挖掘机电机驱动回转系统的控制
【】传统液液压挖掘机作业时，它的动作重复比较多、工作比较繁琐，尤其是工作回转时，因为没有有效的利用能量而导致能量的损耗严重，造成能量浪费的后果，而电动动力挖掘机节能减排的有效途径是利用电机驱动回转系统，这种系统对挖掘机那种高能耗、高排放和高污染的现状可以很好地得到改善。这也是当前所要保证这项技术实践的主要问题。本论文中针对回转工作系统进行了分析，它是由起动/发电一体机和控制器、储能装置的永磁回转电机及其控制器等组合而成。我们可以以混合动力挖掘机回转系统作讨论方向，寻找出能高效率利用回转能量和操作机械更加简便以及节约能源损耗的好办法。由此可以为挖掘机回转系统的问题提供更加明确的思考方向，以此来解决挖掘机回转系统控制这一大问题。
目录
引言 1
一、挖掘机动能系统 2
二、电动挖掘机的改造实施方案 3
（一）回转工作系统的改造条件 3
（二）挖掘机控制电路结构及工作原理 4
（三）挖掘机电机控制系统原理 5
三、新型液压挖掘机回转系统的实现 6
（一）同步电机在开始加快速度时的回转工作过程 8
（二）同步回转电机在相同速度工作时的回转工作过程 8
（三）同步回转电机在减缓速度准备停止工作时的回转工作过程 8
四、挖掘机电路控制及实体设备 8
五、回转工作系统的实验过程与分析 12
（一）回转电机转动速度实验过程 12
（二）回转电机的有效功率实验过程 12
（三）发电机扭矩实验过程 13
（四）发电机各个时间段的电流实验过程 13
（五）存储能量的设备功率和直流主线电压的实验过程 14
结语 16
参考文献 17
致辞 18
引言
液压挖掘机拥有适应多种领域的卓越能力，在交通物流、建造工地、山地开放以及建造道路等大型工作环境里都发挥了不可替代的作用。这几年来，在我国有许多基础建造项目用到液压挖掘机的使用,因此我国对液压挖掘机这类大型机械产品的需求量在不断的增长。虽然受到某种其他问题的干扰，在2010年之后产品需求量有一点点的下降，但是在过去 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
十几年里在中国液压挖掘机的出售量一直达到很高的数值。
随着各国科技水平和生活水平的不断提高，像能源的减少和环境的破坏以及大量的能源浪费这类越来越严重的问题在不断变多，全世界各国越来越关注此类问题的解决方法和措施。对于像节约能源的问题，挖掘机的能量损耗回收方法和有效的处理回收能量是当前以至以后都要讨论的问题。对于像能源损耗回收，要根据现场的不同情况进行更高效的回收方法，可以更有力的解决发动机用油的损耗程度和更全面的减少污染物的出现以及处理。从上文所说的情况来看，运用好挖掘机能源回收的方法是当前解决挖掘机节约能源的有效措施。
本文章所讨论的话题是液压电动挖掘机，液压电动挖掘机的能量回收主要是回转动能回收。从上文所讲的内容来解决下面的各类问题：液压电动挖掘机装置的选择和制造方案、提升永磁同步电机的功能、回转驱动系统的运行轨迹优化与协调控制等。
一、挖掘机动能系统
混合挖掘机动能系统是由起动/发电一体机、驱动电机以及电机控制器等装置组合而成，驱动电机可以分成两种电机：直流驱动电机和交流驱动电机。使用交流电机一般由两大主要电机组成，一种是异步电机，另一种是同步电机。异步电机使用成本相对于同步电机要少，使用效果也比较出色，然而工作效率和工作品质却比较差。同步电机制造程序比较简便、对周围噪音污染比较小，还有它的工作效率相对好。挖掘机的回转动力系统是由大型装置来驱动的，并且它的运行加速，减速停止都要高效率的运作起来，这些条件就需要要求电机转动要有敏捷的工作反应，也要电机工作转矩拥有更长的工作界限，并且在全功率的转速下也能保持正常的工作内容，来提高混合挖掘机的能源利用能力，根据以上的描述，符合这些条件的电机只有永磁同步电机了。
在之前，某研究机构和某大学共同研发了一种新型的混合动力挖掘机，这种新型挖掘机运用了电驱动装置和能源高效率回收装置，上车架回转体利用这种电驱动方法来实现回收利用，使液压损失的能量近一步得到减少，液压工作效率能近一步得到保证，极大的使机械工作更加流畅和提高。改变发动机的核心装置，以此来使发动机能更有效的正常工作，保证能源的损耗变得更加少，环保效果也做到了很大的提高。
本论文针对挖掘机动能系统进行了分析，从中我们认识到将机械动能发挥到最大程度的方法和对挖掘机动能损耗的回收再利用。
二、电动挖掘机的改造实施方案
（一）回转工作系统的改造条件
为了能更有效的利用挖掘机回转时所损耗工作能量，来重点讨论回转工作系统的控制技术。以发动机、液压泵P1、P2、起动/发电一体机以及永磁同步电机和它的电机控制器组合而成的动力系统。永磁回转电机及PWM变流器是利用存储能源的设备以此来用作协作功效的，可以均衡发动机承载力，发动机可以和很小的功率配合。把从其他装置回收的能量用作挖掘机回转工作系统的能量来使用。由此所知，如果挖掘机回转工作系统不运转时，通过挖掘机里的其他装置工作功率所损耗的能量来为发动机提供能量，下图21所展示的是电动挖掘机回转工作系统。
图21 电动挖掘机回转工作系统
在电动挖掘机的回转工作系统里用来存储能量的设备共有两大作用是动能弥补和回收利用损耗能量两大方面:第一方面是保持回转电机在最好的电压下运作，特别是在电机回转工作系统飞快运作和停止运作时，通过存储能量的设备来提供电流能量，补充发电机缺少的能量；第二方面是在回转工作系统准备减慢速度停止时，通过存储能量的设备来回收能量进行充电。如下图22所示，为了符合回转系统中存储能量的条件，使用存储能量的装置作为新的储能设备，储能设备包含有双向的DC/DC变换器以及储能装置，使存储能量的设备能够存储更多能量，并且让存储设备变得更加小巧、便利，而且拥有非常快的充电和放电的优点，因此可以使挖掘机长时间处在高效率、高运作的工作中，从而实现节约能量的目的。
图22 混合动力挖掘控制框图
（二）挖掘机控制电路结构及工作原理
回转驱动系统主电路结构图如图23所示，在起动/发电一体机里的 PWM 变流器是使用输出时电流是直流电压特点和在正常情况下输出的直流电压不变的三相电压源型变流器。一般情况下希望输入的电流和输入的电压要保持同样的方向位置，也就是它们的输入功率因素是1。因为要达成四象限工作、更改三组开关的不同的频率和更改交流电的实际频率，所以要使用直流在外侧导线上和输入的电流在内侧的控制方法。
图23 回转驱动系统的主电路结构图
回转电机控制器的2种工作模式：
目录
引言 1
一、挖掘机动能系统 2
二、电动挖掘机的改造实施方案 3
（一）回转工作系统的改造条件 3
（二）挖掘机控制电路结构及工作原理 4
（三）挖掘机电机控制系统原理 5
三、新型液压挖掘机回转系统的实现 6
（一）同步电机在开始加快速度时的回转工作过程 8
（二）同步回转电机在相同速度工作时的回转工作过程 8
（三）同步回转电机在减缓速度准备停止工作时的回转工作过程 8
四、挖掘机电路控制及实体设备 8
五、回转工作系统的实验过程与分析 12
（一）回转电机转动速度实验过程 12
（二）回转电机的有效功率实验过程 12
（三）发电机扭矩实验过程 13
（四）发电机各个时间段的电流实验过程 13
（五）存储能量的设备功率和直流主线电压的实验过程 14
结语 16
参考文献 17
致辞 18
引言
液压挖掘机拥有适应多种领域的卓越能力，在交通物流、建造工地、山地开放以及建造道路等大型工作环境里都发挥了不可替代的作用。这几年来，在我国有许多基础建造项目用到液压挖掘机的使用,因此我国对液压挖掘机这类大型机械产品的需求量在不断的增长。虽然受到某种其他问题的干扰，在2010年之后产品需求量有一点点的下降，但是在过去 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
十几年里在中国液压挖掘机的出售量一直达到很高的数值。
随着各国科技水平和生活水平的不断提高，像能源的减少和环境的破坏以及大量的能源浪费这类越来越严重的问题在不断变多，全世界各国越来越关注此类问题的解决方法和措施。对于像节约能源的问题，挖掘机的能量损耗回收方法和有效的处理回收能量是当前以至以后都要讨论的问题。对于像能源损耗回收，要根据现场的不同情况进行更高效的回收方法，可以更有力的解决发动机用油的损耗程度和更全面的减少污染物的出现以及处理。从上文所说的情况来看，运用好挖掘机能源回收的方法是当前解决挖掘机节约能源的有效措施。
本文章所讨论的话题是液压电动挖掘机，液压电动挖掘机的能量回收主要是回转动能回收。从上文所讲的内容来解决下面的各类问题：液压电动挖掘机装置的选择和制造方案、提升永磁同步电机的功能、回转驱动系统的运行轨迹优化与协调控制等。
一、挖掘机动能系统
混合挖掘机动能系统是由起动/发电一体机、驱动电机以及电机控制器等装置组合而成，驱动电机可以分成两种电机：直流驱动电机和交流驱动电机。使用交流电机一般由两大主要电机组成，一种是异步电机，另一种是同步电机。异步电机使用成本相对于同步电机要少，使用效果也比较出色，然而工作效率和工作品质却比较差。同步电机制造程序比较简便、对周围噪音污染比较小，还有它的工作效率相对好。挖掘机的回转动力系统是由大型装置来驱动的，并且它的运行加速，减速停止都要高效率的运作起来，这些条件就需要要求电机转动要有敏捷的工作反应，也要电机工作转矩拥有更长的工作界限，并且在全功率的转速下也能保持正常的工作内容，来提高混合挖掘机的能源利用能力，根据以上的描述，符合这些条件的电机只有永磁同步电机了。
在之前，某研究机构和某大学共同研发了一种新型的混合动力挖掘机，这种新型挖掘机运用了电驱动装置和能源高效率回收装置，上车架回转体利用这种电驱动方法来实现回收利用，使液压损失的能量近一步得到减少，液压工作效率能近一步得到保证，极大的使机械工作更加流畅和提高。改变发动机的核心装置，以此来使发动机能更有效的正常工作，保证能源的损耗变得更加少，环保效果也做到了很大的提高。
本论文针对挖掘机动能系统进行了分析，从中我们认识到将机械动能发挥到最大程度的方法和对挖掘机动能损耗的回收再利用。
二、电动挖掘机的改造实施方案
（一）回转工作系统的改造条件
为了能更有效的利用挖掘机回转时所损耗工作能量，来重点讨论回转工作系统的控制技术。以发动机、液压泵P1、P2、起动/发电一体机以及永磁同步电机和它的电机控制器组合而成的动力系统。永磁回转电机及PWM变流器是利用存储能源的设备以此来用作协作功效的，可以均衡发动机承载力，发动机可以和很小的功率配合。把从其他装置回收的能量用作挖掘机回转工作系统的能量来使用。由此所知，如果挖掘机回转工作系统不运转时，通过挖掘机里的其他装置工作功率所损耗的能量来为发动机提供能量，下图21所展示的是电动挖掘机回转工作系统。
图21 电动挖掘机回转工作系统
在电动挖掘机的回转工作系统里用来存储能量的设备共有两大作用是动能弥补和回收利用损耗能量两大方面:第一方面是保持回转电机在最好的电压下运作，特别是在电机回转工作系统飞快运作和停止运作时，通过存储能量的设备来提供电流能量，补充发电机缺少的能量；第二方面是在回转工作系统准备减慢速度停止时，通过存储能量的设备来回收能量进行充电。如下图22所示，为了符合回转系统中存储能量的条件，使用存储能量的装置作为新的储能设备，储能设备包含有双向的DC/DC变换器以及储能装置，使存储能量的设备能够存储更多能量，并且让存储设备变得更加小巧、便利，而且拥有非常快的充电和放电的优点，因此可以使挖掘机长时间处在高效率、高运作的工作中，从而实现节约能量的目的。
图22 混合动力挖掘控制框图
（二）挖掘机控制电路结构及工作原理
回转驱动系统主电路结构图如图23所示，在起动/发电一体机里的 PWM 变流器是使用输出时电流是直流电压特点和在正常情况下输出的直流电压不变的三相电压源型变流器。一般情况下希望输入的电流和输入的电压要保持同样的方向位置，也就是它们的输入功率因素是1。因为要达成四象限工作、更改三组开关的不同的频率和更改交流电的实际频率，所以要使用直流在外侧导线上和输入的电流在内侧的控制方法。
图23 回转驱动系统的主电路结构图
回转电机控制器的2种工作模式：
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