起重机械矩阵式能量回馈传动系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于起重机械传动技术领域，涉及一种起重机械矩阵式能量回馈传动系统。
【背景技术】
[0002]节能减排已经成为当今世界工业生产生活中的共识，我国的能源利用现状不容乐观，单位GDP的能耗是美国的6倍，是日本的7倍，甚至是印度的2.8倍；环境保护和二氧化碳排放面临巨大的压力；我国在用的起重机械有四百多万台套，基本没有采用节能系统或装置，其能源利用率不足30%。对比国外的技术现状，欧盟、特别是德国在通用起重机上都有节能系统，其能耗不到我国同类产品的50%;对于目前占主导地位的交-直-交型PWM变频传动系统，由于含有大电容或大电感作为储能元件，体积大，重量重，造成了变频装置安装和使用的不便、不易于维护，尤其是大电解电容的电解液的挥发，严重影响了变频器的使用寿命；其次，大部分交-直-交型变频器的整流侧采用二极管全桥整流，使得输入侧功率因数较低，对电网谐波污染严重。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种结构简单、可靠性高、运行稳定、安全，又可实现无电气污染的起重机械矩阵式能量回馈传动系统，能实现起重机下降和制动时将消耗在制动电阻上的再生能源全部返回电源，并且无高次谐波产生的传动系统。
[0004]本发明采用的技术方案是:
起重机械矩阵式能量回馈传动系统，包括起重机械机构，所述起重机械机构包括联动操作台、可编程序控制器、变频器、变频电机、超速开关、编码器、制动器、减速器、起升卷筒、浮动轴，所述联动操作台通过可编程序控制器与由其控制的变频器连接，所述变频器与由其驱动的变频电机连接，所述变频电机上连接有减速器，所述减速器的主动轴上装制动器，所述减速器上连接有起升卷筒，所述变频电机的高速轴上装编码器及超速开关，其特征在于:所述变频器是一具有矩阵式能量回馈技术的变频器，所述变频器与电网连接，其内置的编码器接口卡与变频电机上的编码器连接构成一个闭环控制系统，当变频电机在下降或制动过程中经变频器将能量回馈至电网。本发明通过将变频器与变频电机上的编码器连接形成闭环控制系统，并且采用矩阵式能量回馈技术，变频器将变频电机在下降或制动过程中消耗在制动电阻上的再生能源全部回馈至电网，节省能源并保护环境。
[0005]进一步，所述变频电机能在5~50 Hz时段输出恒转矩，该转矩为52.3N.m。
[0006]进一步，所述变频器与编码器连接构成的闭环控制系统是一非整流无谐波能量回馈控制系统，不会污染电网谐波。
[0007]进一步，所述电网的三相交流电源通过断路器与变频器连接。
[0008]进一步，所述变频电机采用闭式传动方式，通过第一齿轮联轴器连接减速器，所述减速器通过第二齿轮联轴器连接起升卷筒。
[0009]进一步，所述起升卷筒的直径为420mm。
[0010]进一步，所述可编程控制器包括CPU模块、I/O数字量模块。
[0011]进一步，所述起重机械机构具有两套，两机构的减速器轴之间通过齿式联轴器浮动轴刚性连接，从而确保两套起重机械机构运行同步，实现闸门两吊点的同步启闭。
[0012]进一步，两机构的所述减速器上的制动器均与控制其的同一交流接触器连接，以确保制动开闭的同步性能。
[0013]进一步，两机构的所述变频器是一主从控制方式，从而实现两机构的出力平衡。
[0014]本发明的有益效果:结构简单、可靠性高、运行稳定、安全，又可实现无电气污染能量回馈。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的机械装配结构图。
[0016]图2是本发明的功能原理框图。
[0017]图3是本发明变频器的内部结构图。
[0018]图4是本发明抱闸控制时序图。
[0019]图5是本发明起升电气传动图。
[0020]图6a、6b是本发明起升控制原理图。
[0021]图7是本发明PLC原理图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些【具体实施方式】。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
[0023]参见图1、2，起重机械矩阵式能量回馈传动系统，包括起重机械机构，所述起重机械机构包括:司机室内联动操作台1、司机室内型号为西门子S7-200可编程序控制器2、变频器3、变频电机4、超速开关5、编码器6、制动器7、减速器8、起升卷筒9、浮动轴10，构成完整的矩阵式能量回馈传动系统。司机室内联动操作台1通过可编程序控制器2控制变频器3，具有矢量控制功能的安川变频器3 (CHMR-UB4R0021)驱动变频电机4 (YZPF160M1-8，4kW)，电动机采用联轴器(NGCLZ3)连接(QJRS-D335-200)减速器8，在减速器的主动轴上装有(YWZE-200/22)型制动器7，并采用联轴器(NGCLZ3)连接直径为Φ420πιπι的起升卷筒装置9，两套左右相同的起重机械机构的减速器8轴通过齿式联轴器和浮动轴10刚性连接。变频电机4的高速轴上装有编码器6 (HLE45-1024-3FA)，与变频器3接口卡(PG-B3)连接构成闭环控制系统，同时装有超速开关5 (LY1-1/750DZ)。
[0024]本实施例速度指标:升降速度为0.25?2.5 m/min。起升均采用主令控制器控制，由联动台主令控制器的挡位来决定速度，正反各四挡，分别为10%、30%、60%、100%额定速度，系统采用主令挡位开关量输入至PLC，经软件处理后，再由PLC输出开关量信号给变频器。速度挡可在变频器内任意设定，以满足不同速度要求。
[0025]参见图3，为矩阵式能量回馈变频器的拓扑结构图，它为三相-三相矩阵式变换器，该电路包括3X3共9个双向开关，每个双向开关都具有双向导通和双向关断的能力，从而实现能量的双向流动、正弦输入输出电流、可控的输入功率因数、功率密度高、谐波污染小。它与整流型回馈装置不同，因不需要中间整流环节，直接实现了 AC-AC变换，从而大幅度降低了输入电流高次谐波，在100%负载下，输入电流THD〈5%，，传输效率高；可获得正弦波的输入电流和输出电压，波形失真度小；输入功率因数可在正负之间任意调节，可以不产生无功功率或对电网起到一定的无功补偿作用，且与负载功率因数无关；能量可双向传递，适合四象限运行的交流传动系统；控制自由度大。
[0026]参见图4具有矩阵式能量回馈控制技术的安川变频器(HMR-UB4R0021内部配置编码器接口板PG-B3，并通过在变频电机高速轴上设置高分辨率的编码器HLE45-1024L-3FA，组成一个闭环控制系统。变频电机能在5~50 Hz时段输出稳定可靠的恒转矩52.3N.m，在下降或制动过程中通过变频器将能量回馈至电网。
[0027]本实施例变频电机采用闭式传动方式，直接与中硬齿面减速器QJRS-D335-200相连，中硬齿面减速器传动效率高、运转平稳、噪音低、承载能力高，能较好地满足低损耗的要求。中硬齿面减速器QJRS-D335-200直接与卷筒相连，根据扬程12m和总减速比及钢丝绳直径14mm,经计算:卷筒直径为420mm。
[0028]本实例为保证闸门两吊点的同步启闭；两套左右相同的起重机械机构的减速器QJRS-D335-200通过浮动轴10刚性连接，从而确保两套相同起重机械机构运行同步。同时在两套减速器的主动轴上装有YWZE-200/22型制动器作为工作制动器，并通过同一交流接触器LC1-D09M7C控制，以确保制动开闭的同步性能。
[0029]由于异步电机滑差的特性决定了在两台电机同时驱动一个刚性负载时，会发生负载分配不均的现象，严重的情况下甚至可能在轻负载状态下发生一台电机拖着另一台电机工作，一台电机处于电动状态，一台电机处于发电状态的情况。为了避免这种情况，使启闭机每个吊点的负载均匀分配，本双吊点启闭机的起重机械机构