CN202034792U - 基于超级电容器的市电轮胎吊转场电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于超级电容器的市电轮胎吊转场电源，连接于市电轮胎吊的电控系统中，该电控系统包括连接市电的整流器、以及经直流母线连接整流器的多个逆变器，该转场电源包括充电机、斩波器、电容器和控制器，该充电机连接市电，该斩波器连接该直流母线，该电容器连接该充电机和该斩波器，该控制器连接该斩波器和该电容器。相比传统供电方式，本实用新型的转场电源在无需柴油机组的情况下，使得轮胎吊正常工作和过街转场可以无缝连接，不需要对轮胎吊进行重启等待，而且还具有使用寿命长，充电时间短的优点。

Description

基于超级电容器的市电轮胎吊转场电源

技术领域

本实用新型涉及市电轮胎吊转场电源，尤其是涉及一种基于超级电容器的市电轮胎吊转场电源。

背景技术

作为堆场起重机的主力品种，轮胎式集装箱龙门起重机(下称“轮胎吊”)由于其转场灵活的特点，可以最大限度的减少设备的配备数量以降低码头设备资产投入，因而在我国集装箱码头得到广泛应用。但轮胎吊使用中扰人的噪音、惊人的油耗、柴油机组高强度的维护以及由此带来的废油、废气和废水排放，长期困扰着码头。随着石油价格的不断上升，全球温室效应的加剧，以及人们对环境保护的日益重视，传统轮胎吊无论从经济效益还是社会效益来说，都无法令人满意，急需进行改善。

为了节约能源，有些码头通过在轮胎吊上加装类似电缆卷筒、滑触线等受电装置，使轮胎吊在工作中使用市电而关闭柴油机组。但是这种改造目前仍然不能摆脱柴油发电机组的应用，轮胎吊的“转场、过街”操作仍需要启动柴油发电机组运行。

为了解决轮胎吊“转场、过街”时的供电问题，有些开发者曾研发了利用蓄电池供电的转场装置，该装置可以摆脱必须使用柴油发电机组进行转场、过街的工作“窘境”，但是也面临很多不足，主要包括：

1，蓄电池寿命太短、工作循环只有一千五百多次，从而繁忙的码头可能半年时间就调换新电池；

2，蓄电池充放电电流有限，因而无法利用轮胎吊反馈能量进行储能。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是提供一种基于超级电容器的市电轮胎吊转场电源。

本实用新型提出一种基于超级电容器的市电轮胎吊转场电源，连接于市电轮胎吊的电控系统中，该电控系统包括连接市电的整流器、以及经直流母线连接整流器的多个逆变器。该转场电源包括充电机、斩波器、电容器和控制器，该充电机连接市电，该斩波器连接该直流母线，该电容器连接该充电机和该斩波器，该控制器连接该斩波器和该电容器。

在上述的转场电源中，还包括一DC/AC逆变电源，连接该直流母线以及辅助设施，用以向辅助设施供电。

在上述的转场电源中，该控制器连接该市电轮胎吊的电控系统的主PLC。

在上述的转场电源中，该市电轮胎吊的电控系统还包括一制动单元和一电阻器，该制动单元连接该直流母线，该电阻器连接该制动单元。

在上述的转场电源中，该多个逆变器的其中之一连接市电轮胎吊的起升电机。

本实用新型的基于超级电容器的市电轮胎吊转场电源，相比于以往的市电轮胎吊供电方案，具有以下优点：

1、电容储能式市电轮胎吊脱线行驶电源系统安全可靠，平均故障率为1次/年；

2、使用寿命长，连续使用寿命达10年；

3、充电时间短，最长充电时间为8分钟(500V～760V)；

4、轮胎吊正常工作和过街转场可以无缝连接，不需要对轮胎吊进行重启等待。

附图说明

为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出包含本实用新型一实施例的超级电容器转场电源的市电轮胎吊供电方案。

图2为超级电容器在起升机构下降时的储能示意图。

图3为超级电容器在起升机构上升时的能量补偿示意图。

图4为超级电容器在轮胎吊大车过街或转场时的能量补充示意图。

具体实施方式

图1为包含本实用新型一实施例的超级电容器转场电源的市电轮胎吊供电方案。参照图1所示，供电环境100中包含超级电容器转场电源10、整流器20、制动单元30、电阻器40、多个逆变器50-1，50-2，50-3，50-4，以及主PLC 60。

整流器10连接市电，将交流电转换为直流电后，经直流(DC)母线21送给各逆变器逆变器50-1，50-2，50-3，50-4，以分别对起升电机101、小车电机102、大车电机103、104供电。

制动单元30连接到直流母线21，并且结合一电阻器40，以被用来消耗多余的能量，例如轮胎吊下降过程中的反馈能量和各机构制动能量。在本实施例中，制动单元30和电阻器40仍被用来消耗多余的能量，不过多余的能量将首先被超级电容器转场电源10吸收。

超级电容器转场电源10包括充电机11、超级电容器12、DC/DC斩波器13、控制器14、以及DC/AC逆变电源15。充电机11连接到市电，用以引入交流市电，并转换成直流电。斩波器13连接直流母线21，用来控制直流母线到电容器12的通路的通断。电容器12连接充电机11和斩波器13。另外，控制器14连接斩波器13和电容器12，用来控制二者的工作流程。控制器14另连接到系统的主PLC(可编程逻辑控制器)60，以便和系统操作过程相协调。DC/AC逆变电源15连接直流母线21和照明、空调等辅助设施，用来向照明、空调等辅助设施供电。

斩波器13的目的是为市电轮胎吊增加一个功率补偿和能量回收功能，其主要作用是控制电容器12的输出电压和输入输出功率。

该转场电源10接到市电轮胎吊的电控系统上，整个设备安装在一个恒温控制的电气房中。

超级电容器转场电源工作原理如下：

图2为超级电容器在起升机构下降时的储能示意图。在集装箱下降作业时，电容控制器14得到轮胎吊主PLC 60的控制指令，电容器12进入充电状态，这时轮胎吊产生的再生能量通过逆变器50-1、直流母线21、斩波器13向超级电容器组件充电，并保存在电容器12中。

图3为超级电容器在起升机构上升时的能量补偿示意图。在轮胎吊提升集装箱的启动、加速过程中，电容器12输出的电能补偿电网的电力，稳定电网电压。

图4为超级电容器在轮胎吊大车过街或转场时的能量补充示意图。在电容控制器14接到过街指令后，自动将电容器12进入放电状态，为轮胎吊过街供电。在电容控制器1接到转场指令后，自动检测电容器12的电压，并启动充电机将电容器12充到高电压后将电容器12进入放电状态，为轮胎吊转场供电。

对应于上述的能量流动，轮胎吊控制过程如下：

1、过街作业

在控制器14接到转场指令后，将电容器12进入放电状态，为市电轮胎吊过街供电，过街运行时间2分钟左右，电容器电压变化范围650V～620V。

2、转场作业

在控制器14接到转场指令后，自动检测电容器12的电压，并启动充电机11将电容器12电压稳定在760V(大约8分钟)后将电容器12进入放电状态，为市电轮胎吊转场供电，连续行驶10分钟左右。在转场过程中，控制器14时刻监测电容器12的电压值，当电容器电压等于550V时，发出报警信号提示驾驶员还可继续行驶2分钟左右，行驶距离120米左右。

3、功率补偿

在提升作业的启动、加速阶段，控制器14控制斩波器正向导通(DC母线→电容器)，电容器12向直流母线21提供3～5秒钟共150kW的功率补偿，降低启动加速阶段对电网的冲击和供电线路的损耗。

4、能量回收

在集装箱下降作业中，控制器14检测直流母线21中回馈电流值，当回馈电流≤200A时，斩波器13反向导通(电容器→DC母线)，回馈电流被电容器12吸收。

本实用新型以上实施例描述的超级电容起转场电源将具有如下功能：

1、功率补偿功能，使电网最大输出功率降低30％；

2、具有再生能量回收功能，回收效率达60％，节电率达到35％以上；

3、具有脱线过街和转场功能，一次充电后连续行驶距离达到600～900m。

相比于以往的市电轮胎吊供电方案，本实用新型具有以下优点：

1、电容储能式市电轮胎吊脱线行驶电源系统安全可靠，平均故障率为1次/年；

2、使用寿命长，连续使用寿命达10年；

3、充电时间短，最长充电时间为8分钟(500V～760V)；

4、轮胎吊正常工作和过街转场可以无缝连接，不需要对轮胎吊进行重启等待。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.一种基于超级电容器的市电轮胎吊转场电源，连接于市电轮胎吊的电控系统中，该电控系统包括连接市电的整流器、以及经直流母线连接整流器的多个逆变器，其特征在于，该转场电源包括充电机、斩波器、电容器和控制器，该充电机连接市电，该斩波器连接该直流母线，该电容器连接该充电机和该斩波器，该控制器连接该斩波器和该电容器。

2.如权利要求1所述的转场电源，其特征在于，还包括一DC/AC逆变电源，连接该直流母线以及辅助设施，用以向辅助设施供电。

3.如权利要求1所述的转场电源，其特征在于，该控制器连接该市电轮胎吊的电控系统的主PLC。

4.如权利要求1所述的转场电源，其特征在于，该市电轮胎吊的电控系统还包括一制动单元和一电阻器，该制动单元连接该直流母线，该电阻器连接该制动单元。

5.如权利要求1所述的转场电源，其特征在于，该多个逆变器的其中之一连接市电轮胎吊的起升电机。

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