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1、(10)申请公布号 CN 102882418 A (43)申请公布日 2013.01.16 C N 1 0 2 8 8 2 4 1 8 A *CN102882418A* (21)申请号 201210403097.1 (22)申请日 2012.10.22 H02M 7/757(2006.01) (71)申请人天津东方海陆集装箱码头有限公司 地址 300456 天津市塘沽区塘沽新港二号路 4588号 (72)发明人高延辉 李树杰 张毅 安津晖 王雷 邓永宁 (74)专利代理机构天津才智专利商标代理有限 公司 12108 代理人吕志英 (54) 发明名称 轮胎式龙门起重机可控直流交换器 (57) 摘。
2、要 本发明提供一种轮胎式龙门起重机可控直流 交换器，该交换器的外端子选择单元连接到单片 机程序运算单元的单片机，单片机连接与功率元 件IGBT的触发端子相连接；经由外部端子选择单 元可控直流交换器运行状态的给定信号，给定信 号传输到单片机程序运算单元，经过单片机的程 序运算单元的处理，将所产生的驱动信号传输到 功率元件IGBT的触发端子，控制功率元件IGBT的 导通与关断。有益效果是可控直流交换器使再生 能量可控的存储在存储单元内，补充电机起升或 启动时的能量需求。经对40吨负载测试直流母线 电流199A、电流203A，下放重物时储能单元能回 收50%左右的再生电能，起升时可控直流交换器 能提。
3、供电机所需能量50%左右的电能。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种轮胎式龙门起重机可控直流交换器，该交换器置于多种场桥系统之中，其特征 是：该交换器包括有外端子选择单元、单片机程序运算单元、功率元件IGBT电能传递单元； 外端子选择单元连接到单片机程序运算单元的单片机，单片机连接与功率元件IGBT的触 发端子相连接；经由外部端子选择单元可控直流交换器运行状态的给定信号，给定信号传 输到单片机程序运算单元，经过单片机的程序运算单元的处理。
4、，将所产生的驱动信号传输 到功率元件IGBT的触发端子，控制功率元件IGBT的导通与关断，对电压下降与提升进行控 制。 2.根据权利要求1所述的轮胎式龙门起重机可控直流交换器，其特征是：所述外端子 选择单元包括有印刷电路板，通过导线接入单片机程序运算单元，用于产生适合单片机程 运算序单元所适应的状态信号；单片机程序运算单元包括有相互连接的输入电路、中央处 理器电路及触摸屏式状态的故障显示器，输入电路接收外端子选择单元输入的信号，中央 处理器电路储存运算程序及根据所输入的状态信号进行运算，输出运算结果到功率元件 IGBT的驱动电路，触摸屏式状态的故障显示器进行触摸操控进行应用参数调整；功率元件 。
5、IGBT电能传递单元包括有功率元件IGBT、电阻器、电感器、电容器相互连接构成桥式结构， 对所述场桥系统的母排电压与储能单元电压进行高压、低压之间的隔离，母排与储能单元 通过对应的功率元件IGBT的导通与关断，实现能量交换。 3.根据权利要求1所述的轮胎式龙门起重机可控直流交换器，其特征是：所述单片机 程序运算单元中与中央处理器连接的触摸屏式显示器，能够用于现场手动触摸操控参数可 调整设定，实现与各种场桥系统参数的配合。 权 利 要 求 书CN 102882418 A 1/3页 3 轮胎式龙门起重机可控直流交换器 技术领域 0001 本发明涉及一种轮胎式龙门起重机可控直流交换器，是一种用于不同。
6、直流电压等 级的直流电能双向智能可控交流的器件。 背景技术 0002 当前场桥的驱动多以变频器驱动电机的方式实现，当电机工作在起升状态时，下 降势能的产生在所难免，这部分能量并不能被有效的存储利用。目前成熟的处理方式主要 是：1、在直流母排并接制动单元下降势能的产生的电能通过制动单元消耗在制动电阻上； 2、变频器整流部分具有可逆功能，下降势能的产生的电能逆变回电网，但随之也产生了对 电网的干扰。电机水平运动时的制动能量同理。上述方式1是将再生电能再电阻上以热能 方式散发到空气中消耗。形成无功损耗；上述方式2在目前技术方面，效率低下，再生电能 的回馈率小于20%。 发明内容 0003 为解决上述。
7、技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种轮胎式龙门起重机可控 直流交换器，以利于通过可控直流交换器使这部分能量可控的存储在存储单元内，在电机 起升或启动时补充此时的能量需求。 0004 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是是提供一种轮胎式龙门起重机可控直 流交换器，该交换器置于多种场桥系统之中，其中：该交换器包括有外端子选择单元、单片 机程序运算单元、功率元件IGBT电能传递单元；外端子选择单元连接到单片机程序运算单 元的单片机，单片机连接与功率元件IGBT的触发端子相连接；经由外部端子选择单元可控 直流交换器运行状态的给定信号，给定信号传输到单片机程序运算单元，经过单片机的程 序运算单元的。
8、处理，将所产生的驱动信号传输到功率元件IGBT的触发端子，控制功率元件 IGBT的导通与关断，对电压下降与提升进行控制。 0005 本发明的效果是可控直流交换器使这部分再生能量可控的存储在存储单元内，在 电机起升或启动时补充这时的能量需求。经对40吨负载测试，无可控直流交换器时直流 母线电流410A，有可控直流交换器时直流母线电流199A，可控直流交换器电流203A，下放 重物时储能单元能回收50%左右的再生电能，起升时可控直流交换器能提供电机所需能量 50%左右的电能。 附图说明 0006 图1是本发明的可控直流交换器结构原理图； 0007 图2是本发明的可控直流交换器实施应用图； 0008。
9、 图3是本发明的可控直流交换器再生电能流注向图； 0009 图4是本发明的可控直流交换器储能单元电能流注向图。 说 明 书CN 102882418 A 2/3页 4 具体实施方式 0010 结合附图对本发明的轮胎式龙门起重机可控直流交换器结构加以说明。 0011 本发明的轮胎式龙门起重机可控直流交换器的设计思想是基于通过外部端子选 择状态，内部利用单片机进行控制相应的功率元件IGBT，实现高、低电压之间的能量交换。 该交换器一端A连接直流高电压；另一端B连接直流低压端,通过程序控制功率元件IGBT 的开通实现高压、低压两端能量的交换，专门为变频器驱动场桥再生电能再利用而设计的。 本发明主要根据。
10、场桥的运行、操作特性设定状态，当产生再生电能的时候，进行电能收集； 当需要能量时，由所收集的电能作为能量的一部分提供系统，达到节能的目的。 0012 本发明的轮胎式龙门起重机可控直流交换器，该交换器置于多种场桥系统之中， 该交换器包括有外端子选择单元、单片机程序运算单元、功率元件IGBT电能传递单元；外 端子选择单元连接到单片机程序运算单元的单片机，单片机连接与功率元件IGBT的触发 端子相连接；经由外部端子选择单元可控直流交换器运行状态的给定信号，给定信号传输 到单片机程序运算单元，经过单片机的程序运算单元的处理，将所产生的驱动信号传输到 功率元件IGBT的触发端子，控制功率元件IGBT的导。
11、通与关断，对电压下降与提升进行控 制。 0013 所述外端子选择单元包括有印刷电路板，通过导线接入单片机程序运算单元，用 于产生适合单片机程运算序单元所适应的状态信号；单片机程序运算单元包括有相互连接 的输入电路、中央处理器电路及触摸屏式状态的故障显示器，输入电路接收外端子选择单 元输入的信号，中央处理器电路储存运算程序及根据所输入的状态信号进行运算，输出运 算结果到功率元件IGBT的驱动电路，触摸屏式状态的故障显示器进行触摸操控进行应用 参数调整；功率元件IGBT电能传递单元包括有功率元件IGBT、电阻器、电感器、电容器相互 连接构成桥式结构，对所述场桥系统的母排电压与储能单元电压进行高压、。
12、低压之间的隔 离，母排与储能单元通过对应的功率元件IGBT的导通与关断，实现能量交换。 0014 所述单片机程序运算单元中与中央处理器连接的触摸屏式显示器，能够用于现场 手动触摸操控参数可调整设定，实现与各种场桥系统参数的配合。 0015 本发明的轮胎式龙门起重机可控直流交换器使用的电能存储单元为电瓶组，当重 物下降产生再生电能时，通过可控直流交换器将产生的高压电能控制调制到电瓶组的安全 稳定电压下，对电瓶组进行充电；在提升重物时，电瓶组存储的电能通过可控直流交换器将 低电压提升到一定的高电压驱动场桥运行。通过本发明的双向特性，达到能量双向交流。 0016 所述单片机程序运算单元中与中央处理器。
13、连接的触摸屏式显示器，能够用于现场 手动触摸操控参数可调整设定，以实现与各种场桥系统参数的配合。 0017 如图1、2所示，本发明的轮胎式龙门起重机可控直流交换器的主要结构及基本原 理如下： 0018 针对变频器驱动场桥电机下放重物和制动时产生再生电能，同时电机起升和启动 时耗电较多，对电网瞬间冲击较大的情况，所述轮胎式龙门起重机可控直流交换器在使用 中如下是结构： 0019 在轮胎式龙门起重机可控直流交换器的高压端A与变频器母排相连，设定电压可 调范围DC650-750V；低压端B与电瓶组相连，设定电压可调范围DC300-380V。所述可控直 流交换器的功率元件IGBT电能传递单元中的晶体管。
14、G1、晶体管G2、晶体管G3、晶体管G4的 说 明 书CN 102882418 A 3/3页 5 均为绝缘栅双极型晶体管，用于实现电能的双向传输。能够根据母排所连变频器驱动电机 M的容量选择匹配，基本选择的功率元件IGBT型号是SKM200GA123D200A/1200V/IU，用于 实现电能的双向传输。 0020 通过晶体管的集电极Q1，晶体管的集电极Q3，晶体管G1，晶体管G3，电阻R1，电阻 R3，晶体管的发射极E1，晶体管的发射极E3，电感L1组成降压电路，对高压端A的母排电 压进行降压处理后，通过低压B向储能单元供电；通过晶体管的集电极Q2，晶体管的集电极 Q4，晶体管G2，晶体管G。
15、4，电阻R2，电阻R4，晶体管的发射极E2，晶体管的发射极E4，电感L2 组成升压电路，将与低压B相连的储能单元的电能升压后，对低压B的母排电压进行电能补 充。 0021 如图3所示，在轮胎式龙门起重机可控直流交换器的高压端A与电机驱动变频器 母排相连，变频器母排设定电压可调范围DC650-750V；低压端B与储能单元相连，设定电压 可调范围DC300-380V。通过晶体管的集电极Q1，晶体管的集电极Q3，晶体管G1，晶体管G3， 电阻R1，电阻R3，晶体管的发射极E1，晶体管的发射极E3，电感L1组成降压电路，对高压端 A的母排电压进行降压处理后，通过低压端B向储能单元供电。 0022 如图。
16、4所示，通过晶体管的集电极Q2，晶体管的集电极Q4，晶体管G2，晶体管G4， 电阻R2，电阻R4，晶体管的发射极E2，晶体管的发射极E4，电感L2组成升压电路，将与低压 端B相连的储能单元的电能升压后，对高压端A的母排电压进行电能补充。可控直流交换 器功能的实现由其主控制板通过程序结合各输入信号控制各功率元件IGBT等元件，从而 改变电流流向，实现直流的正向降压和反向升压流动，实现了能量回收与储能单元放电的 控制功能。 0023 工作原理： 0024 可控直流交换器的高压端A与电机驱动变频器的母排相连，通常场桥变频器交流 输入三相460VAC，母排额定工作电压DC650V。 0025 储能单元。
17、可以是不同的形式，根据可控直流交换器的低压端B电压范围 DC300-380V设置储能单元，再根据储能单元自身所采用储能器件的性能特点对可控直流交 换器的工作进行设置，既保证储能单元的安全长效，又起到尽可能多的回收再生电能。 0026 可控直流交换器的高压端A的工作额定电压DC650-750V，可以根据需要对电机驱 动变频器的母排电压进行跟踪，当电压高于设定值时，可控直流交换器动作，将这部分电能 通过内部的降压，限流等处理，整定为可以被储能单元安全接收的电能，由于储能单元将这 部分电能回收，母排电压随之会迅速降低到正常值。反之，当电机工作使母排电压降低，低 于设定值时，可控直流交换器通过实时跟踪会立即反应，通过内部的程序处理，使其处于反 向工作状态，将储存在储能单元的电能通过升压处理，整定为符合母排额定电压等级的电 能，向母排供电，补充此时电机对电网的过多需求。稳定电网此时的波动。 说 明 书CN 102882418 A 1/2页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102882418 A 2/2页 7 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102882418 A 。