外文翻譯--使用超級(jí)電容器為橋式起重機(jī)節(jié)能

1、<p>　　使用超級(jí)電容器為橋式起重機(jī)節(jié)能</p><p>　　摘要——本文提出了在橋式起重機(jī)交流驅(qū)動(dòng)應(yīng)用程序中使用超級(jí)電容器，將它作為輔助存儲(chǔ)設(shè)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(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程是從理論著手，使得所有設(shè)備滿足負(fù)荷需要的能力都以評(píng)分的形式得以評(píng)估，這些數(shù)值結(jié)果是為了展示擬議的技術(shù)解決方案的可行性以及評(píng)估其節(jié)能效果。</p><p>　

2、　關(guān)鍵詞：超級(jí)電容器，橋式起重機(jī)驅(qū)動(dòng)器，節(jié)能</p><p><b>　　一、引言</b></p><p>　　近年來，環(huán)境和能源問題正在成為一個(gè)越來越迫切需要解決的問題。這種情況導(dǎo)致可再生能源和節(jié)約能源日益得到關(guān)注。此外，油價(jià)上漲也引起了最終用戶對(duì)節(jié)約能源的重視，因?yàn)檫@同時(shí)意味著節(jié)約金錢?；谶@個(gè)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(shù)人員研究的對(duì)象

3、。</p><p>　　歐洲組織，連同它的會(huì)員國，已啟動(dòng)了一個(gè)節(jié)能計(jì)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(guān)工業(yè)驅(qū)動(dòng)器。電氣傳動(dòng)效率的提高可與存儲(chǔ)設(shè)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(fù)載周期的一些間隔里回收能量的可能性。不同的存儲(chǔ)設(shè)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

4、差異。很顯然，存儲(chǔ)技術(shù)的最佳解決方案取決于所考慮的應(yīng)用程序。</p><p>　　近年來新的電化學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)已在開發(fā)當(dāng)中，超級(jí)電容器正變得越來越有趣。當(dāng)短時(shí)間內(nèi)需要高能量時(shí)，他們的高密度能量使他們很具有吸引力。此外，他們的特點(diǎn)是互補(bǔ)的傳統(tǒng)鉛酸電池，因此，可以說，對(duì)于許多應(yīng)用中，這兩種技術(shù)的耦合會(huì)變得非常有趣。為了顯示上述互補(bǔ)，見圖1。</p><p>　　圖1 電池和電化學(xué)電容器的作用范圍

5、</p><p>　　到現(xiàn)在，理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定，超級(jí)電容器和電化學(xué)電池一起使用減少了電池重量并延長(zhǎng)了電池的壽命，因?yàn)槌?jí)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?yàn)槠鋬?nèi)阻低，他們能夠在制動(dòng)操作時(shí)恢復(fù)電能，效率高于電化學(xué)電池。這兩個(gè)裝置之間的電力能源流動(dòng)的管理用DC - DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器可以很容易地實(shí)現(xiàn)。基于這個(gè)原因，能夠獲得短期復(fù)蘇和峰值功率補(bǔ)償?shù)某?jí)電容器在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的吸引力大大增加。<

6、/p><p>　　存儲(chǔ)設(shè)備一個(gè)有趣的應(yīng)用是以起吊裝置為代表的，事實(shí)上，這種裝置理論上需要的能量是零，因?yàn)槠鸬跻粋€(gè)重物所需的引力能量相當(dāng)于重物降落時(shí)返還的能量。在這種理想狀態(tài)下，一個(gè)合適大小的存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)，但顯然可以利用這種裝置的存儲(chǔ)系統(tǒng)。</p><p>　　目前，用來移動(dòng)橋式起重機(jī)負(fù)荷的傳統(tǒng)電氣機(jī)械是

7、在鎮(zhèn)流電阻器上使用剎車。該負(fù)荷移動(dòng)的動(dòng)能可被部分回收在存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)，而不是消退。這種能量可在下次橋式起重機(jī)提升中被再次使用，從而減少了所需的能量。</p><p>　　本文介紹了在橋式起重機(jī)上應(yīng)用的超級(jí)電容器的尺寸。作為輸入所需要的功率來設(shè)置該設(shè)備的尺寸，以便最大程度地獲得系統(tǒng)的整體效率。尺寸設(shè)置過程說明了如何選擇超級(jí)電容器電容和DC - DC電源轉(zhuǎn)換器的等級(jí)。</p><p><b&

8、gt;　　二、體系及建模</b></p><p>　　本文分析的系統(tǒng)是一個(gè)橋式起重機(jī)。實(shí)際上，在驅(qū)動(dòng)橋式起重機(jī)時(shí)可能的配置如下：</p><p>　　1、將馬達(dá)通過接觸器和斷路器的手段直接連接到電網(wǎng);</p><p>　　2、在馬達(dá)上使用逆變器</p><p>　　在第一個(gè)解決方案中，示意圖如圖 2，通常使用一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。兩種不

9、同的速度是由兩個(gè)不同數(shù)量繞組的對(duì)極定子來實(shí)現(xiàn)的。通過接觸器使得兩個(gè)方向工作的可能性得以實(shí)現(xiàn)。開始時(shí)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(shè)計(jì)過程中得到定義。一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)可以平行于主網(wǎng)添加，用于積極連接前端逆變器。存儲(chǔ)系統(tǒng)可以減少啟動(dòng)階段的耗能，并且可以節(jié)約減速時(shí)的耗能。</p><p>　　圖2 平行于有接觸器的橋式起重機(jī)插入超級(jí)電容器</p><p>　　在第二

10、個(gè)解決方案中，如圖3，配有一個(gè)逆變器和異步電動(dòng)機(jī)。使用逆變器可以輕松地獲得速度調(diào)節(jié)及運(yùn)動(dòng)方向的轉(zhuǎn)變。此外，轉(zhuǎn)矩和電流得到控制，隨之而來的優(yōu)點(diǎn)還有機(jī)械應(yīng)力和系統(tǒng)效率。存儲(chǔ)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(diào)峰。</p><p>　　圖3 平行于變頻驅(qū)動(dòng)的橋式起重機(jī)插入超級(jí)電容器</p><p>　　在南波費(fèi)德里科大學(xué)機(jī)電工程系的實(shí)驗(yàn)室里，一項(xiàng)測(cè)試系統(tǒng)正在啟動(dòng)。該測(cè)試實(shí)現(xiàn)了橋式

11、起重機(jī)沒有從傳統(tǒng)的變頻來啟動(dòng)，鑒于這個(gè)原因，圖2的配置被選中。該超級(jí)電容器是通過一個(gè)雙級(jí)轉(zhuǎn)換器的方法耦合到網(wǎng)絡(luò)上。這個(gè)過程是一個(gè)傳統(tǒng)的逆變器鎖相環(huán)算法，同時(shí)運(yùn)行DC - DC轉(zhuǎn)換器來控制功率交換的超級(jí)電容器。目前，該系統(tǒng)正在建設(shè)，基于這個(gè)原因，只有數(shù)值結(jié)果被公布。DC - DC轉(zhuǎn)換器的使用見圖 4。</p><p>　　圖4 DC - DC轉(zhuǎn)換器連接的超級(jí)電容器</p><p>　　這種

12、配置被選中是因?yàn)槌?jí)電容器電壓比直流母線電壓低，如下面的報(bào)告。該轉(zhuǎn)換器作為一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器使用時(shí)，接通S2和D1，能量從超級(jí)電容器和驅(qū)動(dòng)器流出，而當(dāng)它作為一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器使用時(shí)，接通S1和D2，超級(jí)電容器吸取電網(wǎng)能量進(jìn)行充電。</p><p>　　這個(gè)過程通常是由發(fā)電機(jī)組發(fā)出的三相交流電源經(jīng)過交流變頻器的整流裝置，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成頻率和電壓可控的交流電源AC，用

13、于驅(qū)動(dòng)起升、大車或者小車機(jī)構(gòu)；將超級(jí)電容并聯(lián)在DC電源總線上，利用DC總線監(jiān)測(cè)電壓變化范圍，在電壓上升時(shí)充電，在電壓下降時(shí)放電，隨著超級(jí)電容不斷放電，其端電壓下降，DC總線電壓跟著下降，當(dāng)檢測(cè)到此電壓低于發(fā)電機(jī)組的電源整流電壓時(shí)，發(fā)電機(jī)組開始參與供電，在制動(dòng)時(shí)反饋電能給超級(jí)電容，超級(jí)電容不斷得到反饋的能量的充電，又不斷地釋放電能。</p><p><b>　　三、數(shù)值模擬</b></p

14、><p>　　為橋式起重機(jī)的驅(qū)動(dòng)器配備超級(jí)電容器的設(shè)想已經(jīng)由以前的仿真數(shù)學(xué)模型來模擬，電機(jī)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(dá)到2.2米的高度，然后接觸器K2閉合，開始下坡的開銷，事實(shí)上，線性位置降低，角度速度改變，這一階段的特點(diǎn)是再生制動(dòng)，其實(shí)當(dāng)電力變?yōu)樨?fù)數(shù)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)橥?hào)。速度，位置和轉(zhuǎn)矩圖都顯示在圖 5和6中。</p><p>　　

15、圖5 馬達(dá)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷線性位置 圖6 電磁轉(zhuǎn)矩的異步電機(jī)</p><p>　　根據(jù)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(zhuǎn)換器控制超級(jí)電容器放電，保持能量接近其參考值（圖7）。經(jīng)過9s后電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置將過量的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，正如所看到的，PLoad是負(fù)值。在電機(jī)制動(dòng)階段，超級(jí)電容器存儲(chǔ)能量進(jìn)行充電。這個(gè)效果明顯顯示，當(dāng)制動(dòng)開始時(shí)，超級(jí)電容器電壓增加，如圖8。如果發(fā)動(dòng)機(jī)是

16、由線直接供應(yīng)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％。</p><p>　　圖7電氣負(fù)載和線路瞬時(shí)有功功率 圖8 超級(jí)電容器和直流電壓鏈接</p><p>　　在裝有超級(jí)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(jié)束時(shí)，總輸入能量為21.7Wh，其中超級(jí)電容器提供了12Wh，E（SC）dis，交流電源提供了9

17、.7Wh，E（S）dis。在這一階段的機(jī)械和電氣能量損耗分別為5.14Wh和4.76Wh。作為負(fù)載勢(shì)能存儲(chǔ)的能量等于11.86瓦。在能量轉(zhuǎn)化的最后，起重電機(jī)停止，超級(jí)電容器的能量存儲(chǔ)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(fù)載的勢(shì)能提供的，交流電源供應(yīng)8Wh。這一階段的機(jī)械和電氣能源損失分別為5.86Wh和2WH。因此，在超級(jí)電容器中存儲(chǔ)的能量實(shí)際上等于12Wh，這意

18、味著他們正在重新充電到他們的啟動(dòng)電壓。</p><p><b>　　四、結(jié)論</b></p><p>　　這篇文章的重點(diǎn)是存儲(chǔ)系統(tǒng)在提升機(jī)械的應(yīng)用。特別是分析了使用超級(jí)電容器的循環(huán)模式似乎是最好的選擇。因此對(duì)起重設(shè)備進(jìn)行了分析，并將可能增加一個(gè)串聯(lián)電路的存儲(chǔ)系統(tǒng)配置納入考慮。為了顯示所提出的解決方案和其使用的機(jī)電系統(tǒng)連接的好處的可行性，于是進(jìn)行了建模和數(shù)值模擬。從報(bào)告