用于液电混合驱动摩擦式超级电容矿井提升机的控制方法技术
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种液电混合驱动摩擦式超级电容矿井提升机及控制方法，属于矿井提升机电动机控制领域，尤其涉及电动机的制动能量回收及这部分能量的再生利用的控制方案。
技术介绍
矿井提升机是用于矿山的一种大型提升机械设备，由提升电动机、减速器、主轴装置、制动装置、电控系统、液压系统和操作台等组成；提升机动力部分由高压电机带动，以提升机卷筒带动钢丝绳从而使在井筒中升降，完成输送任务；当前的矿井提升机使用电子计算机进行全自动控制，并且具有提升量大，速度快，可控性好，安全性高，已经在重型矿山领域中得到了广泛的应用；但是由于矿井提升机需要负载重型物体，在启动制动过程中会消耗大量能量，使得能量利用率不高；虽然目前有采用可向电网馈电的有源整流型的级联型高压变频技术，可以将提升机在制动和下放重物过程中提升电动机产生的电能馈送到电网；但贸然向电网馈电可能会导致电网的动态功率不平衡；从而产生不安全因素；而且如果在馈电过程中控制不当，还会对电网产生污染；2013年公布的一项专利公开了一种基于液电混合驱动的矿井提升机，专利号为CN103241606A；此专利使用储能器储存液压能和向电网馈电的方式来储存制动和下放重物时的能量，但存在以下问题：上述的电网馈电问题会导致电网不稳定，且电能受益者不为用户；阀控系统存在较大的节流损失，导致在控制过程中储存能量流失；使用的级联型高压变频器体积巨大，造价昂贵，经济性不高；同年，2013年公布的另一项专利公开了一种基于超级电容储能的电机调速系统节能控制器及控制方法，专利号为CN103647500A；此专利使用超级电容来进行能量存储及利用的方法；但此方...
【技术保护点】
液电混合驱动摩擦式超级电容矿井提升机，包括矿井提升机卷筒、下天轮、上天轮、提升绳、罐笼一、罐笼二、尾绳、闸控系统、提升电动机、减速器、联轴器、转速传感器，其特征是还包括控制器、液压泵/马达、液压蓄能回路、高压变频器、超级电容、双向DC/DC变换器、直流母线侧电压检测电路、超级电容侧电压检测电路；罐笼一，罐笼二分别与提升绳连接，提升绳通过上天轮，下天轮与矿井提升机卷筒连接；矿井提升机卷筒通过第一联轴器、减速器、第二联轴器与提升电动机输出轴相连接；提升电动机输出轴与第Ⅰ液压泵/马达输出轴相连；第Ⅰ液压泵/马达通过管路与液压蓄能回路连接；提升电动机输入端与高压变频器输出端相连；超级电容通过双向DC/DC变换器并联接于高压变频器的直流母线上；直流母线侧电压检测电路两端分别接于双向DC/DC变换器输入端两侧；超级电容侧电压检测电路两端分别接于双向DC/DC变换器输出端两侧；直流母线侧电压检测电路的输出信号、超级电容侧电压检测电路的输出信号通过导线与控制器连接；转速传感器测量提升电动机输出轴的转速大小；转速传感器的输出信号通过导线与控制器连接，控制器的输出信号通过导线与液压蓄能回路的控制端、高压变...
【技术特征摘要】
1.液电混合驱动摩擦式超级电容矿井提升机，包括矿井提升机卷筒、下天轮、上天轮、提升绳、罐笼一、罐笼二、尾绳、闸控系统、提升电动机、减速器、联轴器、转速传感器，其特征是还包括控制器、液压泵/马达、液压蓄能回路、高压变频器、超级电容、双向DC/DC变换器、直流母线侧电压检测电路、超级电容侧电压检测电路；罐笼一，罐笼二分别与提升绳连接，提升绳通过上天轮，下天轮与矿井提升机卷筒连接；矿井提升机卷筒通过第一联轴器、减速器、第二联轴器与提升电动机输出轴相连接；提升电动机输出轴与第Ⅰ液压泵/马达输出轴相连；第Ⅰ液压泵/马达通过管路与液压蓄能回路连接；提升电动机输入端与高压变频器输出端相连；超级电容通过双向DC/DC变换器并联接于高压变频器的直流母线上；直流母线侧电压检测电路两端分别接于双向DC/DC变换器输入端两侧；超级电容侧电压检测电路两端分别接于双向DC/DC变换器输出端两侧；直流母线侧电压检测电路的输出信号、超级电容侧电压检测电路的输出信号通过导线与控制器连接；转速传感器测量提升电动机输出轴的转速大小；转速传感器的输出信号通过导线与控制器连接，控制器的输出信号通过导线与液压蓄能回路的控制端、高压变频器的控制端、双向DC/DC变换器的控制端相连。2.根据权利要求1所述的液电混合驱动摩擦式超级电容矿井提升机，其特征是所述双向DC/DC变换器由n组功率变换器并联组成；n为正整数；一组功率变换器由一个直流母线侧滤波电容，一个电感，两个全控电路与一个超级电容侧滤波电容组成；直流母线侧滤波电容跨接在直流母线上，直流母线低压端与超级电容高压端相连，第一个全控电路的发射极连接至直流母线的高压端上，第一个全控电路的集电极与第二个全控电路的发射极相连，第二个全控电路的集电极与超级电容侧低压端相连，在两个全控电路中点连接电感的一端，电感的另一端连接至直流母线低压端，超级电容侧滤波电容跨接在超级电容侧。3.根据权利要求1所述液电混合驱动摩擦式超级电容矿井提升机，其特征是所述高压变频器，包含变压器、二极管整流桥、三电平逆变器；变压器输入端接入高压三相电网，变压器输出端接入二极管整流桥的三相交流输入端；二极管整流桥的直流输出端为直流母线；三电平逆变器的直流端挂接在直流母线上；逆变器的三相交流端接于提升电动机输入端；三电平逆变器为三电平中点箝位逆变器。4.根据权利要求1所述液电混合驱动摩擦式超级电容矿井提升机，其特征是所述的控制器包括下述任意一种：（1）控制器为电子控制单元；（2）控制器由控制计算机、微控单元、数字信号处理器连接而成的控制器；控制计算机端通过通讯接口与微控单元相连接，微控单元通过串行外设接口分别与两个数字信号处理器相连，数字信号处理器分别与IGBT驱动相连，控制计算机端对三电平逆变器端数字信号处理器发出对IGBT驱动进行SVPWM调制的信号，对双向DC/DC端数字信号处理器发出对IGBT驱动进行PWM调制的信号。5.根据权利要求1所述液电混合驱动摩擦式超级电容矿井提升机，其特征是：提升电动机输出轴与第Ⅰ液压泵/马达输出轴通过第三联轴器或电磁离合器连接。6.根据权利要求1所述液电混合驱动摩擦式超级电容矿井提升机，其特征是：所述液压蓄能回路是与第三联轴器配合使用的液压回路，或是与电磁离合器配合使用的液压回路。7.根据权利要求6所述的液电混合驱动摩擦式超级电容矿井提升机，所述液压储能回路是与第三联轴器配合使用的液压回路，其特征是：第Ⅰ液压泵/马达的第一油口pA通过管路分别与第Ⅱ液压泵/马达的第一油口A、第Ⅰ二位二通电磁阀的第一油口连接，第Ⅰ液压泵/马达的第二油口pB通过管路分别与第Ⅱ液压泵/马达的第二油口B、第Ⅰ二位二通电磁阀的第二油口、油箱连接，第Ⅱ液压泵/马达输出轴与第Ⅲ液压泵/马达驱动轴同轴连接，第Ⅲ液压泵/马达的第二油口D与油箱相连，第Ⅲ液压泵/马达的第一油口C通过管路分别与第Ⅱ二位二通电磁阀的第一油口、溢流阀的进油口相连，第Ⅱ二位二通电磁阀的第二油口与蓄能器的进油口相连，溢流阀的出油口与油箱联通。8.根据权利要求6所述的液电混合驱动摩擦式超级电容矿井提升机，所述液压储能回路是与电磁离合器配合使用的液压回路，其特征是：第Ⅰ液压泵/马达的第一油口pA通过管路与第Ⅱ液压泵/马达的第一油口A连接，第Ⅰ液压泵/马达的第二油口pB与第Ⅱ液压泵/马达的第二油口B通过管路分别与油箱连接，第Ⅱ液压泵/马达输出轴与第Ⅲ液压泵/马达驱动轴同轴连接，第Ⅲ液压泵/马达的第二油口D与油箱相连，第Ⅲ液压泵/马达的第一油口C通过管路分别与二位二通电磁阀的第一油口、溢流阀的进油口相连，二位二通电磁阀的第二油口与蓄能器的进油口相连，溢流阀的出油口与油箱联通。9.根据权利要求7所述液电混合驱动摩擦式超级电容矿井提升机，其特征是它的控制方法是，在提升电动机启动前，控制器分别接受直流母线侧电压检测电路、超级电容侧电压检测电路所发出的电压信号，从而发出控制指令，控制双向DC/DC变换器工作，为超级电容组充电；当超级电容组电压达到预设值，直流母线侧电压检测电路、超级电容侧电压检测电路所发出的电压信号传入控制器，控制器发出指令使三电平逆变器工作，提升电动机得电启动；控制器同时发出信号到双向DC/DC变换器，使超级电容组放电，辅助提升电动机启动；控制器同时控制第Ⅰ二位二通电磁阀闭合，使得第Ⅰ液压泵/马达的第一油口PA与第二油口PB均与油箱联通，液压蓄能回路对提升电动机的启动没有影响；当提升电动机启动后，转速传感器工作，输出信号传入控制器，控制器通过与预设转速进行比对，达到预设值后控制器发出信号控制双向DC/DC变换器停止工作；同时控制器控制第Ⅰ二位二通电磁阀断开，使得第Ⅰ液压泵/马达第一油口PA与第Ⅱ液压泵/马达的第一油口A联通、第Ⅰ液压泵/马达第二油口PB与第Ⅱ液压泵/马达的第二油口B联通，提升电动机正常工作；提升电动机通过矿井提升机卷筒、上天轮、下天轮、提升绳带动罐笼一、罐笼二运动；提升电动机启动后，提升电动机可能工作在四象限中某个状态：当罐笼一制动下行时或罐笼二加速提升时，提升电动机运行在正转电动状态下；由于提升电动机处于正转电动状态，高压变频器直流母线侧电压降低，直流母线电压传感器与超级电容电压传感器工作，输出信号传入控制器；控制器通过计算发出控制指令到双向DC/DC变换器，双向DC/DC变换器工作使超级电容组放电；同时转速传感器工作，输出信号传入控制器；控制器通过计算发出控制指令，控制第Ⅰ二位二通电磁阀断开，使得第Ⅰ液压泵/马达第一油口PA与第Ⅱ液压泵/马达的第一油口A连通，第Ⅰ液压泵/马达第二油口PB与第Ⅱ液压泵/马达的第二油口B连通；控制器同时控制第Ⅲ液压泵/马达摆角方向处于正向；此时，第Ⅰ液压泵/马达作为液压泵工作，第Ⅱ液压泵/马达作为液压马达工作，第Ⅲ液压泵/马达作为液压泵工作；控制器同时控制第Ⅱ二位二通电磁阀断开，使第Ⅲ液压泵/马达的油口联通蓄能器，蓄能器向第Ⅲ液压泵/马达输送高压油，高压油经由第Ⅲ液压泵/马达进入油箱，蓄能器释放能量；当罐笼一加速下行时或罐笼二减速提升时，提升电动机运行在正转回馈制动状态下；由于提升电动机处于正转发电状态，电能会经由三电平逆变器，使得直流母线电压升高；直流母线电压传感器与超级电容电压传感器分别工作，输出信号传入控制器；控制器通过计算发出控制指令到双向DC/DC变换器，双向DC/DC变换器工作使超级电容组充电；同时转速传感器工作，输出信号传入控制器；控制器通过计算发出控制指令，控制第Ⅰ二位二通电磁阀断开，使得第Ⅰ液压泵/马达第一油口PA与第Ⅱ液压泵/马达的第一油口A连通，第Ⅰ液压泵/马达第二油口PB与第Ⅱ液压泵/马达的第二油口B连通；控制器同时控制第Ⅲ液压泵/马达摆角方向处于反向，此时，第Ⅰ液压泵/马达作为液压马达工作，第Ⅱ液压泵/马达作为液压泵工作，第Ⅲ液压泵/马达作为液压马达工作；控制器同时控制第Ⅱ二位二通...
【专利技术属性】
技术研发人员：权龙，刘学成，王君，熊晓燕，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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