的高電壓驅(qū)動場橋運行。通過本實用新型的雙向特性，達到能量雙向交流。所述單片機程序運算單元中與中央處理器連接的觸摸屏式顯示器，能夠用于現(xiàn)場手動觸摸操控參數(shù)可調(diào)整設(shè)定，以實現(xiàn)與各種場橋系統(tǒng)參數(shù)的配合。如圖1、2所示，本實用新型的輪胎式龍門起重機可控直流交換器的主要結(jié)構(gòu)及基本原理如下針對變頻器驅(qū)動場橋電機下放重物和制動時產(chǎn)生再生電能，同時電機起升和啟動時耗電較多，對電網(wǎng)瞬間沖擊較大的情況，所述輪胎式龍門起重機可控直流交換器在使用中如下是結(jié)構(gòu)在輪胎式龍門起重機可控直流交換器的高壓端A與變頻器母排相連，設(shè)定電壓可調(diào)范圍DC650-750V ;低壓端B與電瓶組相連，設(shè)定電壓可調(diào)范圍DC300-380V。所述可控直流交換器的功率元件IGBT電能傳遞單元中的晶體管Gl、晶體管G2、晶體管G3、晶體管G4的均為絕緣柵雙極型晶體管，用于實現(xiàn)電能的雙向傳輸。能夠根據(jù)母排所連變頻器驅(qū)動電機M的容量選擇匹配，基本選擇的功率元件IGBT型號是SKM200GA123D — 200A/1200V/IU，用于實現(xiàn)電能的雙向傳輸。通過晶體管的集電極Q1，晶體管的集電極Q3，晶體管G1，晶體管G3，電阻R1，電阻R3，晶體管的發(fā)射極E1，晶體管的發(fā)射極E3，電感LI組成降壓電路，對高壓端A的母排電壓進行降壓處理后，通過低壓B向儲能單元供電；通過晶體管的集電極Q2，晶體管的集電極Q4，晶體管G2，晶體管G4，電阻R2，電阻R4，晶體管的發(fā)射極E2，晶體管的發(fā)射極E4，電感L2組成升壓電路，將與低壓B相連的儲能單元的電能升壓后，對低壓B的母排電壓進行電能補充。如圖3所示，在輪胎式龍門起重機可控直流交換器的高壓端A與電機驅(qū)動變頻器母排相連，變頻器母排設(shè)定電壓可調(diào)范圍DC650-750V ;低壓端B與儲能單元相連，設(shè)定電壓可調(diào)范圍DC300-380V。通過晶體管的集電極Q1，晶體管的集電極Q3，晶體管G1，晶體管G3，電阻R1，電阻R3，晶體管的發(fā)射極E1，晶體管的發(fā)射極E3，電感LI組成降壓電路，對高壓端A的母排電壓進行降壓處理后，通過低壓端B向儲能單元供電。如圖4所示，通過晶體管的集電極Q2，晶體管的集電極Q4，晶體管G2，晶體管G4，電阻R2，電阻R4，晶體管的發(fā)射極E2，晶體管的發(fā)射極E4，電感L2組成升壓電路，將與低壓端B相連的儲能單元的電能升壓后，對高壓端A的母排電壓進行電能補充?？煽刂绷鹘粨Q器功能的實現(xiàn)由其主控制板通過程序結(jié)合各輸入信號控制各功率元件IGBT等元件，從而改變電流流向，實現(xiàn)直流的正向降壓和反向升壓流動，實現(xiàn)了能量回收與儲能單元放電的控制功能。工作原理可控直流交換器的高壓端A與電機驅(qū)動變頻器的母排相連，通常場橋變頻器交流輸入三相460VAC，母排額定工作電壓DC650V。儲能單元可以是不同的形式，根據(jù)可控直流交換器的低壓端B電壓范圍DC300-380V設(shè)置儲能單元，再根據(jù)儲能單元自身所采用儲能器件的性能特點對可控直流交換器的工作進行設(shè)置，既保證儲能單元的安全長效，又起到盡可能多的回收再生電能。可控直流交換器的高壓端A的工作額定電壓DC650-750V，可以根據(jù)需要對電機驅(qū)動變頻器的母排電壓進行跟蹤，當(dāng)電壓高于設(shè)定值時，可控直流交換器動作，將這部分電能通過內(nèi)部的降壓，限流等處理，整定為可以被儲能單元安全接收的電能，由于儲能單元將這部分電能回收，母排電壓隨之會迅速降低到正常值。反之，當(dāng)電機工作使母排電壓降低，低于設(shè)定值時，可控直流交換器通過實時跟蹤會立即反應(yīng)，通過內(nèi)部的程序處理，使其處于反向工作狀態(tài)，將儲存在儲能單元的電能通過升壓處理，整定為符合母排額定電壓等級的電能，向母排供電，補充此時電機對電網(wǎng)的過多需求。穩(wěn)定電網(wǎng)此時的波動。
權(quán)利要求1.一種輪胎式龍門起重機可控直流交換器，該交換器置于多種場橋系統(tǒng)之中，其特征是該交換器包括有外端子選擇單元、單片機程序運算單元、功率元件IGBT電能傳遞單元； 外端子選擇單元連接到單片機程序運算單元的單片機，單片機與功率元件IGBT的觸發(fā)端子相連接；經(jīng)由外部端子選擇單元可控直流交換器運行狀態(tài)的給定信號，給定信號傳輸?shù)絾纹瑱C程序運算單元，經(jīng)過單片機的程序運算單元的處理，將所產(chǎn)生的驅(qū)動信號傳輸?shù)焦β试蘒GBT的觸發(fā)端子，控制功率元件IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，對電壓下降與提升進行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪胎式龍門起重機可控直流交換器，其特征是所述外端子選擇單元包括有印刷電路板，通過導(dǎo)線接入單片機程序運算單元，用于產(chǎn)生適合單片機程運算序單元所適應(yīng)的狀態(tài)信號；單片機程序運算單元包括有相互連接的輸入電路、中央處理器電路及觸摸屏式狀態(tài)的故障顯示器，輸入電路接收外端子選擇單元輸入的信號，中央處理器電路儲存運算程序及根據(jù)所輸入的狀態(tài)信號進行運算，輸出運算結(jié)果到功率元件 IGBT的驅(qū)動電路，觸摸屏式狀態(tài)的故障顯示器進行觸摸操控進行應(yīng)用參數(shù)調(diào)整；功率元件 IGBT電能傳遞單元包括有功率元件IGBT、電阻器、電感器、電容器相互連接構(gòu)成橋式結(jié)構(gòu)， 對所述場橋系統(tǒng)的母排電壓與儲能單元電壓進行高壓、低壓之間的隔離，母排與儲能單元通過對應(yīng)的功率元件IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，實現(xiàn)能量交換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪胎式龍門起重機可控直流交換器，其特征是所述單片機程序運算單元中與中央處理器連接的觸摸屏式顯示器，能夠用于現(xiàn)場手動觸摸操控參數(shù)可調(diào)整設(shè)定。
專利摘要本實用新型提供一種輪胎式龍門起重機可控直流交換器，該交換器的外端子選擇單元連接到單片機程序運算單元的單片機，單片機連接與功率元件IGBT的觸發(fā)端子相連接；經(jīng)由外部端子選擇單元可控直流交換器運行狀態(tài)的給定信號，給定信號傳輸?shù)絾纹瑱C程序運算單元，經(jīng)過單片機的程序運算單元的處理，將所產(chǎn)生的驅(qū)動信號傳輸?shù)焦β试蘒GBT的觸發(fā)端子，控制功率元件IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷。有益效果是可控直流交換器使再生能量可控的存儲在存儲單元內(nèi)，補充電機起升或啟動時的能量需求。經(jīng)對40噸負載測試直流母線電流199A、電流203A，下放重物時儲能單元能回收50%左右的再生電能，起升時可控直流交換器能提供電機所需能量50%左右的電能。
文檔編號H02M7/757GK202889246SQ20122054149
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者高延輝, 李樹杰, 張毅, 安津暉, 王雷, 鄧永寧 申請人:天津東方海陸集裝箱碼頭有限公司