煤矿架空乘人装置储能系统设计_安晋松.pdf
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1、第42卷第02期2023年02月煤炭技术Coal TechnologyVol.42 No.02Feb.2023doi:10.13301/ki.ct.2023.02.0450引言煤矿架空乘人装置(简称猴车)是煤矿井下进行人员运输的主要设备,它结构简单、输送距离远适合在狭长的巷道中使用,操作方便可以降低使用的繁杂度,结实耐用可以确保运输安全,得到了广泛的应用。在驱动装置和驱动轮的作用下,在安全保护装置的监控下,乘人吊椅通过钢丝绳牵引被输送到目的地,实现安全运输。驱动装置主要包括提供动力的电源、防爆电动机、负责减速和制动的减速机和制动器以及起传递动力作用的联轴器等几部分。架空乘人装置在运行期间,由于
2、乘车人数变化较大,因此,给系统带来很大的节能空间。文献5通过研究分析架空乘人装置上面人员的数量和分布位置来调节运行速度实现节能。但在载运人员下行工作过程中,根据能量守恒原理,承载人员的势能会向动能转换,钢丝绳拖动减速机驱动轮转动,电机工作在发电状态,此时电机产生能量汇聚到变频调速系统,为避免上升电压对变频器的破坏,通常会通过并联电阻以热能的形式耗散掉系统中多余制动能量,造成能源浪费。目前,为实现节能通常采用在直流母线上安装能量回馈电网装置,通过实时监测直流母线状态,将制动能量回馈给电力线路,实现节能。上述方案对保证架空乘人装置稳定运行起到了重要保护作用,但是制动电阻方式存在的主要问题是能源浪费
3、,且造成系统温度上升,不利于安全生产;能量回馈方式克服了前者的缺点,但带来的新问题是回收的能量会对电网造成谐波污染,对于其它用电设备造成干扰,甚至无法正常运行。本文设计了一种基于变频调速的煤矿架空乘人装置储能控制系统,通过对电机变频驱动环节的能量流动关系进行分析,阐明电动机发电工作时变频调速系统中直流母线泵升电压的产生和能量回收方*山西省留学人员择优资助项目(RZ18100351)煤矿架空乘人装置储能系统设计*安晋松1,张红娟2(1.晋能控股山西科学技术研究院(晋城)技术研究院有限责任公司,山西 晋城048004;2.太原理工大学 电气与动力工程学院,太原030024)摘要:煤矿变频调速架空乘
4、人装置在下行运行中会产生大量的制动能量,为减少因采用能耗制动导致的能量浪费,提出了一种基于变频调速的超级电容储能系统设计方案。通过对电机变频驱动环节的能量流动关系进行分析,阐述了储能系统的构成以及工作原理,搭建了储能系统双向直流功率变换电路,结合系统要求和电路结构对元件参数进行了计算,在此基础上设计了储能系统的控制策略,对架空乘人装置制动能量实时回收,实现了节能降耗。关键词:架空乘人装置;超级电容;制动能量;储能系统中图分类号:TD52文献标志码:A文章编号:1008 8725(2023)02 190 04Design of Energy Storage System for Overhead
5、 Passenger RidingDevice in Coal MineAN Jinsong1,ZHANG Hongjuan2(1.Jinneng Holding Shanxi Science and Technology Research Institute Co.,Ltd.,Jincheng 048004,China;2.College ofElectrical and Power Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China)Abstract:The braking energy will be gen
6、erated in the downlink operation of the variable frequencyspeed regulating overhead passenger device in coal mine.In order to reduce the energy waste causedby energy consumption braking,a design scheme of supercapacitor energy storage system based onvariable frequency speed regulation is proposed.By
7、 analyzing the energy flow relationship of the motorvariable frequency drive link,the composition and working principle of the energy storage system areexpounded.The bidirectional DC conversion circuit of the energy storage system is built,and thecomponent parameters are calculated according to the
8、system requirement and circuit structure.On thisbasis,the control strategy of the energy storage system is designed,and the braking energy of the overheadpassenger device is recovered in real time,which realizes energy saving and consumption reduction.Key words:overhead passenger device;supercapacit
9、or;braking energy;energy storage system190第42卷第02期Vol.42 No.02煤矿架空乘人装置储能系统设计安晋松,等案,搭建储能系统双向直流变换电路,结合系统要求和电路结构对元件参数进行计算,设计基于变频调速结构的储能系统控制方案,实现电机制动能量的回收再利用。1储能系统总体结构方案1.1架空乘人装置储能系统架构架空乘人装置变频调速储能系统如图1所示。图1架空乘人装置变频调速储能系统图矿用交流电动机变频调速系统将工频交流电经过整流器后变成直流电,然后再将直流电逆变成电压和频率可调的交流电供给防爆电机。当架空乘人装置下行时,减速机驱动转轮被钢丝绳拖动
10、旋转,此时,防爆电机被减速机带动运行,驱动电机处于发电状态,经变频器将制动产生的能量回馈到直流母线上,储能系统并联接于直流母线环节,通过控制双向直流功率变换电路,将制动能量快速高效地存储到超级电容中,当电机电动运行时,再通过控制双向直流变换器将能量释放出来,实现能量的回收再利用,同时也有效抑制由制动能量引起的母线电压升高。1.2超级电容储能系统功率电路本文所设计储能系统功率电路结构如图2所示,包含双向直流功率变换电路和超级电容模组,通过调制双向直流功率变换电路电力电子开关管通断实现能量流控制。图2储能系统功率电路结构图选择超级电容作为储能元件,是因为它的内阻小,支持大功率充电和放电,同时还具有
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