能量回馈装置在龙门吊中的节能作用
新型变频调速能量回馈控制技术在门机上的应用
新型变频调速能量回馈控制技术在门机上的应用摘要：本文介绍了目前国内门座式起重机上单传动变频系统和多传动变频能量回馈系统。
在此基础上阐述了多传动能量回馈系统具有节能降耗、安全可靠、对电网无污染、广阔市场前景的突出优点。
关键词：门座式起重机；单传动变频、多传动变频能量回馈系统；经济效益引言近年来，随着我国加入WTO以来港口经济的飞速发展，越来越多的先进技术在港口装备中得到广泛推广和应用，变频调速能量回馈控制技术也以其不可替代的优点得到推广，被应用在诸于门座起重机、卸船机和岸边集装箱装卸桥等大型设备上。
变频调速技术是节能降耗、改善控制性能、提高产品产量和质量的重要途径，已在应用中取得了良好的应用效果和显著的经济效益。
但是，在对调速节能的一片赞誉中，人们往往忽视了进一步挖掘变频调速系统节能潜力和提高效率的问题。
本文讨论的就是变频调速系统节能控制的变频调速能量回馈控制技术。
在能源资源日趋紧张的今天，这项探讨无疑具有一定的现实意义。
1.通用型变频器工作原理通用变频器大都为电压型交-直-交变频器。
三相交流电首先通过二极管不控整流桥得到脉动直流电，再经电解电容滤波稳压，最后经无源逆变输出电压、频率可调的交流电给电动机供电。
这类变频器功率因数高、效率高、精度高、调速范围宽，所以在工业中获得广泛应用。
但是通用变频器不能直接用于需要快速起、制动和频繁正、反转的调速系统。
因为这种系统要求电机四象限运行，当电机减速、制动或者带位能性负载重物下放时，电机处于再生发电状态。
由于整流器能量传输不可逆，产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上，产生泵升电压。
而以GTR、IGBT为代表的全控型器件耐压较低，过高的泵升电压有可能损坏开关器件、电解电容，甚至会破坏电机的绝缘，从而威胁系统安全工作，这就限制了通用变频器的应用范围。
2.单传动变频系统对于门机而言，起升机构下降减速时大量的势能通过电动机转化为电能，常规的方法是采用能耗制动，即利用挂在变频器直流母线上的制动单元和电阻将这部分转化过来的电能通过热量的形式消耗掉。
有源能量回馈器在电梯控制系统中的节能应用
有源能量回馈器在电梯控制系统中的节能应用摘要随着国民经济的发展越来越多的高楼拔地而起，电梯成为高楼的主要的“轨道交通”。
与此同时电梯的能耗问题也摆在面前。
本文着重介绍有源能量回馈器在电梯控制系统中的节能应用，阐述有源能量回馈器节能原理及普通电梯加装方法。
关键词有源能量回馈器；电梯；节能1电梯运行时耗能情况采用变频调速的电梯启动运行达到最高运行速度后具有最大的机械功能，电梯达到目标层前要逐步减速直到电梯停止运动为止，这一过程是电梯曳引机释放机械功能量的过程。
此外，由于曳引机拖动的负载是由载客轿厢和对重平衡块组成的，垂直电梯还是一个位能性负载，为了均匀地拖动负载，电梯只有当轿厢载重量约为50%时，轿厢和对重平衡块才相互平衡，否则，轿厢和对重平衡块就会有质量差，使电梯运行时产生机械位能。
电梯运行过程中所产生多余的机械功能和机械位能会通过电动机和变频器转换成直流电能储存在变频器直流回路中的电容中，此时电容就好比是一个小水库，回送到电容中的电能越多，电容电压就越高，如不及时释放电容器储存的电能，就会产生过压故障，使变频器停止工作，电梯无法正常运行。
目前变频器泄放大电容中电量的方法是，采用制动单元和外加大功率电阻，将大电容中电量消耗到外加大功率电阻上白白浪费掉。
有源能量回馈器则可以实现把大电容中储存的电量无消耗地回收再利用，从而既达到节能目的。
由于不需要耗电发热大功率电阻，这样也大大改善了系统的运行环境。
2有源能量回馈器节能分析电梯有源能量回馈器主要由智能模块IGBT、LEM（直流侧电压智能检测）、滤波电感、电容等元件组成。
图1电梯电能回馈装置内部系统图电梯电能回馈装置LEM（直流侧电压智能检测），通过P（+）和N（-）两个端子驳接到电梯变频器的直流母线上，其主要作用检测母线上直流电压是正置还是倒置。
并以此为依据判断电机处于电动状态还是在发电状态。
并作出是否回馈电能的决策。
当母线直流电压为正置时电机处于电动状态，这时候回馈单元不能反馈电能的；只有当母线上的直流电压出现倒置时回馈单元才能反馈电能。
电梯电能回馈装置可实现节能减排
电梯电能回馈装置可实现节能减排近年来，能源紧缺已成为日益突出的社会性问题。
我国是继美国、日本之后的电梯生产大国，也是电梯使用第一大国，电梯已成为生产、生活中的严重耗电设备之一，电梯节能迫在眉睫。
有关统计资料显示，到2007年底，全国在用各类电梯达100余万部，一部普通电梯，每天的用电量大约在50至150千瓦时之间，如果按照一部电梯每天用电80千瓦时计算，每年全国在用电梯消耗电量约为292亿千瓦时。
2007年我司研发生产出-电梯能量回馈单元节电装置（节电率15-45%），这一产品的推出，为电梯节能节电创造了新的时代，得到了社会乃至政府机关的大力推广，如果全国所有在用电梯全部装上这种装置，每年将节约用电80多亿千瓦时，相当于一个半刘家峡水电站一年的发电量。
电梯节电势在必行！1.电梯电能回馈装置产品介绍电梯电能回馈装置可以替代制动单元和制动电阻，将原来被消耗掉的能量回馈给局域电网回收利用，达到节能减排的目的。
在电气传动系统中，电机都不可避免地存在发电过程，即电机转子在外力的拖动或负载自身转动惯量的维持下，使得电机的实际转速大于变频器输出的同步转速，电机所发出的电能将会储存在变频器内的滤波电容中，如果不把这部分电能消耗掉，直流母线电压就会迅速升高，影响变频器正常工作。
通常的方法是增加制动单元或制动电阻，将这部分能量消耗在电阻上变成热能挥发掉。
而DTDH系列电梯电能回馈装置，正是通过自动检测变频器的直流母线电压，将变频器的直流环节的直流电压逆变成与电网电压同频同相的交流电压，经多重噪声滤波环节后连接到交流电网，从而达到能量回馈电网的目的，能量转换率达到97%以上。
2.电梯电能回馈装置技术参数额定电压：380VAC或192VAC；功率范围：0～40KW；制动方式：双向自动电压跟踪方式；反应时间：2ms以下，有多重噪声过滤算法；允许电网电压：300VAC～460VAC，45～66Hz或150VAC-230VAC,45-66Hz；动作电压：670VDC或335VDC（可调），误差2V；制动力矩：150%；回馈方式：正弦波电流方式；电流畸变：<5％；回馈算法：最小谐波PWM算法；设计工作制：长期；保护功能：过热，过电流，故障自诊断及保护输出功能；3.电梯电能回馈装置部分应用案例辽宁技术监督局西安高新技术产业开发区管理委员会河北省科技厅甘肃省疾病预防控制中心北京国际大厦保定国家高新技术产业开发区管委会天津市司法局大楼北京金源时代购物中心。
集装箱龙门吊节能降耗技术研究与应用
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通过制 动 电阻 以热 的形式 消耗 掉 ，造 成 巨大 的能 源 浪费 。针 对此 部分 能量 的回收 利用 ，有 专家 【 １ 】 采 用 超 级 电容 储 能 的 方 式 实 现 龙 门 吊的 节 能 降 耗 。但 是 目前 由于超 级 电容 的价 格和 维护 成本 较
超级电容储能型回馈系统在港口门座起重机的设计应用
超级电容储能型回馈系统在港口门座起重机的设计应用◎ 李佳铭 上海振华重工（集团）股份有限公司摘 要：门座式起重机是港口生产作业中必不可少的装卸设备，主要用于各类散杂件、集装箱的装卸工作。
近年来随着国家对于建设绿色港口要求的不断提高，起重机节能成为港口节能减排，绿色发展的一项重要课题。
本文主要介绍超级电容储能回馈系统作为一种新型节能方案在门座起重机上的设计与应用。
关键词：门座起重机；储能回馈；超级电容；变频器1.引言福建某码头一台新建40t门座起重机（以下简称门机）根据业主对于码头节能环保及自身实际需求，电控系统采用了安川单传动变频器+超级电容储能回馈系统+消谐补偿的设计方案，其中超级电容储能系统由可控储能单元及配套相应的控制单元（储能管理系统）组成。
门机作业时，由码头岸电与储能系统同时对门机驱动系统提供能量，当门机起升机构下降动作（位能负载）或各机构减速动作时，通过储能电容控制单元将起升下降或机构减速与制动时电机产生的电能回收存储到电容单元中，储能系统能够最大限度地把电机产生的电能进行吸收，并在起升上升与其他加速与运行阶段对系统补充能量，实现能量的再循环利用，达到节能环保的目的。
本文从设计、选型、调试等方面对门机超级电容储能回馈系统进行说明。
2.系统设计方案2.1系统构成本起重机分为起升、变幅、旋转、行走共4个机构，其中起升、变幅、旋转为门机的三大工作机构，门机作业时三机构除可以各自独立运行外还可以同时动作（联动工况），三机构中除变幅机构由1台电机驱动外，起升、旋转机构均通过2台电机同时驱动运行，每台电机均各自配置独立的变频器。
行走机构由8台电机并联通过1台变频器控制运行，由于门机工况特性行走机构作为非工作机构在实际作业时并不参与动作，故行走机构不配置独立的变频器，其采用与起升机构共用1台变频器的设计方案，通过司机室操作站的两位选择开关实现切换控制。
本项目所有机构驱动器均选用安川YS1000/HDA1000系列单传动变频器，整个系统将起升、变幅、旋转三个机构的变频器直流侧并联成直流母线回路结构，超级电容储能回馈装置挂载于变频器直流母线回路上，同时以起升变频器的整流部分作为整个电控系统的公共整流端。
能量回馈节能技术在电梯节能中的应用
电阻的原 因， 应地 电梯 机房温度就 不会太高 ， 相 电梯 出现 故障
置或 外加 制动电阻的方法将 电能消耗在 大功率电阻中。如此既 的可能性得 到 降低 ， 延长 了 电梯 的使用寿命 ， 并很好地 降低 了 白白浪费 了能量 ， 电阻产生 的大 量热量还会污染 电梯控制柜 机房 降温 设备 的用 电量 。通过 此途径 ，可 以实现 节 电 ２ ％ 且 ５ 周边 的环 境。能量回馈系统的作用就是将原来消耗在制动 电阻 ５ ％。在大功率 、 ０ 高楼层 、 频繁使用 的情况下 ， 节能效 果会更 明 上的能量 ， 通过逆变转 化为 交流 电， 回馈到 临近 的同一 电网 显。 丌． ｚ新型能量 回馈器有一突出特点， 并 ｕ王 即具有 电压 自适 或供其他 电气设备使 用。据统计 ， 消耗在制动 电阻上的 能量 占 应控制回馈功 能， 在实际使用 中， 该功能价 值凸显 ， 因为当 电网 电梯总用 电量 的 ２ ％～３ ％，一般 能量逆 变 的效 率约为 ８％。 ５ ５ ５ 层越高 、 电梯速度越快 ， 节能效果愈明显 。 二、 能量回馈节能技 术在 电梯 节能中的实践应用
技术节 能效果 明显 ， 因此 ， 下面 笔者就 该技术 在 电梯 节能 中的 ＤＳ Ｐ中央处理器 ， 速率高 、 精度高、 定性 能好 、 稳 抗干扰 能力强 ；
实践应用进行探讨 。
一
采用 自诊 断技 术确保输 出电压精确 ， 防止 电流 回送 ， 使变频器 不受任何影响。在频繁制动的场合， 电更明显 ； 正实现 了变 节 真 ２ Ｔ－Ｈ ．Ｏ Ｔ ＬＺ有源能量回馈器。０Ｔ ．Ｈ Ｔ Ｌ Ｚ有源能量 回馈器
万台 ， 因此 ， 在全球 性能源紧缺 ， 界各国、 行、 世 各 各业都在提倡 用空调等散热设备 ，可 以节省机房空调和 散热 设备 的耗 电量 ，
带能量回馈的桥式起重机变频控制系统节能研究
利用通过三相 SPWM 控制电路设计、驱动电路设计、同步 电路设计完成能量回馈系统的基本组成结构，实现三相正弦波 PWM 发生器芯片 SA4828 实现逆变器的 SPWM 调制控制电路， 最终实现再生能量回馈电网的目的。
3 结束语 桥式起重机变频调速系统稳定性好，响应速度快，可靠性
高，是理想的起重机交流无级调速系统。高架起重机由变频器驱 动后，整机性能大大提高，包括高效率，良好的功率因数，电动 机的机械性能等，在节能效果方面更是效果显著，尤其是加入能 量回馈单元能将重物下放中产生的再生能源回馈电网，从而节 约了大量能源。利用 SA4828 芯片实现三相正弦 PWM 脉冲发生 器可以提供高质量、全数字化的三相脉宽调制波形 , 并能达到精 确控制。带有能量反馈装置的桥式起重机变频调速系统性能好， 节能效果明显。它特别适用于匹配和转换家用水龙头的电气系 统，符合国家节能减排的发展趋势，具有很高的经济价值和广泛 的应用。
能量回馈在门座起重机回转机构上的应用
处会 出现飘带 现 象 ， 由于 皮带 凹槽 深度 浅 ， 物 料容 易 溢出， 造 成大 量 物料洒 漏 。 为解 决这 个 问 题 ， 我 们 设 计 了 １套 自动 压 紧皮
图 ２ 检 测 机 构
物料 流 量小 于设 定值 时 ， ｓ ２得 电 ， 延时 电磁 阀 Ｄ１ 得 电， 气缸 抬起 ， 压 带轮 压下 皮带 。在物 料流 量 大于设 定值 时 ， Ａ、 ｓ １得 电 ， 延时 电磁 阀 Ｄ ２得 电 ， 气 缸 回 落， 压带 轮抬 起 。
源 的浪费 ， 而且 由于制 动 时 回转惯 量 大 ， 加、 减 速 时 间一 般设 为 ６～ ８ ｓ ， 稳 钩 困难 ， 影 响生 产效率 。
１ ． ２ 能 量 回馈 方案
左旋 电 机 右 旋 电机
采用 能 量 回馈 的方法 ， 变频 器 配 置能 量 回馈 单
元， 将 电能 返 回到 电 网 ， 实 现 能量 回收 。加 、 减 速 时
（ １ ） 重新 调 整 电流 环 和 电压 比例 增 益 ； 开 启 快
速限 流功能 ； 延长 回转 减速 时间 。 （ ２ ） 硬件 设 置 中交 流 侧 设 置 缓 冲 电阻 、 浪 涌 抑 制器 、 输 入 电抗器 与 滤 波 电容 ， 试 车过 程 中报 过 流 ； 在母线 侧加 直流 电抗 器 。
４ 直 与挂 广
港 口装 卸大 吨位 门座起 重 机针对 回转 单机 构采
港 口装 卸
２ ０ １ ３年 第 ３期 （ 总第 ２ １ ０期 ）
一
种 防 止 皮 带 机 洒 料 的 装 置
日照 港 裕 廊 公 司 邓 洪 伟 赵 则 坤 厉 爱 国
气 垫式 皮带 机具 有 能耗 低 、 输 送 效率 高 、 运行 平
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1.引言
近年来，我国经济飞速增长的同时也付出了沉重的资源能源及环境代价。
2012年国务院发布了《节能减排“十二五”规划》，要求降低能源消耗强度，通过节能减排技改工程节约能源。
轮胎式集装箱起重机（俗称龙门吊）是集装箱堆场的最主要耗能设备，目前我国在用的龙门吊采用节能装置的比例较低，有较大的节能空间。
龙门吊节能方式主要可分为三类：1、更换耗能种类：对于内燃驱动的起重机，采用油改电或油改气。
2、能量回收：通过超级电容、锂电池等储能装置实现将起重机在工作过程中释放的再生能量回收、储存及再利用。
3、能量回馈：采用电网供电的龙门吊通过能量回馈装置将工作过程中释放的再生能量回馈给电网。
许多港口进行了龙门吊油改电的改造，取得了良好的节能效果，实现了工作场所的减排。
能量回收、储存再利用的节能方式虽然可实现节能减排，但由于目前设备价格和维护成本较高，经济可行性比较低，在实际应用中有一定的局限性。
采用能量回馈装置可实现再生电量的回馈再利用，能有效降低装置的能耗，是目前龙门吊“油改电”后可大力推广的节能技术。
2.能量回馈装置节电原理
能量回馈装置在龙门吊中的节能作用
宁波市能源检测有限公司
郁东青
摘要：轮胎式集装箱起重机（俗称龙门吊）是集装箱堆场的专用机械，在港口中广泛应用。
龙门吊起升机构在下放过程中有大量的势能需要释放，传统的处理方式是用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能转化成热能消耗掉。
如能对这部分能量进行再利用，则可大大降低龙门吊能耗。
本文对能量回馈装置的节电原理进行介绍，通过对加装能量回馈装置的龙门吊进行实测，分析能量回馈装置在龙门吊中的节能作用。
关键字：龙门吊;能量回馈装置;节电;测试
龙门吊主要电气设备包括起升机构、大车机构、小车机构和制动单元，如图1所示。
龙门吊在搬运集装箱过程中，在满载、负载或空载下放阶段都有势能的释放，传统处理方法为通过变频器制动单元导通制动电阻将再生电能转换成热能消耗掉，存在巨大的能源浪费，可通过加装能量回馈装置，将这部分再生能回馈到电网，起到节能的目的。
龙门吊油改电后，供电模式由原先单一的柴油发电机组供电变成了能在柴油发电机组和市网供电间自由切换的混合动力模式。
为使龙门吊在原柴油发电机供电模式下也能正常运行，通常会在原有的能耗制动单元的基础上，在原直流母线侧加装一套能量回馈装置，详见图2。
图1改造前传统龙门吊传动机构主回路示意图
能量回馈装置工作时，会始终监控变频器的直流母线电压，当母线电压上升到设定值时，该系统启动，将直流母线上电能转换为与电网相同的三相电并输出给电网。
为了使回馈装置启动先于制动单元，通常回馈装置直流侧启动电压的设定值要略低于制动单元的设定值，并且回馈装置根据母线电压的变化，控制回馈电网电流的大小，使其最大值始终低于制动单元启动的设定值，避免回馈装置和制动系统同时启动。
当龙门吊在特殊情况下采用柴油发电机供电时，系统可继续通过制动单元对母线电压进行保护。
龙门吊能量回馈原理见图3。
3.能量回馈装置节电的实际效果测试与分析
为评估能量回馈装置在龙门吊上的节电效果，对某集装箱码头公司的51#龙门吊进行了实测。
测试设备采用KEW6310电能质量分析仪。
被测起重机的详细参数见表1。
图2改造后龙门吊传动机构主回路示意图
图3龙门吊能量回馈原理图
表1轮胎式龙门起重机基本参数表
名称
轮胎式龙门起重机
型号规格
RT G 40.6/23.47制造单位N oel l C r ane Syst em s (Chi na)L i m i t ed
出厂编号/额定起重量(t )40.6/23.47主钩起升高度(m )18.28起升速度(m /s)52/23/70
主钩额定起重量(t )
40.6大车运行速度(m /s)130供电电压380V 跨度(m )22.1调速方式
变频起升额定功率(kW )200大车额定功率(kW )
90小车额定功率(kW )45出厂年份2009能量回馈装置M D 601RT G 能量回馈装置
额定功率(kW )
230（1）测试方案
起重机测试方案参照《港口电动式起重机能源利用效率检测方法》（J T/T314-2009）和实际使用情况确定，测试方案如下：
①测试载荷的质量为起重机额定起重量的80.05%。
②测试速度：单程运行开始时以较快的速
度将档位挂到最高档，以最大速度运行，并由同一个起重机操作人员控制
③起重机主钩垂直上下方式运行，高度为18.26米，运行方式选择如下：
a )空载回馈装置未投入：检测起重机总电流、电压、有功电量等参数；
b )重载回馈装置未投入：检测起重机总电
表3
能量回馈系统投入后起重机运行数据情况
流、电压、有功电量等参数；
c )空载回馈装置投入：检测起重机总电流、电压、有功电量等参数；
d )重载回馈装置投入：检测起重机总电流、电压、有功电量等参数。
④模拟空载和重载（同样分回馈装置未投入与投入）重复检测3次，检测起重机总电流、电压、有功电量等参数以及能量回馈装置电气参数。
起重机模拟重载运行方式如下：
a )从地面1号位上起升32.5吨试验载荷水箱，载荷提升高度18.26米，跨距15米，降至6号位，走二次门字型，放下载荷到起吊的位置；
b )大车机构空载运行，大车运行距离100
表2
能量回馈系统投入前起重机运行数据情况
测试工况空载无能量回馈系统投入重载无能量回馈系统投入模拟重载无能量回馈系
统投入位移(m )
18.2618.26100第一次时间(s )
45105514供给电量(W h)549.42237.658002.3第二次时间(s )//505供给电量(W h)//8013.5第三次时间(s )//523供给电量(W h)//8023.4算术平均值
时间(s )米来回1次。
⑤测点位于起重机控制室配电进线空开和回馈输出单元空开。
（2）节电测试结果及分析
根据测试，能量回馈系统投入前起重机运行数据见表2，能量回馈系统投入后起重机运行数据见表3。
根据表2和表3的实测数据，可以对比分析起重机在各工况中能量回馈系统投入和不投入两种不同方式下的耗电情况。
龙门吊使用能量回馈系统后，在空载工况下测试节电率为12.58%；在重载工况下测试节电率为59.09%；在模拟重载工况下测试节电率为37.9%，节电效果明显，对比情况详见表4。
测试工况
一个作业周期平均所用时间（s ）
平均有功电量（W h ）节电率12.58%空载有能量回馈系统投入55480.3重载无能量回馈系统投入1052237.6559.09%37.90%
表4
起重机节电效果对比情况表
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4.结束语
在能源与环境问题日益突出的今天，各行业对节能减排日趋重视。
作为耗能大户的港口堆场，有较大的节能潜力。
市网供电的龙门吊加装能量回馈装置后，能将龙门吊运行过程中产生的再生能回馈到电网中，不仅可供本机辅
助系统使用，多余的回馈电量还可供本条滑触线其他龙门吊或区域内其他设备使用。
考虑龙门吊在实际运行中，提升和下放操作频繁程度、行走距离长短、载荷重量不同等因素，保守估计加装能量回馈装置后节电率在30%左右，节能效果明显，具有广阔的市场应用前景。