·加入收藏 ·设为首页 ·网站地图 您好,欢迎进入科技论文网!

热门分类 / Popular classification

您所在的位置:主页 > 科技机械论文 > 机械结构论文 >

起重机械节能技术超级电容模块化应用

时间:2020-06-24 08:39来源:未知 作者:admin 点击:
摘要:分析了起重机节能技术特点,针对当前超级电容储能的复杂性,提出模块化控制系统,使节能改造更简单。通过门式起重机节能设计实例,测试了节能效果,验证了超级电容模块化技术研究的可行性。 关键词:超级电容;模块化;起重机械;节能系统 引言 起重机械
  
摘要:分析了起重机节能技术特点,针对当前超级电容储能的复杂性,提出模块化控制系统,使节能改造更简单。通过门式起重机节能设计实例,测试了节能效果,验证了超级电容模块化技术研究的可行性。
 
关键词:超级电容;模块化;起重机械;节能系统
 
引言
 
起重机械属于高耗能设备,重物在下降过程中,释放大量势能,所以节能空间巨大。回馈电网、蓄电池节能等技术存在不足,会产生谐波污染电网,蓄电池功率小、寿命短,不能承受变频器直流母线上很大的回馈电流。当前多采用超级电容储能设备,由于超级电容能量密度小的特点,储能柜体积很大,造成运输安装不方便[1]。如果要进行老旧设备节能改造,还需增加变频器和DC-DC转换器柜,电气控制室大多空间有限,只能放弃超级电容节能方案。针对现有超级电容器和DC-DC转换器体积大、不便于安装的特点,研究模块化超级电容器,将储能设备与功率转换装置的体积减小,实现一体化控制,安装简单。
 
1用于起重机械的超级电容模块化设计
 
1.1起重机功率类型
 
起重机种类比较多,包括桥式起重机、门式起重机、门座式起重机、塔式起重机等,起重量大小差距很大。不同起重机电机总功率从几千瓦到几百千瓦,要配置节能系统,每次都要单独开发。重物下降时可回收能量为:Q=mgh回收能量大小与起重量和起升高度有关,考虑机械效率,大约能储存80%的势能[2]。因此储能系统需要根据起重量大小和电机功率来选择,型号不同就需要重新配置超级电容器和直流转换器,不能做到标准化生产。
 
1.2超级电容储能特性
 
超级电容器近年飞速发展,技术水平日新月异,其原理是利用双电层原理直接储存电能,容量可达数万法拉,是介于蓄电池和传统电容器之间的一种新型储能装置。超级电容器储存的能量E=0.5×C×V2,与容量C和工作电压V的平方成正比。超级电容器具有动作响应快、功率密度高、循环使用寿命长、无记忆效应、无污染、免维护等优点,是一种非常有应用前景的储能器件[3]。
 
1.3超级电容器模块化
 
超级电容器模块是由单体通过金属连接组成,考虑高电压和功率效率,为专门用途而设计。其主要参数主要集中于热管理、单元组装、连接、电子产图1超级电容储能系统图品和电路平衡。在高功率用途中,超级电容的使用可通过许多元件进行串联,从而获得更高的电压,高电压的主要优势是增加能量。超级电容器模块化可以适用不同类型的起重机械,根据功率大小只需要选择模块数量,然后像搭积木一样串联模块,就可以搭建储能系统,如图1。
 
2超级电容模块充放电控制系统
 
起重电机通过逆变器与超级电容器间进行能量传动,将DCDC变换器与电容器的监测系统集成化,进一步实现模块化制造。根据电机功率的大小,选择需要并联的电容器数量En,通过外围监测电路,监测母线电压的变化,决定能量的流动方向。原理就是把逆变器与放大电路集成,实现升降压,加入反馈信号实现智能控制[4]。电气原理图如图2。充放电控制系统要实现独立稳定,反馈无延迟,模块化的接口。在试验室反复测试,然后方案修改调整,将储能系统做到安装简便灵活。系统根据母线电压自动调整充放电电流,电流上限与母线电压的关系见图3。当负载下降时,势能转换为电能,母线电压开始升高,当母线电压高于A4.06时,变换器开始对电容充电,充电电流随着母线电压上升而上升,下降的发电功率越大,母线电压越高,充电电流也就越大,充电功率越大。最后负载的发电功率和电容的充电功率相等,达到一个动态平衡。当负载上升时,电能转换为势能,由于内阻和线路阻抗等原因,母线电压会产生一定下降。当母线电压下降到低于A4.05时,DC/DC控制电容对直流母线放电,放电电流随着母线电压下降而上升。上升时的功率越大,母线电压越高,放电电流也就越大,放电功率越大。最后放电功率和变压器输入功率之和等于负载功率,达到平衡。
 
3起重机械超级电容节能技术应用实例
 
起重机械是通过电网给三相异步电动机供电后提升重物,变频器调节电动机的输入电压频率,改变重物上升下降的速度。重物下降带动电动机发电,反向电流经过变频器的直流母线,以往是用电阻器发热消耗发电量,现在用超级电容模块收集发出的电量。具体实施方案图如图4。为了验证起重机超级电容模块化技术的节能效果,以中船澄西船舶修造有限公司的一台50t桥式起重机为样机进行测试。测试起升高度为10m,下降势能为W=50×1000×9.8×10=1.36kWh,考虑0.8的机械效率,选择超级电容的储能量为1kWh。超级电容模块的额定电压为54V,额定容量为178F。选择20个模块串并联后,电容柜额定电压540V,额定容量为35.6F,最低放电电压为250V,那么储存能量E=0.5×35.6×(5402-2502)=1.13kWh。系统搭建后,现场吊50t额定载荷进行测试,测试图如图5。用电能表记录充放电量,反复测试得出下降过程超级电容平均储能0.9kWh,上升过程起重机耗电量为1.36kWh÷0.8=1.7kWh,节电率超过50%。
 
4结论
 
超级电容模块化生产,便于组装和调试。研究结果证明,组装的超级电容节能系统在起重机上应用后,节能效果明显,系统稳定可靠,使用寿命长。目前存在的问题是,超级电容制造成本较高,对于中小型起重机使用显得昂贵,唯有改善工艺,提高生产规模,才能降低成本。随着国家对节能减排越来越重视,新型节能技术率先在大型起重机上应用推广,国家若能出台一些鼓励政策,推动产业发展,就会带来重大的经济效益。
 
参考文献
 
[1]高卫华.集装箱起重机能源回收再生技术的研究[D].天津:天津大学,2011.
 
[2]黄晓菲.轮胎式起重机的位能回收及其应用研究[D].武汉:武汉理工大学,2013.
 
[3]张治安.超级电容器:材料、系统及应用[M].北京:机械工业出版社,2014.
 
[4]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2012.
(责任编辑:admin)
------分隔线----------------------------

最新论文

随机论文

——本公司实力说明——
本公司实力说明
1. 十一年专业论文服务经验,现有全职员工近百人,并且拥有兼职博士、硕士30多人。我们的实力就是您信心的保证。
2. 十一年成功运作经验,现为中国最好的专业论文服务中心之一。

服务承诺
本论文服务...

Copyright www.lunwenkj.cn 科技论文网 版权所有
科技论文网提供质量好的 科技论文代写 、管理论文发表服务,是一个一流的论文代写、论文发表服务平台。
郑重声明:本站部分论文资料源于网上的共享资源及期刊共享,请特别注意勿做其他非法用途!
如有侵犯您论文的版权或其他有损您利益的行为,请联系指出,我们会立即进行改正或删除有关内容!