Dimensioning of electro-hydraulics for a battery electric loader
Siivonen, Janne (2021)
Diplomityö
2021
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021111755769
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021111755769
Tiivistelmä
This thesis describes a dimensioning process of electro-hydraulic and power electronic control components for an underground wheel loader. The purpose of the work is to establish basic principles regarding energy efficiency and mechanical and electrical protection for responsible industrialization of the product.
Comparisons between different hydraulic pumps, AC electrical motors and control methods are made to select components that as a whole fulfill the set requirements for the loader. In addition, energy efficiency and prime cost of production are in balance. Another major importance of any battery electric vehicle is balancing of batteries so that the actuators can work at maximum power at all times when needed and to prolong their total lifetime.
The result of this thesis is to provide a progressive dimensioning manual for hydraulic pumps, electrical motors and frequency converters. The dimensioning of motor power cables is described. In this vehicle, additional EMC protections are of no importance because of short cabling. Työssä mitoitetaan sähköhydrauliikan ja sitä ohjaavien tehoelektroniikan komponentteja maanalaiseen kaivokseen soveltuvaan pyöräkuormaajaan. Työssä on tarkoitus esittää energiatehokkuuteen ja osien mekaaniseen ja sähköiseen suojaukseen liittyviä perusperiaatteita, jotta kuormaajan tuotteistus olisi mahdollisimman vastuullista.
Vertailun kohteena on muun muassa eri hydrauliikkapumpputyypit, sähkömoottorityyppit ja ohjausstrategiat. Näitä vertaamalla on tarkoitus löytää komponentit ja metodit, joilla kuormaajalle asetettujen vaatimuksien ehdot täyttyvät. Sen lisäksi hyötysuhteen ja kokonaisuuden hinnan tulee olla tasapainossa. Erityisen tärkeä asia akkukäyttöisessä kulkuneuvossa on myös akkujen tasapainottaminen, jotta kone saa aina tarvittavan maksimimäärän tehoa toimilaitteisiin, jolloin myös akkujen käyttöikä pitenee.
Työn tuloksena on askelittainen suunnittelumenetelmä hydrauliikkapumpulle, sähkömoottorille ja taajuusmuuntajalle, jotka ovat kaikki liitoksissa toisiinsa. Moottorin voimakaapelien pituuteen liittyvään EMC-suojaukseen vaadittavia suotimia ei ole tarvetta asentaa lyhyiden johtojen takia.
Comparisons between different hydraulic pumps, AC electrical motors and control methods are made to select components that as a whole fulfill the set requirements for the loader. In addition, energy efficiency and prime cost of production are in balance. Another major importance of any battery electric vehicle is balancing of batteries so that the actuators can work at maximum power at all times when needed and to prolong their total lifetime.
The result of this thesis is to provide a progressive dimensioning manual for hydraulic pumps, electrical motors and frequency converters. The dimensioning of motor power cables is described. In this vehicle, additional EMC protections are of no importance because of short cabling.
Vertailun kohteena on muun muassa eri hydrauliikkapumpputyypit, sähkömoottorityyppit ja ohjausstrategiat. Näitä vertaamalla on tarkoitus löytää komponentit ja metodit, joilla kuormaajalle asetettujen vaatimuksien ehdot täyttyvät. Sen lisäksi hyötysuhteen ja kokonaisuuden hinnan tulee olla tasapainossa. Erityisen tärkeä asia akkukäyttöisessä kulkuneuvossa on myös akkujen tasapainottaminen, jotta kone saa aina tarvittavan maksimimäärän tehoa toimilaitteisiin, jolloin myös akkujen käyttöikä pitenee.
Työn tuloksena on askelittainen suunnittelumenetelmä hydrauliikkapumpulle, sähkömoottorille ja taajuusmuuntajalle, jotka ovat kaikki liitoksissa toisiinsa. Moottorin voimakaapelien pituuteen liittyvään EMC-suojaukseen vaadittavia suotimia ei ole tarvetta asentaa lyhyiden johtojen takia.