超级电容器在矿山提升机变频器中的应用_1.docx

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1、超级电容器在矿山提升机变频器中的应用摘要：本文给出了超级电容器应用在变频器中的一个实例。用超级电容器存储电动机再生能量，该法在矿山提升机变频器上使用效果良好。已有多台这样的设备在矿山正常运行。关键词：超级电容器再生能量变频器矿山提升机Abstract:Thispaperpresentsapracticalexampleforapplicationofsupercapacitorsintheinverters.Therebirth-energyofmotorissavedinsupercapacitors.Withthismethodagoodeffectisacquiredonthemine-

2、windingshaft.Severalthiskindofequipmentsareworkingwellonthemine.keywords:supercapacitorsrebirth-energyinvertermine-windingshaft一引言国产超级电容器已有多个品牌推向市场，不失时机地把这种新型优异无源储能元件应用到电子、电器设备中去是整机厂商责无旁贷的任务。超级电容器Supercapacitor或者Ultra-capacitor贸易应用在国外已有20多年的历史。它功率密度极高、充电时间极短、使用寿命极长等优异特性是常规电容器所无法比较的，其应用前景特别广阔，尤其在电源业将

3、会有上佳的表现。我公司是变频器专业消费厂商，对处理电动机再生能量进展过深化研究，研究的目的是把变频器推广到矿山提升机上去。变频调速系统已在泵类、风机类负载上广泛应用，并且普及势头强劲，这是由于大家对变频器调速性能之优良、节能效果之明显有了深入认识。变频调速系统在提升类负载上的推广不象以上两类负载那么顺利，那么广泛。其原因却很简单，那就是提升机，十分是大容量提升机对变频器要求太高，使得在这个领域推广变频器风险很大，例如矿山提升机，它是24小时连续作业，哪怕是特别钟的故障停机，也会打乱操纵秩序，给消费带来费事和损失。从技术上讲，它要求变频器有两倍于额定转矩以上的启动转矩、1.6倍额定转矩以上的低频

4、转矩、大于额定转矩的制动转矩，有时还对加速转矩有很高的要求。更有甚之，还要求四象限运行。由于重物下放时，在重力的作用下，转子的转速可能大于定子旋转磁场的转速，电动机变成了发电机，再生能量使母线电压升高，此时必须把这局部能量迅速转移，或者回馈电网或者用耗能电阻消耗掉。还有，矿山电网波动大、空气中粉尘含量高，这给变频器的可靠性带来很大威胁。以上这些因素使得提升机变频调速化困难较大,进展缓慢.不管矿山提升机提出了如何的要求,变频器消费厂家都必须想法克制,由于这是一块非常大的市场,假如问题解决的好,将对我国矿山开采业的开展有非常大的影响。当前矿用提升机多用机械变速或者用线绕式异步电动机调速。线绕式异步

5、电动机调速方法是转子串电阻，这种系统属于有级调速，转差功率大、启动电流和换档电流冲击大、中高速运行震动大、制动不平安不可靠、对再生能量处理不力、运行中调速不连续轻易掉道，故障率高。总之变频器配套提升机特别必要，原提升机进展变频改造，任务繁重又迫切。2000年山东风光电子公司已经把变频器推广到了矿山提升机1，已经正常运行两年多，用户们反映良好。当时对再生能量的处理方法是回馈电网，这当然是个好方法，但由于电网波动大，再生能量回馈时对电网有冲击，或讲对电网有一定程度的污染，处理再生能量的原始方法是耗能电阻，这局部能量被白白浪费掉，该电阻轻易烧坏且要求很大的散热空间。对再生能量还有更好的处理方法吗？本

6、文提出用超级电容器储能的方法来处理再生能量，实用效果不错，已有多台这种设备正在矿山正常运行。二、处理再生能量的新思路如今市场上，有一种新型大容量储能元件超级电容器。据文献介绍，超级电容器的技术参数可达：容量0.2600F耐压14400V寿命十年以上，而且免维护假设用1F、400V的电容器C，充满电时所储的能量为WC=1/2CUC2=1/24002=80000=80KJ式中UC为电容上的电压。由此可见，所储能量特别可观。我们拟将这种器件用来处理再生能量。选用适宜容量、适宜耐压的超级电容器作为再生能量的存储器，电机进入发电状态后，母线电压上升，这时为电容充电，使母线电压下降。当再生发电经过完毕、母

7、线电压回落到平安值时，让大电容向母线放电，将存储在电容上的电能再回馈到母线上去，我们以为这种思路是可行的。三、充电、放电回路的设计现将我公司原提升机变频器的再生能量回馈局部按新思路重新设计。主回路如图1所示。align=center图1超级电容充、放电回路/align超级电容器以CB表示，其额定电压为UCBO，瞬时电压为UCB，母线电压为UBUS，所允许的最大值为Umax，L为能量转换电感,BT3为耗能支路的通/断控制开关。斩波驱动信号的波形如图2所示。align=center图2斩波驱动信号的波形/align1、CB容量的选择现有超级电容的额定电压最高为400V，只可取这种电容器，为平安起见

8、，取UCBO=350V，设提升重量为WGkg，重物最大速度限定为Vmaxm/s。当WG以Vmax速度下滑时，使用电动制动例如直流制动，让速度降为零，动能将全部转化成再生电能。现要把这局部能量储存在CB上，1/2CBUCBO2=1/2WGVmax2用户给定：WG=6000kgVmax=4.7m/sCB=WGVmax2/UCBO2=60004.72/3502=1.07F市场上400V的超级电容，单支最大容量为0.58F，所以要用两支并联使用，实取数值为：CB=0.582=1.16F2、充电斩波信号占空比B的考虑为确保CB的平安，一定不能让CB充电超过UCBO。本设计采取两个措施，其一是控制充电速度

9、。让占空比随UBUS的升高而下降。第二个措施是增设耗能电阻放电回路。3、耗能电阻放电回路耗能电阻放电回路见图1，它是否启动由BT3来控制。假如发电状态持续时间较长，UCB升至UCBO后还有再生电流流入，就开启耗能电阻放电回路。4、超级电容器向母线回送电能的设计。CB向母线放电时，先让CB通过L和放电支路到地放电，使L充磁。然后，L和CB通过充电支路向母线回送电流。在本设计中，希望每次充磁电流的终值根本恒定，由于UCB是逐渐下降的，所以让占空比B随UCB的下降而变大，B由0.1随时间均匀增长至0.9。如图3所示。align=center图3BUCB关系/align四、实用效果及讨论第一台改装机上的详细运行参数是这样设定的：从电网上另取一条支路经整流滤波后的电压作为参考电压Uref，Uref独立于变频器母线电压UBUS，UBUS随再生发电的强弱而波动，波动的幅度是通过UBUS与Uref的比拟来衡量的。当UBUSUref60时，CB开场充电；当UBUSUref30时，CB停顿充电；当UBUSUref0