论文摘要
随着世界范围内工业技术的发展,能源短缺和环境污染问题日趋严重,工程机械多采用柴油机—液压系统—多执行器驱动方案,耗油高、排放差,其节能问题已受到业界的广泛关注。我国作为能源消耗大国,面对环境污染和能源短缺的巨大压力,研发自主知识产权的节能型工程机械刻不容缓。随着变频调速和储能器的不断发展,混合动力在工程机械中的应用也得到了更多的技术支持。如何合理地进行此类工程机械的混合动力系统的设计,如何进行再生发电能量的回收和利用,如何进行系统的成本和原动机节油评估,逐渐成为热门研究课题。本文结合“混合动力技术在港口设备上的应用”研究项目,针对工程机械中的能耗大的问题,以混合动力系统理论为基础,以Saber仿真平台和电力电子新技术为研究手段,进行了如下研究:（1）阐明了在节能环保的背景下,工程机械中采用混合动力技术的意义,将轮胎起重机这类典型工程机械作为研究对象,进行混合动力改造分析。（2）分析了超级电容器的原理、电特性及应用关键技术,仿真验证了超级电容器的电特性,讨论了超级电容器在实际应用中需注意的串联电压均衡和能量监控问题,为超级电容器应用到工程机械的混合动力改造上建立了理论基础。（3）分析了交流电动机的变频调速技术的发展现状,讨论了起重机变频调速的价值及起重机变频调速的机械特性,说明了在起重设备上采用变频调速技术能够明显地抑制有害的机械冲击,改善运行情况,并进行了矢量控制变频调速仿真。（4）在国内首次独立开展了轮胎起重机混合动力系统的仿真研究,建立了轮胎起重机的混合动力系统数学模型。（5）提出了Saber平台下超级电容器作为储能装置的轮胎起重机混合动力系统模型,实现了对其工作过程的仿真,并进行多方案仿真计算、对比分析,并对轮胎起重机实机进行耗油量实测,与仿真结果进行了对比分析,同比条件下,采用混合动力技术的UC-25轮胎起重机每个作业循环可节约柴油40%左右,节能效果十分明显;同时优选的混合动力UC-25轮胎起重机所配备的柴油机较原机额定功率下降了60%,排放随之改善,节能环保的意义凸显。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题研究的背景与意义1.2 国内外研究现状与发展趋势1.2.1 混合动力系统的应用类型1.2.2 混合动力系统在工程机械领域的应用概况1.2.3 混合动力系统相关技术的发展概况1.3 课题的提出与本文主要研究内容1.3.1 课题的提出1.3.2 主要研究内容第2章 超级电容器的电特性仿真研究2.1 超级电容器的原理2.2 超级电容器研究现状与发展趋势2.2.1 超级电容器的研究现状及应用概况2.2.2 超级电容器的发展趋势2.3 超级电容器在工程机械中作为储能器的优势2.4 超级电容器的主要电特性仿真验证研究2.4.1 充放电特性2.4.2 阻抗特性2.4.3 功率特性2.5 本章小结第3章 超级电容器在工程机械中应用的关键技术3.1 超级电容器的串联均压技术研究3.1.1 超级电容器的选配3.1.2 超级电容器的串联均压问题及解决方案3.2 超级电容器的能量监控技术研究3.3 超级电容器的安全性3.4 本章小结第4章 起重机的变频调速4.1 异步电动机变频调速技术发展概况4.1.1 交流电动机调速技术的发展和现状4.1.2 交流调速系统的类型4.1.3 交流调速系统的控制技术发展4.2 起重机变频调速4.2.1 位能负载的共性问题4.2.2 机械冲击分析4.2.3 起重设备变频调速的机械特性4.2.4 起重设备变频调速的价值4.2.5 起重设备起升电机变频调速控制方案4.3 起重机矢量控制变频调速仿真4.4 本章小结第5章 应用超级电容器的轮胎起重机数学模型5.1 轮胎起重机混合动力系统方案选型5.2 轮胎起重机混合动力系统各模块的数学模型5.2.1 柴油机数学模型5.2.2 同步发电机数学模型5.2.3 超级电容数学模型5.2.4 DC-DC变换器数学模型5.2.5 三相异步电动机数学模型5.2.6 异步电动机电力拖动数学模型5.2.7 起重机起升机构数学模型5.3 本章小结第6章 混合动力轮胎起重机节能效果的仿真评价6.1 混合动力系统仿真计算工具6.2 轮胎起重机混合动力系统仿真模型6.3 储能装置充放电控制策略6.4 多方案仿真分析6.4.1 超级电容选配计算6.4.2 仿真输入参数的确定6.4.3 仿真计算结果与分析6.4.4 节能评估及方案优选6.5 实验对比分析6.5.1 实验主要结果6.5.2 实验结果与仿真结果的对比及经济性分析6.6 本章小结第7章 总结与展望参考文献致谢附录1:攻读学位期间发表的论文及科研情况附录2:多方案仿真计算结果
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