PL244054B1

PL244054B1 - Elektryczny układ napędowy samojezdnej maszyny roboczej, zwłaszcza górniczej, samojezdna maszyna robocza, w szczególności górnicza oraz sposób sterowania przepływem energii w samojezdnej maszynie roboczej, zwłaszcza górniczej

Info

Publication number: PL244054B1
Application number: PL427473A
Authority: PL
Inventors: Andrzej Czajkowski; Lesław Ostapów; Tomasz Szurlej
Original assignee: Mine Master Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2018-10-19
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2023-11-27
Also published as: PL427473A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest elektryczny układ napędowy samojezdnej maszyny roboczej, zwłaszcza górniczej, samojezdna maszyna robocza, w szczególności górnicza oraz sposób sterowania przepływem energii w samojezdnej maszynie roboczej, zwłaszcza górniczej. Elektryczny układ napędowy samojezdnej maszyny roboczej, zwłaszcza górniczej charakteryzuje się tym, że odbiorniki i źródła energii elektrycznej są podłączone do głównej szyny napięciowej (5) poprzez swoje moduły dwukierunkowego przepływu energii (14), z których każdy zbudowany jest w ten sposób, że posiada kolejno pierwszy układ pomiarowy mocy, sterowany regulator mocy, połączone równolegle dwie gałęzie, zawierające przeciwsobnie skierowane układy jednokierunkowego przepływu energii elektrycznej, podłączony do nich dwustanowy przełącznik sterowany drugi układ pomiaru mocy, przy czym sygnał z pierwszego i drugiego układu pomiaru mocy jest podłączony do wejść różnicujących kontrolera, z którego wyjścia sterującego sygnał sterujący proporcjonalny do różnicy wielkości odejmowanych jest podłączony do sterowanego regulatora mocy, a z pierwszego wyjścia bilansu mocy kontrolera do przełącznika sterowanego, kontrolery każdego z modułów są zaś podłączone do głównej jednostki kontrolno - sterującej. Samojezdna maszyna robocza, w szczególności górnicza, charakteryzuje się tym, że posiada elektryczny układ napędowy opisany powyżej. Sposób sterowania przepływem energii w samojezdnej maszynie roboczej, zwłaszcza górniczej, charakteryzuje się tym, że mierzy się moc na przyłączach magazynu energii elektrycznej (2) oraz na głównej szynie napięciowej (5), po czym sygnały proporcjonalne do tych mocy podaje się na układ różnicujący w kontrolerze, odejmuje się i napięciem proporcjonalnym do tak uzyskanej różnicy steruje się proporcjonalnie do sygnału różnicowego sterowany regulator mocy wpięty w układ dwukierunkowego przepływu energii (14), przez który do głównej szyny napięciowej podłączony jest magazyn energii elektrycznej, o sile elektromotorycznej skierowanej w kierunku od magazynu energii elektrycznej (2) do głównej szyny napięciowej (5), za pomocą sterowanego regulatora mocy zaś zwiększa się napięcie na głównej szynie napięciowej (5), co realizuje proces ładowania magazynu energii elektrycznej (2), przy czym za pomocą kontrolera podłączonego do głównej jednostki kontrolno -sterującej steruje się mocą ładowania/rozładowywania, w przypadku odpowiednio dodatniego/ujemnego bilansu energetycznego, mierzonego poprzez zsumowanie mocy dostarczanej, pomniejszonej o moc pobieraną przez odbiorniki energii elektrycznej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest elektryczny układ napędowy samojezdnej maszyny roboczej, zwłaszcza górniczej, samojezdna maszyna robocza, w szczególności górnicza oraz sposób sterowania przepływem energii w samojezdnej maszynie roboczej, zwłaszcza górniczej.

Z dokumentu CA2844104 znana jest elektryczna maszyna górnicza, która posiada przyłącze do elektrycznej sieci kopalnianej, która poprzez szpulę połączona jest z gałęzią bateryjną, w której znajduje się kolejno ładowarka, bateria, inwerter, a równolegle z transformatorem, następnie obie gałęzie są doprowadzone do przełącznika dwustanowego sterowanego z układu sterownika, a jego wyjście jest połączone z silnikiem elektrycznym do zasilania pomp hydraulicznych układu jazdy oraz układu pracy. Układ pracy w wariancie wynalazku jest zasilany pompami napędzanymi przez silnik elektryczny połączony bezpośrednio z sieci elektrycznej kopalnianej z pominięciem gałęzi bateryjnej. W innym wariancie wynalazku z baterii równolegle niezależnie zasilane są układ jazdy i pracy.

W dokumencie EP3037297 opisana jest elektryczna maszyna górnicza z przyłączem do elektrycznej sieci kopalnianej, za pomocą którego poprzez szynę zasilającą połączony jest w jednej gałęzi układu indukcyjny klatkowy silnik elektryczny, a w drugiej poprzez inwerter oraz szynę stałonapięciową dodatkowe źródło energii w postaci baterii lub superkondesatora, które może być ładowane energią z sieci. Wał silnika elektrycznego jest połączony z pompą hydrauliczną zasilającą układ roboczy maszyny. Napęd układu jazdy jest realizowany poprzez połączenie układu z wałem silnika napędzającego pompę hydrauliczną lub poprzez dodatkowy silnik elektryczny zasilany z dodatkowego źródła energii poprzez inwerter. W układzie przewidziano także urządzenie kompensacyjne mocy biernej oraz urządzenie do pomiaru współczynnika mocy - oba podłączone do szyny zasilającej. Inwerter kontrolowany poprzez jednostkę sterującą oprócz umożliwienia ładowania bądź rozładowywania dodatkowego źródła energii dostarcza również prąd bierny wspomagając urządzenie kompensacyjne w celu ograniczenia wartości prądu przepływającego przez niego a także prądu pobieranego z sieci zasilającej. W zaprezentowanych wariantach wynalazku układ pracy jest zasilany z sieci kopalnianej z możliwością wsparcia z dodatkowego źródła energii ograniczając w ten sposób pobór mocy z sieci zewnętrznej, bądź też wyłącznie z dodatkowego źródła energii.

Z publikacji US2011224859 znana jest maszyna górnicza do wykonywania odwiertów z napędem elektrycznym układu jazdy oraz z własnym zasobnikiem energii w postaci zamontowanego zestawu baterii lub kondensatorów, w której poprzez układ zasilany z przyłącza do zewnętrznej sieci energetycznej równolegle zasilany jest układ roboczy maszyny oraz poprzez urządzenie ładujące zasobnik energii. Ładowanie zasobnika energii jest kontrolowane przez układ sterowania, który na podstawie określenia aktualnego zapotrzebowania mocy z układu roboczego, stanu aktualnego oraz zadanych parametrów zasobnika energii, a także przewidywanego zapotrzebowania na energię podczas przejazdu maszyny do następnej lokalizacji roboczej ustala dostępną aktualnie moc ładowania zasobnika. Podczas przejazdu maszyny między lokalizacjami roboczymi elektryczny silnik napędowy układu jazdy zasilany jest z zasobnika energii. W trakcie jazdy możliwe jest też wykorzystanie energii hamowania do ładowania zasobnika energii.

Z dokumentu US2013206490 znana jest elektryczna maszyna górnicza zasilana poprzez układ prostujący oraz wewnętrzny obwód stałonapięciowy z zewnętrznej kopalnianej sieci energetycznej, stanowiącej podstawowe źródło energii oraz niezależnie z układu pomocniczych źródeł energii połączonych równolegle poprzez przetworniki DC/DC z wewnętrznym obwodem stałonapięciowym. W gałęzi zasilania z sieci zewnętrznej przewidziano opcjonalnie transformator dopasowujący poziom napięcia. W wariancie prezentowanego rozwiązania układ roboczy maszyny, układ napędowy oraz układy pomocnicze zasilane są przez niezależne silniki elektryczne połączone równolegle poprzez niezależne inwertery z wewnętrznym obwodem stałonapięciowym. Dodatkowe źródła energii mogą być w szczególności zestawami bateryjnymi. Za pomocą układu sterującego możliwa jest kontrola mocy pobieranej przez inwertery w poszczególnych gałęziach odbioru i w przypadku, gdy zapotrzebowanie przekracza możliwości sieci zasilającej, wspomaganie zasilania z pomocniczych źródeł energii, co umożliwia też stabilizację napięcia sieci zasilającej. W innym wariancie wynalazku zasilanie układów roboczych w trakcie pracy maszyny jest realizowane wyłącznie poprzez pobór mocy z jednego lub więcej pomocniczego źródła energii.

Z publikacji CA2982997 znane jest rozwiązanie kontrolera ładowania zestawu baterii samojezdnej maszyny górniczej z napędem bateryjnym. W przedstawionym w publikacji wariancie maszyna górnicza jest wozem odstawczym, którego układ napędowy zasilany jest silnikiem elektrycznym połączonym poprzez sterownik oraz szynę HV DC z zestawem bateryjnym. Zestaw bateryjny w przedstawionym wariancie ładowany jest na stacji ładowania za pomocą układu zewnętrznego. W innym wariancie przewiduje się wykorzystanie układu ładowania zamontowanego na maszynie. Niskonapięciowe układy pomocnicze sterowania maszyny oraz układ chłodzenia zasilane są z szyny HV DC popr zez przetwornik DC/DC. Z szyną HV DC połączony jest układ ładowania regeneracyjnego wykorzystujący do ładowania baterii energię hamowania maszyny oraz rezystor hamowania. Proces ładowania baterii jest kontrolowany przez sterownik ładowania, który jest częścią głównej jednostki kontrolno-sterującej, która to w opisanym wariancie wynalazku może w celu optymalizacji procesu (skrócenie czasu ładowania) wykorzystywać również zgromadzone dane dotyczące wybranych parametrów przebiegu jazdy maszyny, a także uwzględniać dane wprowadzane przez operatora.

Z dokumentu US2013056279 znana jest samojezdna maszyna górnicza do wykonywania odwiertów z układem napędowym zasilanym silnikiem elektrycznym połączonym poprzez sprzęgło z wałem napędowym przekazującym dalej napęd na osie kół maszyny. Silnik elektryczny jest połączony poprzez urządzenie sterujące z magazynem energii, którym w szczególności może być zestaw bateryjny, w sposób umożliwiający jego ładowanie podczas jazdy maszyny w dół wykorzystując energię hamowania. Urządzenie sterujące w przestawionym wariancie może zawierać przetwornik częstotliwości w postaci inwertera lub przetwornika DC/AC umożliwiający bezstopniową regulację obrotów silnika. Działanie urządzenia sterującego jest kontrolowane przez główną jednostkę kontrolno-sterującą, która nadzoruje również pracę hydraulicznego układu roboczego maszyny, systemu sprężonego powietrza oraz układu chłodzenia cieczą, w tym pompę sterującą przepływem cieczy chłodzącej. Układ taki umożliwia sterowanie ładowaniem baterii energią odzyskiwaną podczas hamowania w powiązaniu z regulacją zapotrzebowania na energię odbiorników maszyny znajdujących się w powyższych układach oraz możliwością jej magazynowania (w wariancie rozwiązania przewidziano akumulator ciśnieniowy). W innym wariancie wynalazku silnik elektryczny napędza pompę hydrauliczną, która wytwarza moc przekazywaną do jednego lub więcej silników hydraulicznych hydrostatycznego układu jazdy maszyny.

Z dokumentu US2016118828 z kolei znana jest samojezdna maszyna górnicza z silnikiem elektrycznym zasilanym energią z zestawu bateryjnego, z układem elektrycznym uwzględniającym połączenie elektryczne poprzez przyłącze z inną maszyną w sposób umożliwiający przekazanie energii do jej układu elektrycznego poprzez uruchomienie ładowania znajdującego się na niej zestawu bateryjnego. W układzie elektrycznym przewidziane jest również przyłącze do zewnętrznej sieci zasilającej, pompa hydrauliczna napędzająca układ roboczy maszyny oraz jednostka kontrolno-sterująca umożliwiające zdalne nadzorowanie pracy układu. Kontrola procesu przekazywania energii do podłączonej za pomocą przyłącza innej maszyny roboczej może być realizowana za pomocą komunikacji bezprzewodowej. W opisanym wariancie rozwiązania maszyną przekazującą energię jest maszyna załadowcza, a odbierającą wóz odstawczy. W innych możliwych wariantach wynalazku przewidziane jest jego zastosowanie w innej konfiguracji maszyn górniczych, jak też do dowolnego przekazywania energii pomiędzy połączonymi maszynami.

Istota elektrycznego układu napędowego samojezdnej maszyny roboczej, zwłaszcza górniczej, według wynalazku, który zawiera przyłącze do zewnętrznej sieci energetycznej oraz wewnętrzne źródła energii elektrycznej, w tym co najmniej jeden magazyn energii elektrycznej, przy czym przyłącze połączone jest za pośrednictwem układu transformującego i prostującego napięcie z główną szyną napięciową, do której podłączone są odbiorniki, w tym silniki elektryczne do zasilania układu jazdy, układów roboczych lub pomocniczych; poprzez układ przetwornika napięcia stałego podłączona jest niskonapięciowa instalacja pojazdowa; ponadto do każdego z podzespołów podłączona jest magistrala danych, połączona z główną jednostką kontrolno-sterującą, polega na tym, że odbiorniki i źródła energii elektrycznej są podłączone do głównej szyny napięciowej poprzez swoje moduły dwukierunkowego przepływu energii, z których każdy zbudowany jest w ten sposób, że posiada kolejno pierwszy układ pomiaru mocy, sterowany regulator mocy, połączone równolegle dwie gałęzie, zawierające przeciwsobnie skierowane układy jednokierunkowego przepływu energii elektrycznej, podłączony do nich dwustanowy przełącznik sterowany, drugi układ pomiaru mocy, przy czym sygnał z pierwszego i drugiego układu pomiaru mocy jest podłączony do wejść różnicujących kontrolera, z którego wyjścia sterującego sygnał sterujący proporcjonalny do różnicy wielkości odejmowanych jest podłączony do sterowanego regulatora mocy, a z pierwszego wyjścia bilansu mocy kontrolera do przełącznika sterowanego, kontroler y każdego z modułów są zaś podłączone do głównej jednostki kontrolno-sterującej.

Korzystnie, do głównej szyny napięciowej poprzez układ dwukierunkowego ładowania bezpośredniego zaopatrzony w przyłącze transferu energii elektrycznej oraz kabel połączeniowy złożony z obwodów transferu mocy do połączenia głównych szyn napięciowych i obwodów sterowania do połączenia magistral danych, podłączony jest analogiczny układ elektryczny analogicznej samojezdnej maszyny roboczej, przy czym układ dwukierunkowego ładowania bezpośredniego jest zbudowany w ten sposób, że w obwodzie transferu mocy znajduje się sterowany zestyk połączeniowy, którego sygnał sterujący jest połączony z układem automatyki podłączonym do magistrali danych.

Korzystnie, w układzie dwukierunkowego ładowania bezpośredniego równolegle z zestykiem połączeniowym połączona jest gałąź ograniczająca zbudowana z zestyku ograniczającego, który podłączony jest do układu automatyki oraz elementu oporowego.

Korzystnie, w układzie dwukierunkowego ładowania bezpośredniego do układu automatyki podłączony jest układ wyboru trybu pracy.

Korzystnie, do głównej szyny napięciowej poprzez przełącznik dwustanowy sterowany sygnałem z głównej jednostki kontrolno-sterującej jest podłączony rezystor hamowania.

W wariancie wynalazku, w module dwukierunkowego przepływu energii, przez który z główną szyną napięciową podłączony jest silnik elektryczny do zasilania układu jazdy, w gałęzi zawierającej układ jednokierunkowego przepływu energii skierowany w kierunku do głównej szyny napięciowej, między węzłem połączenia z równoległą przeciwsobną gałęzią oraz tym układem znajduje się gałąź z rezystorem hamowania, przy czym w miejscu połączenia elektrycznego między gałęziami znajduje się drugi, sterowany przełącznik dwustanowy, którego wejście sterujące podłączone jest do drugiego wyjścia bilansu mocy w kontrolerze.

Korzystnie, magazyn energii elektrycznej jest superkondensatorem, baterią superkondensatorów lub baterią akumulatorów.

Korzystnie, układ prostujący jest mostkiem prostownikowym albo modułem dwukierunkowego przepływu energii.

Korzystnie, między układem transformującym a prostującym znajduje się układ dopasowujący.

Korzystnie, układ dopasowujący to filtr harmonicznych.

Korzystnie, układ dopasowujący jest transformatorem.

Korzystnie, w gałęzi magazynu energii elektrycznej pomiędzy tym magazynem a układem dwukierunkowego przepływu energii znajduje się dławik.

Istota samojezdnej maszyny roboczej, w szczególności górniczej, według wynalazku, która posiada co najmniej jeden silnik elektryczny napędzający układ jazdy, układy robocze i układy pomocnicze, posiadająca zasobnik energii elektrycznej oraz jednostkę kontrolno-sterującą podłączoną poprzez magistrale komunikacyjne do podzespołów maszyny, do których podłączone są sensory i czujniki, ponadto maszyna posiada przyłącze do zewnętrznej sieci energetycznej, polega na tym, że jest wyposażona w elektryczny układ napędowy opisany powyżej.

Korzystnie, układ jazdy jest układem napędowym hydrostatycznym.

W wariancie wynalazku, układ jazdy jest układem napędowym mechanicznym.

W wariancie wynalazku, układ jazdy jest układem napędowym hydrodynamicznym.

Korzystnie, układ jazdy jest wyposażony w czujnik kąta skrętu, kąta nachylenia maszyny lub kąta przechylenia maszyny.

Korzystnie, układem roboczym jest układ kotwiący, wiercący lub pomocniczy wyposażony w wysięgnik teleskopowy.

Korzystnie, układami pomocniczymi maszyny są co najmniej układy układ skrętu, układ hamulcowy, pompa wody, kompresor powietrza, klimatyzacja.

Istota sposobu sterowania przepływem energii w samojezdnej maszynie roboczej, zwłaszcza górniczej, według wynalazku, w którym pomiaru bilansu energetycznego, w tym napięć na źródłach zasilania oraz na odbiornikach energii elektrycznej dokonuje się w jednostce kontrolno-sterującej, po czym steruje się procesem ładowania/rozładowywania magazynu energii elektrycznej, polega na tym, że mierzy się moc na przyłączach magazynu energii elektrycznej oraz na głównej szynie napięciowej, po czym sygnały proporcjonalne do tych mocy podaje się na układ różnicujący w kontrolerze, odejmuje się i napięciem proporcjonalnym do tak uzyskanej różnicy steruje się proporcjonalnie do sygnału różnicowego sterowany regulator mocy wpięty w układ dwukierunkowego przepływu energii, przez który do głównej szyny napięciowej podłączony jest magazyn energii elektrycznej, o sile elektromotorycznej skierowanej w kierunku od magazynu energii elektrycznej do głównej szyny napięciowej, za pomocą sterowanego regulatora mocy zaś zwiększa się napięcie na głównej szynie napięciowej, co realizuje proces ładowania magazynu energii elektrycznej, przy czym za pomocą kontrolera podłączonego do głównej jednostki kontrolno-sterującej steruje się mocą ładowania/rozładowywania, w przypadku odpowiednio dodatniego/ujemnego bilansu energetycznego, mierzonego poprzez zsumowanie mocy dostarczanej, pomniejszonej o moc pobieraną przez odbiorniki energii elektrycznej.

Zaletami elektrycznego układu napędowego, samojezdnej maszyny roboczej oraz sposobu sterowania przepływem energii według wynalazku jest możliwość wykorzystania magazynu energii elektrycznej do przemieszczania pojazdu, do prac, gdzie nie ma sieci elektroenergetycznej czy do wykorzystywania magazynu energii elektrycznej w funkcji buforowej w przypadku zwiększonego zapotrzebowania na moc. Układ elektryczny zapewnia możliwość podłączenia analogicznej maszyny np. w celu jej zasilenia. Układ elektryczny może być stosowany w pojazdach będących mobilnymi magazynami energii elektrycznej do ładowania maszyn z analogicznym układem, które tego wymagają. Ponadto sterowanie przepływem energii zapewnia odzysk energii przyczyniając się do zwiększenia autonomiczności maszyny.

Wynalazek jest bliżej przedstawiony w oparciu o poniższe przykłady realizacji oraz rysunek, którego fig. 1 przedstawia podstawowy schemat układu elektrycznego, fig. 2 przedstawia układ elektryczny maszyny z układem dopasowującym pasywnym, fig. 3 przedstawia schemat układu dwukierunkowego przepływu energii, fig. 4 przedstawia układ dwukierunkowego przepływu energii oraz rezystorem hamowania, fig. 5 przedstawia wariant rezystora hamowania znajdujący się bezpośrednio na głównej szynie napięciowej, fig. 6 schemat połączenia dwóch analogicznych maszyn wyposażonych w analogiczne układy elektryczne wg wynalazku, fig. 7 przedstawia podstawowy wariant układu dwukierunkowego ładowania bezpośredniego, fig. 8 przedstawia układ dwukierunkowego ładowania bezpośredniego wraz z układem wyboru trybu pracy.

Przykład 1

Elektryczny układ napędowy samojezdnej maszyny roboczej, zwłaszcza górniczej, zawiera przyłącze do zewnętrznej sieci energetycznej 1 połączone za pomocą transformatora 3 i przetwornika prostującego AC/DC 4 w postaci mostka prostownikowego z główną szyną napięciową 5, do której podłączone są odbiorniki: silniki elektryczne do zasilania układu jazdy 6, układów roboczych 7 i pomocniczych 8; poprzez układ DC/DC 10 niskonapięciowa instalacja pojazdowa 11. Wszystkie elementy połączone są magistralą danych 12 z główną jednostką kontrolno-sterującą 13. Odbiorniki i źródła energii elektrycznej, a więc silniki 6, 7, 8 oraz magazyn energii elektrycznej 2, są podłączone do głównej szyny napięciowej 5 poprzez swoje moduły dwukierunkowego przepływu energii 14, z których każdy jest zbudowany w ten sposób, że posiada kolejno pierwszy układ pomiaru mocy 14a, sterowany regulator mocy 14b, połączone równolegle dwie gałęzie, zawierające przeciwsobnie skierowane układy jednokierunkowego przepływu energii elektrycznej 14c, podłączony do nich dwustanowy przełącznik sterowany 14d oraz drugi układ pomiaru mocy 14e, przy czym sygnał z pierwszego 14a i drugiego układu pomiaru mocy 14e jest podłączony do wejść różnicujących kontrolera 14g, z którego wyjścia sterującego sygnał sterujący proporcjonalny do różnicy mocy odejmowanych jest podłączony do sterowanego regulatora mocy 14b, a z pierwszego wyjścia bilansu mocy kontrolera 14i sygnał sterujący jest podłączony do przełącznika sterowanego 14d, kontrolery każdego z modułów są zaś podłączone do głównej jednostki kontrolno-sterującej 13. W module dwukierunkowego przepływu energii 14, przez który z główną szyną napięciową 5 podłączony jest silnik elektryczny do zasilania układu jazdy 6, w gałęzi zawierającej układ jednokierunkowego przepływu energii 14c skierowany w kierunku do głównej szyny napięciowej 5, między węzłem połączenia z równoległą przeciwsobną gałęzią oraz tym układem znajduje się gałąź z rezystorem hamowania 16, przy czym w miejscu połączenia elektrycznego między gałęziami znajduje się drugi, sterowany przełącznik dwustanowy 17, którego sygnał sterujący podłączony jest do drugiego wyjścia bilansu mocy w kontrolerze 14j. Magazyn energii elektrycznej 2 jest superkondensatorem połączonym równolegle z baterią akumulatorów.

Przykład 2

Układ elektryczny jak w przykładzie 1, przy czym do głównej szyny napięciowej 5 poprzez układ dwukierunkowego ładowania bezpośredniego 9 zaopatrzony w przyłącze transferu energii elektrycznej 15 oraz kabel połączeniowy 50 złożony z obwodów transferu mocy do połączenia głównych szyn napięciowych i obwodów sterowania do połączenia magistral danych, podłączony jest analogiczny układ elektryczny analogicznej samojezdnej maszyny roboczej, przy czym układ dwukierunkowego ładowania bezpośredniego 9 jest zbudowany w ten sposób, że w obwodzie transferu mocy znajduje się sterowany zestyk połączeniowy 9b, którego sygnał sterujący jest połączony z układem automatyki 9a podłączonym do magistrali danych 12.

Przykład 3

Układ jak w przykładzie poprzednim, z tym, że w układzie dwukierunkowego ładowania bezpośredniego 9 równolegle z zestykiem połączeniowym 9b połączona jest gałąź ograniczająca zbudowana z zestyku ograniczającego 9c, który podłączony jest do układu automatyki 9a oraz elementu oporowego 9d.

Przykład 4

Układ jak w przykładzie poprzednim, przy czym w układzie dwukierunkowego ładowania bezpośredniego 9 do układu automatyki 9a podłączony jest układ wyboru trybu pracy 9e.

Układ dwukierunkowego ładowania bezpośredniego działa w ten sposób, że umożliwia ładowanie magazynu energii 2 znajdującego się na maszynie (maszyna B) lub ładowarce stacjonarnej wyposażonej w ten system z innej maszyny (maszyna A) lub ładowarki stacjonarnej wyposażonej w ten sam system, przy czym ładowanie magazynu energii możliwe jest w obydwu kierunkach. Źródłem energii w maszynie przekazującej energię (maszyna A) do maszyny przyjmującej energię (maszyna B) może być każde źródło podłączone do maszyny przekazującej energię (maszyna A), szczególnie magazyn energii (2) oraz sieć energetyczna (1) z którą maszyna przekazująca (maszyna A) połączona jest poprzez przyłącze. Możliwe jest, w przypadku podłączenia maszyny przekazującej energię (maszyna A) do sieci energetycznej (1), jednoczesne przekazywanie energii do własnego magazynu energii (2) jak i do magazynu energii znajdującego się w podłączonej maszynie przyjmującej energię (maszyna B). Maszyna wyposażona w układ dwukierunkowego ładowania 9 może pracować w trybie maszyny przekazującej energię jak i maszyny przyjmującej energię. Wyboru trybu dokonuje się w obu maszynach wzajemnie połączonych poprzez przełączniki wyboru trybu (9e), które opcjonalnie mogą być umieszczone w dowolnym miejscu na maszynie lub mogą to być sygnały z głównej jednostki sterującej (13) na magistrali sterującej (12). Ładowanie realizowane jest poprzez połączenie obydwu maszyn, poprzez ich przyłącza (15) kablem połączeniowym (50). Obwody napięciowe robocze w złączu (15) posiadają potencjał głównej szyny napięciowej (5), a obwody sterowania w tym złączu (15) połączone są z magistralą sterowania (12). Kabel połączeniowy (50) składa się z obwodów roboczych napięciowych prądu stałego - odpowiednio dodatni i ujemny oraz obwodów sterowania, co odpowiada układowi połączeń w przyłączu (15). Połączenie dwóch maszyn wyposażonych w układ dwukierunkowego ładowania oraz jego załączenie w obydwu maszynach skutkuje zatem fizycznym połączeniem galwanicznym ich głównych szyn napięciowych (5) oraz ich magistral sterowania (12) poprzez załączenie zestyków łączeniowych (9b). Układ dwukierunkowego ładowania (9) może zawierać układy ograniczające udary prądowe, składające się z zestyku łączeniowego układu ograniczającego (9c) oraz elementów oporowych (9d). Zestyk łączeniowy układu ograniczającego (9c) załączany jest przed załączeniem obwodu głównego poprzez jego zestyk łączeniowy (9b). Zestyki łączeniowe obwodów mocy (9b) oraz opcjonalne zestyki łączeniowe układów ograniczających (9c) są załączane i rozłączane poprzez układy automatyki (9a), które podłączone są do magistrali sterowania (12) układu elektrycznego maszyny i kontrolowane przez centralną jednostkę sterującą (13).

Energia elektryczna (natężenie prądu, napięcie) przekazywana pomiędzy główną szyną napięciową (5) maszyny przekazującej energię (maszyna A), a główną szyną napięciową (5) maszyny odbierającej energię (maszyna B) jest kontrolowana przez centralną jednostkę sterującą (13) maszyny przekazującej energię (maszyna A) poprzez sterowanie przetwornikami mocy (14b) za pośrednictwem kolejno magistrali sterującej (12) i modułu sterującego (14g) w modułach dwukierunkowego przepływu energii (14) w obwodach będącymi źródłami energii elektrycznej maszyny przekazującej energię (maszyna A).

Przykład 5

Układ elektryczny jak w przykładzie 1, przy czym do głównej szyny napięciowej 5 poprzez przełącznik dwustanowy 17 sterowany sygnałem z głównej jednostki kontrolno-sterującej 13 podłączony jest rezystor hamowania 16.

Przykład 6

Układ elektryczny jak w przykładzie 1, przy czym w gałęzi przyłącza zewnętrznej sieci energetycznej 1 z główną szyną napięciową 5 jako układ prostujący 4 zastosowany jest moduł dwukierunkowego przepływu energii 14, a między układem transformującym 3 a prostującym 4 znajduje się dodatkowo układ dopasowujący 18 w postaci filtra harmonicznych typu LCL.

Przykład 7

Układ elektryczny jak w przykładzie 4, z tą różnicą, że układ dopasowujący 18 jest transformatorem.

Przykład 8

Układ elektryczny jak w przykładzie 1, przy czym w gałęzi magazynu energii elektrycznej pomiędzy tym magazynem 2 a układem dwukierunkowego przepływu energii 14 znajduje się dławik 19.

Przykład 9

Samojezdna maszyna górnicza, która posiada: silnik elektryczny 6 do napędzania układu jazdy 20, układy robocze 30 i pomocnicze 40, posiadająca zasobnik energii elektrycznej 2 oraz jednostkę kontrolno-sterującą 13, podłączoną poprzez magistralę komunikacyjną 12 do podzespołów maszyny, wyposażonych w sensory i czujniki, posiadająca przyłącze do zewnętrznej sieci energetycznej 1, jest wyposażona w elektryczny układ napędowy opisany w poprzednich przykładach, przy czym układ jazdy 20 jest realizowany w wariancie układu hydrostatycznego, natomiast układem roboczym 30 jest układ kotwiący oraz wiercący. Sensorami i czujnikami są zamontowane na maszynie czujnik kąta skrętu, kąta nachylenia maszyny oraz kąta przechylenia maszyny. Układy pomocnicze 40 to układ skrętu maszyny, układ hamulcowy, pompa wody, kompresor powietrza, klimatyzacja.

Przykład 10

Maszyna jak w przykładzie 9, z tą różnicą, że układ jazdy jest układem hydrodynamicznym.

Przykład 1 1

Maszyna jak w przykładzie 9, z tą różnicą, że układ jazdy jest układem mechanicznym, w którym silnik elektryczny 6 poprzez przekładnię oraz mosty napędowe napędza koła jezdne.

Przykład 12

Sposób sterowania przepływem energii w samojezdnej maszynie roboczej, zwłaszcza górniczej, w którym mierzy się moc na przyłączach magazynu energii elektrycznej 2 oraz na głównej szynie napięciowej 5, po czym sygnały proporcjonalne do tych mocy podaje się na układ różnicujący w kontrolerze 14g, odejmuje się i napięciem proporcjonalnym do tak uzyskanej różnicy steruje się proporcjonalnie do sygnału różnicowego sterowany regulator mocy 14b wpięty w układ dwukierunkowego przepływu energii 14, przez który do głównej szyny napięciowej 5 podłączony jest magazyn energii elektrycznej 2, o sile elektromotorycznej skierowanej w kierunku od magazynu energii elektrycznej 2 do głównej szyny napięciowej 5, za pomocą sterowanego regulatora mocy 14b zaś zwiększa się napięcie na głównej szynie napięciowej 5, co realizuje proces ładowania magazynu energii elektrycznej 2, przy czym za pomocą kontrolera 14g podłączonego do głównej jednostki kontrolno-sterującej 13 steruje się mocą ładowania/rozładowywania, w przypadku odpowiednio dodatniego/ujemnego bilansu energetycznego, mierzonego poprzez zsumowanie mocy dostarczanej, pomniejszonej o moc pobieraną przez odbiorniki energii elektrycznej.

Wykaz oznaczeń sieć energetyczna magazyn energii elektrycznej układ transformujący układ prostujący główna szyna napięciowa silniki elektryczne do zasilania układu jazdy silniki elektryczne układów roboczych silniki elektryczne układów pomocniczych układ dwukierunkowego ładowania bezpośredniego

9a układ automatyki

9b zestyk połączeniowy

9c zestyk ograniczający

9d element oporowy

9e układ wyboru trybu pracy układ przetwornika DC HV/DC LV niskonapięciowa instalacja pojazdowa magistrala danych główna jednostka kontrolno-sterująca moduł dwukierunkowego przepływu energii

14a pierwszy układ pomiaru mocy

14b sterowany regulator mocy

14c układy jednokierunkowego przepływu energii elektrycznej

14d dwustanowy przełącznik sterowany

14e drugi układ pomiaru mocy

14f wejścia różnicujące

14g kontroler

14h wyjście sterujące

14i pierwsze wyjście bilansu mocy kontrolera

14j drugie wyjście bilansu mocy kontrolera przyłącze transferu energii elektrycznej rezystor hamowania drugi sterowany przełącznik dwustanowy układ dopasowujący dławik układ jazdy układy robocze układy pomocnicze kabel połączeniowy

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Elektryczny układ napędowy samojezdnej maszyny roboczej, zwłaszcza górniczej, który zawiera przyłącze do zewnętrznej sieci energetycznej oraz wewnętrzne źródła energii elektrycznej, w tym co najmniej jeden magazyn energii elektrycznej, przy czym przyłącze połączone jest za pośrednictwem układu transformującego i prostującego napięcie z główną szyną napięciową, do której podłączone są odbiorniki, w tym silniki elektryczne do zasilania układu jazdy, układów roboczych lub pomocniczych; poprzez układ przetwornika napięcia stałego podłączona jest niskonapięciowa instalacja pojazdowa; ponadto do każdego z podzespołów podłączona jest magistrala danych, połączona z główną jednostką kontrolno-sterującą, znamienny tym, że odbiorniki i źródła energii elektrycznej są podłączone do głównej szyny napięciowej (5) poprzez swoje moduły dwukierunkowego przepływu energii (14), z których każdy zbudowany jest w ten sposób, że posiada kolejno pierwszy układ pomiaru mocy (14a), sterowany regulator mocy (14b), połączone równolegle dwie gałęzie, zawierające przeciwsobnie skierowane układy jednokierunkowego przepływu energii elektrycznej (14c), podłączony do nich dwustanowy przełącznik sterowany (14d), drugi układ pomiaru mocy (14e), przy czym sygnał z pierwszego (14a) i drugiego układu pomiaru mocy (14e) jest podłączony do wejść różnicujących (14f) kontrolera (14g), z którego wyjścia sterującego (14h) sygnał sterujący proporcjonalny do różnicy wielkości odejmowanych jest podłączony do przetwornika sterowanego (14b), a z pierwszego wyjścia bilansu mocy kontrolera (14i) do przełącznika sterowanego (14d), kontrolery każdego z modułów są zaś podłączone do głównej jednostki kontrolno-sterującej (13).
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że do głównej szyny napięciowej (5) poprzez układ dwukierunkowego ładowania bezpośredniego (9) zaopatrzony w przyłącze transferu energii elektrycznej (15) oraz kabel połączeniowy (50) złożony z obwodów transferu mocy do połączenia głównych szyn napięciowych i obwodów sterowania do połączenia magistral danych, podłączony jest analogiczny układ elektryczny analogicznej samojezdnej maszyny roboczej, przy czym układ dwukierunkowego ładowania bezpośredniego jest zbudowany w ten sposób, że w obwodzie transferu mocy znajduje się sterowany zestyk połączeniowy (9b), którego sygnał sterujący jest połączony z układem automatyki (9a) podłączonym do magistrali danych (12).
3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że w układzie dwukierunkowego ładowania bezpośredniego (9) równolegle z zestykiem połączeniowym (9b) połączona jest gałąź ograniczająca zbudowana z zestyku ograniczającego (9c), który podłączony jest do układu automatyki (9a) oraz elementu oporowego (9d).
4. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że w układzie dwukierunkowego ładowania bezpośredniego (9) do układu automatyki (9a) podłączony jest układ wyboru trybu pracy (9e).
5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że do głównej szyny napięciowej (5) poprzez prze- łącznik dwustanowy (17) sterowany sygnałem z głównej jednostki kontrolno-sterującej jest podłączony rezystor hamowania (16).
6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że w module dwukierunkowego przepływu energii (14) przez który z główną szyną napięciową (5) podłączony jest silnik elektryczny do zasilania układu jazdy (6), w gałęzi zawierającej układ jednokierunkowego przepływu energii (14c) skierowany w kierunku do głównej szyny napięciowej (5), między węzłem połączenia z równoległą przeciwsobną gałęzią oraz tym układem znajduje się gałąź z rezystorem hamowania (16), przy czym w miejscu połączenia elektrycznego między gałęziami znajduje się drugi, sterowany przełącznik dwustanowy (17), którego sygnał sterujący podłączony jest do drugiego wyjścia bilansu mocy (14j) w kontrolerze (14g).
7. Układ wg zastrz. 1, znamienny tym, że magazyn energii elektrycznej (2) jest superkondensatorem, baterią superkondensatorów lub baterią akumulatorów.
8. Układ wg zastrz. 1, znamienny tym, że układ prostujący (4) jest mostkiem prostownikowym.
9. Układ wg zastrz. 1, znamienny tym, że układ prostujący (4) jest modułem dwukierunkowego przepływu energii (14).
10. Układ wg zastrz. 9, znamienny tym, że między układem transformującym (3) a prostującym (4) znajduje się układ dopasowujący (18).
11. Układ wg zastrz. 10, znamienny tym, że układ dopasowujący (18) to filtr harmonicznych.
12. Układ wg zastrz. 10, znamienny tym, że układ dopasowujący jest transformatorem.
13. Układ wg zastrz. 1, znamienny tym, że w gałęzi magazynu energii elektrycznej (2) pomiędzy tym magazynem a układem dwukierunkowego przepływu energii (14) znajduje się dławik (19).
14. Samojezdna maszyna robocza, w szczególności górnicza, która posiada co najmniej jeden silnik elektryczny (6) napędzający układ jazdy (20), układy robocze (30), i układy pomocnicze (40), posiadająca zasobnik energii elektrycznej (2) oraz jednostkę kontrolno-sterującą (13) podłączoną poprzez magistrale komunikacyjne do podzespołów maszyny, do których podłączone są sensory i czujniki, ponadto maszyna posiada przyłącze do zewnętrznej sieci energetycznej (1), znamienna tym, że jest wyposażona w elektryczny układ napędowy opisany zastrzeżeniami od 1 do 13.
15. Maszyna wg zastrz. 14, znamienna tym, że układ jazdy (20) jest układem napędowym hydrostatycznym.
16. Maszyna wg zastrz. 14, znamienna tym, że układ jazdy (20) jest układem napędowym mechanicznym.
17. Maszyna wg zastrz. 14, znamienna tym, że układ jazdy (20) jest układem napędowym hydrodynamicznym.
18. Maszyna wg zastrz. 15, znamienna tym, że układ jazdy (20) jest wyposażony w czujnik kąta skrętu, kąta nachylenia maszyny lub kąta przechylenia maszyny.
19. Maszyna wg zastrz. 14, znamienna tym, że układem roboczym (30) jest układ kotwiący, wiercący lub pomocniczy wyposażony w wysięgnik teleskopowy.
20. Maszyna wg zastrz. 14, znamienna tym, że układy pomocnicze (40) to co najmniej układ skrętu, układ hamulcowy, pompa wody, kompresor powietrza, klimatyzacja.
21. Sposób sterowania przepływem energii w samojezdnej maszynie roboczej, zwłaszcza górniczej, w którym pomiaru bilansu energetycznego, w tym napięć na źródłach zasilania oraz na odbiornikach energii elektrycznej dokonuje się w jednostce kontrolno-sterującej (13), po czym steruje się procesem ładowania/rozładowywania magazynu energii elektrycznej (2), znamienny tym, że mierzy się moc na przyłączach magazynu energii elektrycznej (2) oraz na głównej szynie napięciowej (5), po czym sygnały proporcjonalne do tych mocy podaje się na układ różnicujący w kontrolerze (14g), odejmuje się i napięciem proporcjonalnym do tak uzyskanej różnicy steruje się proporcjonalnie do sygnału różnicowego sterowany regulator mocy (14b) wpięty w układ dwukierunkowego przepływu energii (14), przez który do głównej szyny napięciowej podłączony jest magazyn energii elektrycznej, o sile elektromotorycznej skierowanej w kierunku od magazynu energii elektrycznej (2) do głównej szyny napięciowej (5), za pomocą sterowanego regulatora mocy (14b) zaś zwiększa się napięcie na głównej szynie napięciowej (5), co realizuje proces ładowania magazynu energii elektrycznej (2), przy czym za pomocą kontrolera (14g) podłączonego do głównej jednostki kontrolno-sterującej (13) steruje się mocą ładowania/rozładowywania, w przypadku odpowiednio dodatniego/ujemnego bilansu energetycznego, mierzonego poprzez zsumowanie mocy dostarczanej, pomniejszonej o moc pobieraną przez odbiorniki energii elektrycznej.