電動挖掘機變頻控制裝置的製作方法

2023-05-26 16:44:31

專利名稱：電動挖掘機變頻控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於工程機械技術領域，涉及一種電動挖掘機變頻控制裝置。
背景技術：
長期以來，電動挖掘機一直使用三相異步電機，存在啟動電流大、啟動力矩小、啟制動時間長、過載能力差、調速範圍小且無法連續調節、無法頻繁正反轉、網側功率因數低、承受電網電壓波動能力弱等缺點。上述缺點直接使得電動挖掘機只能勉強將異步電機作為主電機，無法將其用作迴轉電機。作為電動挖掘機的核心動力裝置，從主電機的啟動、運轉、停車到迴轉電機的啟 動、停車、正反轉都是至關重要的。如果主電機不能啟動，無法帶動主泵正常運轉，那麼電動挖掘機液壓系統就不能建立主壓力和先導壓力，無法驅動工作裝置正常工作；如果主電機調速範圍小且無法連續調節，那麼在挖掘機工作任務較輕時仍然工作在強功率狀態下，這樣就會浪費電能；如果主電機的過載能力差，那麼當挖掘機挖到石塊等硬物時，會使主電機掉速嚴重。如果迴轉電機不能正常啟動、停車、正反轉，那麼挖掘機就不能進行靈活的迴轉操作，挖掘機就不能正常工作。
實用新型內容本實用新型的目的是解決現有技術存在啟動電流大、啟動力矩小、啟制動時間長、過載能力差、調速範圍小且無法連續調節、無法頻繁正反轉、網側功率因數低、承受電網電壓波動能力弱的技術問題，提供一種電動挖掘機變頻控制裝置。本實用新型電動挖掘機變頻控制裝置，它包括監控器、電控櫃、主電機和迴轉電機，電控柜上設有導電滑環、電鎖、急停按鈕和安全鎖定開關，其要點是電控櫃通過導線分別和輸入電抗器I及輸入電抗器II連接，輸入電抗器I通過主變頻器與主電機連接，輸入電抗器II通過迴轉變頻器與迴轉電機連接，所述主變頻器和迴轉變頻器分別通過導線與控制器和顯示器連接，所述迴轉變頻器通過制動單元與制動電阻連接，所述電控櫃通過電磁抱閘裝置與迴轉電機連接。所述電控櫃通過導線分別與主變頻器和迴轉變頻器連接。所述電控櫃安裝在挖掘機的上車架上，電控柜上的導電滑環與三相交流電源連接為全車供電，所述導電滑環呈圓環形，圓環內的通孔嵌套中央迴轉接頭。所述主變頻器和迴轉變頻器為矢量變頻器。所述主電機和迴轉電機為稀土永磁同步電機。所述監控器由顯示器經RS485總線向主變頻器和迴轉變頻器連接，顯示器和控制器之間通過CAN總線連接。所述顯示器上設有手動或自動模式切換按鍵。本實用新型可以實現對電動挖掘機的主電機進行啟動、調速、停機控制，對迴轉電機進行啟動、停機、正反轉、制動控制。解決了現有技術存在啟動電流大、啟動力矩小、啟制動時間長、過載能力差、調速範圍小且無法連續調節、無法頻繁正反轉、網側功率因數低、承受電網電壓波動能力弱的技術問題。具有結構合理、性能良好、安全可靠的優點。[0016]
附圖I是本實用新型結構原理示意圖。圖中I、導電滑環2、電控櫃3、輸入電抗器14、主變頻器5、主電機6、迴轉變頻器7、迴轉電機8、電磁抱閘裝置9、制動電阻10、制動單元11、控制器12、顯示器13、輸入電抗器1114、電鎖15、急停按鈕16、安全鎖定開關具體實施方式
根據附圖，本實用新型它包括監控器、電控櫃2、主電機5和迴轉電機7，電控櫃2上設有導電滑環I、電鎖14、急停按鈕15和安全鎖定開關16，電控櫃2通過導線分別和輸入電抗器I及輸入電抗器II連接，輸入電抗器I通過主變頻器4與主電機5連接，輸入電抗器II通過迴轉變頻器6與迴轉電機7連接，主變頻器4和迴轉變頻器6分別通過導線與控制器11和顯示器12連接，迴轉變頻器6通過制動單元10與制動電阻9連接，電控櫃2通 過電磁抱閘裝置8與迴轉電機7連接；所述電控櫃2通過導線分別與主變頻器4和迴轉變頻器6連接；所述電控櫃2安裝在挖掘機的上車架上，電控櫃2上的導電滑環I與三相交流電源連接為全車供電，所述導電滑環I呈圓環形，圓環內的通孔嵌套中央迴轉接頭；所述主變頻器4和迴轉變頻器6為矢量變頻器；所述主電機5和迴轉電機7為稀土永磁同步電機；所述監控器由顯示器12經RS485總線向主變頻器4和迴轉變頻器6連接，顯示器12和控制器11之間通過CAN總線連接；所述顯示器12上設有手動或自動模式切換按鍵。本實用新型的工作原理本實用新型採用三相交流電源為全車供電，三相交流電源由導電滑環I引入上車架上的電控櫃，經過電控櫃2內的空氣開關和交流接觸器的控制作用，由輸入電抗器I和輸入電抗器II濾波後，分別給主變頻器4和迴轉變頻器6供電；當主變頻器4設置為手動模式時，主變頻器4檢測電動挖掘機電鎖14啟動信號C和開機信號BR，進行主電機5的啟動和停車，主變頻器4模擬量輸入端AIl檢測油門電位器的位置信號，調節主電機轉速，這時顯示器12上的工作模式按鍵不起作用；當主變頻器4設置為自動模式時，顯示器12上電後，自動向主變頻器4發送數據，將主變頻器4設置為自動運行模式並發送頻率數據，控制器11和主變頻器4檢測到電鎖14啟動信號C，主變頻器4啟動，主電機5以怠速旋轉；控制器11將啟動信號發送給顯示器12，顯示器12接收到該信號，讀取當前主電機5工作狀態，顯示等待操作或運行中，按下自動/手動模式切換按鈕，可以實現挖掘機在自動和手動模式之間轉換；當顯示器12面板上的工作模式按鍵被按下時，各模式對應轉速數據通過RS485總線傳遞給主變頻器，控制主電機5轉速達到該工作模式下的設定值。主變頻器4的直流母線電壓、電流、轉速、輸出功率等數據和報警信號也通過RS485總線傳遞給顯示器12，由顯示器進行各參數的實時動態顯示和故障報警；迴轉變頻器6檢測安全鎖定開關16狀態，實現迴轉變頻器6的啟動或停車；當迴轉電機7啟動後，迴轉電機7並不立即旋轉，迴轉變頻器6檢測模擬量輸入端子AIl和AI3的電壓值，當AIl與AI3的電壓都小於IV時，迴轉電機7不旋轉；有一個以上電壓大於4. 5V時，迴轉電機7不旋轉，防止壓力變送器故障造成誤動作；當Al I的電壓大於IV而小於4. 5V時，AI3的電壓為OV時，迴轉變頻器6內部進行A-B運算，迴轉電機7正向旋轉，A-B的數值越大，迴轉電機7正向轉速越高，電動挖掘機上車正向迴轉速度就越快；當AI3的電壓大於IV而小於4. 5V時，迴轉電機7反向旋轉，A-B的數值越大，迴轉電機7逆向轉速越高，電動挖掘機上車逆向迴轉速度就越快；主電機5與迴轉電機7之間設有互鎖電路，當主電機5沒有啟動時，主變頻器4輸出繼電器ROl不閉合，迴轉變頻器6啟動端子無法得到啟動信號，迴轉電機7就不會啟動，防止意外事故的發生。迴轉電機7還設有電磁抱閘裝置8，當電動挖掘機關閉電鎖14、急停按鈕15被按下(出現緊急情況)或電網停電等原因造成電磁抱閘裝置8失電時，電磁抱閘裝置8立即將迴轉電機7轉子抱住，迴轉電機7立即停車，避免意外事故的發生；如果迴轉變頻器6失控，應立即按下 急停按鈕15，若仍然無法實現急停，斷開安全鎖定開關16之後，迴轉電機7仍不停機，迴轉電機7轉子也會立即被電磁抱閘裝置8抱住，實現機械制動，切實保障操作手的人身安全。本實用新型各部件的組裝電控櫃2安裝於駕駛室後側，兩臺輸入電抗器I和輸入電抗器II安裝於電控櫃2內部(為表明裝置原理，附圖中電抗器單獨繪出)，主變頻器4、迴轉變頻器6、制動單元10和制動電阻9安裝在電動挖掘機右架靠近液壓油箱的位置，主電機5裝於主架後部，迴轉電機7裝於迴轉中心，控制器11、顯示器12、電鎖14、急停按鈕15、安全鎖定開關16安裝於電動挖掘機駕駛室內部。輸入電抗器採用ACL2-110-4和ACL2-75-4，用於改善變頻器輸入側功率因數，抑制高次諧波電流。主變頻器和迴轉變頻器採用專門為適應電動挖掘機工況需求而開發的完全同步無速度傳感器矢量控制技術變頻器，運用DSP控制系統，並且強化了產品的可靠性和環境的適應性，功能更優化，應用更靈活，性能更穩定。採用與目前國際最為領先技術完全同步的無PG矢量變頻調速技術，這一技術將稀土永磁同步電機等效為直流電動機，分別對速度、磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈，分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量，經坐標變換，實現正交或解耦控制。無PG矢量控制下的啟動轉矩啟動轉矩0. 5Hz/150%，調速比為I : 100;速度控制精度為±0. I %最高速度，電源側功率因數可提高到0. 9以上，無需無功補償裝置就能大大的減少無功功率，滿足電網要求，可進一步節約上遊設備的運行費用，有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項保護功能，更完善地保護了電機，電壓工作範圍寬，電網電壓在-15% +15%之間波動時，系統均可正常運行，完全適合電動挖掘機的應用。制動單元採用DBU200-60-4，這款制動單元能夠自動判斷迴轉變頻器直流母線電壓，當該電壓超過設定值時，在制動電阻的配合下，實現能量的洩放，實現電動挖掘機迴轉的快速制動，實現迴轉動作的精確定位。本實用新型可對電動挖掘機主電機和迴轉電機進行精確控制，實現主電機帶動主泵旋轉以及電動挖掘機自身的迴轉動作的變頻調速控制。應用與目前國際最為領先技術完全同步的無PG矢量變頻調速技術，這種控制技術調速範圍大而且連續，起動電流小，容易實現正、反轉切換，並可以產生雙倍的啟動扭矩，適用於電動挖掘機主電機和迴轉電機頻繁起動和制動的場合。這款變頻控制裝置是由我公司獨立開發設計的，它彌補了電動挖掘機現有調速系統的不足。
權利要求1.一種電動挖掘機變頻控制裝置，它包括監控器、電控櫃、主電機和迴轉電機，電控柜上設有導電滑環、電鎖、急停按鈕和安全鎖定開關，其特徵是電控櫃通過導線分別和輸入電抗器I及輸入電抗器II連接，輸入電抗器I通過主變頻器與主電機連接，輸入電抗器II通過迴轉變頻器與迴轉電機連接，所述主變頻器和迴轉變頻器分別通過導線與控制器和顯示器連接，所述迴轉變頻器通過制動單元與制動電阻連接，所述電控櫃通過電磁抱閘裝置與迴轉電機連接。
2.根據權利要求I所述的電動挖掘機變頻控制裝置，其特徵是所述電控櫃通過導線分別與主變頻器和迴轉變頻器連接。
3.根據權利要求I所述的電動挖掘機變頻控制裝置，其特徵是所述電控櫃安裝在挖掘機的上車架上，電控柜上的導電滑環與三相交流電源連接為全車供電，所述導電滑環呈圓環形，圓環內的通孔嵌套中央迴轉接頭。
4.根據權利要求I所述的電動挖掘機變頻控制裝置，其特徵是所述主變頻器和迴轉變頻器為矢量變頻器。
5.根據權利要求I所述的電動挖掘機變頻控制裝置，其特徵是所述主電機和迴轉電機為稀土永磁同步電機。
6.根據權利要求I所述的電動挖掘機變頻控制裝置，其特徵是所述監控器由顯示器經RS485總線向主變頻器和迴轉變頻器連接，顯示器和控制器之間通過CAN總線連接。
7.根據權利要求I所述的電動挖掘機變頻控制裝置，其特徵是所述顯示器上設有手動或自動模式切換按鍵。
專利摘要本實用新型公開了一種電動挖掘機變頻控制裝置，它包括監控器、電控櫃、主電機和迴轉電機，電控柜上設有導電滑環、電鎖、急停按鈕和安全鎖定開關，其特徵是電控櫃通過導線分別和輸入電抗器I及輸入電抗器II連接，輸入電抗器I通過主變頻器與主電機連接，輸入電抗器II通過迴轉變頻器與迴轉電機連接，主變頻器和迴轉變頻器分別通過導線與控制器和顯示器連接，迴轉變頻器通過制動單元與制動電阻連接，電控櫃通過電磁抱閘裝置與迴轉電機連接。本實用新型解決了現有技術存在啟動電流大、啟動力矩小、啟制動時間長、過載能力差、調速範圍小且無法連續調節、無法頻繁正反轉、網側功率因數低、承受電網電壓波動能力弱的技術問題。
文檔編號H02P21/12GK202495907SQ20122003703
公開日2012年10月17日 申請日期2012年2月3日 優先權日2012年2月3日
發明者任永春, 尤銀剛, 龐建光, 李寶霞, 祝成東, 谷慶東 申請人:山重建機有限公司