Сокращение пикового потребления энергии в шахтных транспортных вагонетках, использующих бортовую систему аккумулирования энергии
Изобретение относится к системам энергоснабжения для шахтных вагонеток. Способ для подачи электрической мощности на электромотор транспортного средства включает зарядку системы аккумулирования электроэнергии от электромотора при торможении; подачу электрической мощности на электромотор при движении с использованием электрической мощности от бортовой системы аккумулирования электроэнергии и системы питания от контактного провода; контроль мощности, подаваемой от системы питания от контактного провода на электромотор; определение, является ли мощность, подаваемая от контактного провода, большей, чем предел мощности и подачу мощности от блока аккумулирования электроэнергии, когда мощность, подаваемая от контактного провода, больше, чем определенный пользователем предел мощности. Система для реализации способа содержит бортовую систему аккумулирования электроэнергии и инвертор. Также система содержит контроллер для подачи электрической мощности на электромотор только от контактного провода, когда мощность, отбираемая электромотором, меньше или равна пределу мощности и подачи электрической мощности на электромотор от контактного провода и от системы аккумулирования электроэнергии, когда мощность, отбираемая электрическим мотором, больше, чем предел мощности. Оптимизируется распределение мощности. 5 н. и 22 з.п. ф-лы, 9 ил.
Перекрестная ссылка на связанную заявку
[0001] Настоящая заявка связана патентной заявкой США № 12/604,571 (дело поверенного № 2009P12871US), озаглавленной «Система и способ повторной закачки энергии торможения в шахтной транспортной вагонетке с электрическим токосъемником», которая подана одновременно с настоящей заявкой и включена в настоящий документ во всей своей полноте посредством ссылки.
Предшествующий уровень техники
[0002] Данное изобретение относится к системам энергоснабжения для шахтных транспортных вагонеток, более конкретно, к сокращению максимального потребления энергии в шахтных транспортных вагонетках, использующих бортовую систему аккумулирования энергии.
[0003] Шахтные транспортные вагонетки, как правило, оборудуются моторами с электроприводом. При некоторых условиях перемещения, таких как в добывающей шахте, вокруг дробилки и на поверхностях уровня, электрическая мощность подается от электрического генератора, приводимого в действие дизельным двигателем. При более затруднительных условиях, таких как движение по уклону в гору, электрическая мощность подается от контактной линии. Транспортные вагонетки потребляют электрическую мощность из контактной линии через токосъемник.
[0004] Электрическая мощность, отбираемая от контактной линии, характеризуется значительными динамическими колебаниями. Когда транспортная вагонетка с тяжелым грузом ускоряется на идущем в гору уклоне, например, пиковое потребление мощности может превысить удвоенное среднее потребление мощности. Высокое пиковое потребление мощности имеет негативное воздействие как на электроэнергетическую компанию, так и оператора добычи. Высокое пиковое потребление мощности может вызвать перегрузки в обслуживающей электроэнергетической подстанции, поставляющей электрическую мощность в контактную линию. Результатом могут быть кратковременные падения напряжения или даже перебои в работе. Высокое пиковое потребление мощности может также привести к перегреву кабелей контактной линии и контактов токосъемника, приводя к увеличенной частоте отказов.
[0005] В дополнение к улучшенным рабочим характеристикам и надежности, имеется также экономический стимул для того, чтобы уменьшать пиковое потребление мощности. Электроэнергетические компании, поставляющие питающую мощность шахтам, как правило, измеряют потребление мощности шахты на основе 15-минутных интервалов, и выставление счетов соответствует пиковому потреблению мощности в течение каждого 15-минутного интервала. Имеется потребность в способе и устройстве для ограничения пиковой мощности, отбираемой транспортными вагонетками из сети распределения электрической мощности. Особенно предпочтительны способ и устройство, которые уменьшают бесполезный расход энергии.
Краткая сущность изобретения
[0006] Электрический мотор на транспортном средстве работает в по меньшей мере одном интервале движения и по меньшей мере в одном интервале торможения. Электрическая мощность, генерируемая электрическим мотором во время интервала торможения, захватывается и используется для заряда бортовой системы аккумулирования электроэнергии. Когда электрический мотор работает в интервале движения, электрическая мощность подается на электрический мотор от бортовой системы аккумулирования электроэнергии и системы питания от контактного провода.
[0007] В варианте осуществления электрическая мощность от бортовой системы электроэнергии используется, чтобы уменьшить максимальное пиковое потребление от системы питания от контактного провода. Электрическая мощность, подаваемая системой питания от контактного провода, контролируется. Когда электрическая мощность, подаваемая системой питания от контактного провода, меньше или равна пределу мощности, электрическая мощность подается на электрический мотор только от системы питания от контактного провода. Когда электрическая мощность, подаваемая системой питания от контактного провода, превышает предел мощности, электрическая мощность также подается от бортовой системы аккумулирования электроэнергии. В варианте осуществления бортовая система аккумулирования электроэнергии включает в себя по меньшей мере один ионистор (конденсатор большой емкости).
[0008] Эти и другие преимущества изобретения будут очевидны для специалистов в данной области техники при обращении к детальному описанию и иллюстрирующим чертежам.
Краткое описание чертежей
[0009] Фиг.1 показывает однопроводную диаграмму электрической системы с дизельным приводом для транспортной вагонетки;
[0010] Фиг.2 показывает однопроводную диаграмму системы питания от контактного провода для транспортной вагонетки;
[0011] Фиг.3 показывает график требуемой мощности (для одного колесного мотора) как функцию скорости транспортного средства;
[0012] Фиг.4 показывает графики полной мощности и полного тока, представленные как функция скорости транспортного средства;
[0013] Фиг.5 показывает графики мощности замедления и напряжения DC линии как функции скорости транспортного средства;
[0014] Фиг.6 показывает блок-схему системы питания с системой аккумулирования энергии на конденсаторе большой емкости;
[0015] Фиг.7 показывает блок-схему этапов способа для уменьшения пикового потребления мощности от системы питания от контактного провода;
[0016] Фиг.8 - блок-схема контроллера распределения энергии конденсатора большой емкости; и
[0017] Фиг.9 - блок-схема соединения с контактным проводом.
Подробное описание
[0018] Фиг.1 показывает однопроводную диаграмму системы питания для транспортной вагонетки. Транспортная вагонетка имеет два приводных колеса. Каждое колесо приводится колесным мотором (М) 3-фазного переменного тока (AC). Колесные моторы обозначены как колесный мотор 110 и колесный мотор 114. Электрическая мощность поставляется дизельным двигателем 102, приводящим в действие 3-фазый АС генератор (G) 104. (Могут использоваться другие типы механических двигателей; дизельные двигатели являются типичными в добыче полезных ископаемых.) Сцепление 124 соединяет дизельный двигатель 102 с генератором 104. Дизельный двигатель 102 и генератор 104 установлены на транспортной вагонетке. AC выход генератора 104 подается в выпрямители 106. Выход постоянного тока (DC) выпрямителей 106 подается на набор инверторов. Инверторы 108 подают 3-фазную мощность переменного тока на колесный мотор 110. Аналогично, инверторы 112 подают 3-фазную АС мощность на колесный мотор 114. Прерыватель 116 и сетка 118 силовых резисторов рассеивают энергию от колесного мотора 110 во время действия замедления. Аналогично, прерыватель 120 и сетка 122 силовых резисторов рассеивают энергию от колесного мотора 114 во время замедления. Замедление описано более подробно ниже.
[0019] В системе питания, показанной на фиг.1, вся потребная мощность для колесного мотора 110 и колесного мотора 114 поставляется дизельным двигателем 102. Рабочие характеристики (как определено, например, ускорением и скоростью) транспортной вагонетки ограничены мощностью дизельного двигателя. В частности, когда транспортная вагонетка, заполненная тяжелым полезным грузом, движется вдоль идущего в гору уклона, дизельный двигатель может нагружаться до максимальной мощности. Один способ для уменьшения потребления мощности от дизельного двигателя, когда транспортная вагонетка движется по идущему в гору уклону, заключается в том, чтобы запитывать колесные моторы полностью через электрическую мощность, отбираемую из контактного провода. Во время этого рабочего режима генератор 104 отсоединяется от дизельного двигателя 102 через сцепление 124. Дизельный двигатель тогда находится в бездействии при движении по идущим в гору уклонам. В результате потребление топлива уменьшается приблизительно на 95%; уменьшаются шумы и выбросы отработавших газов; и производительность и срок службы двигателя увеличиваются.
[0020] Фиг.2 показывает однопроводную диаграмму системы питания транспортной вагонетки, включающей в себя систему питания от воздушного контактного провода. Подобно системе питания, показанной на фиг.1, дизельный двигатель 202 связан через сцепление 204 с 3-фазным АС генератором 206. AC выход генератора 206 подается в выпрямители 208. DC выход выпрямителей 208 подается в инверторы 210, которые подают питающую мощность на колесный мотор 212, и в инверторы 218, которые подают питающую мощность на колесный мотор 220.
[0021] Входы инверторов 210 и инверторов 218 могут также быть связаны с DC питающей мощностью, подаваемой электрической подстанцией 250 через контактный провод 230 и контактный провод 232. Здесь контактный провод также упоминается как воздушная линия. Электрическое соединение транспортной вагонетки с контактным проводом 230 и контактным проводом 232 осуществлено через рычаг 234 токосъемника и рычаг 236 токосъемника, соответственно. Выключатель 240 тяги соединяет/разъединяет входы инверторов 210 и инверторов 218 с/от контактного провода 230 и контактного провода 232. Также имеется вспомогательный прерыватель 238. Когда транспортная вагонетка соединяется с контактным проводом 230 и контактным проводом 232 на идущем в гору уклоне, большая потребляемая мощность отбирается от электрической подстанции 250, приводя к понижению напряжения DC линии и увеличенному протеканию электрического тока через контактный провод 230 и контактный провод 232. Как упомянуто выше, когда транспортная вагонетка приводится в действие системой питания от контактного провода, дизельный двигатель 202, как правило, отсоединяется от генератора 206 через сцепление 204.
[0022] Фиг.3 показывает графики потребной мощности (для одного колесного мотора) как функции скорости транспортного средства. Поскольку имеется два колесных мотора, потребная мощность для транспортной вагонетки равна двойному значению, показанному на графиках. График 304 показывает потребную мощность, когда транспортная вагонетка приводится в действие одним только дизельным двигателем. График 302 показывает потребную мощность, когда транспортная вагонетка приводится в действие системой питания от контактного провода. На графике 304, моторы работают не на полную мощность, так как работа ограничена выходной мощностью дизельного двигателя 202 (фиг.2). На графике 302, моторы работают на полной мощности при питании от системы питания от контактного провода.
[0023] Потребная мощность колесного мотора управляется проектируемой механической характеристикой зависимости скорости вращения от момента колесного мотора. На графике 302, точка пиковой мощности достигается для скорости транспортного средства приблизительно от 11 миль/час до 16 миль/час. Вне этой точки доступный вращающий момент быстро уменьшается, приводя к более высоким скоростям транспортного средства, но более низкой тяговой способности. Для транспортной вагонетки скорость на градиенте прямо пропорциональна доступной мощности, но обратно пропорциональна полной массе перевозочного средства и градиенту. Следовательно, скорость транспортной вагонетки увеличивается, потому что контактный провод может поставлять больше мощности, чем дизельный двигатель, при условии, что в обоих сценариях полная масса перевозочного средства и градиент те же самые. Как дополнительная выгода, так как доступная мощность от контактного провода больше, транспортная вагонетка может масштабировать градиенты большей крутизны на более высоких скоростях для той же самой полной массы перевозочного средства. Полная масса перевозочного средства определяется суммированием веса порожнего транспортного средства и полезного груза. Выражение ниже показывает соотношение между скоростью, мощностью, полной массой перевозочного средства и градиентом:
Скорость = Мощность/полная масса перевозочного
средства*9,8*градиент
[0024] Фиг.4 показывает графики полной (для обоих колес) мощности контактного провода и тока, отбираемого из контактного провода 230 и контактного провода 232, как функцию скорости транспортной вагонетки. График 402 является графиком полной мощности питания от контактного провода в киловаттах (кВт); график 404 является графиком полного тока контактного провода в амперах (A).
[0025] В варианте осуществления, чтобы замедлить движущуюся транспортную вагонетку, система привода транспортной вагонетки работает в режиме торможения. При нормальном функционировании электрический мотор преобразует электроэнергию в механическую энергию. Электрический мотор может также работать реверсивно как генератор, чтобы преобразовывать механическую энергию в электроэнергию, которая вводится в инверторы. Прерыватели торможения, связанные с инверторами, направляют мощность в сетку силовых резисторов, которая непрерывно рассеивает энергию, пока вагонетка не остановится. Торможение является плавным, подобным операции торможения в автомобиле, но без механического изнашивания тормоза. Согласно фиг.2, прерыватель 214 и сетка 216 силовых резисторов обеспечивают тормозящее действие для колесного мотора 212. Точно так же прерыватель 222 и сетка 224 силовых резисторов обеспечивают тормозящее действие для колесного мотора 220.
[0026] Фиг.5 показывает графики мощности торможения для одного колесного мотора и напряжения DC линии как функцию скорости транспортной вагонетки. График 502 показывает график мощности торможения в кВт. График 504 показывает график напряжения DC линии в вольтах (В). Когда транспортная вагонетка тормозит, первоначально напряжение DC линии имеет тенденцию к повышению. Резисторы торможения активизируются, и энергия торможения затем рассеивается.
[0027] В варианте осуществления система аккумулирования энергии интегрирована в систему питания транспортной вагонетки, чтобы восстановить и сохранить энергию торможения. В частности, когда транспортная вагонетка движется под гору на одной только дизельной мощности, существенные количества энергии торможения могут захватываться и сохраняться, так как транспортная вагонетка часто тормозит, и поэтому имеются частые интервалы, во время которых колесные моторы работают в режиме торможения. В зависимости от ландшафта, энергия торможения может также быть захвачена во время поездки в гору. Сохраненная энергия затем используется, чтобы дополнить мощность контактного провода во время пикового потребления при откатке в гору. В варианте осуществления система аккумулирования энергии реализована с системой на конденсаторах большой емкости, включающей в себя банк конденсаторов большой емкости (ионисторов). Количество энергии, которая может быть сохранена в системе конденсаторов большой емкости, зависит от размера банка конденсаторов большой емкости. Бортовая система аккумулирования энергии может также быть реализована с системой перезаряжаемого аккумулятора, содержащей аккумуляторного банка. Количество энергии, которая может быть сохранена в аккумуляторной системе, зависит от размера аккумуляторного банка. В зависимости от потребной мощности электрических моторов и емкости бортовой системы аккумулирования энергии, могут иметься интервалы, в течение которых электрические моторы могут работать от мощности питания только от бортовой системы аккумулирования энергии.
[0028] Конденсатор большой емкости может обеспечить высокие плотности мощности. Для увеличенного аккумулирования электроэнергии множество конденсаторов большой емкости могут быть связаны последовательно и параллельные, чтобы сформировать банк конденсаторов большой емкости. Электрический ток, текущий в конденсатор большой емкости, заряжает конденсатор большой емкости, и электроэнергия аккумулируется посредством разделения зарядов на интерфейсе электрод-электролит. Аккумулированная электрическая энергия может тогда позже использоваться, чтобы выводить электрический ток. Чтобы максимизировать срок службы конденсатора большой емкости, конденсатор большой емкости разряжается не полностью. Как правило, конденсатор большой емкости разряжается до тех пор, пока его напряжение не спадет до минимального определенного пользователем низкого предельного напряжения. Более низкий предел напряжения, например, может быть половиной начального полностью заряженного напряжения.
[0029] Фиг.6 показывает блок-схему системы 526 аккумулирования электроэнергии, интегрированной в систему питания от контактного провода. Колесные моторы 610 приводятся в действие системой 630 моторного привода, которая включает в себя конденсатор 606 DC линии и инверторы 608. Система 604 DC питания от контактного провода обеспечивает DC питающую мощность системе 630 моторного привода через контактные провода. В показанном примере система 626 аккумулирования электроэнергии включает в себя блок 614 аккумулирования электроэнергии на конденсаторах большой емкости и контроллер 612 распределения энергии конденсатора большой емкости. В варианте осуществления система 626 аккумулирования электроэнергии является бортовой системой аккумулирования электроэнергии. Бортовая система аккумулирования энергии относится к системе аккумулирования энергии, которая перемещается с транспортной вагонеткой (например, установлена на транспортной вагонетке или прикреплена к транспортной вагонетке, или установлена на трейлере, прицепленном к транспортной вагонетке). Блок 614 аккумулирования электроэнергии включает в себя DC/DC преобразователь 618, дроссель/реактор 622 и банк 624 конденсаторов большой емкости. Блок 614 аккумулирования электроэнергии на конденсаторах большой емкости может быть отсоединен от системы 630 моторного привода через переключатель 616 соединения/разъединения. Блоком 614 аккумулирования электроэнергии на конденсаторах большой емкости управляет контроллер 612 распределения энергии конденсаторов большой емкости. Контроллер 612 распределения энергии конденсаторов большой емкости может также получать данные 628 системы моторного привода, которые характеризуют работу системы 630 моторного привода. Данные 628 системы моторного привода включают в себя, например, напряжение DC линии, ток и температуру.
[0030] В одном примере типичное напряжение DC линии (напряжение на конденсаторе 606 DC линии) равно 1800 В. Одна последовательность 14 конденсаторов большой емкости последовательно может подавать непрерывный ток 150 A, работая при 1750 В, что соответствует доступной энергии 1354 Вт час. Когда транспортная вагонетка задействует систему питания от контактного провода в режиме движения, банк 624 конденсаторов большой мощности разряжается на конденсатор 606 DC линии через дроссель/реактор 622, DC/DC преобразователь 618 и переключатель 516 соединения/разъединения. Банк 624 конденсаторов большой емкости подает энергию на транспортную вагонетку до тех пор, пока напряжение банка конденсаторов большой емкости (напряжение на банке 624 конденсаторов большой емкости) не спадет до определенного пользователем нижнего предела (например, половины его первоначально заряженного напряжения). В этот момент банк 624 конденсаторов большой емкости отсоединяется от конденсатора 606 DC линии через переключатель 616 соединения/разъединения, и нормальное функционирование продолжается с питанием от контактного провода. Во время режима торможения, банк 624 конденсаторов большой емкости заряжается через переключатель 616 соединения/разъединения, DC/DC преобразователь 618 и дроссель/реактор 622.
[0031] Отметим, что банк 624 конденсаторов большой емкости может также заряжаться от других источников электроэнергии (также называемых вспомогательными источниками питаниями). Например, банк 624 конденсаторов большой емкости может заряжаться от дизельного двигателя 202 и генератора 206 (см. Фиг.2), когда дизельный двигатель 202 бездействует. В качестве другого примера, банк 624 конденсаторов большой емкости может заряжаться электрической мощностью, поставляемой системой 604 DC питающей мощности от контактного провода.
[0032] Фиг.7 показывает блок-схему этапов для уменьшения пиковой мощности, отобранной из системы питания от контактного провода. В одном варианте осуществления изобретения этапы выполняются контроллером 612 распределения энергии конденсаторов большой емкости (см.фиг.6). На этапе 702 проверяется напряжение банк 624 конденсаторов большой емкости. Процесс затем переходит к этапу 704, в котором определяется состояние заряда банка 624 конденсаторов большой емкости. В варианте осуществления банк 624 конденсаторов большой емкости рассматривается как заряженный, если напряжение банка конденсаторов большой емкости больше, чем определенное пользователем значение Vo (в пределах определенного пользователем допуска). Если банк 624 конденсаторов большой емкости не заряжен, то процесс переходит к этапу 706, на котором банк 624 конденсаторов большой емкости заряжается. Как обсуждено выше, банк 624 конденсаторов большой емкости может быть заряжен через различные определенные пользователем источники энергии.
[0033] Если банк 624 конденсаторов большой емкости заряжен, то способ переходит к этапу 708, на котором определяется подключение транспортной вагонетки к системе питания от контактного провода. Если транспортная вагонетка подключена, то процесс переходит к этапу 710, на котором проверяется напряжение банка конденсаторов большой емкости. Процесс затем переходит к этапу 712, на котором напряжение банка конденсаторов большой емкости сравнивается с определенным пользователем напряжением нижнего предела VLL. Как обсуждено выше, в некоторых проектируемых системах устанавливается VLL=V0/2. Если напряжение банка 624 конденсаторов большой емкости больше, чем VLL, то процесс переходит к этапу 714, на котором мощность подается банком 624 конденсаторов большой емкости на конденсатор 606 DC линии. Процесс затем возвращается к этапу 708. Банк 624 конденсаторов большой емкости продолжает подавать мощность на конденсатор DC линии 606, пока транспортная вагонетка подключена к системе питания от контактного провода, и напряжение банка конденсаторов большой емкости больше, чем VLL. Возвращаясь к этапу 712, если напряжение банка конденсаторов большой емкости не больше, чем VLL, то процесс возвращается к этапу 706, на котором банк 624 конденсаторов большой емкости заряжается.
[0034] Возвращаясь на этап 708, если вагонетка не подключена к системе питания от контактного провода, то процесс переходит на этап 716, на котором определяется состояние торможения транспортной вагонетки. Если транспортная вагонетка находится в состоянии торможения, то процесс переходит к этапу 718, на котором проверяется состояние заряда банка конденсаторов большой емкости. Если банк конденсаторов большой емкости не полностью заряжен, то процесс переходит на этап 720. Полностью заряженное состояние может быть определено, например, максимальным пределом напряжения на банке 624 конденсаторов большой емкости. На этапе 720 мощность торможения поглощается от конденсатора DC линии, и процесс затем возвращается к этапу 706, на котором мощность торможения используется для заряда банка 624 конденсаторов большой емкости. На этапе 718, если банк 624 конденсаторов большой емкости полностью заряжен, то процесс переходит на этап 722, в котором избыточная мощность торможения сжигается посредством прерывателя и сетки силовых резисторов. Возвращаясь к этапу 716, если транспортная вагонетка не находится в состоянии торможения, то процесс возвращается к этапу 702, и напряжение банка 624 конденсаторов большой емкости продолжает контролироваться.
[0035] На этапе 722 избыточная мощность сжигается. Способ и система для возврата лишней мощности торможения в сеть энергоснабжения или вспомогательную систему аккумулирования энергии описаны в совместно поданной патентной заявке США № 12/604,571 (дело поверенного № 2009P12871US).
[0036] Вариант осуществления вычислительной системы для реализации контроллера 612 распределения энергии конденсаторов большой емкости (фиг.6) показан на фиг.8. Вычислительная система 802, как правило, располагается в транспортной вагонетке; однако возможны другие местоположения. Специалист в данной области техники может создать вычислительную систему 802 из различных комбинаций аппаратных средств, программируемого оборудования и программного обеспечения. Специалист в данной области техники может создать вычислительную систему 802 из различных электронных компонентов, включая один или более микропроцессоров общего назначения, один или более процессоров цифрового сигнала, одну или более специализированных (ориентированных на приложение) интегральных схем (ASIC) и одну или более вентильных матриц с эксплуатационным программированием (FPGA).
[0037] Вычислительная система 802 содержит компьютер 806, который включает в себя центральный процессор (CPU) 808, память 810 и устройство 812 хранения данных. Устройство 812 хранения данных 812 содержит по меньшей мере один постоянный считываемый компьютером носитель, такой как энергонезависимая полупроводниковая память, магнитный жесткий диск и память на компакт-дисках только для считывания. В варианте осуществления изобретения компьютер 806 осуществлен как интегральное устройство.
[0038] Вычислительная система 802 может также содержать пользовательский интерфейс 814 ввода/вывода, который соединяет компьютер 806 с пользовательским устройством 822 ввода/вывода. Примеры пользовательского устройства 822 ввода/вывода включают в себя клавиатуру, мышь и локальный терминал доступа. Данные, включая исполняемый компьютером код, могут быть переданы к/от компьютера 806 через интерфейс 814 ввода/вывода.
[0039] Вычислительная система 802 может дополнительно содержать интерфейс 816 коммуникационной сети, который соединяет компьютер 806 с сетью 824 удаленного доступа. Примеры сети 824 удаленного доступа включают локальную сеть и глобальную сеть (линии связи могут быть беспроводными). Пользователь может получить доступ к компьютеру 806 через терминал удаленного доступа (не показан). Данные, включая исполняемые компьютером коды, могут быть переданы к/от компьютера 806 через интерфейс 816 коммуникационной сети.
[0040] Вычислительная система 802 может дополнительно содержать интерфейс 818 блока аккумулирования электроэнергии на основе конденсаторов большой емкости, который соединяет компьютер 806 с блоком 614 аккумулирования электроэнергии на основе конденсаторов большой емкости (см.фиг.6). Вычислительная система 802 может дополнительно содержать интерфейс 820 системы моторного привода, который соединяет компьютер 806 с системой 630 электропривода. Интерфейс 820 системы моторного привода, например, получает данные 628 системы моторного привода.
[0041] Как известно, компьютер работает под управлением программного обеспечения, которое определяет всю работу компьютера и приложений. Центральный процессор 808 средств управляет всей работой компьютера и приложений путем исполнения инструкций компьютерной программы, которые определяют работу в целом и приложения. Инструкции компьютерной программы могут быть сохранены в устройстве 812 хранения данных и загружены в память 810, когда желательно выполнение инструкций программы. Этапы способа, показанные в блок-схеме на фиг.7, могут быть определены инструкциями компьютерной программы, сохраненными в памяти 810 или в устройстве 812 хранения данных (или в комбинации памяти 810 и устройства 812 хранения данных), и управляемыми центральным процессором 808, выполняющим инструкции компьютерной программе. Например, инструкции компьютерной программы могут быть реализованы как исполняемый компьютером код, программируемый специалистом в данной области техники, чтобы выполнять алгоритмы, реализующие этапы способа, показанные в блок-схеме на фиг.7. Соответственно, выполняя инструкции компьютерной программы, центральный процессор 808 выполняет алгоритмы, реализующие этапы способа, показанные в блок-схеме на фиг.7.
[0042] В дополнение к сокращению пикового потребления мощности от системы питания от контактного провода и увеличения полной эффективности за счет утилизации энергии торможения, система конденсаторов большой емкости также уменьшает изнашивание контактного провода и контакта, таким образом увеличивая надежность и срок службы системы питания от контактного провода. Как ранее показано в электрической блок-схеме на фиг.2, транспортная вагонетка отбирает мощность из системы питания от контактного провода, соединяясь с контактным проводом 230 и контактным проводом 232 через рычаг 234 токосъемника и рычаг 236 токосъемника, соответственно. Фиг.9A (вид сбоку) и фиг.9B (вид с торца) показывает механическую схему физического сцепления между рычагом токосъемника и контактным проводом. См.фиг.9A. Контактный провод 902 является голым металлическим кабелем, как правило, изготавливаемым из сплава меди большой проводимости. Контактный блок 904, поддерживаемый рычагом 906 токосъемника скользит вдоль контактного провода 902 по мере движения транспортной вагонетки. Электрическая мощность передается от контактного провода 902 к транспортной вагонетке через контактный блок 904 и фидерный кабель (не показан), проходящий по рычагу 906 токосъемника. См. фиг.9B. Контактный блок 904 контактирует с контактным проводом 902 через контактную полосу 908, которая изготовлена из материала большой проводимости с низким трением (как правило, углеродное соединение).
[0043] По мере движения транспортной вагонетке имеет место механический износ на переходе между контактным проводом 902 и контактной полосой 908. Механический износ ускоряется за счет тепла, вырабатываемого контактным проводом 902 при высоких токовых нагрузках. По мере того как контактная полоса 908 изнашивается, сопротивление контакта между контактным проводом 902 и контактной полосой 908 увеличивается, приводя к дальнейшему нагреванию. Дополнительно, контактный провод 902 изнашивается. По мере того как диаметр контактного провода 902 уменьшается, его сопротивление увеличивается, вновь приводя к дальнейшему нагреванию. За счет уменьшения пикового тока, отбираемого через контактный провод 902, срок службы контактной полосы 908 и контактного провода 902 может быть увеличен.
[0044] В варианте осуществления изобретения контроллер 612 распределения энергии конденсаторов большой емкости (см. фиг.6) контролирует рабочие характеристики системы питания от контактного провода через данные 628 системы моторного привода. Рабочие характеристики включают в себя напряжение DC линии и ток, протекающий по контактному проводу. Когда ток превышает определенный пользователем верхний предел тока, мощность подается на конденсатор 606 DC линии от банка 624 конденсаторов большой емкости. Для заданной емкости аккумулирования энергии в банке 624 конденсаторов большой емкости, верхний предел тока может быть установлен, чтобы поставлять пиковый ток в течение максимальной длительности.
[0045] Варианты осуществления были описаны в отношении шахтной транспортной вагонетки. Специалисты в данной области техники могут разработать варианты осуществления для других транспортных средств, приводимых электрическими моторами.
[0046] Предшествующее подробное описание должно пониматься как являющееся во всех отношениях иллюстративным и примерным, но не ограничительное, и объем изобретения, раскрытого здесь, должен определяться не из подробного описания, а из формулы изобретения, интерпретируемой в соответствии с полной широтой, допускаемой патентным правом. Понятно, что варианты осуществления, показанные и описанные здесь, только иллюстрируют принципы настоящего изобретения и что различные модификации могут быть осуществлены специалистами в данной области техники без отклонения объема и сущности изобретения. Специалисты в данной области техники могут реализовать различные другие комбинации признаков без отклонения от объема и сущности изобретения.
1. Способ для подачи электрической мощности на электрический мотор на транспортном средстве, причем электрический мотор работает в по меньшей мере одном интервале движения и в по меньшей мере одном интервале торможения, причем способ содержит этапы
зарядки бортовой системы аккумулирования электроэнергии электрической мощностью от электрического мотора в течение по меньшей мере одного интервала торможения;
подачи электрической мощности на электрический мотор в течение по меньшей мере одного интервала движения с использованием электрической мощности от бортовой системы аккумулирования электроэнергии и системы питания от контактного провода;
контроля мощности, подаваемой от системы питания от контактного провода на электрический мотор;
определения, является ли мощность, подаваемая от системы питания от контактного провода, большей, чем определенный пользователем предел мощности; и
подачи мощности от бортового блока аккумулирования электроэнергии только, когда мощность, подаваемая от системы питания от контактного провода, больше, чем определенный пользователем предел мощности.
2. Способ по п. 1, в котором этап подачи электрической мощности на электрический мотор включает этап:
подачи электрической мощности на электрический мотор в течение по меньшей мере одного интервала движения с использованием электрической мощности одновременно от бортовой системы аккумулирования электроэнергии и от системы питания от контактного провода.
3. Способ по п. 1, в котором
бортовая система аккумулирования электроэнергии включает в себя по меньшей мере один конденсатор большой емкости.
4. Способ по п. 3, дополнительно содержащий этапы
контроля напряжения на по меньшей мере одном конденсаторе большой емкости;
определение, является ли напряжение большим, чем предел напряжения; и
подачи электрической мощности от бортовой системы аккумулирования электроэнергии, только когда напряжение больше, чем предел напряжения.
5. Способ по п. 1, в котором
бортовая система аккумулирования электроэнергии включает в себя по меньшей мере один аккумулятор.
6. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап
зарядки бортовой системы аккумулирования электроэнергии электрической мощностью, поставляемой от вспомогательного источника электропитания.
7. Способ по п. 6, в котором
вспомогательный источник электропитания включает в себя генератор, приводимый в действие двигателем.
8. Способ по п. 6, в котором
вспомогательный источник электропитания включает в себя систему питания от контактного провода.
9. Система электропитания для подачи электрической мощности на электрический мотор на транспортном средстве, при этом электрический мотор выполнен с возможностью отбора электрической мощности в течение по меньшей мере одного интервала движения и генерации электрической мощности в течение по меньшей мере одного интервала торможения, при этом система электропитания содержит
бортовую систему аккумулирования электроэнергии,
выполненную с возможностью приема электрической мощности, генерированной электрическим мотором в течение по меньшей мере одного интервала торможения; и
инвертор, выполненный с возможностью
приема электрической мощности от бортовой системы аккумулирования электроэнергии;
приема электрической мощности от системы питания от контактного провода;
подачи электрической мощности на электрический мотор; и
контроллер, сконфигурированный для
подачи электрической мощности на электрический мотор только от системы питания от контактного провода, когда электрическая мощность, отбираемая электрическим мотором в течение по меньшей мере одного интервала движения, меньше или равна пределу мощности; и
подачи первой электрической мощности на электрический мотор от системы питания от контактного провода и второй электрической мощности на электрический мотор от бортовой системы аккумулирования электроэнергии, когда электрическая мощность, отбираемая электрическим мотором, больше, чем предел мощности.
10. Система электропитания по п. 9, в которой
бортовая система аккумулирования электроэнергии включает в себя по меньшей мере один конденсатор большой емкости.
11. Система электропитания по п. 10, дополнительно содержащая контроллер, конфигурированный для
контроля напряжения на по меньшей мере одном конденсаторе большой емкости;
определения, является ли напряжение большим, чем предел напряжения; и
подачи электрической мощности от бортовой системы аккумулирования электроэнергии, только когда напряжение больше, чем предел напряжения.
12. Система электропитания по п. 9, в которой
бортовая система аккумулирования электроэнергии включает в себя по меньшей мере один аккумулятор.
13. Система электропитания по п. 9, дополнительно содержащая
двигатель и
электрический генератор, связанный с двигателем, причем электрический генератор выполнен с возможностью подачи электрической мощности в бортовую систему аккумулирования электроэнергии.
14. Способ для увеличения срока службы системы питания от контактного провода, причем система питания от контактного провода содержит контактный провод, контактную полосу и фидерный кабель, проводящий электрический ток от контактного провода на электрический мотор на транспортном средстве, причем электрический мотор работает в по меньшей мере одном интервале движения и по меньшей мере одном интервале торможения, при этом способ содержит этапы
зарядки бортовой системы аккумулирования электроэнергии электрической мощностью от электрического мотора в течение по меньшей мере одного интервала торможения;
контроля тока, текущего через контактный провод;
определения, является ли ток большим, чем предел тока;
подачи электрической мощности на электрический мотор только от контактного провода, когда ток меньше или равен пределу тока; и
подачи первой электрической мощности на электрический мотор от контактного провода и второй электрической мощности на электрический мотор от системы аккумулирования электроэнергии, когда ток больше, чем предел тока.
15. Способ по п. 14, в котором
бортовая система аккумулирования электроэнергии включает в себя по меньшей мере один конденсатор большой емкости.
16. Способ по п. 14, в котором
бортовая система аккумулирования электроэнергии включает в себя по меньшей мере один аккумулятор.
17. Устройство для подачи электрической мощности на электрический мотор на транспортном средстве, причем электрический мотор работает в по меньшей мере одном интервале движения и в по меньшей мере одном интервале торможения, причем устройство содержит
средство для зарядки бортовой системы аккумулирования электроэнергии с использованием электрической мощности от электрического мотора в течение по меньшей мере одного интервала торможения;
средство для подачи электрической мощности на электрический мотор в течение по меньшей мере одного интервала движения с использованием электрической мощности от бортовой системы аккумулирования электроэнергии и системы питания от контактного провода;
средство для контроля мощности, подаваемой от системы питания от контактного провода на электрический мотор;
средство для определения, является ли мощность, подаваемая от системы питания от контактного провода, большей, чем определенный пользователем предел мощности; и
средство для подачи мощности от бортовой системы аккумулирования электроэнергии, только когда мощность, подаваемая от системы питания от контактного провода, больше, чем определенный пользователем предел мощности.
18. Устройство по п. 17, в котором средство для подачи электрической энергии на электрический мотор содержит
средство для подачи электрической мощности на электрический мотор в течение по меньшей мере одного интервала с использованием электрической мощности одновременно от бортовой системы аккумулирования электроэнергии и от системы питания от контактного провода.
19. Устройство по п. 17, в котором
бортовая система аккумулирования электроэнергии включает в себя по меньшей мере один конденсатор большой емкости.
20. Устройство по п. 19, дополнительно содержащее
средство для контроля напряжения на по меньшей мере одном конденсаторе большой емкости;
средство для определения, является ли напряжение большим, чем предел напряжения; и
средство для подачи электрической мощности от бортовой системы аккумулирования электроэнергии, только когда напряжение больше, чем предел напряжения.
21. Устройство по п. 17, в котором
бортовая система аккумулирования электроэнергии включает в себя по меньшей мере один аккумулятор.
22. Устройство по п. 17, дополнительно содержащее
средство для зарядки бортовой системы аккумулирования электроэнергии с использованием электрической мощности, подаваемой от вспомогательного источника электропитания.
23. Устройство по п. 22, в котором
вспомогательный источник электропитания содержит генератор, приводимый в действие двигателем.
24. Устройство по п. 22, в котором
вспомогательный источник электропитания содержит систему питания от контактного провода.
25. Устройство для увеличения срока службы системы питания от контактного провода, причем система питания от контактного провода содержит контактный провод, контактную полосу и фидерный кабель, проводящий электрический ток от контактного провода на электрический мотор на транспортном средстве, причем электрический мотор работает в по меньшей мере одном интервале движения и в по меньшей мере одном интервале торможения, при этом устройство содержит
средство для зарядки бортовой системы аккумулирования электроэнергии с использованием электрической мощности от электрического мотора в течение по меньшей мере одного интервала торможения;
средство для контроля тока, текущего через контактный провод;
средство для определения, является ли ток большим, чем предел тока;
средство для подачи электрической мощности на электрический мотор только от контактного провода, когда ток меньше или равен пределу тока; и
средство для подачи первой электрической мощности на электрический мотор от контактного провода и второй электрической мощности на электрический мотор от системы аккумулирования электроэнергии, когда ток больше, чем предел тока.
26. Устройство по п. 25, в котором
система аккумулирования электроэнергии включает в себя по меньшей мере один конденсатор большой емкости.
27. Устройство по п. 25, в котором
система аккумулирования электроэнергии включает в себя по меньшей мере один аккумулятор.
