CN203402846U - 起重机集成动力驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种起重机集成动力驱动系统，包括多个用于驱动变频电机的变频装置（3），还包括电源箱（1）、公用直流母线（2）；所述电源箱（1）内设置有进线控制装置（11）、连接到进线控制装置（11）上的整流器（12），所述进线控制装置（11）与起重机现场供电系统相连；所述变频装置（3）为逆变器，通过公用直流母线（2）与整流器（12）相连。本实用新型将各子系统公用的装置集中设置在一个电源箱中，统一供电、集中安装，并将电源箱、公用直流母线、逆变器集成安装到机柜中，充分利用设备资源和空间资源，便于安装调试以及维护，具有通用性强、成本低、可扩展能力强等优点。

Description

起重机集成动力驱动系统

技术领域

本实用新型涉及起重机动力驱动技术领域，尤其涉及一种起重机集成动力驱动系统。

背景技术

起重机集成动力驱动系统是起重机电气控制系统的重要组成部分，目前的起重机动力系统一般的结构如图1所示，其将功率最大的起升机构作为整体电源，直流总线直接连接到起升变频器的输出上，其他子系统如回转机构、变幅机构、大车机构等采用共直流总线的方式，将变频器接入直流总线，变频器再连接起重机的变频驱动电机，各子系统的设备之间相互独立、分散安装。该系统结构存在着以下不足：

一、整个系统缺乏在设备层面专门针对起重系统对象的实际综合考虑，仅在现有产品基础上简单联接组合而成，没有更深入的设备层级面的设计整合，在各子系统组成整体组合时，将子系统中功率最大的起升机构作为整体电源，公共的直流电源联接的分散布置方式，受现有设备制约，不具独立性，且各子系统安装分散，无整合成为整体产品的可能性，因而造成整机动力控制系统装备性能不高；  

二、供电电源功率匹配不合理，容易造成交流供电电源过载和其它电源浪费：系统的整个供电功率仅是起升子系统的电源功率，在系统正常工作时，只要有包括起升机构在内的两机构以上子系统同时运行时，供电电源整流部分就有可能过载；同时，由于各子系统均使用现成的变频器，除起升机构外的其他机构变频器的交流整流电源部分就完全无用，从而造成配置不合理的浪费；  

三、安装位置不合理，给现场设备安装、系统调试、日常维修维护都带来不便：由于各子系统各自无机械联系，现场的实际安装都各自就近在各自机械机构附近位置就近安装，完全处于分散状态，相距约在十米以上，有的甚至几十米。给设备安装，系统调试，日常维修维护都带来极大不便，特别是日常维护带来更多不方便和危险；  

五、共用部分不能集中安装,需要另辟空间，造成空间浪费和安装不合理，系统难以扩展，若考虑多种驱动形式混合难度将大大增加： 由于系统公共部分都由起升变频器担任，其它公共部分，如制动单元/ 电阻，DC/DC 转换器，PUR  回馈装置等都难于统一安装，必须另辟空间，造成安装上不合理，位置不集中等问题；若使用多种驱动模式混合集成，难度将进一步加大；  

六、系统的分散安装给系统布线带来浪费和增加不稳定因素：由于整个系统的分散性，其动力电源电缆，控制电缆，信号电缆布线都十分分散繁琐，同样造成了安装调试维修维护的困难和成本浪费，同时也使系统埋下隐患，增加其故障率和不稳定性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的上述问题，本实用新型提供一种统一供电、集中安装的起重机集成动力驱动系统，该动力驱动系统将各子系统公用的装置集中设置在一个电源箱中，充分发挥设备资源和利用空间资源，并便于安装调试以及维护。

为实现上述目的，本实用新型的起重机集成动力驱动系统，包括多个用于驱动变频电机的变频装置，还包括电源箱、公用直流母线；上述电源箱内设置有进线控制装置、连接到进线控制装置上的整流器，进线控制装置与起重机现场供电系统相连；上述变频装置为逆变器，通过公用直流母线与整流器相连。本方案中，起重机现场供电系统供给的交流电源经进线控制装置接入电源箱后，通过整流器整流为直流电从直流母线输出，而起升机构、回转机构、变幅机构、大车机构等子系统均采用逆变器驱动对应机构的电机转动，逆变器接入直流母线，就无需在各子系统中设置变频器进行交流整流。由于原各子系统中的变频装置采用变频器，变频器还包括有交流整流功能和进线控制部分，本方案中的上述改进也就相当于将原各子系统中变频器中的交流整流功能和进线控制部分统一由电源箱完成，变频装置就可以采用不带交流整流功能和进线控制部分的逆变器完成，避免了现有技术中除起升机构外的其他机构变频器的交流整流电源部分就完全无用而造成配置不合理的浪费，可有效节省设备资源成本。此外，本方案中，将各个子系统共用的进线控制装置、整流器等装置统一设置在电源箱内，可有效节省空间资源，此外电源箱、逆变器以及电路上的其他设备还可集中安装在同一位置，便于线路布置和设备的安装、调试以及维护，同时也降低了系统的不稳定性，并且也便于后期多种驱动模式混合集成。

作为本实用新型的进一步改进，上述起重机集成动力驱动系统还包括机柜，上述电源箱、公用直流母线、逆变器均集成安装在机柜内，集中靠近驾驶室位置安装，使动力/控制/信号电缆集中，方便线路布置，同时也能有效降低因安装分散、线路复杂带来的系统不稳定性和故障率。实际现场安装时，如果部分逆变器需要在离驾驶室较远的地方安装时，也可以将这部分逆变器移出机柜，但系统整体结构不发生变化。

进一步，上述电源箱内还设置有用于消耗变频电机产生的再生电能的能耗制动装置，该能耗制动装置并联在公用直流母线上。

进一步，上述能耗制动装置包括制动单元和制动电阻，制动单元和制动电阻串联后并联在公用直流母线上，当起重机吊重单元下降、变频电机产生再生电能时，制动单元导通将制动电阻接入回路，消耗再生电能。

进一步，上述电源箱内还设置有储能制动装置，该储能制动装置为超级电容器，并联在公用直流母线上，用于将吊重单元下降时变频电机产生的再生电能储存，并在不产生再生电能时供给变频电机。

进一步，上述电源箱内还设置有能量回馈装置，该能量回馈装置包括两个输入端和三个输出端，其两个输入端分别与公用直流母线的正、负极相连，三个输出端分别与进线控制装置的3个输入端相连，即与起重机现场供电系统的三个输出端相连，将吊重单元下降时变频电机产生的再生电能回馈到进线控制装置处或供电系统电网中（此时电能表反转），节省能源。

进一步，为保证安全，上述进线控制装置包括依次连接的隔离开关、断路器、接触器，隔离开关与起重机现场供电系统相连，其中，断路器也可以替换为快速熔断器。

进一步，上述进线控制装置还包括连接在断路器和接触器之间的三相输入交流电抗器、连接在接触器和整流器之间的EMI滤波器。

进一步，上述逆变器上还设置有控制开关，调速电机通过该控制开关与逆变器相连。本方案中，一个逆变器可以通过控制开关连接多个变频电机，由于共用直流母线，可充分考虑系统负载特征，采用同时控制、分时控制等手段，实现一台逆变器同时带同机构多台电机、一台逆变器分时拖带两机构电机等功能扩展，进一步发挥设备潜能，提高利用率，降低系统成本。

进一步，上述电源箱内还设置有附加电源，该附加电源为110V交流电源、48V交流电源、24V交流电源、12V直流电源、5V直流电源、3.3V直流电源中的一种或多种，可以支持其他采用交流电源或直流电源的用电装置使用，便于后期多种驱动模式混合集成。

 相对于现有技术，本实用新型具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型的电源箱将起重机现场供电系统供给的交流电源接入后，通过整流器整流为直流电后从直流母线输出，变频装置采用逆变器替代现有技术中的变频器，将原各子系统中变频器中的交流整流功能和进线控制部分统一由电源箱完成，简化变频装置结构，避免了现有技术中除起升机构外的其他机构变频器的交流整流电源部分就完全无用而造成配置不合理的浪费，即本实用新型集中公共部分，删除冗余，可有效节省设备资源；

2、本实用新型将进线控制装置、整流器、制动系统（包括但不限于能耗制动装置、储能制动装置、能量回馈装置等）、附加电源（交流电源、直流电源、）等系统中的公用装置集成到电源箱内一体安装，作为一个独立体，与各子系统独立设计，能有效节省空间资源；

3、本实用新型还将电源箱、公用直流母线、逆变器安装在同一机柜内，集成一体、集中靠近驾驶室位置安装，使动力/控制/信号电缆集中，方便线路布置，同时也能有效降低因安装分散、线路复杂带来的系统不稳定性和故障率；

4、本实用新型在裁剪冗余、节约成本后，加入系统适用的能耗制动装置、储能制动装置、能量回馈装置等多个制动系统，这几个系统可选择配置，在成本不变或小幅升高前提下，明显提升系统性能，最终达到提高信价比的目的，并且制动系统均按系统可能出现的最大功率设计，以确保系统安全可靠；

5、本实用新型的电源箱、控制柜将上述多个设备集成一体安装，使得设备的安装、调试以及维护更加方便快捷，能有效降低系统的安装维护成本；

6、本实用新型的电源箱还配备了多种类型的附加电源，可支持其它各机构驱动电源 （各变频器及其它驱动设备）同机箱装配安装，形成一个系统整体配置的供电系统，还可支持除变频器外的其它多种动力驱动形式，便于后期多种驱动模式混合集成；

7、本实用新型共用公共直流母线，且逆变器上还设置有控制开关，一个逆变器可以通过控制开关连接多个变频电机，可充分考虑系统负载特征，采用同时控制、分时控制等手段，实现一带多（一台逆变器同时带同机构多台电机）、单拖双（一台逆变器分时拖带两机构电机）等功能扩展，进一步发挥设备潜能，提高利用率，降低成本；

8、本实用新型的动力驱动方案面向对象，不受现成设备局限，跨越现有变频器功能和固定配置，对其内部构造按系统总体要求进行重新调配整合，使之适应整体系统架构的要求，真正面向对象、直接面对应用。   

附图说明

图1为现有起重机动力系统的结构示意图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为能耗制动装置的结构示意图；

图4为储能制动装置的结构示意图。

图例说明：1、电源箱； 2、公用直流母线； 3、变频装置； 4、机柜； 11、进线控制装置；  12、整流器；  13、能耗制动装置；  14、储能制动装置； 15、能量回馈装置； 131、制动单元；  132、制动电阻 。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不仅限于此。

【实施例1】

如图2所示，本实施例的起重机集成动力驱动系统，包括多个用于驱动调速变频电机的变频装置3、电源箱1、公用直流母线2、机柜4，其中：电源箱1内设置有进线控制装置11、连接到进线控制装置11上的整流器12，进线控制装置11与起重机现场供电系统相连；上述变频装置3为逆变器，通过公用直流母线2与整流器12相连；上述电源箱1、公用直流母线2、逆变器均集成安装在机柜4内；上述进线控制装置11包括依次连接的隔离开关、断路器（或快速熔断器）、三相输入交流电抗器、接触器、EMI滤波器，隔离开关与起重机现场供电系统相连，EMI滤波器与整流器12相连。其中，三相输入交流电抗器和EMI滤波器可以根据需要去掉不使用。本实施例中，上述起重机现场工作电源可以为380V工业电源（即，接入380V三相四线工业用电）或380V交流稳压电源，实际应用中，上述电源箱1内还可设置有附加电源，该附加电源可以为110V交流电源、48V交流电源、24V交流电源、12V直流电源、5V直流电源、3.3V直流电源中的一种或多种，以满足其他各类用电装置需求，提高电源箱1的通用性。

【实施例2】

在实施例1的基础上，电源箱1内还设置有用于消耗变频电机产生的再生电能的能耗制动装置13，该能耗制动装置13连接在整流器12之后。能耗制动装置13的结构如图3所示，该能耗制动装置13包括制动单元131和制动电阻132（R1），上述制动单元131和制动电阻132（R1）串联后并联在公用直流母线2上。其中，制动单元131由二极管D1、二极管D2和一个三极管T1构成；三极管的发射极T1连接到直流母线2负极上、集电极与制动电阻132（R1）相连，制动电阻132（R1）再连接到直流母线2正极上；上述二极管D2的正极与三极管T1的发射极相连、负极与三极管T1的集电极相连；二极管D1并联在制动电阻132（R1）上，负极连接到直流母线2正极，正极与三极管T1的集电极相连，其中二极管D1主要用于稳压，实际应用中也可以不采用二极管D1。此处制动单元131的作用相当于一个开关，在起重机的吊重单元下降时，其势能转换为变频电机的电能回馈到直流母线上，如果不加以消耗会损坏电路，因此此时制动单元132导通，将制动电阻132（R1）接入能耗制动电路，消耗掉这部分再生电能；当起重机的吊重单元不驱动产生再生电能时，制动单元132截止。实际应用中，上述制动电阻132（R1）也可以连接在三极管T1的发射极上，三极管的种类和各个集的连接方式也可以相应更改，也可以采用场效应管等， 采用二极管、三极管、场效应管设计开关控制电路为本领域常用技术手段，其他的实施方式此处不再赘述。

【实施例3】

在实施例1或2的基础上，本实施例的起重机集成动力驱动系统的电源箱1内还设置有储能制动装置14，该储能制动装置14为超级电容器及其控制电路，并联在整流器12之后的公用直流母线2上。图4为储能制动装置14的结构示意图，该超级电容器包括并联的超级电容组C1和双向DC-DC变换器。此外，储能制动装置14上还并联有起稳压作用的电容C2。超级电容器作为制动系统具有平衡电源功能，其充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源，提供超大电流的供电，可兼做电源滤波，提升供电质量的作用，并提供系统短时间应急电源。本实施例中储能制动装置14可采用SOHO-DCDC、SCDA5R5473（组合）、EECSOHD22（组合）等型号的超级电容器，实际应用中可以根据储能需求选用其他不同容量、不同型号的超级电容器。

【实施例4】

在上述实施例基础上，本实施例中的起重机集成动力驱动系统，其电源箱1内还设置有能量回馈装置15，上述能量回馈装置15包括两个输入端和三个输出端，其两个输入端分别与公用直流母线2的正、负极相连，三个输出端分别与接入控制装置11的三个输入端（即起重机现场供电系统的三个输出端）相连。本实施例中能量回馈装置15可采用PFS-3450、BKFK506 、安川IPC等型号的能量回馈装置15，实际应用中可以根据实际需求选用其他型号的能量回馈装置。此外，还可以包括其他制动机构，提供多种制动选择，例如但不限于四象限回馈系统。

【实施例5】

在上述实施例基础上，本实施例中的起重机集成动力驱动系统，其逆变器上还设置有控制开关，一个逆变器可以通过控制开关连接多个变频电机，在充分考虑系统负载特征的基础上，可采用同时控制、分时控制等手段，实现一带多（一台逆变器同时带同机构多台电机）、单拖双（一台逆变器分时拖带两机构电机）等功能扩展，进一步发挥设备潜能，提高利用率，降低成本。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.起重机集成动力驱动系统，包括多个用于驱动变频电机的变频装置（3），其特征在于，还包括电源箱（1）、公用直流母线（2）；所述电源箱（1）内设置有进线控制装置（11）、连接到进线控制装置（11）上的整流器（12），所述进线控制装置（11）与起重机现场供电系统相连；所述变频装置（3）为逆变器，通过公用直流母线（2）与整流器（12）相连。

2.根据权利要求1所述的起重机集成动力驱动系统，其特征在于，还包括机柜（4），所述电源箱（1）、公用直流母线（2）、逆变器均集成安装在机柜（4）内。

3.根据权利要求1所述的起重机集成动力驱动系统，其特征在于，所述电源箱（1）内还设置有用于消耗变频电机产生的再生电能的能耗制动装置（13），所述能耗制动装置（13）并联在公用直流母线（2）上。

4.根据权利要求3所述的起重机集成动力驱动系统，其特征在于，所述能耗制动装置（13）包括制动单元（131）和制动电阻（132），所述制动单元（131）和制动电阻（132）串联后并联在公用直流母线（2）上。

5.根据权利要求1至4任一所述的起重机集成动力驱动系统，其特征在于，所述电源箱（1）内还设置有储能制动装置（14），所述储能制动装置（14）为超级电容器，并联在公用直流母线（2）上。

6.根据权利要求1至4任一所述的起重机集成动力驱动系统，其特征在于，所述电源箱（1）内还设置有能量回馈装置（15），所述能量回馈装置（15）包括两个输入端和三个输出端，其两个输入端分别与公用直流母线（2）的正、负极相连，三个输出端分别与进线控制装置（11）的三个输入端相连。

7.根据权利要求1至4任一所述的起重机集成动力驱动系统，其特征在于，所述进线控制装置（11）包括依次连接的隔离开关、断路器、接触器，所述隔离开关与起重机现场供电系统相连。

8.根据权利要求7所述的起重机集成动力驱动系统，其特征在于，所述进线控制装置（11）还包括连接在断路器和接触器之间的三相输入交流电抗器、连接在接触器和整流器（12）之间的EMI滤波器。

9.根据权利要求1至4任一所述的起重机集成动力驱动系统，其特征在于，所述逆变器上还设置有控制开关，调速电机通过该控制开关与逆变器相连。

10.根据权利要求1至4任一所述的起重机集成动力驱动系统，其特征在于，所述电源箱（1）内还设置有附加电源，所述附加电源为110V交流电源、48V交流电源、24V交流电源、12V直流电源、5V直流电源、3.3V直流电源中的一种或多种。

Images