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利用超级电容的起重机械新型混合动力系统研究

罗列英  
【摘要】: 起重机械由于工作机构下降和制动形成的再生能量至今还没有被很好地开发利用,尤其对于轮胎起重机这类移动式起重机完成数十米垂直位移的同时还需完成频繁的起动和制动动作,其再生能量的回收利用有着很大的潜力。目前在重型机械动力系统节能方面的研究主要体现在如下三个方面:提高工作元件(柴油机和液压元件)性能,改进液压系统和改善柴油机—液压系统—执行器的功率匹配。 虽然上述措施获得了一定的节能效果,但由于负载变化比较频繁、波动比较大,柴油机大多数时间工作在非高效区内,燃料的利用率低下,排放质量较差。因此,改善柴油机的工作状况是提高整体系统效率和改善排放质量的一个关键问题。 在环保节能的呼声下,随着科技的进步,近年来出现了一种新的元器件——超级电容。这种新型的电子器件有着比蓄电池高10倍以上的功率密度和100倍以上的充放电速率。利用超级电容可以迅速地吸收和释放再生能量。 本文采用超级电容器作为储能装置,提出了一种起重机械环保节能新型混合动力系统。文章首先分析混合动力新技术的国内外现状,并简单分析现有起重机械动力系统的不足和发展趋势。 详细分析超级电容的性能,进而分析其在起重机动力系统中应用的可行性。 本文以柴油发电机组驱动的轮胎起重机动力系统连接超级电容为研究对象,介绍了与之相关的DC-DC的变换规律、超级电容的特性等。建立新型混合动力系统模型,重点通过理论分析,以轮胎起重机为例,计算出一个工作循环过程中理论可回收的再生能量,结合超级电容的性能参数,计算出轮胎起重机械新型混合动力系统中需要配置的超级电容的理论参考数据。 基于超级电容的理论配置,进行轮胎起重机新型混合动力系统的试验测试并分析试验结果,得出超级电容这类新型储能元件用于大功率需求的起重机械动力系统中是完全可行的。 本文以Saber仿真软件为基础,在熟悉Saber仿真环境的基础上,建立轮胎起重机械新型混合动力系统仿真模型,通过仿真波形图,主要是超级电容的电流和电压曲线,分析原动机在连接超级电容前后输出功率的变化情况,从而分析油耗变化情况,得出新型混合动力系统的节能结果,节油节省费用与购置超级电容的的成本比较,得出起重机械新型混合动力系统的经济实用性。 最后对本文工作进行总结和展望。


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