CN103835332A - 抓斗式挖泥船的抓斗机变频驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抓斗式挖泥船的抓斗机变频驱动系统，包括：变压器；变频器，该变频器的输入端与所述变压器的输出端连接，其输出端与抓斗机中的驱动电机相连；控制器，与所述变频器的输出端相连，该控制器调节所述变频器的输出信号频率以实现所述驱动电机的变频调速驱动。本发明能够采用变频驱动的方式实现抓斗机的驱动操作，有利于降低成本。

Description

抓斗式挖泥船的抓斗机变频驱动系统

技术领域

本发明涉及抓斗式挖泥船，尤其涉及一种抓斗式挖泥船的抓斗机变频驱动系统。

背景技术

近十多年来，海上疏浚和填筑工程的规模越来越大，疏浚市场对疏浚设备的效率、成本和节能减排的要求越来越高，疏浚企业对大型疏浚设备的需求也越来越迫切，世界各国为占领疏浚市场，都在致力于研制开发新一代的大型挖泥船。

现有技术中，抓斗式挖泥船尤其是大型抓斗式挖泥船中的抓斗机通常使用柴油机结合OMEGA离合器来进行驱动，以实现抓斗的起升、下放、回转、开合等操作。但是，现有技术中的驱动系统较为复杂，而且成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种抓斗式挖泥船的抓斗机变频驱动系统，能够采用变频驱动的方式实现抓斗机的驱动操作，有利于降低成本。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种抓斗式挖泥船的抓斗机变频驱动系统，包括：

变压器；

变频器，该变频器的输入端与所述变压器的输出端连接，其输出端与抓斗机中的驱动电机相连；

控制器，与所述变频器的输出端相连，该控制器调节所述变频器的输出信号频率以实现所述驱动电机的变频调速驱动。

根据本发明的一个实施例，所述变频器包括：

整流器，该整流器的输入端与所述变压器的输出端连接；

逆变器，该逆变器的输入端与所述整流器的输出端连接，其输出端与所述抓斗机中的驱动电机相连。

根据本发明的一个实施例，所述逆变器的数量为多个，所述驱动电机的数量为多个，所述多个逆变器的输出端经由冗余切换系统与多个驱动电机之间实现冗余切换式连接。

根据本发明的一个实施例，该变频驱动系统还包括：与所述整流器的输出端连接的制动单元以及与所述制动单元连接的制动电阻。

根据本发明的一个实施例，所述控制器检测所述驱动电机的电流，根据该电流的变化动态调节该变频器给所述驱动电机的预力矩。

根据本发明的一个实施例，所述变压器的输入端经由断路开关与船舶电站连接。

根据本发明的一个实施例，所述断路开关的输出端与所述变压器的输入端相连，该断路开关的输入端经由中心集电器滑环与所述船舶电站连接，该中心集电器滑环安装在所述抓斗机的回转体内。

根据本发明的一个实施例，该变频驱动系统还包括：水冷模块，该水冷模块经由水滑环供水，该水滑环安装在所述抓斗机的回转体内。

根据本发明的一个实施例，所述控制器经由通讯滑环与所述变频器的输出端连接，该通讯滑环安装在所述抓斗机的回转体内。

根据本发明的一个实施例，所述抓斗机中的驱动电机包括起升电机和/或回转电机。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的抓斗机变频驱动系统采用变频器对变压器的输出信号进行变频，并采用控制器来调节变频器的输出信号频率，从而实现驱动电机的变频调速驱动，抓斗机的回转、变幅、升降等均采用变频调速驱动方式，该变频驱动系统有利于降低成本。

附图说明

图1是本发明实施例的抓斗机变频驱动系统的电气结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

参考图1，图1示出了本实施例的抓斗机变频驱动系统的电气结构图，该变频驱动系统可以适用于抓斗式挖泥船，尤其可以适用于大容量的抓斗式挖泥船。

作为一个非限制性的例子，该变频驱动系统包括2套公共直流母线变频调速系统，其中每套变频调速系统包括变压器11、变频器12、冗余切换系统13、制动单元14和制动电阻15。另外，该变频驱动系统还可以包括辅助变压器16以及辅助设备17。

进一步而言，第一套变频调速系统可以经由断路开关T1与船舶电站连接，以接收船舶电站提供的供电信号。该船舶电站可以是设置在抓斗式挖泥船上上的柴油发电机组，用于给抓斗机提供电力。更加具体而言，该断路开关T1的输出端与变压器11的输入端相连，该断路开关T1的输入端经由中心集电器滑环与该船舶电站连接，其中，中心集电器滑环安装在所述抓斗机的回转体内。由于抓斗机回转体在工作时与船体之间具有相对旋转运动，而船舶电站通常设置在船舱内，为了避免传输电缆在抓斗机回转体旋转时发生扭曲，故采用中心集电器滑环实现断路开关T1与船舶电站之间的连接。

类似地，第二套变频调速系统可以经由断路开关T2与船舶电站连接，以接收船舶电站提供的供电信号。该断路开关T2的输出端与第二套变频调速系统中的变压器11的输入端相连，该断路开关T2的输入端也可以经由该中心集电器滑环与船舶电站连接。

辅助变压器16可以经由断路开关T3与船舶电站连接，以接收船舶电站提供的供电信号。该断路开关T3的输出端与辅助变压器16的输入端连接，该断路开关T3的输入端也可以经由该中心集电器滑环与船舶电站连接。辅助变压器16的输出端与辅助设备17相连，用于给辅助设备17供电。该辅助设备17可以是抓斗机上各类常见的辅助设备，例如照明指示设备等。

作为一个优选的实例，断路开关T1、断路开关T2和断路开关T3可以设置在一高压开关柜内，该高压开关柜设置在抓斗机上。

第一套变频调速系统和第二套变频调速系统的内部结构在本实施例中是相同的，当然，在其他实施例中，二者的内部结构也可以有细微的差别，例如整流器、逆变器的数量可以根据实际需要进行调节。下面对该变频调速系统的结构进行详细说明。

该变频调速系统可以包括变压器11、变频器12、冗余切换系统13、制动单元14以及制动电阻15。其中，变压器11接收船舶电站输出的供电信号，变压后的输出信号交由变频器12进行变频，变频器12变频后的输出信号频率可以由控制器（图中未示出）来调节。

进一步而言，该变频器12包括整流器121和逆变器122，在一个非限制性的实例中，多个逆变器122可以共用同一个整流器121。整流器121的输入端与变压器11的输出端连接，整流器121的输出端可以经由直流母线连接至各个逆变器122的输入端。各个逆变器122的输出信号频率可以由控制器进行单独控制。

各个逆变器122的输出端经由冗余切换系统13与各个驱动电机M1、M2、M3连接，冗余切换系统13用于实现多个逆变器122与多个驱动电机之间的冗余切换式连接。更进一步而言，冗余切换系统13可以对各个驱动电机M1、M2、M3的供电源进行冗余切换，例如以驱动电机M1为例，其可以由多个逆变器122中的任一个来驱动，在其中一个逆变器122故障时，可以切换至另一逆变器，从而保证该驱动电机M1在需要时始终能够正常工作。

作为一个非限制性的例子，驱动电机M1可以是起升电机，驱动电机M2可以是起升电机，驱动电机M3可以是回转电机。

制动单元14的输入端与整流器121的输出端连接，制动电阻15与制动单元14连接，该制动电阻15可以消耗制动时回馈的能量。

在一个非限制性的例子中，变压器11可以是12脉冲变压器，两套变频调速系统在网侧形成24脉动整流，每套变频调速系统包括3台逆变器122，分别控制2台起升电机和1台回转电机。逆变器122的变频范围可以是0～50Hz，起升电机和回转电机的调速范围可以是0-750转每分钟。

作为一个优选的实施例，该变频驱动系统还可以包括水冷模块（图中未示出），该水冷模块例如可以包括多个水冷散热管路，对变压器11、整流器121、逆变器122等部件进行散热。该水冷模块可以经由水滑环供水，该水滑环安装在抓斗机的回转体内。该水滑环的结构与前述中心集电器滑环类似，只是由电缆的转接改为水管的转接。

控制器例如可以采用PLC可编程器件来实现，或者，控制器也可以采用现有技术中其他适当的器件来实现。

此外，对于大型起升机构而言，制动器的控制非常重要，如果出现意外就会产生可怕的后果。通常，在制动器打开之前，会对电机施加与预力矩，使得电机能够产生正向力矩，保证制动器开启时不会发生溜钩等问题。但是，如果提供固定的力矩，那么力矩过大会对减速箱造成损伤，力矩过小则可能出现溜钩问题。作为一个优选的实例，控制器可以根据驱动电机M1、M2、M3当前的负载动态地调节变频器122提供给驱动电机M1、M2、M3的预力矩。具体而言，控制器可以检测驱动电机M1、M2、M3的电流，根据该电流的变化来确定当前负载的大小，从而动态地调节变频器122给驱动电机M1、M2、M3的预力矩，使得预力矩与当前的负载匹配，避免预力矩过大或者过小造成的问题。

由上，本实施例的变频驱动系统采用变频调速驱动方式来驱动抓斗机的回转、变幅、升降等，可以实现以下功能：抓斗的起升和下放；抓斗的开合；抓斗机回转；力矩限制保护；抓斗的刹车制动机驱动；等等。

另外，该变频驱动系统还可以包括和控制器相连的报警器和显示器，该报警器可以用于刹车制动机的报警、变频器的报警，该显示器可以实现变频器的参数以及故障显示等等。

由于该变频驱动系统的负载大部分都是非线性负荷，谐波污染较为严重，本实施例的变频驱动系统优选为将谐波THD限制在小于5%。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种抓斗式挖泥船的抓斗机变频驱动系统，其特征在于，包括：

变压器；

变频器，该变频器的输入端与所述变压器的输出端连接，其输出端与抓斗机中的驱动电机相连；

控制器，与所述变频器的输出端相连，该控制器调节所述变频器的输出信号频率以实现所述驱动电机的变频调速驱动。

2.根据权利要求1所述的抓斗机变频驱动系统，其特征在于，所述变频器包括：

整流器，该整流器的输入端与所述变压器的输出端连接；

逆变器，该逆变器的输入端与所述整流器的输出端连接，其输出端与所述抓斗机中的驱动电机相连。

3.根据权利要求2所述的抓斗机变频驱动系统，其特征在于，所述逆变器的数量为多个，所述驱动电机的数量为多个，所述多个逆变器的输出端经由冗余切换系统与多个驱动电机之间实现冗余切换式连接。

4.根据权利要求2所述的抓斗机变频驱动系统，其特征在于，还包括：与所述整流器的输出端连接的制动单元以及与所述制动单元连接的制动电阻。

5.根据权利要求1所述的抓斗机变频驱动系统，其特征在于，所述控制器检测所述驱动电机的电流，根据该电流的变化动态调节该变频器给所述驱动电机的预力矩。

6.根据权利要求1所述的抓斗机变频驱动系统，其特征在于，所述变压器的输入端经由断路开关与船舶电站连接。

7.根据权利要求6所述的抓斗机变频驱动系统，其特征在于，所述断路开关的输出端与所述变压器的输入端相连，该断路开关的输入端经由中心集电器滑环与所述船舶电站连接，该中心集电器滑环安装在所述抓斗机的回转体内。

8.根据权利要求1所述的抓斗机变频驱动系统，其特征在于，还包括：

水冷模块，该水冷模块经由水滑环供水，该水滑环安装在所述抓斗机的回转体内。

9.根据权利要求1所述的抓斗机变频驱动系统，其特征在于，所述控制器经由通讯滑环与所述变频器的输出端连接，该通讯滑环安装在所述抓斗机的回转体内。

10.根据权利要求1所述的抓斗机变频驱动系统，其特征在于，所述抓斗机中的驱动电机包括起升电机和/或回转电机。

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