專利名稱：液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置及其方法，具體的是一種使用電液儲能方式存儲礦井提升機及絞車下放重物的勢能和減速制動的動能，在提升機和絞車提升重物及加速過程再生利用這部分能量的控制裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
礦井提升機和提升絞車是礦山生產(chǎn)中的關(guān)鍵運輸設(shè)備，經(jīng)常被人們稱為礦山的咽喉，它承擔著運送礦石、物料和人員等重要責任，可用于豎井和斜井的提升運輸。提升機和絞車除了將重物從礦井中提升到井上外，也常常要將一些設(shè)備從井上下放到井下，隨著礦井規(guī)模的不斷擴大，提升機的規(guī)格也越來越大，提升的高度和距離也不斷地增大。
提升機和絞車速度控制系統(tǒng)及其控制方法是在經(jīng)歷了直流電機調(diào)速、可控硅調(diào)速、繞線式電機串電阻調(diào)速和繞線式電機轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速等方式的發(fā)展后，新生產(chǎn)的提升機大多采用了高壓變頻調(diào)速技術(shù)，目前技術(shù)最成熟的方式是采用諧波干擾小的級聯(lián)型的高壓變頻技術(shù)，為了降低提升機和絞車運行過程的能耗，正在推廣采用可向電網(wǎng)饋電的有源整流型的級聯(lián)型高壓變頻技術(shù)，將提升機在下放重物和制動過程電動機所發(fā)電能虧送到電網(wǎng)，但是，由于電力系統(tǒng)大多按照集中輸配電模式運行，電網(wǎng)中沒有能夠快速存取電能的大容量儲能設(shè)備，因此，電能的生產(chǎn)和消費必須時刻基本保持在電功率平衡狀態(tài)，以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，電力系統(tǒng)受到隨機的饋電擾動后將引起動態(tài)功率不平衡，對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行構(gòu)成威脅 ，劇烈的功率不平衡還會致使系統(tǒng)崩潰從而造成大面積停電事故；另由于電能計量裝置的不可逆性，用戶并不是最終的收益者，所以從電網(wǎng)系統(tǒng)和用戶而言，向電網(wǎng)饋電并不是最佳的節(jié)能方法，最好的節(jié)能方式應(yīng)該是用電設(shè)備自身就可再生利用這部分能量。2007年公布的一項美國專利就公開了這樣一項技術(shù)，專利號:US 7，228，942 B2，發(fā)明名稱:Method for Energy Storage for DC Motor Powered Load Hoisting Machinery,該發(fā)明采用“飛輪電池”技術(shù)，存儲提升機和絞車下放重物的勢能和制動中的動能。存在的問題是，飛輪電池技術(shù)目前整體還不是很成熟，還沒有可供商業(yè)應(yīng)用的工業(yè)化產(chǎn)品，高溫下的超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)和真空環(huán)境長期維護技術(shù)尚有待突破。
為了確保提升機和絞車的運行安全性，特別是運輸人員的安全性，現(xiàn)有的提升機和絞車都配備有非常復(fù)雜的閘控系統(tǒng)，要保證在供電系統(tǒng)突然故障和斷電情況下恒減速制動，但是這種制動方式受到運行時間和工況變化非常大的影響，需要采用非常復(fù)雜的檢測和控制技術(shù)，其成本和費用往往超過了提升機主機的費用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置及其控制方法，用以解決現(xiàn)有礦井提升裝置為節(jié)能所采用的向電網(wǎng)饋電，對電網(wǎng)沖擊大，影響電網(wǎng)穩(wěn)定運行；采用飛輪電池儲能，技術(shù)尚不成熟，供電系統(tǒng)故障后完全依賴閘控系統(tǒng)安全保護，可靠性低、成本高的技術(shù)問題。
基于上述目的和問題，本發(fā)明所采取的措施是一種液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置，包含有礦井提升裝置及其電動機；其特征是:提升電動機通過離合器連接有第I液壓泵/馬達，所述第I液壓泵/馬達的進出油口通過管路分別與液壓控制閥的第I工作油口A和第II工作油口 B連通，當液壓控制閥處在中位時:第I工作油口 A和第II工作油口 B與油箱T連通，第II工作油口 B連接的管路上設(shè)置有第II安全閥；壓力油口 P與液壓蓄能器組的進出油口、第I安全閥的進油口和二位三通控制閥的第I出油口 C連通，二位三通控制閥處于原始位置時:第II出油口 D、第I進油口 E和油箱T連通，二位三通控制閥的第I進油口 E和第II液壓泵/馬達的出油口連通，儲能電動/發(fā)電機控制器的輸出信號連接到低壓逆變器的控制信號端，低壓逆變器的輸入端連接到低壓變頻器的直流母線上，低壓逆變器的輸出端連接到儲能電動/發(fā)電機的進線端，控制儲能電動/發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，儲能電動/發(fā)電機的輸出軸與第II液壓泵/馬達驅(qū)動軸同軸連接，直流電壓傳感器用于檢測低壓變頻器中直流母線的電壓構(gòu)成獨立節(jié)能單元。
提升電動機的輸入端和降壓變壓器的原邊繞組連接，所述降壓變壓器的原邊繞組和級聯(lián)型高壓變頻器的輸出端連接、副邊繞組與低壓變頻器的輸入端連接，并通過升壓變壓器與高壓交流電網(wǎng)連接構(gòu)成獨立饋電單元。
本發(fā)明所采取的一種用于上述液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置的控制方法，其所述控制方法如下: 當提升裝置載有重物下行時:通過控制液壓控制閥的工作位置，使第I液壓泵/馬達處于液壓泵工況，將液壓油從液壓油箱吸入并排入到液壓蓄能器組，將重物的下行勢能轉(zhuǎn)化為液壓能存儲于液壓蓄能器中。
當重物下行勢能大于第I液壓泵/馬達時:提升電動機處于發(fā)電狀態(tài)，低壓變頻器中直流母線電壓升高，同時直流電壓傳感器檢測并通過主控計算機控制儲能電動/發(fā)電機控制器工作，儲能電動/發(fā)電機控制器控制儲能電動/發(fā)動機啟動，儲能電動/發(fā)動機驅(qū)動第II液壓泵/馬達將液壓油箱中的低壓液壓油經(jīng)過二位三通控制閥泵入到液壓蓄能器組，補充蓄能器的能量損失。
當儲能電動/發(fā)動機處于滿功率運行時:下行重物勢能將低壓變頻器中直流母線的電壓再次升高，控制低壓變頻器中的逆變器，經(jīng)過升壓變壓器向交流電網(wǎng)饋電。
當提升裝置制動時:通過控制液壓控制閥的工作位置，使第I液壓泵/馬達處于液壓泵工況，將液壓油從液壓油箱吸入并排入到液壓蓄能器組，將制動動能轉(zhuǎn)化為液壓能存儲在液壓蓄能器。
當提升裝置制動動能較大時 第I液壓泵/馬達使提升電動機發(fā)電，低壓變頻器中直流母線的電壓升高，同時直流電壓傳感器檢測并通過主控計算機控制儲能電動/發(fā)電機控制器工作，控制儲能電動/發(fā)動機啟動，儲能電動/發(fā)動機驅(qū)動第II液壓泵/馬達將液壓油箱中的低壓液壓油經(jīng)過二位三通控制閥泵入到液壓蓄能器組，補充蓄能器的能量損失。
當儲能電動/發(fā)動機處于滿功率運行時:提升裝置制動的動能將低壓變頻器中直流母線的電壓再次升高，控制低壓變頻器中的逆變器工作，經(jīng)過升壓變壓器向交流電網(wǎng)饋電。
當提升裝置提升重物并加速 運行時:通過控制液壓控制閥工作位置，使第I液壓泵/馬達處于馬達工況，液壓蓄能器組中存儲的高壓油驅(qū)動第I液壓泵/馬達輔助提升電動機工作，再生利用液壓蓄能器存儲的動能和勢能。
當蓄能器存儲的能量較多時:在驅(qū)動第I液壓泵/馬達的同時，由二位三通控制閥驅(qū)動第II液壓泵/馬達，驅(qū)動儲能電動/發(fā)動機處于發(fā)電工況，將液壓能轉(zhuǎn)化為電能供給低壓變頻器中的直流母線，將能量經(jīng)過升壓變壓器饋入電網(wǎng)，或是由變壓器驅(qū)動提升電動機。
本發(fā)明上述所描述的一種液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置及其控制方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點: 本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過對現(xiàn)有技術(shù)的改進，不僅實現(xiàn)了儲能節(jié)電，而且極大地減小了對電網(wǎng)的沖擊，并可在電網(wǎng)電源電壓異常波動下，輔助維護提升裝置運行的平穩(wěn)性；尤其是在用電高峰期，彌補了提升裝置加速時的峰值功率，減小了從電網(wǎng)的取電量；特別是在斷電情況下，使用儲能裝置的系統(tǒng)還能維持提升裝置按恒減速模式運行，直到停車，減小了對閘控系統(tǒng)的依賴性，提高了系統(tǒng)運行的安全可靠性；同時可省掉了制動電阻，直接回收利用提升裝置減速制動的動能、外負載提供的勢能，使提升電動機具有四象限工作的能力；減小了電動機的發(fā)熱，進一步提高了電動機的使用壽命；不需要經(jīng)過復(fù)雜的逆變單元向電網(wǎng)饋電，即能存儲并利用電動機處于發(fā)電工況所產(chǎn)生的電能，同時提高電動機的制動減速性能、縮短電機制動時間；相對于采用超級電容和飛輪電池，采用液壓蓄能器儲能，技術(shù)成熟，運行可靠、壽命長。


圖1是液電混合驅(qū)動礦井提升裝置及其控制方法的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是液電混合驅(qū)動礦井提升裝置及其控制方法不含獨立饋電單元的控制原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖·3是液電混合驅(qū)動礦井提升裝置及其控制方法不含儲能電動/發(fā)電機單元后的控制原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置及其控制方法不含儲能電動/發(fā)電機單元，不含獨立饋電單元，采用4個二位二通插裝閥代替一個滑閥式液壓控制閥后的控制原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置及其控制方法含有儲能電動/發(fā)電機單元和獨立饋電單元的控制原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中:1:罐籠；2:滾筒；3:減速器；4:扭矩傳感器；5:轉(zhuǎn)速傳感器；6:提升電動機；7:級聯(lián)型高壓變頻器；8:移相變壓器；9:離合器；10:第I液壓泵/馬達；11:液壓控制閥；12:液壓蓄能器組；13 第I安全閥降壓變壓器；14:降壓變壓器；15:低壓變頻器；16:升壓變壓器；17:儲能電動/發(fā)動機；18:第II液壓泵/馬達；19:二位三通控制閥；20:低壓逆變器；21:儲能電動/發(fā)電機控制器；22:直流電壓傳感器；23:閘控系統(tǒng)；24 第II安全閥。
A:第I工作油口 ；B:第II工作油口 ；P:壓力油口 ；T:油箱口 ；C:第I出油口 ；D:第II出油口 ；E 第I進油口。
具體實施方式
本發(fā)明所提供的一種液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置及其控制方法，解決了現(xiàn)有礦井提升裝置的技術(shù)中，為節(jié)能采用向電網(wǎng)饋電時，對電網(wǎng)沖擊較大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運行的問題；也解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用飛輪電池儲能，技術(shù)尚不成熟，供電系統(tǒng)故障后完全依賴閘控系統(tǒng)安全保護的問題，以及安全可靠性較低、成本較高等技術(shù)問題。其具體實施的技術(shù)方案如下: 實施一種液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置，該提升裝置包括有罐籠1，滾筒2，減速器3，扭矩傳感器4，轉(zhuǎn)速傳感器5，提升電動機6，級聯(lián)型高壓變頻器7，移相變壓器8，閘控系統(tǒng)23，以上所有部件共同構(gòu)成的現(xiàn)有礦井提升裝置的主體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在現(xiàn)有提升裝置的主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進一步增設(shè)了離合器9，第I液壓泵/馬達10，液壓控制閥11，液壓蓄能器組12，第I安全閥降壓變壓器13，低壓變頻器14，升壓變壓器16，儲能電動/發(fā)動機17，第II液壓泵/馬達18，二位三通控制閥19，低壓逆變器20，儲能電動/發(fā)電機控制器21，直流電壓傳感器22，第II安全閥24 ;其中: 移相變壓器8的原邊與高壓交流電網(wǎng)連接，移相變壓器8的副邊分為三組，每一組的個數(shù)與電網(wǎng)電壓和整流及逆變單元功率器件的耐壓有關(guān)，分別與級聯(lián)型高壓變頻器7的三個輸入端連接，級聯(lián)型高壓變頻器7的輸出端連接到提升電動機6的輸入端，控制提升電動機6的轉(zhuǎn)速，提升電動機6的輸出軸與轉(zhuǎn)速傳感器5、扭矩傳感器4、減速器3的輸入軸、離合器9同軸連接，減速器3的輸出軸與滾筒2的驅(qū)動軸連接，驅(qū)動滾筒2轉(zhuǎn)動，滾筒2經(jīng)過鋼絲繩牽引罐籠提升和下放物料，閘控系統(tǒng)23對整個提升機系統(tǒng)進行安全保護。
離合器9的一端與提升電機6的輸出軸連接，離合器9的另一端與第I液壓泵/馬達10的驅(qū)動軸連接，第I液壓泵/馬達10的進出油口通過管路分別與液壓控制閥11的第I工作油口 A和第II工作油口 B連通，液壓控制閥11處在中位時，第I工作油口 A和第II工作油口 B與油箱口 T連通，第II工作油口 B連接的管路上連通第II安全閥24，壓力油口 P與液壓蓄能器組12的進出油口、第I安全閥降壓變壓器13的進油口和二位三通控制閥19的第I出油口 C連通，二位三通控制閥19處于原始位置時，其第II出油口 D、第I進油口 E和油箱連通，二位三通控制閥19的第I進油口 E和第II液壓泵/馬達18的出油口連通，儲能電動/發(fā)電機控制器21的輸出信號連接到低壓逆變器21的控制信號端，低壓逆變器21的輸入端連接到低壓變頻器15的直流母線上，低壓逆變器21的輸出端連接到儲能電動/發(fā)動機17的進線端，控制儲 能電動/發(fā)動機17的轉(zhuǎn)速，儲能電動/發(fā)動機17的輸出軸與第II液壓泵/馬達18驅(qū)動軸同軸連接，直流電壓傳感器22用于檢測低壓變頻器15中直流母線的電壓。
降壓變壓器14的原邊繞組與提升電動機6的輸入端和級聯(lián)型高壓變頻器7的輸出端連接，降壓變壓器14的副邊繞組與低壓變頻器15的輸入端連接，低壓變頻器15的輸出端與升壓變壓器16的原邊連接，升壓變壓器16的副邊與高壓交流電網(wǎng)連接。
在實施上述的技術(shù)方案中，其礦井提升裝置的結(jié)構(gòu)形式可以采用纏繞式，也可以采用摩擦式所涵蓋的任何一種結(jié)構(gòu)形式；所述第I液壓泵/馬達10可以采用定量的液壓泵/馬達，也可以采用電子比例控制的變量液壓泵/馬達；所述第II液壓泵/馬達18可以采用定量的液壓泵/馬達，也可以采用電子比例控制的變量液壓泵/馬達。所述液壓控制閥11可以采用開關(guān)控制的滑閥式電磁換向閥，也可以采用連續(xù)控制的滑閥式電液比例閥，還可以采用由多個二位二通插裝閥組成的比例閥組。所述二位三通控制閥19可以采用直動式的電磁閥或比例閥，也可以采用先導(dǎo)式的電液換向閥或比例閥，還可以是有兩個二位二通插裝閥組成的比例閥組。
實現(xiàn)上述一種液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置，由降壓變壓器14，低壓變頻器15和升壓變壓器16構(gòu)成的獨立饋電單元，其功率遠小于提升電動機6的額定功率，約為20 %左右。
實施一種用于上述的液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置的控制方法，其控制方法在于:當提升機和絞車載有重物下行，通過控制液壓控制閥11的工作位置，使第I液壓泵/馬達10處于液壓泵工況，將液壓油從液壓油箱吸入并排入到液壓蓄能器組12，也就是將重物的下放過程具有的勢能轉(zhuǎn)化為液壓能存儲在液壓蓄能器。如果下放的重物勢能較大，僅僅靠第I液壓泵/馬達10還不足以完全平衡重物，重物就會使提升電動機6處于發(fā)電狀態(tài)，使低壓變頻器15中直流母線的電壓升高，當直流電壓傳感器22檢測到這一信息，就會通過主控計算機控制儲能電動/發(fā)電機控制器21工作，儲能電動/發(fā)電機控制器21控制儲能電動/發(fā)動機17啟動，儲能電動/發(fā)動機17驅(qū)動第II液壓泵/馬達18將液壓油箱中的低壓液壓油經(jīng)過二位三通控制閥19泵入到液壓蓄能器組12，這一部分功能也可以補充蓄能器的能量損失。如果當儲能電動/發(fā)動機17處于滿功率運行，下放重物的勢能還是不能被完全平衡，就會使低壓變頻器中直流母線的電壓進一步升高，這時可以控制低壓變頻器15中的逆變器開始工作，經(jīng)過升壓變壓器16向交流電網(wǎng)饋電。
當提升機或絞車制動時，通過控制液壓控制閥11的工作位置，使第I液壓泵/馬達10處于液壓泵工況，將液壓油從液壓油箱吸入并排入到液壓蓄能器組12，也就是將制動動能轉(zhuǎn)化為液壓能存儲在液壓蓄能器。如果制動動能較大，僅僅靠第I液壓泵/馬達10還不足以完全吸收，會使提升電動機6處于發(fā)電狀態(tài)，使低壓變頻器15中直流母線的電壓升高，當直流電壓傳感器22檢測到這一信息，就會通過主控計算機控制儲能電動/發(fā)電機控制器21工作，控制儲能電動/發(fā)動機17啟動，儲能電動/發(fā)動機17驅(qū)動第II液壓泵/馬達18將液壓油箱中的低壓液壓油經(jīng)過二位三通控制閥19泵入到液壓蓄能器組12，可以補充蓄能器的能量損失。如果當儲能電動/發(fā)動機17處于滿功率運行，提升機或絞車制動的動能還是不能被完全平衡，就會使低壓變頻器中直流母線的電壓進一步升高，這時可以控制低壓變頻器15中的 逆變器開始工作，經(jīng)過升壓變壓器16向交流電網(wǎng)饋電。
當提升機或絞車提升重物并加速運行時，通過控制液壓控制閥11的工作位置，使第I液壓泵/馬達10處于馬達工況，液壓蓄能器組12中存儲的高壓油驅(qū)動第I液壓泵/馬達10輔助提升電動機6工作，也就是再生利用液壓蓄能器存儲的動能和勢能。如果蓄能器存儲的能量較多，在驅(qū)動第I液壓泵/馬達10的同時，還可以經(jīng)過二位三通控制閥19驅(qū)動第II液壓泵/馬達18，驅(qū)動儲能電動/發(fā)動機17處于發(fā)電工況，將液壓能轉(zhuǎn)化為電能提供給低壓變頻器15中的直流母線，這部分能量既可以經(jīng)過升壓變壓器16饋入電網(wǎng)，也可以經(jīng)變壓器14驅(qū)動提升電動機6。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做出進一步的詳細說明。
具體實施方式
I如附圖1所示，實施本發(fā)明所述的一種液電混合驅(qū)動的礦井提升機或者是絞車，包括有罐籠1，滾筒2，減速器3，扭矩傳感器4，轉(zhuǎn)速傳感器5，提升電動機6，級聯(lián)型高壓變頻器7,移相變壓器8，閘控系統(tǒng)23，進一步增設(shè)有離合器9，第I液壓泵/馬達10，液壓控制閥11，液壓蓄能器組12，第I安全閥13，降壓變壓器14，低壓變頻器15，升壓變壓器16，儲能電動/發(fā)動機17，第II液壓泵/馬達18，二位三通控制閥19，低壓逆變器20，儲能電動/發(fā)電機控制器21，直流電壓傳感器22，第II安全閥24，其中: 移相變壓器8的原邊與高壓交流電網(wǎng)連接，移相變壓器8的副邊分為三組，每一組的個數(shù)與電網(wǎng)電壓和整流及逆變單元功率器件的耐壓有關(guān)，分別與級聯(lián)型高壓變頻器7的三個輸入端連接，級聯(lián)型高壓變頻器7的輸出端連接到提升電動機6的輸入端，控制提升電動機6的轉(zhuǎn)速，提升電動機6的輸出軸與轉(zhuǎn)速傳感器5、扭矩傳感器4、減速器3的輸入軸、離合器9同軸連接，減速器3的輸出軸與滾筒2的驅(qū)動軸連接，驅(qū)動滾筒2轉(zhuǎn)動，滾筒2經(jīng)過鋼絲繩牽引罐籠I提升和下放物料，閘控系統(tǒng)23對整個提升機系統(tǒng)進行安全保護。
離合器9的一端與提升電機6的輸出軸連接，離合器9的另一端與第I液壓泵/馬達10的驅(qū)動軸連接，第I液壓泵/馬達10的進出油口通過管路分別與液壓控制閥11的第I工作油口 A和第II工作油口 B連通，液壓控制閥11處在中位時，第I工作油口 A和第II工作油口 B與油箱口 T連通，第II工作油口 B連接的管路上連通第II安全閥24，壓力油口P與液壓蓄能器組12的進出油口、第I安全閥13的進油口和二位三通控制閥19的第I出油口 C連通，二位三通控制閥19處于原始位置時，其第II出油口 D、第I進油口 E和油箱連通，二位三通控制閥19的第I進油口 E和第II液壓泵/馬達18的出油口連通，儲能電動/發(fā)電機控制器21的輸出信號連接到低壓逆變器20的控制信號端，低壓逆變器20的輸入端連接到低壓變頻器15的直流母線上，低壓逆變器20的輸出端連接到儲能電動/發(fā)動機17的進線端，控制儲能電動/發(fā)動機17的轉(zhuǎn)速，儲能電動/發(fā)動機17的輸出軸與第II液壓泵/馬達18驅(qū)動軸同軸連接，直流電壓傳感器22用于檢測低壓變頻器15中直流母線的電壓。
降壓變壓器14的原邊繞組與提升電動機6的輸入端和級聯(lián)型高壓變頻器7的輸出端連接，降壓變壓器14的副邊繞組與低壓變頻器15的輸入端連接，低壓變頻器15的輸出端與升壓變壓器16的原邊連接，升壓變壓器16的副邊與高壓交流電網(wǎng)連接。
在上述的實施方案中，所述礦井提升機或者是絞車的結(jié)構(gòu)形式選用纏繞式的單滾筒形式；所述絞車的第I液壓泵/馬達10選用電子比例控制的變量液壓泵/馬達；所述第II液壓泵/馬達18選用定量的 液壓泵/馬達；所述液壓控制閥11選用先導(dǎo)控制的比例方向閥；所述二位三通控制閥19選用先導(dǎo)式的電液換向閥。
具體實施方式
2 如附圖2所示，具體實施方式
2與具體實施方式
I的工作原理和結(jié)構(gòu)組成類似，區(qū)別是取消了升壓變壓器16，取消了低壓逆變器20，低壓變頻器15的輸出端直接與儲能電動/發(fā)動機17的輸入端連接，也就是當提升機的功率較小時，可以不采用向交流電網(wǎng)饋電的功倉泛。
具體實施方式
3 如附圖3所示，具體實施方式
3與具體實施方式
I的工作原理和結(jié)構(gòu)組成類似，區(qū)別是去掉了儲能電動/發(fā)動機17、第II液壓泵/馬達18、二位三通控制閥19、低壓逆變器20和儲能電動/發(fā)電機控制器21，保留了降壓變壓器14、升壓變壓器16、低壓逆變器15組成的獨立饋電單元；運行中當液壓儲能器組12的容量過載時，可以采用向高壓交流電網(wǎng)饋電的方式控制提升機的下放速度和減速過程。
具體實施方式
4 如附圖4所示，具體實施方式
3與具體實施方式
I的工作原理和結(jié)構(gòu)組成類似，區(qū)別是采用4個二位二通比例插裝閥組成的比例閥組，作為液壓控制閥11，同時取消掉了降壓變壓器14、升壓變壓器16、低壓逆變器15組成的獨立饋電單元，取消掉了儲能電動/發(fā)動機17、第II液壓泵/馬達18、二位三通控制閥19、低壓逆變器20和儲能電動/發(fā)電機控制器21。
4個二位二通比例插裝閥，與液壓蓄能器組12進油口 P聯(lián)通的2個閥采用常閉形式，與油箱T 口連通的2個閥采用常開的形式，當提升機提升或下放重物過程中突然出現(xiàn)故障和斷電的情況下，視提升機的工作方向，可以使與油箱口連通的2個比例插裝閥中的某一個處于節(jié)流控制狀態(tài)，通過改變節(jié)流口的開度，對第I液壓泵/馬達10進行節(jié)流調(diào)速，因為第I液壓泵/馬達10與提升電機6同軸連接共同驅(qū)動滾筒2，控制提升機減速制動，進一步提聞了提升機運行的安全性。
具體實施方式
5 如附圖5所示，具體實施方式
5與具體實施方式
I的工作原理和結(jié)構(gòu)組成類似，區(qū)別是去掉了離合器9，第I液壓泵/馬達10，液壓控制閥11和第II安全閥24組成的液壓馬達直接儲能單元，保留了降壓變壓器14、升壓變壓器16、低壓逆變器15組成的獨立饋電單元；保留了液壓蓄能器組12，第I安全閥13，儲能電動/發(fā)動機17、第II液壓泵/馬達18、二位三通控制閥19、低壓逆變器20和儲能電動/發(fā)電機控制器21。運行過程中，如果提升機具有的勢能和制動動能使提升電動機6處于發(fā)電狀態(tài)運行，將使低壓變頻器15中直流母線的電壓升高，這一升高的電壓經(jīng)過直流電壓傳感器22檢測后，經(jīng)過低壓逆變器20控制儲能電動/發(fā)動機17電動運行，通過第II液壓泵/馬達18向液壓蓄能器組12充液儲能，當液壓蓄能器組12的容量過載時，啟動由降壓變壓器14、升壓變壓器16、低壓逆變器15組成的獨立饋電單元，采用向高壓交流電網(wǎng)饋電的 方式控制提升機的下放速度和減速過程。
權(quán)利要求
1.一種液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置，包含有礦井提升裝置及其提升控制裝置；其特征是:所述礦井提升控制裝置是提升電動機[6]通過離合器[9]連接有第I液壓泵/馬達[10]，所述第I液壓泵/馬達[10]的進出油口通過管路分別與液壓控制閥[11]的第I工作油口 A和第II工作油口 B連通，當液壓控制閥[11]處在中位時:第I工作油口 A和第II工作油口 B與油箱T連通，第II工作油口 B連接的管路上設(shè)置有第II安全閥[24];壓力油口 P與液壓蓄能器組[12]的進出油口、第I安全閥[13]的進油口和二位三通控制閥[19]的第I出油口 C連通，二位三通控制閥[19]處于原始位置時:第II出油口 D、第I進油口 E和油箱T連通，二位三通控制閥[19]的第I進油口 E和第II液壓泵/馬達[18]的出油口連通，儲能電動/發(fā)電機控制器[21]的輸出信號連接到低壓逆變器[20]的控制信號端，低壓逆變器[20]的輸入端連接到低壓變頻器[15]的直流母線上，低壓逆變器[20]的輸出端連接到儲能電動/發(fā)電機[17]的進線端，控制儲能電動/發(fā)電機[17]的轉(zhuǎn)速，儲能電動/發(fā)電機[17]的輸出軸與第II液壓泵/馬達[18]驅(qū)動軸同軸連接，直流電壓傳感器[22]用于檢測低壓變頻器[15]中直流母線的電壓構(gòu)成獨立節(jié)能單元； 提升電動機[6]的輸入端和降壓變壓器[14]的原邊繞組連接，所述降壓變壓器[14]的原邊繞組和級聯(lián)型高壓變頻器[7]的輸出端連接、副邊繞組與低壓變頻器[15]的輸入端連接，并通過升壓變壓器[16]與高壓交流電網(wǎng)連接構(gòu)成獨立饋電單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置，其特征是:取消了升壓變壓器[16]和低壓逆變器[20]，低壓變頻器[15]的輸出端直接與儲能電動/發(fā)動機[17]的輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置，其特征是:去掉了儲能電動/發(fā)動機[17]、第II液壓泵/馬達[18]、二位三通控制閥[19]、低壓逆變器[20]和儲能電動/發(fā)電機控制器[21]，保留了降壓變壓器[14]、升壓變壓器[16]、低壓逆變器[15]組成的獨立饋電單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置，其特征是:由四個二位二通比例插裝閥組成的比例閥組，作為液壓控制閥[11]，同時取消掉了降壓變壓器[14]、升壓變壓器[16]、低壓逆變器[1]5組成的獨立饋電單元，取消掉了儲能電動/發(fā)動機[17]、第II液壓泵/馬達[18]、二位三通控制閥[19]、低壓逆變器[20]和儲能電動/發(fā)電機控制器[21]。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置，其特征是:去掉了離合器[9]，第I液壓泵/馬達[10]，液壓控制閥[11]和第II安全閥[24]組成的液壓馬達直接儲能單元，保留了降壓變壓器14、升壓變壓器16、低壓逆變器15組成的獨立饋電單元；保留了液壓蓄能器組[12]，第I安全閥[13]，儲能電動/發(fā)動機[17]、第II液壓泵/馬達[18]、二位三通控制閥[19]、低壓逆變器[20]和儲能電動/發(fā)電機控制器[21]。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置，其特征是:所述礦井提升裝置的結(jié)構(gòu)形式是纏繞式，或是摩擦式所涵蓋的任何一種形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置，其特征是:所述礦井提升裝置是礦井用提升機和礦井用提升絞車。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置，其特征是:所述第I液壓泵/馬達[10]是定量的液壓泵/馬達，或是電子比例控制的變量液壓泵/馬達。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置，其特征是:所述第II液壓泵/馬達[18]是定量的液壓泵/馬達，或是電子比例控制的變量液壓泵/馬達。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置，其特征是:所述液壓控制閥[11]是開關(guān)控制的滑閥式電液換向閥、連續(xù)控制的滑閥式電液比例閥、或是由多個二位二通插裝閥組成的比例閥組。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置，其特征是:所述二位三通控制閥[19]是直動式的電磁閥或比例閥、先導(dǎo)式的電液換向閥或電液比例閥、或是由兩個二位二通插裝閥組成的比例閥組。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置，其特征是:所述獨立饋電單元的功率是提升電動機[6]額定功率的80 %。
13.一種用于權(quán)利要求1所述的液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置的控制方法，其所述控制方法如下: 當提升裝置載有重物下行時:通過控制液壓控制閥[11]的工作位置，使第I液壓泵/馬達[10]處于液壓泵工況，將液壓油從液壓油箱吸入并排入到液壓蓄能器組[12]，將重物的下行勢能轉(zhuǎn)化為液壓能存儲于液壓蓄能器中； 當重物下行勢能大于第I液壓泵/馬達[10 ]時:提升電動機[6]處于發(fā)電狀態(tài)，低壓變頻器[15]中直流母線電壓升高，同時直流電壓傳感器[22]檢測并通過主控計算機控制儲能電動/發(fā)電機控制器[21]工作，儲能電動/發(fā)電機控制器[21]控制儲能電動/發(fā)動機17啟動，儲能電動/發(fā)動機[17]驅(qū)動第II液壓泵/馬達[18]將液壓油箱中的低壓液壓油經(jīng)過二位三通控制閥[19]泵入到液壓蓄能器組[12]，補充蓄能器的能量損失； 當儲能電動/發(fā)動機[17]處于滿功率運行時:下行重物勢能將低壓變頻器中直流母線的電壓再次升高，控制低壓·變頻器[15]中的逆變器，經(jīng)過升壓變壓器[16]向交流電網(wǎng)饋電； 當提升裝置制動時:通過控制液壓控制閥[11]的工作位置，使第I液壓泵/馬達[10]處于液壓泵工況，將液壓油從液壓油箱吸入并排入到液壓蓄能器組[12]，將制動動能轉(zhuǎn)化為液壓能存儲在液壓蓄能器； 當提升裝置制動動能較大時:第I液壓泵/馬達[10]使提升電動機[6]發(fā)電，低壓變頻器[15]中直流母線的電壓升高，同時直流電壓傳感器[22]檢測并通過主控計算機控制儲能電動/發(fā)電機控制器[21]工作，控制儲能電動/發(fā)動機[17]啟動，儲能電動/發(fā)動機[17]驅(qū)動第II液壓泵/馬達[18]將液壓油箱中的低壓液壓油經(jīng)過二位三通控制閥[19]泵入到液壓蓄能器組[12]，補充蓄能器的能量損失； 當儲能電動/發(fā)動機[17]處于滿功率運行時:提升裝置制動的動能將低壓變頻器中直流母線的電壓再次升高，控制低壓變頻器[15]中的逆變器工作，經(jīng)過升壓變壓器[16]向交流電網(wǎng)饋電； 當提升裝置提升重物并加速運行時:通過控制液壓控制閥[11]工作位置，使第I液壓泵/馬達[10]處于馬達工況，液壓蓄能器組[12]中存儲的高壓油驅(qū)動第I液壓泵/馬達[10]輔助提升電動機[6]工作，再生利用液壓蓄能器存儲的動能和勢能； 當蓄能器存儲的能量較多時:在驅(qū)動第I液壓泵/馬達[10]的同時，由二位三通控制閥[19]驅(qū)動第II液壓泵/馬達[18]，驅(qū)動儲能電動/發(fā)動機[17]處于發(fā)電工況，將液壓能轉(zhuǎn)化為電能供給低壓變頻器[15]中的直流母線，將能量經(jīng)過升壓變壓器[16]饋入電網(wǎng)，或是由變壓器[1 4]驅(qū)動提升電動機[6]。
全文摘要
一種液電混合驅(qū)動的礦井提升裝置及其控制方法，其所述提升裝置是提升電動機通過離合器連接有第Ⅰ液壓泵/馬達，提升電動機的輸入端和降壓變壓器的原邊繞組連接，所述降壓變壓器的原邊繞組和級聯(lián)型高壓變頻器的輸出端連接、副邊繞組與低壓變頻器的輸入端連接，并通過升壓變壓器與高壓交流電網(wǎng)連接構(gòu)成；其所述控制方法是在提升機和絞車上行、下行和制動時，將部分能量通過蓄能器儲能和饋電節(jié)能。本發(fā)明提高了電動機的制動減速性能，縮短了電機制動時間，相對于采用超級電容和飛輪電池，采用液壓蓄能器儲能，技術(shù)成熟，運行可靠壽命長。
文檔編號B66B1/32GK103241606SQ20131019181
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月22日
發(fā)明者權(quán)龍 , 黃家海, 杜蘭松, 李斌 申請人:太原理工大學(xué)