勢能回饋系統(tǒng)超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)介紹

在港口現(xiàn)有的常規(guī)單傳動(dòng)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，門機(jī)在起升機(jī)構(gòu)下降以及其他主要機(jī)構(gòu)減速過程中，下降的勢能和制動(dòng)的動(dòng)能將產(chǎn)生的再生能量傳遞給交流電動(dòng)機(jī)后轉(zhuǎn)換成再生電能，而單傳動(dòng)所配置的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常通過采用制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻將再生電能轉(zhuǎn)換為熱能消耗掉。然后，再生電能被轉(zhuǎn)換為熱能，并白白消耗掉，造成了能源的浪費(fèi)、電能的損失;目前現(xiàn)有的常規(guī)單傳動(dòng)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中也缺少將其儲(chǔ)存再利用的技術(shù)手段。

現(xiàn)有的超級(jí)電容，其特點(diǎn)在于超級(jí)電容儲(chǔ)能過程是物理過程，可以大電流快速充放電，同時(shí)使用壽命長，充放電次數(shù)可以達(dá)到50萬次以上，且具有工作電壓范圍大等特性。適合于門機(jī)頻繁充放電的工況運(yùn)行。

因此，亟需提供一種超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)，將下降過程或制動(dòng)過程中產(chǎn)生的能量回收、存儲(chǔ)以及再次利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

本文針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種勢能回饋系統(tǒng)超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)，以解決上述問題。

其特征在于：包括變頻器、制動(dòng)裝置、儲(chǔ)能裝置、電機(jī)、傳動(dòng)裝置，所述變頻器分別與電源、制動(dòng)裝置、儲(chǔ)能裝置及電機(jī)電連接，所述電機(jī)與傳動(dòng)裝置相連接，所述傳動(dòng)裝置與重物相連接，所述電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置控制重物進(jìn)行升降;所述儲(chǔ)能裝置包括DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器及超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置，所述超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置通過DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器與變頻器電連接，所述DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器用于控制電流輸入或輸出超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置。

為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置包括數(shù)個(gè)電容及電容管理系統(tǒng)，電容與電容管理系統(tǒng)電連接，電容管理系統(tǒng)用于監(jiān)測管理電容的運(yùn)行情況。包括16個(gè)電容，8個(gè)電容相互串聯(lián)為一組電容，兩組電容進(jìn)行并聯(lián)。DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器的功率不小于電機(jī)功率的一半。還包括多功能儀表盤，多功能儀表盤與DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器電連接;多功能儀表盤用于記錄顯示。

還包括保護(hù)控制組件，保護(hù)控制組件包括第一霍爾電流傳感器;第一霍爾電流傳感器與多功能儀表盤電連接，用于讀取電流給多功能儀表盤進(jìn)行電能統(tǒng)計(jì)。保護(hù)控制組件還包括熔斷器、第二霍爾電流傳感器及PLC;第二霍爾電流傳感器與電容電連接，并與PLC通訊連接，第二霍爾電流傳感器用于檢測電流并反饋至PLC，PLC用于控制DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器斷開電路。

霍爾電流傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

變頻器包括變頻器整流回路、直流高壓母線、變頻器逆變回路，制動(dòng)裝置包括制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻，制動(dòng)電阻通過制動(dòng)單元與直流高壓母線電連接，超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置通過DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器與直流高壓母線電連接。

本方案的有益效果是：通過DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器及超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了再生電能的回收、儲(chǔ)存、再利用;通過多功能儀表盤及保護(hù)控制組件，提供了電路的檢測、保護(hù)手段;本裝置的整個(gè)使用過程無需人工參與，切換快速，不影響門機(jī)作業(yè)。

圖1 回收電能模式的示意圖;

圖2 利用電能模式的示意圖;

圖3 超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置的接線原理圖。

附圖標(biāo)記：1 .電源、2 .變頻器、21 .變頻器整流回路、22 .直流高壓母線、23 .變頻器逆變回路、3 .電機(jī)、4 .傳動(dòng)裝置、5 .重物、6 .DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器、7 .超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置、8 .制動(dòng)單元、9 .制動(dòng)電阻、10 .多功能儀表盤、11 .電容管理系統(tǒng)、12 .熔斷器、13 .第一霍爾電流傳感器、14 .第二霍爾電流傳感器。

所述霍爾電流傳感器CH704系列產(chǎn)品是意瑞專為50A以上大電流檢測應(yīng)用開發(fā)的隔離集成式電流傳感芯片，具有高精度、增強(qiáng)絕緣耐壓、高可靠性、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。該芯片內(nèi)部集成一個(gè)精密的可編程線性霍爾芯片、一個(gè)小型聚磁環(huán)以及一個(gè)導(dǎo)通電阻為0.1m?的銅排，可實(shí)現(xiàn)+/-50A，+/-100A，+/-150A，+/-200A的電流檢測，可以滿足儲(chǔ)能裝置的使用要求。

參考：0-50-400A霍爾電流傳感器應(yīng)用案例分享

關(guān)于本案例的使用，當(dāng)超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置7處于回收電能模式時(shí)，重物5重載運(yùn)行在下降過程時(shí)，系統(tǒng)處于發(fā)電狀態(tài)，將發(fā)電輸出的能量回饋到變頻器2的直流高壓母線22，導(dǎo)致直流高壓母線22電壓升高。DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器6啟動(dòng)工作和制動(dòng)單元8啟動(dòng)工作分別設(shè)定不同啟動(dòng)工作閾值，DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器6工作閾值小于制動(dòng)單元8的工作閾值。當(dāng)直流高壓母線22的電壓升高到DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器6的工作閾值時(shí)，DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器6啟動(dòng)工作，將直流高壓母線22的能量優(yōu)先存儲(chǔ)到超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置7中。

當(dāng)超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置7處于利用電能模式時(shí)，重物5重載運(yùn)行在上升過程時(shí)，系統(tǒng)處于電動(dòng)耗能狀態(tài)，變頻器2的直流高壓母線22電壓降低，當(dāng)直流高壓母線22低于DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器6啟動(dòng)工作下限閾值時(shí)， DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器6啟動(dòng)工作，將超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置7存儲(chǔ)的電能能量釋放到直流高壓母線22中，優(yōu)先使用，降低電源1的消耗。

將制動(dòng)單元8的工作閾值設(shè)定在660V，為了保證儲(chǔ)能裝置優(yōu)先啟動(dòng)，DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器6的工作上限閾值設(shè)定在640V，下限閾值設(shè)定在565V。在系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)時(shí)，當(dāng)直流高壓母線22電壓升高到565V~640V，則儲(chǔ)能裝置自動(dòng)啟動(dòng)工作，將回饋能量存儲(chǔ)到超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置7中;在系統(tǒng)進(jìn)入電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，直流高壓母線22電壓降低到565V以下，則儲(chǔ)能裝置自動(dòng)啟動(dòng)工作，將超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置7存儲(chǔ)的能量釋放到直流高壓母線22，用于電機(jī)3的正常作業(yè)消耗。

當(dāng)電機(jī)3回饋能量導(dǎo)致直流高壓母線22瞬間電壓超過660V，制動(dòng)單元8和制動(dòng)電阻9同步工作，進(jìn)行電能的消耗，保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定正常運(yùn)行。在重物5上升過程中，當(dāng)直流高壓母線22電壓降低到540V時(shí)，超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置7中的能量已經(jīng)無法滿足電機(jī)3運(yùn)行時(shí)的電壓，此時(shí)超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置7作為備份補(bǔ)充能量，直流高壓母線22電壓主要由電網(wǎng)作為電源1供電生成電能，作為重物5上升過程消耗的能量，變頻器2以常規(guī)模式狀態(tài)正常運(yùn)行。

當(dāng)超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置7內(nèi)的能量降低到設(shè)置儲(chǔ)存量的最低值時(shí)，仍然沒有勢能補(bǔ)充;DCDC模塊驅(qū)動(dòng)變流器6斷開直流回路，直到下次直流高壓母線22電壓達(dá)到充電閾值，儲(chǔ)能裝置進(jìn)入充電狀態(tài)，接通直流回路，恢復(fù)正常運(yùn)行。

審核編輯：湯梓紅