外文翻譯--使用超級電容器為橋式起重機節(jié)能

使用超級電容器為橋式起重機節(jié)能 摘要 本文提出了在橋式起重機交流驅動應用程序 中 使用超級電容器， 將它 作為輔助存儲設備與主要電源并聯(lián) ，從而起到節(jié)能的作用 。一 系列 的程序 隨之 提出。該存儲系統(tǒng)的設計過程是 從理論 著手，使得所有設備滿足負荷需要的能力都以評分的形式得以評估，這些數(shù)值結果是為了展 示擬議的技術解決方案的可行性 以及評估其節(jié)能效果。 關鍵詞 ： 超級電容器，橋式起重機驅動器，節(jié)能 一 、 引言 近年來，環(huán)境和能源問題正在成為一個越來越迫切需要 解決的問題 。這種情況導致可再生能源和節(jié)約能源日益 得到關注 。此外， 油價上漲也引起了最終用戶對節(jié)約能源的重視，因為這同時意味著節(jié)約金錢 。基于這個原因， 能量回收 和 儀器的高效率 ，如今 已成為 許多工程師和技術人員研究的對象。 歐洲 組織 ，連同它的會員國，已 啟動 了一個節(jié)能 計劃。在歐盟，從 2005 年到 2020 年約 20的能源 消耗 量 將被節(jié)約 ， 以致于每年可節(jié)省 約 60 億歐元。 這筆 節(jié)省 很可觀 ，特別是有關工業(yè)驅動器。電氣傳動效率的提高可與存儲設備的使用 聯(lián)系起來 。 他們的使用帶來的好處主要是 全球效率的增加 和功率的平滑以及在負載周期的一些間隔里回收能量的可能性。 不同的存儲設備都可以使用。從外部特征來看，它們之間的區(qū)別 在于 具體能量值 的差異 。很顯然，存儲技術的最佳解決方案取決于所考慮的應用程序。 近年來新的電化學存儲技術已 在 開發(fā)當中，超級電容器正變得越來越有趣。 當短時間內需要高能量時， 他們的高密度 能量 使他們 很具有 吸引力。 此外，他們的特點是互補的傳統(tǒng)鉛酸電池，因此，可以說，對于許多應用中，這兩種技術的耦合會 變得 非常有趣。為了顯示上述互補， 見圖 1。 圖 1 電池和電化學電容器的 作用 范圍 到 現(xiàn)在 ，理論和實驗結果 確定， 超級電容器 和 電化學電池一起使用減少了 電池 重量 并延長了 電池的 壽命 ，因為超級電容器 具有 提供電流峰值 而 無老化現(xiàn)象的能力。 除此之外， 因為 其 內阻低，他們 能夠在制動操作時 恢復電能，效率高于電化學電池。這兩個裝置之間的電力能源流動的管理用 DC - DC 開關電源轉換器可以很容易地實現(xiàn)。基于這 個原因， 能夠獲得 短期復蘇和峰值功率補償 的超級電容器在 工業(yè)應用 領域 的吸引力大大 增加。 存儲設備一個有趣的應用是 以起吊裝置為 代表的， 事實上，這種裝置 理論上需要的能量是零，因為 起吊一個重物所需的 引力能量 相當于重物降落時返還的能量 。在這種理想狀態(tài)下，一個 合適 大小的存儲系統(tǒng)的唯一存在可以確保核電廠 在無能源消耗情況下工作 。遺憾的是過程中 有損失， 使得這種理想狀態(tài) 不可能 實現(xiàn) ， 但 顯然 可以 利用 這種裝置 的存儲系統(tǒng)。 目前， 用來 移動橋式起重機負荷 的 傳統(tǒng)電氣機械 是在 鎮(zhèn)流電阻 器上使用剎車。該負荷 移動的動能 可 被部分回收在 存儲設備 內 ，而不 是消退。這種能量可 在下次橋式起重機提升中被 再次使用 ，從而減少了所需的能量 。 本文介紹了在橋式起重機 上 應用的超級電容器 的 尺寸。作為輸入所需要的 功率來設置 該設備的尺寸，以便最大程度地 獲得 系統(tǒng)的整體效率。 尺寸設置 過程說明了如何選擇超級電容器電容和 DC - DC 電源轉換器的 等級 。 二 、 體系及建模 本文分析 的 系統(tǒng)是一個橋式起重機。 實際 上，在驅動橋 式 起重機時 可能的配置如下： 1、將 馬達通過接觸器和斷路器的手段直接連接到電網 ； 2、在馬達上使用逆變器 在第一個解決方案 中 ，示意圖 如 圖 2，通常使用 一個 感應電動機。兩種不同的 速度 是 由兩個不同數(shù)量繞組的對極定子 來實現(xiàn)的 。 通過接觸器使得兩個方向 工作 的可能性得以實現(xiàn)。 開始 時 總是發(fā)生在額定電壓，初始電流非常高，加速貨物不能得到控制，但在設計過程中 得到定義。一個存儲系統(tǒng)可以平行于主網添加， 用于 積極連接前端逆變器。存儲系統(tǒng) 可以減少啟動階段的耗能，并且可以節(jié)約減速時的耗能。 圖 2 平行于有接觸器的橋式起重機插入超級電容器 在第二個解決方案中，如圖 3， 配有一個逆變器和異步電動機。使用 逆變器可以輕松 地獲得 速度調節(jié) 及 運動方向 的轉變 。此外，轉矩和電流 得 到控制，隨之而來的優(yōu)點還有 機械應力和系統(tǒng)效率。存儲系統(tǒng)可以連接上逆變器 的 直流母線，并允許能源節(jié)約和調峰。 圖 3 平行于變頻驅動的橋式起重機插入超級電容器 在 南波 費德里科 大學機電工程系的實驗室里 ， 一項 測試系統(tǒng) 正在啟動 。該測試實現(xiàn)了橋式起重機 沒有 從傳統(tǒng)的變頻 來 啟動 ，鑒于 這個原因， 圖 2 的配置 被選中。該超級電容器是通過一個雙級轉換器的方法耦合到網絡 上 。 這個過程 是一個傳統(tǒng)的逆變器鎖相環(huán)算法，同時 運行 DC - DC 轉換器來控制功率交換的超級電容器。目前，該系統(tǒng)正在建設， 基于這個原因，只有數(shù)值 結果被公布。 DC - DC 轉換器 的 使用見圖 4。 圖 4 DC - DC 轉換器連接的超級電容器 這種配置被選中是因為超級電容器電壓比直流母線電壓低，如下面的 報告 。該轉換器作為一個升壓轉換器使用時， 接通 S2 和 D1， 能量 從超級電容器和 驅動器 流出 ， 而當 它作為一個 降壓轉換器 使用時，接通 S1 和 D2， 超級電容器吸取電網 能量進行 充電。 這個 過程 通常是 由發(fā)電機組發(fā)出的三相交流電源經過交流變頻器的整流裝置，轉換成直流電源 DC， DC 電源通過交流變頻器中的變頻裝置，將 DC 電源轉換成頻率和電壓可控的交流電 源 AC，用于驅動起升、大車或者小車機構；將超級電容并聯(lián)在 DC 電源總線上，利用DC 總線監(jiān)測電壓變化范圍，在電壓上升時充電，在電壓下降時放電，隨著超級電容不斷放電，其端電壓下降， DC 總線電壓跟著下降，當檢測到此電壓低于發(fā)電機組的電源整流電壓時，發(fā)電機組開始參與供電，在制動時反饋電能給超級電容，超級電容不斷得到反饋的能量的充電，又不斷地釋放電能 。 三、 數(shù)值模擬 為 橋式起重機的驅動器 配備 超級電容 器的設想 已經由以前的仿真數(shù)學模型來模擬，電機從靜止開始， 然后加速 到 150 弧度 /秒， 持續(xù) 8 秒， 然后 停止（ K1 和 K2 打開）， 直 到重物 達到 2.2 米的高度 ，然后接觸器 K2 閉合 ，開始下坡的開銷， 事實上， 線性位置 降低， 角度速度 改變， 這一階段的特點是再生制動，其實 當 電力變?yōu)樨摂?shù) 時，電磁轉矩 變?yōu)?同符號。 速度，位置和轉矩圖都顯示在 圖 5 和 6 中。 圖 5 馬達轉速和負荷線性位置 圖 6 電磁轉矩的異步電機 根據前幾節(jié)中給出的考慮，該參考線有功功率等于 3.4 千瓦。 DC DC 轉換器 控制 超級電容器 放電， 保持 能量 接近其參考值（圖 7）。經過 9s 后電動機制動，電機驅動裝置將過量的 動能轉換成電能， 正如所看到的， PLoad 是 負值 。在 電機制動 階段，超級電容器存儲 能量進行 充電。這個效果 明顯顯示，當制動開始時， 超級電容器電壓增加，如圖 8。如果發(fā)動機是由線直接供應能量，則 PLine 將等于 PLoad。由于 PLoad 峰值約為 50 千瓦， 則 Line 能量峰值將減少 90。 圖 7 電氣負載和線路瞬時有功功率 圖 8 超級電容器和直流電壓鏈接 在 裝有 超級 電容器 的情況下，提供的能量線性增加，由于 PLine幾乎不變。在 提升結束時 ，總輸入能量為 21.7Wh，其 中 超級電容器提供 了 12Wh， E（ SC） dis，交流電源 提供了 9.7Wh， E（ S） dis。在這一階段的機械和電氣 能量損耗 分別為 5.14Wh 和 4.76Wh。 作為負載勢能存儲的 能 量 等于 11.86 瓦。在 能量轉化的最后 ，起重電機 停止 ，超級電容器的能量存儲 為 6Wh， 由 交流電源 提供的能量為 10Wh。 在貨物降落的最后 ，總輸入能量等于 19.86 瓦，其 中 11.86Wh 是 由 負載的勢能 提供的， 交流電源供應 8Wh。 這一階段的機械和 電氣 能源損失分別 為5.86Wh 和 2WH。因此，在超級電容器中存儲的能量實際上等于 12Wh，這意味著他們正在重新充電到他們的啟動電壓。 四、結論 這篇文章的重點是存儲系統(tǒng)在提升機械的應用。 特別 是 分析了使用超級電容器 的循環(huán)模