CZ27851U1 - Zapojení univerzální trakční akumulátorové jednotky - Google Patents

Description

Zapojení univerzální trakční akumulátorové jednotky

Oblast techniky

Technické řešení se týká zapojení univerzální trakční akumulátorové jednotky.

Dosavadní stav techniky

Nedílnou součástí technologického vybavení ražeb důlních chodeb je v současnosti manipulační zařízení, sloužící k přemísťování materiálu, zejména, výztuže, pažení, potrubí, strojní díly a. p. z místa dočasného uložení k místu použití na ražené čelbě. Manipulační zařízení pojíždí po závěsné dráze z profilu 1155, všeobecně ve světě používaném pro závěsnou dopravu v podzemí. Manipulační zařízení v ražbách se používá do vzdálenosti zhruba 100 m od čelby, jako zdroje energie se používá buď stlačeného vzduchu při provozním tlaku 0,4 MPa, nebo elektrohydraulického pohonu. Obojí provedení je ve svém pohybu omezováno přívodní hadicí tlakového vzduchu nebo vlečným elektrokabelem. Každé manipulační zařízení sestává z tažné jednotky a připojeného zvedacího zařízení, většinou to jsou dva pneumatické nebo hydraulické zvedáky, které slouží k manipulaci s přepravovaným materiálem. U hydraulických zvedáků je zdrojem tlakové kapaliny hydraulický agregát tažné jednotky. Současně používané tažné, nebo trakční jednotky disponují instalovaným výkonem 5,5 - 7 kW, jmenovitou tažnou silou 16 000 - 20 000 N a maximální pojezdovou rychlostí na rovině 24 - 50 m/min.

Jistou nevýhodou současně využívaných zařízení /manipulátorů je, že zdroj energie je závislý na napojení přívodu. Tento je realizován pomocí kabelů v případě elektro nebo hadice v případě hydrauliky a pneumatiky s rizikem poškození a omezenou pohyblivostí při jeho provozu.

Podobné řešení lze nalézt v přihlášce užitného vzoru č. CN 2890008, který řeší elektrický zvedák používaný v hlubinném dole s jednoduchou konstrukcí. Technické řešení obsahuje zvedací nosník, po kterém se pohybuje naviják s hákem, přičemž naviják je spojen a zároveň i poháněn motorem. Motor je řízený ovládací jednotkou přes napájecí kabely. Ovládání navijáku je k dispozici samostatně. Zvedací zařízení může být aplikováno nejenom v hlubinném dole, ale také může být aplikován i v podobných, nebo příbuzných průmyslových odvětvích.

V patentovém spisu č. DE 19723372 je řešen vynález, který se zabývá s baterií poháněným motorovým jednokolejnicovým vozíkem. Vynález obsahuje minimálně jeden hnací modul poháněný akumulátorovou jednotkou, která pozůstává z motorové části, přičemž motorová část může být oddělena od hnací jednotky. Motorová část pozůstává z minimálně jednoho převodového systému, trojfázového motoru a hnacího kola. Vynález řeší akumulátorové napájení jednokolejnicového vozíku a neřeší akumulátorové napájení zvedacího zařízení.

V patentovém spisu č. CN 101905840 je řešena problematika důlního jeřábu. Jeřáb se skládá z hlavního pilíře upevněného na pracovní podstavě, přičemž k upevnění hlavního pilíře dopomáhají přídavné šrouby. Na hlavním pilíři je dále uspořádán otočný pilíř a pak několik otočných kroužků kladky. Na jednom konci pracovního ramena je závěs, kterým je uchopeno závaží potřebné k zvednutí a na druhém konci pracovního ramena je připevněn řetěz k teleskopickému pilíři a na kterém visí protizávaží.

V patentovém spisu č. CN 103043557 je řešen důlní kladkostroj s hydraulickým motorem. Důlní hydraulický kladkostroj obsahuje kloubový hřídel, ložiska, ložisková pouzdra, hlavní konstrukci, teleskopické nohy, protizávaží, řetězové kolo a hydraulický motor. Hydraulický motor je upevněn na prstencové desce pomocí šroubů, prstencová deska je přivařena k hlavní konstrukci.

V hlavní konstrukci jsou dva otvory vyhrazena pro nosníky konstrukce, v kterých jsou nosníky přivařeny. Ložiska jsou uspořádány uvnitř ložiskových pouzder a podporují kloubový hřídel, který je v spojení s řetězovým kolem. Zařízení je napájeno kabely.

Cílem navrhovaného technického řešení je využití elektrohydraulického pohonu pro pojezd i zdvih a napájení z akumulátorových baterií.

-1 CZ 27851 U1

Podstata technického řešení

Cíle je dosaženo zapojením univerzální trakční akumulátorové jednotky, jejíž podstata spočívá v tom, že elektrický asynchronní motor je připojen jednak k prvnímu hydraulickému čerpadlu a jednak k druhému hydraulickému čerpadlu, které je dále připojeno k přímočarému hydromotoru, přičemž první hydraulické čerpadlo je připojeno k rotačnímu hydromotoru a dále je k elektrickému asynchronnímu motoru připojen měnič kmitočtu, k němuž je připojen blok akumulátorů, jenž je připojen k nabíječi akumulátorů a dále je k bloku akumulátorů připojen stejnosměrný DC/DC měnič.

Nabíječ akumulátorů je připojen ke střídavé třífázové napájecí síti a velikost nabíjecího proudu je nastavována prostřednictvím parametrů nabíječe. Nastavování rychlosti pojezdu trakční akumulátorové jednotky je prováděno pomocí ovládám hydraulického čerpadla a ovládání měniče kmitočtu.

Jádrem univerzální trakční akumulátorové jednotky je elektrohydraulický pohon, který zajišťuje požadovanou funkci zařízení tj. manipulaci s těžkými předměty. Elektrohydraulický pohon sestává z asynchronního motoru, který pohání čerpadla hydraulického systému. Hydromotor je pak samotným akčním prvkem pro pohyb - manipulaci s těžkými předměty. Co se týče elektrické části, asynchronní motor je napájen z frekvenčního měniče, který z principu umožňuje nastavení velikosti otáček, resp. momentu asynchronního motoru a tedy i čerpadla, i když primárně se uvažuje s regulací na straně hydraulické.

Samotný frekvenční měnič je pak napájen z akumulátorové baterie typu LiFePO4, jejíž napětí odpovídá požadovanému napětí pro měnič kmitočtu. Nabíjení akumulátorové baterie je zajištěno pomocí nabíječe. Nabíječ je napájen ze střídavé sítě 3x500 V, 50 Hz.

Dobíjení zdroje energie je realizováno přímo na provozovaném pracovišti v dole, přičemž se předpokládá provoz v důlních chodbách separátně větraných v prostředí s nebezpečím výbuchu metanu SNM a výbuchu uhelného prachu SNP zařazeném podle § 232 a § 242 Vyhlášky ČBU č. 22/1989 do kategorie Ml a M2 dle BP, včetně dolů zařazených mezi nebezpečné důlními otřesy a s nebezpečím průtrží hornin a plynů.

Toto uspořádání představuje značnou výhodu ve srovnám se systémem dobíjení akumulátorového zdroje u lokomotiv nebo jiných zařízení, které probíhá mimo pracoviště ve značné vzdálenosti.

Navrhované technické řešení nepotřebuje přívod energie s uvedenými negativními vlastnostmi a nevyžaduje dopravu akumulátorů do vzdáleného místa s prostředí bez nebezpečí výbuchu SNM a SNP, což představuje vyšší komfort a flexibilitu provozu.

Další teoretickou výhodou může být úspora nákladů provozu využitím rozdílů ceny elektrické energie v noční sazbě nabíjení proti dennímu režimu.

Hlavním rozdílem proti současně používané koncepci je použití elektrohydraulického pohonu, kde hlavní napájecí zdroj tvoří akumulátorové baterie s vysokou kapacitou a krátkou dobou nabíjení. Z této baterie je napájen frekvenční měnič, který vyrábí střídavé napájecí napětí požadované hodnoty a kmitočtu. Na výstup frekvenčního měniče je připojen střídavý asynchronní elektromotor, který pohání čerpadla hydraulického systému. Pro napájení přídavných zařízení (monitoring, vizualizace, atd.) je použit napájecí zdroj, pracující na principu DC-DC měniče. Zařízení umožňuje provádět regulaci i ve více rozsazích a to na straně elektrické i hydraulické. Pro nabíjení Li-FePo akumulátorů bude použit třífázový řízený usměrňovač, který umožní nouzovou manipulaci s pohonem i v případě vybití akumulátorů pod mezní provozní stav.

Objasnění výkresů

Předkládané technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresu, kde na obr. 1 je znázorněno blokové schéma zapojení univerzální trakční akumulátorové jednotky, obr. 2 je znázorněno blo

-2CZ 27851 U1 kové schéma zapojení silových elektrických obvodů a na obr. 3 znázorněno blokové schéma hydraulických obvodů.

Příklady provedení technického řešení

Zapojení univerzální trakční jednotky je znázorněno na obr. 1. Zapojení v tomto provedení zahrnuje elektrický asynchronní motor 1, jenž je připojen k prvnímu hydraulickému čerpadlu 6, které je připojeno k rotačnímu hydromotoru 8 a k druhému hydraulickému čerpadlu 7, které je připojeno k přímočarému hydromotoru 9. Zatímco první hydraulické čerpadlo 6 je připojeno k rotačnímu hydromotoru 8. A dále je k elektrickému asynchronnímu motoru 1 připojen měnič ^kmitočtu, k němuž je připojen blok 3 akumulátorů, k němuž je připojen DC/DC měnič 5 a dále je blok akumulátorů 3 připojen k nabíječi 4 akumulátorů.

Trakční jednotka obsahuje tři vstupy a jeden výstup, kde vstup IN1 slouží pro připojení střídavého třífázového napájecího napětí k nabíječi 4 akumulátorů, vstup IN2 slouží k nastavení parametrů nabíječe 4 akumulátorů a vstup IN3 k nastavení žádaných parametrů prvního hydraulického čerpadla 6. Výstup QUT1 slouží pro napájení pomocných elektronických obvodů.

Zapojení elektrických obvodů je patrné z obr. 2. V tomto provedení je elektrický asynchronní motor 1 připojen k měniči 2 kmitočtu, prostřednictvím bloku 12 nastavování parametrů jsou nastavovány parametry měniče 2 kmitočtu. Dále je k měniči 2 kmitočtu připojen blok ^akumulátorů a DC/DC měnič 5 elektrického napětí, přičemž blok 3 akumulátorů je dále připojen k nabíječi 4 akumulátorů.

Zapojení hydraulických obvodů je znázorněno na obr. 3. Jak je patrné z tohoto obrázku, jsou první i druhé hydraulické čerpadlo 6 a 7 napojeny do nádrže 11 s provozní kapalinou. Dále je první hydraulické čerpadlo 6 přes proporcionální rozváděč 10 připojeno k nejméně jednomu hydromotoru 8, které tvoří pojezd, zatímco druhé hydraulické čerpadlo 7 je připojeno k přímočarému hydromotoru 9.

Blokové schéma znázorněné na obr. 1 je shodné pro všechny tři varianty trakční jednotky, liší se nastavením parametrů na vstupech IN2 a IN3 a bloku 12 nastavování parametrů.

Varianta 1

Z napájecí sítě 3x500V/50Hzje napájen nabíječ 4 elektrických akumulátorů, jenž je připojen na blok 3 akumulátorů, ze kterých je vytvořena stejnosměrná napájecí síť. Na tento napěťový zdroj je připojen měnič 2 kmitočtu, který zajišťuje výrobu střídavého napětí o frekvenci 50 Hz pro napájení střídavého asynchronního motoru 1 v nevýbušném provedení. Nastavení žádaných parametrů, které se nastavuje pomocí bloku 12 pro nastavování parametrů, v tomto případě odpovídá požadavkům na otáčky asynchronního motoru 1. Tyto otáčky odpovídají jeho standardní zatěžovací charakteristice. Pro napájení pomocných a ovládacích obvodů je použit DC/DC měnič 5, který je připojen na stejnosměrnou napájecí síť a vyrábí stejnosměrné stabilizované napětí 24 V. Na hřídel asynchronního motoru 1 je připojeno první a druhé hydraulické čerpadlo 6 a 7, která slouží pro pohon rotačního hydromotoru 8 a přímočarého hydromotoru 9. Změna rychlosti pojezdu trakční akumulátorové jednotky je realizována prostřednictvím řízení prvního hydraulického čerpadla 6. Prostřednictvím druhého hydraulického čerpadla 7 je zajištěno brždění trakční akumulátorové jednotky a její blokace v klidovém stavu. V provozním stavu je trakční akumulátorová jednotka odpojena od střídavé napájecí sítě.

Varianta 2

Z napájecí sítě 3 x 500 V/ 50 Hz je napájen nabíječ 4 elektrických akumulátorů, jenž je připojen na blok 3 akumulátorů, ze kterých je vytvořena stejnosměrná napájecí síť. Na tento napěťový zdroj je připojen měnič 2 kmitočtu, který zajišťuje výrobu střídavého napětí o frekvenci 50 Hz pro napájení střídavého asynchronního motoru 1 v nevýbušném provedení. Nastavení žádaných parametrů pojezdu trakční akumulátorové jednotky je realizováno prostřednictvím změny výstupního kmitočtu měniče 2 (otáček motoru) a modifikací momentové charakteristiky asynchronního elektromotoru 1. Pro napájení pomocných a ovládacích obvodů je použit DC/DC měnič 5,

-3CZ 27851 U1 který je připojen na stejnosměrnou napájecí síť a vyrábí stejnosměrné stabilizované napětí 24 V. Na hřídel elektrického asynchronního motoru 1 je připojeno první a druhé hydraulické čerpadlo 6 a 7. Tyto slouží pro pohon rotačního hydromotoru 8 a přímočarého hydromotoru 9. Změna rychlosti pojezdu trakční akumulátorové jednotky je realizována prostřednictvím řízení asynchronního motoru 1 na základě definované charakteristiky prvního hydraulického čerpadla 6. Prostřednictvím druhého hydraulického čerpadla 7 je zajištěno brzdění trakční akumulátorové jednotky a její blokace v klidovém stavu. V provozním stavuje trakční akumulátorová jednotka odpojena od střídavé napájecí sítě.

Varianta 3

Z napájecí sítě 3 x 500 V/ 50 Hz je napájen nabíječ 4 akumulátorů, jenž je připojen na blok 3 akumulátorů, ze kterých je vytvořena stejnosměrná napájecí síť. Nabíječ 4 akumulátorů je tvořen řízeným usměrňovačem, který umožňuje současné nabíjení akumulátorů i napájení měniče 3 kmitočtu, připojeného na stejnou napěťovou hladinu. Měnič 3 kmitočtu, zajišťuje výrobu střídavého elektrického napětí o frekvenci 50 Hz pro napájení střídavého asynchronního motoru 1 v nevýbušném provedení. Nastavení žádaných parametrů v tomto případě odpovídá požadavkům na otáčky asynchronního motoru 1, které odpovídají jeho standardní zatěžovací charakteristice. Pro napájení pomocných a ovládacích obvodů je použit DC/DC měnič 5, který je připojen na stejnosměrnou napájecí síť a vyrábí stejnosměrné stabilizované elektrické napětí 24 V. Na hřídel asynchronního motoru 1 je připojeno první a druhé hydraulické čerpadlo 6 a 7, která slouží pro pohon rotačních hydromotorů 8 a přímočarého hydromotoru. Změna rychlosti pojezdu trakční akumulátorové jednotky je realizována prostřednictvím řízení prvního hydraulického čerpadla 6. Prostřednictvím druhého hydraulického čerpadla 7 je zajištěno brždění trakční akumulátorové jednotky a její blokace v klidovém stavu. V provozním stavu je trakční akumulátorová jednotka připojena ke střídavé napájecí síti, v tomto případě jde o provoz s redukovaným výkonem a slouží pro manipulaci s trakční akumulátorovou jednotkou s minimálním přídavným zatížením.

Průmyslová využitelnost

Univerzální trakční akumulátorovou jednotku podle předkládaného technického řešení lze využít chemický průmysl, rafinerie, čerpací stanice, výroba krmiv, systémy čištění odpadních vod.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zapojení univerzální trakční akumulátorové jednotky, vyznačující se tím, že elektrický asynchronní motor (1) je připojen jednak k prvnímu hydraulickému Čerpadlu (6) a jednak k druhému hydraulickému čerpadlu (7), které je dále připojeno k přímočarému hydromotoru (9), přičemž první hydraulické čerpadlo (6) je připojeno k rotačnímu hydromotoru (8) a dále je k elektrickému asynchronnímu motoru (1) připojen měnič (2) kmitočtu, k němuž je připojen blok (3) akumulátorů, jenž je připojen k nabíječi (4) akumulátorů a dále je k bloku (3) akumulátorů připojen stejnosměrný DC/DC měnič (5).