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[博士學(xué)位論文]應(yīng)用超級電容的工程機(jī)械混合動(dòng)力系統(tǒng)仿真研究

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內(nèi)容提示：隨著世界范圍內(nèi)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，工程機(jī)械多采用柴油機(jī)—液壓系統(tǒng)—多執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)方案，耗油高、排放差，其節(jié)能問題已受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。我國作為能源消耗大國，面對環(huán)境污染和能源短缺的巨大壓力，研發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的節(jié)能型工程機(jī)械刻不容緩。隨著變頻調(diào)速和儲(chǔ)能器的不斷發(fā)展，混合動(dòng)力在工程機(jī)械中的應(yīng)用也得到了更多的技術(shù)支持。如何合理地進(jìn)行此類工程機(jī)械的混合動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如何進(jìn)行再生發(fā)電能量的回收和利用，如何進(jìn)行系統(tǒng)的成本和原動(dòng)機(jī)節(jié)油評估，，逐漸成為熱門研究課題。本文結(jié)合“混合動(dòng)力技術(shù)在港口設(shè)備上的應(yīng)用”研究項(xiàng)目，針對工程機(jī)械中的能耗大的問題，以混合動(dòng)力系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，以Saber仿真平臺(tái)和電力電子新技術(shù)為研究手段，進(jìn)行了如下研究： （1）闡明了在節(jié)能環(huán)保的背景下，工程機(jī)械中采用混合動(dòng)力技術(shù)的意義，將輪胎起重機(jī)這類典型工程機(jī)械作為研究對象，進(jìn)行混合動(dòng)力改造分析。 （2）分析了超級電容器的原理、電特性及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，仿真驗(yàn)證了超級電容器的電特性，討論了超級電容器在實(shí)際應(yīng)用中需注意的串聯(lián)電壓均衡和能量監(jiān)控問題，為超級電容器應(yīng)用到工程機(jī)械的混合動(dòng)力改造上建立了理論基礎(chǔ)。 （3）分析了交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，討論了起重機(jī)變頻調(diào)速的價(jià)值及起重機(jī)變頻調(diào)速的機(jī)械特性，說明了在起重設(shè)備上采用變頻調(diào)速技術(shù)能夠明顯地抑制有害的機(jī)械沖擊，改善運(yùn)行情況，并進(jìn)行了矢量控制變頻調(diào)速仿真。 （4）在國內(nèi)首次獨(dú)立開展了輪胎起重機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)的仿真研究，建立了輪胎起重機(jī)的混合動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。 （5）提出了Saber平臺(tái)下超級電容器作為儲(chǔ)能裝置的輪胎起重機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)了對其工作過程的仿真，并進(jìn)行多方案仿真計(jì)算、對比分析，并對輪胎起重機(jī)實(shí)機(jī)進(jìn)行耗油量實(shí)測，與仿真結(jié)果進(jìn)行了對比分析，同比條件下，采用混合動(dòng)力技術(shù)的UC—25輪胎起重機(jī)每個(gè)作業(yè)循環(huán)可節(jié)約柴油40％左右，節(jié)能效果十分明顯；同時(shí)優(yōu)選的混合動(dòng)力UC—25輪胎起重機(jī)所配備的柴油機(jī)較原機(jī)額定功率下降了60％，排放隨之改善，節(jié)能環(huán)保的意義凸顯。

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