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1、使用超级电容器为桥式起重机节能摘要本文提出了在桥式起重机交流驱动应用程序中使用超级电容器，将它作为辅助存储设备与主要电源并联，从而起到节能的作用。一系列的程序随之提出。该存储系统的设计过程是从理论着手，使得所有设备满足负荷需要的能力都以评分的形式得以评估，这些数值结果是为了展示拟议的技术解决方案的可行性以及评估其节能效果。关键词：超级电容器，桥式起重机驱动器，节能一、引言近年来，环境和能源问题正在成为一个越来越迫切需要解决的问题。这种情况导致可再生能源和节约能源日益得到关注。此外，油价上涨也引起了最终用户对节约能源的重视，因为这同时意味着节约金钱。基于这个原因，能量回收和仪器的高效率，如今已成
2、为许多工程师和技术人员研究的对象。欧洲组织，连同它的会员国，已启动了一个节能计划。在欧盟，从2005年到2020年约20的能源消耗量将被节约，以致于每年可节省约60亿欧元。这笔节省很可观，特别是有关工业驱动器。电气传动效率的提高可与存储设备的使用联系起来。他们的使用带来的好处主要是全球效率的增加和功率的平滑以及在负载周期的一些间隔里回收能量的可能性。不同的存储设备都可以使用。从外部特征来看，它们之间的区别在于具体能量值的差异。很显然，存储技术的最佳解决方案取决于所考虑的应用程序。近年来新的电化学存储技术已在开发当中，超级电容器正变得越来越有趣。当短时间内需要高能量时，他们的高密度能量使他们很具
3、有吸引力。此外，他们的特点是互补的传统铅酸电池，因此，可以说，对于许多应用中，这两种技术的耦合会变得非常有趣。为了显示上述互补，见图1。 图1 电池和电化学电容器的作用范围到现在，理论和实验结果确定，超级电容器和电化学电池一起使用减少了电池重量并延长了电池的寿命，因为超级电容器具有提供电流峰值而无老化现象的能力。除此之外，因为其内阻低，他们能够在制动操作时恢复电能，效率高于电化学电池。这两个装置之间的电力能源流动的管理用DC - DC开关电源转换器可以很容易地实现。基于这个原因，能够获得短期复苏和峰值功率补偿的超级电容器在工业应用领域的吸引力大大增加。存储设备一个有趣的应用是以起吊装置为代表的
4、，事实上，这种装置理论上需要的能量是零，因为起吊一个重物所需的引力能量相当于重物降落时返还的能量。在这种理想状态下，一个合适大小的存储系统的唯一存在可以确保核电厂在无能源消耗情况下工作。遗憾的是过程中有损失，使得这种理想状态不可能实现，但显然可以利用这种装置的存储系统。目前，用来移动桥式起重机负荷的传统电气机械是在镇流电阻器上使用刹车。该负荷移动的动能可被部分回收在存储设备内，而不是消退。这种能量可在下次桥式起重机提升中被再次使用，从而减少了所需的能量。本文介绍了在桥式起重机上应用的超级电容器的尺寸。作为输入所需要的功率来设置该设备的尺寸，以便最大程度地获得系统的整体效率。尺寸设置过程说明了如
5、何选择超级电容器电容和DC - DC电源转换器的等级。二、体系及建模本文分析的系统是一个桥式起重机。实际上，在驱动桥式起重机时可能的配置如下：1、将马达通过接触器和断路器的手段直接连接到电网;2、在马达上使用逆变器在第一个解决方案中，示意图如图 2，通常使用一个感应电动机。两种不同的速度是由两个不同数量绕组的对极定子来实现的。通过接触器使得两个方向工作的可能性得以实现。开始时总是发生在额定电压，初始电流非常高，加速货物不能得到控制，但在设计过程中得到定义。一个存储系统可以平行于主网添加，用于积极连接前端逆变器。存储系统可以减少启动阶段的耗能，并且可以节约减速时的耗能。 图2 平行于有接触器的桥
6、式起重机插入超级电容器在第二个解决方案中，如图3，配有一个逆变器和异步电动机。使用逆变器可以轻松地获得速度调节及运动方向的转变。此外，转矩和电流得到控制，随之而来的优点还有机械应力和系统效率。存储系统可以连接上逆变器的直流母线，并允许能源节约和调峰。 图3 平行于变频驱动的桥式起重机插入超级电容器在南波费德里科大学机电工程系的实验室里，一项测试系统正在启动。该测试实现了桥式起重机没有从传统的变频来启动，鉴于这个原因，图2的配置被选中。该超级电容器是通过一个双级转换器的方法耦合到网络上。这个过程是一个传统的逆变器锁相环算法，同时运行DC - DC转换器来控制功率交换的超级电容器。目前，该系统正在
7、建设，基于这个原因，只有数值结果被公布。DC - DC转换器的使用见图 4。 图4 DC - DC转换器连接的超级电容器这种配置被选中是因为超级电容器电压比直流母线电压低，如下面的报告。该转换器作为一个升压转换器使用时，接通S2和D1，能量从超级电容器和驱动器流出，而当它作为一个降压转换器使用时，接通S1和D2，超级电容器吸取电网能量进行充电。这个过程通常是由发电机组发出的三相交流电源经过交流变频器的整流装置，转换成直流电源DC，DC电源通过交流变频器中的变频装置，将DC电源转换成频率和电压可控的交流电源AC，用于驱动起升、大车或者小车机构；将超级电容并联在DC电源总线上，利用DC总线监测电压
8、变化范围，在电压上升时充电，在电压下降时放电，随着超级电容不断放电，其端电压下降，DC总线电压跟着下降，当检测到此电压低于发电机组的电源整流电压时，发电机组开始参与供电，在制动时反馈电能给超级电容，超级电容不断得到反馈的能量的充电，又不断地释放电能。三、数值模拟为桥式起重机的驱动器配备超级电容器的设想已经由以前的仿真数学模型来模拟，电机从静止开始，然后加速到150弧度/秒，持续8秒，然后停止（K1和K2打开），直到重物达到2.2米的高度，然后接触器K2闭合，开始下坡的开销，事实上，线性位置降低，角度速度改变，这一阶段的特点是再生制动，其实当电力变为负数时，电磁转矩变为同符号。速度，位置和转矩图
9、都显示在图 5和6中。图5 马达转速和负荷线性位置 图6 电磁转矩的异步电机根据前几节中给出的考虑，该参考线有功功率等于3.4千瓦。DCDC转换器控制超级电容器放电，保持能量接近其参考值（图7）。经过9s后电动机制动，电机驱动装置将过量的动能转换成电能，正如所看到的，PLoad是负值。在电机制动阶段，超级电容器存储能量进行充电。这个效果明显显示，当制动开始时，超级电容器电压增加，如图8。如果发动机是由线直接供应能量，则PLine将等于PLoad。由于PLoad峰值约为50千瓦，则Line能量峰值将减少90。图7电气负载和线路瞬时有功功率 图8 超级电容器和直流电压链接在装有超级电容器的情况下，
10、提供的能量线性增加，由于PLine几乎不变。在提升结束时，总输入能量为21.7Wh，其中超级电容器提供了12Wh，E（SC）dis，交流电源提供了9.7Wh，E（S）dis。在这一阶段的机械和电气能量损耗分别为5.14Wh和4.76Wh。作为负载势能存储的能量等于11.86瓦。在能量转化的最后，起重电机停止，超级电容器的能量存储为6Wh，由交流电源提供的能量为10Wh。在货物降落的最后，总输入能量等于19.86瓦，其中11.86Wh是由负载的势能提供的，交流电源供应8Wh。这一阶段的机械和电气能源损失分别为5.86Wh和2WH。因此，在超级电容器中存储的能量实际上等于12Wh，这意味着他们正在重新充电到他们的启动电压。四、结论这篇文章的重点是存储系统在提升机械的应用。特别是分析了使用超级电容器的循环模式似乎是最好的选择。因此对起重设备进行了分析，并将可能增加一个串联电路的存储系统配置纳入考虑。为了显示所提出的解决方案和其使用的机电系统连接的好处的可行性，于是进行了建模和数值模拟。从报告可以很清楚看到，超级电容器对电网供应的峰值功率要求降低到10的电力负荷。该存储系统的存在也可以为每个负载周期节约6瓦的能量，即33的能源需要。
