外文翻译--使用超级电容器为桥式起重机节能

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， 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。 DC DC 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，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