[发明专利]起重机的自馈式电能回收系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种起重机的自馈式电能回收系统及方法。

技术背景

起重设备包括车间内的天车、港口用的集装箱吊装用的港机以及建筑施工中用的卷扬机等等，涉及工业、运输中的方方面面，是众多领域不可缺少的重要设备。

起重设备在吊起重物时，需外界(如电网)供给其电能，使电动机转动才能吊起重物，将重物吊起后，外界提供的电能就转化为重物的重力势能；当重物下降时，其重力势能将随着重物高度的下降而被逐渐释放。现有的起重设备是通过摩擦片将该势能变成摩擦热逐渐消耗掉，或者将电机工作在发电状态时发出的电能用大功率电阻消耗掉。这种将势能白白消耗掉的方式不利于节能。

本发明将起重设备重物下降过程中的势能转化为电能，并存储与储能模块中，当起重设备需要使用电能时在有储能模块输出给起重设备使用，以达到节能的目的。

在一些电能回收装置中，将回收的电能直接反馈到电网(简称“馈网式”)，但这种方式存在以下问题：(1)由于能量回收过程时间较短，产生的电流较大，引起电网电压的明显波动，对电网的冲击较大，有人将其称为垃圾电；(2)目前国家还没有回收电能反馈到电网的计价政策，所以用户节能却并不省钱；(3)馈网式电能回收系统必须与电网的频率、相位一致才能与电网并网，造成装置复杂、成本高、可靠性下降。因此本发明采用“自馈式”电能回收技术：即将回收的电能反馈给设备本身使用，从而达到节能、省钱的目的。

目前储能器件有一次电池、二次电池、超级电容器等。一次电池不可充电，无法反复使用，综合使用成本高。二次电池可反复充放电，是目前许多移动用电器的首选储能器件；目前，常见二次电池有：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、超级电容器等。铅酸电池、镍镉电池有铅、镉重金属的污染，正逐步被世界各国限制使用；由于镍的价格不断上涨，镍氢电池的性价比也在不断下降。锂离子电池和超级电容器是近年来出现的新型储能器件，具有明显的性能优势。锂离子电池能量密度高，但功率密度较低，寿命较短(1000次左右)；超级电容器寿命长(可达10万次以上)，功率密度大，很适合高功率、长寿命电能存储使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种起重机的自馈式电能回收系统及方法，该起重机的自馈式电能回收系统及方法节能效果良好，易于实施。

本发明的技术解决方案如下：

一种起重机的自馈式电能回收系统，电网、整流模块、逆变模块、控制模块和起吊重物的电机均与切换模块相接，整流模块和逆变模块均与储能模块相接，逆变模块与电机相接，储能模块为超级电容器、锂离子电池、混合超级电容器或电容电池。

所述的储能模块由多个超级电容器串联而成，所述的起重机的自馈式电能回收系统还包括平衡保护模块，平衡保护模块包括用于检测超级电容器两端电压以及用于控制电子开关元件的检测控制器、功率电阻和电子开关元件，功率电阻与电子开关元件串联后形成的串联支路与检测控制器并联，检测控制器与一个超级电容器单体并联，平衡保护模块为多个，多个平衡保护模块分别与多个超级电容器单体并联；所述的控制模块采用PLC或单片机。

一种起重机的自馈式电能回收方法，采用前述的起重机的自馈式电能回收系统，具体控制方法为：

当需要吊起重物且超级电容器储能模块的总电压没有达到设定值时，启用电网供电模式：即由控制模块控制切换模块使得电网为电机供电将重物吊起；

当重物下降时，启用充电模式：即由控制模块控制切换模块以切断电网与电机的连接，同时接通电机与整流模块，电机工作在发电状态，发出的电能通过整流模块输送给超级电容器储能模块；

当控制模块检测到超级电容器储能模块的总电压高于设定值，且重物需要吊起时，启动逆变模式：即由控制模块启动逆变模块，将超级电容器储能模块储存的电能通过逆变模块输出到电机以吊起重物。

设定值采用40v，这主要是从电路匹配以及成本方面考虑，如果电压太高，则回收电能过程中重物下降的速度可能会太快。