專利名稱：慣性拖曳設(shè)備能量回收方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種慣性拖曳設(shè)備能量回收方法及裝置。
背景技術(shù)：
目前工礦企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中的空耗能和未加利用能耗，前者如電動機(jī)額定功率大于設(shè)備平均運(yùn)行功率，后者如游梁式抽油機(jī)下沖程電動機(jī)發(fā)電產(chǎn)生的可利用能量。由于變頻器直流母線濾波電容的容量出于成本等因素，其容量不大，只能起到改善直流電效果的作用，不能較長時間平峰使其電壓值在安全范圍內(nèi)。在電動機(jī)被動發(fā)電而產(chǎn)生再生電壓時，此時的電壓達(dá)700-950V，大大高于正常電壓值，致使變頻器頻頻保護(hù)而停止運(yùn)行，甚至因電壓過高燒損相關(guān)器件而嚴(yán)重影響生產(chǎn)作業(yè)。雖然采用當(dāng)今流行的能量回饋器技術(shù)，但能量回收效果甚微，實測回收率僅為2-6%，充其量僅能起到變頻器的再生過壓保護(hù)器的作用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到國家發(fā)改委提出的“節(jié)能、降耗”和“發(fā)展使用綠色新能源”的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可將工礦企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中的空耗能及未加利用能耗加以收集并儲存，實現(xiàn)回收能量的二次利用，達(dá)到節(jié)能降耗目的的慣性拖曳設(shè)備能量回收方法及裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種慣性拖曳設(shè)備能量回收方法，其特殊之處是采用由蓄電池組、并聯(lián)在蓄電池組兩端的大容量電容組、接在蓄電池組正極和和充放電端之間的充電電路和由控制器控制的放電電路以及接在充放電端的過盈放電電路構(gòu)成的能量回收裝置，將充放電端接在變頻器直流母線上，在由變頻器供電的電動機(jī)被動發(fā)電即變頻器直流母線產(chǎn)生再生電壓時，充電電路導(dǎo)通，直流母線電壓被蓄電池組鉗位在安全范圍內(nèi)，大容量電容組和蓄電池組共同參與能量吸收與儲存；當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)入非發(fā)電狀態(tài)時，由控制器發(fā)出控制信號使放電電路導(dǎo)通并當(dāng)大容量電容組兩端電壓高于變頻器直流母線電壓時，蓄電池組和大容量電容組的電壓使接在三相電上的整流器內(nèi)部二極管反向截止而禁止三相電向變頻器輸送能量，此時蓄電池組和大容量電容組的能量參與電動機(jī)供電；當(dāng)蓄電池組和大容量電容組的電壓降低至整流器的輸出電壓時，三相電向變頻器輸送能量，通過控制器監(jiān)測蓄電池組充放電贏虧狀態(tài)，當(dāng)蓄電池組過贏時，通過控制器控制使過贏放電電路導(dǎo)通進(jìn)行放電，當(dāng)過虧時通過控制器控制使放電電路關(guān)斷，從而保證蓄電池組不會過贏過虧；在電動機(jī)工作過程中，大容量電容組提供電能持續(xù)用于井上作業(yè)照明和井口防蠟加熱。上述的慣性拖曳設(shè)備能量回收方法，所述的能量回收裝置由多組回收單元組成， 每組回收單元中的大容量電容組兩端通過一個聯(lián)機(jī)運(yùn)行二極管、緩存蓄電池與應(yīng)急逆變電源相連，其中聯(lián)機(jī)運(yùn)行二極管接在大容量電容組和緩存蓄電池的正極之間，應(yīng)急逆變電源引出聯(lián)機(jī)供電輸出端接三相四線用電設(shè)備，用來實現(xiàn)部分生產(chǎn)、生活、辦公場合的供電。上述的慣性拖曳設(shè)備能量回收方法，所述的放電電路是由串聯(lián)在蓄電池組正極和充放電端之間的第一防逆向二極管和控制開關(guān)Kl組成，所述的充電電路是由串聯(lián)在充放電端和蓄電池組正極之間的控制開關(guān)K2和第二防逆向二極管組成，其中控制開關(guān)K1、控制開關(guān)K2與控制器相連。上述的慣性拖曳設(shè)備能量回收方法，所述的充電電路是由接在充放電端和蓄電池組正極之間的二極管組成，所述的放電電路是由接在蓄電池組正極和充放電端的控制開關(guān) K4組成，所述的控制開關(guān)K4與控制器相連。上述的慣性拖曳設(shè)備能量回收方法，所述的過贏放電電路是由接在充放電端和直流母線負(fù)端之間的放電電阻及控制開關(guān)K3構(gòu)成，所述的控制開關(guān)K3與控制器相連。一種慣性拖曳設(shè)備能量回收裝置，包括蓄電池組、充放電端，其特殊之處是在蓄電池組兩端并聯(lián)有大容量電容組，在蓄電池組正極和充放電端之間接有放電電路，在充放電端和蓄電池組正極之間接有充電電路，在充放電端還接有過贏放電電路，所述的大容量電容組兩端引出供電輸出端。上述的慣性拖曳設(shè)備能量回收裝置，所述的蓄電池組、大容量電容組、放電電路、 充電電路、過贏放電電路為多組且分別組成一個回收單元，每組回收單元中的大容量電容組兩端分別通過聯(lián)機(jī)運(yùn)行二極管、緩存蓄電池與應(yīng)急逆變電源相連，其中聯(lián)機(jī)運(yùn)行二極管接在大容量電容組和緩存蓄電池的正極之間，應(yīng)急逆變電源引出聯(lián)機(jī)供電輸出端。上述的慣性拖曳設(shè)備能量回收裝置，所述的放電電路是由串聯(lián)在蓄電池組正極和充放電端之間的第一防逆向二極管和控制開關(guān)Kl組成，所述的充電電路是由串聯(lián)在充放電端和蓄電池組正極之間的控制開關(guān)K2和第二防逆向二極管組成。上述的慣性拖曳設(shè)備能量回收裝置，所述的放電電路是由接在蓄電池組正極和充放電端之間的控制開關(guān)K4構(gòu)成，所述的充電電路是由接在充放電端和蓄電池組正極之間的二極管組成。上述的慣性拖曳設(shè)備能量回收裝置，所述的過贏放電電路是由串聯(lián)的放電電阻及控制開關(guān)K3組成。本發(fā)明可應(yīng)用在石油開采井上作業(yè)、離心甩干等有慣性拖曳設(shè)備，回收的能量除可做井上生產(chǎn)作業(yè)時的燈光照明及井口防結(jié)蠟加熱外，還可以通過多個聯(lián)機(jī)運(yùn)行二極管將多臺變頻器并行組合工作，把多臺設(shè)備回收的能量用以實現(xiàn)部分生產(chǎn)、生活、辦公場合的供電等，如將抽油機(jī)下沖能量加以收集并儲存，在抽油機(jī)上沖程狀態(tài)時將該能量提供給電動機(jī)或其它用途，從而實現(xiàn)真正意義上的實效節(jié)能，即變頻節(jié)電、可變沖次節(jié)電、下沖終點(diǎn)間歇候油節(jié)電和下沖程能量再利用的綜合節(jié)能措施。


圖1是本發(fā)明(單臺運(yùn)行)的電路方框圖； 圖2是本發(fā)明的電路原理圖(對應(yīng)實施例1)； 圖3是本發(fā)明的電路原理圖(對應(yīng)實施例2)； 圖4是本發(fā)明(多臺聯(lián)機(jī)運(yùn)行)的電路方框圖。圖中蓄電池組1，供電輸出端2、3，充放電端4，放電電路5，充電電路6，過贏放電電路7，控制器8，變頻器9，大容量電容組C，濾波電容Cl，第一防逆向二極管D1，第二防逆向二極管D2，二極管D3，聯(lián)機(jī)運(yùn)行二極管D4，控制開關(guān)K1，第二控制開關(guān)K2，控制開關(guān)K3，控制開關(guān)K4，放電電阻R1，三相整流器DR1、輸出功率逆變晶體管MT，三相電A、B、C，緩存蓄電池BAT，應(yīng)急逆變電源EPS，聯(lián)機(jī)供電輸出端EA、EB、EC和EN。
具體實施例方式實施例1
如圖ι所示，本發(fā)明包括一個蓄電池組1、充放電端4，在蓄電池組1兩端并聯(lián)有大容量電容組C，在蓄電池組1的正極和充放電端4之間接有由串聯(lián)的第一防逆向二極管Dl和控制開關(guān)Kl構(gòu)成的放電電路5，在充放電端4和蓄電池組1的正極之間接有由串聯(lián)的第二控制開關(guān)K2和第二防逆向二極管D2構(gòu)成的充電電路6，在充放電端4接有由串聯(lián)的放電電阻 Rl及控制開關(guān)K3組成的過贏放電電路7，所述的過贏放電電路7的另一端使用時接直流母線負(fù)端。所述的大容量電容組C的兩端引出用于回收能量的供電輸出端2、3。所述的控制開關(guān)K1、K2、K3可以采用機(jī)械開關(guān)、電觸點(diǎn)、開關(guān)管、VM0S、IGBT、晶閘管等，本實施例以采用開關(guān)管為例。實際接線時，控制開關(guān)ΚΙ、K2、K3的控制端與控制器8 (可采用PLC、RTU、單片機(jī)等)相連，控制器8的輸入端與蓄電池組1及由三相整流器DR1、濾波電容Cl、輸出功率逆變晶體管MT組成的變頻器9的直流母線正端相連，充放電端4與變頻器9的直流母線正端相連，供電輸出端與井上生產(chǎn)作業(yè)時的照明燈和/或井口防結(jié)蠟加熱器相連。在電動機(jī)D被動發(fā)電(變頻器直流母線產(chǎn)生再生電壓)時，控制器8輸出控制信號使控制開關(guān)K2導(dǎo)通，其能量(直流母線電壓)被蓄電池組1鉗位在安全范圍內(nèi)，大容量電容組C和蓄電池組1共同參與能量吸收與儲存；當(dāng)電動機(jī)D轉(zhuǎn)入非發(fā)電狀態(tài)時，由控制器8發(fā)出控制信號使控制開關(guān)Kl開通，只要大容量電容組C兩端電壓高于變頻器9內(nèi)部的三相整流器DRI的輸出電壓，蓄電池組1和大容量電容組C的電壓使整流器DRI內(nèi)部二極管反向截止而禁止三相電向變頻器9輸送能量，此時只有蓄電池組1和大容量電容組C的能量參與電動機(jī)D供電，當(dāng)其電壓降低至三相整流器DRI的輸出電壓時，才允許三相電A、B、C向變頻器9輸送能量，通過控制器8監(jiān)測蓄電池組1充放電贏虧狀態(tài)，當(dāng)蓄電池組1過贏時，通過控制器8控制使過贏放電電路7導(dǎo)通進(jìn)行放電，當(dāng)過虧時通過控制器8控制使放電電路 5關(guān)斷，保證蓄電池組1不會過充過放。在電動機(jī)D工作過程中，大容量電容組C提供電能可持續(xù)用于井上作業(yè)照明和井口防蠟加熱。實施例2
如圖2所示，本發(fā)明包括一個蓄電池組1、充放電端4，在蓄電池組1兩端并聯(lián)有大容量電容組C，在蓄電池組1的正極和充放電端4之間接有由二極管D3構(gòu)成的放電電路5，在充放電端4和蓄電池組1的正極之間接有由控制開關(guān)K4構(gòu)成的充電電路6，在充放電端4接有由串聯(lián)的放電電阻Rl及控制開關(guān)K3組成的過贏放電電路7，所述的過贏放電電路7的另一端使用時接直流母線負(fù)端。所述的大容量電容組C的兩端引出用于回收能量的供電輸出端2、3。所述的控制開關(guān)K3、K4可以采用機(jī)械開關(guān)、電觸點(diǎn)、開關(guān)管、VMOS、IGBT、晶閘管等，本實施例以采用開關(guān)管為例。實際接線時，控制開關(guān)K3、K4的控制端與控制器8 (可采用PLC、RTU、單片機(jī)等)相連，控制器8的輸入端與蓄電池組1及由三相整流器DR1、濾波電容Cl、輸出功率逆變晶體管MT組成的變頻器9的直流母線正端相連，充放電端4與變頻器9的直流母線相連，供電輸出端與井上生產(chǎn)作業(yè)時的照明燈和/或井口防結(jié)蠟加熱器相連。在電動機(jī)D被動發(fā)電(變頻器直流母線產(chǎn)生再生電壓)時，控制器8輸出控制信號使控制開關(guān)K4導(dǎo)通，其能量(直流母線電壓)被蓄電池組1鉗位在安全范圍內(nèi)，大容量電容組C和蓄電池組1共同參與能量吸收與儲存；當(dāng)電動機(jī)D轉(zhuǎn)入非發(fā)電狀態(tài)時，只要大容量電容組C兩端電壓高于變頻器9內(nèi)部的三相整流器DRI的輸出電壓，蓄電池組1和大容量電容組C的電壓使整流器DRI內(nèi)部二極管反向截止而禁止三相電向變頻器9輸送能量，此時只有蓄電池組1和大容量電容組C的能量參與電動機(jī)D供電，當(dāng)其電壓降低至三相整流器 DRI的輸出電壓時，才允許三相電向變頻器9輸送能量，通過控制器8監(jiān)測蓄電池組1充放電贏虧狀態(tài)，當(dāng)蓄電池組1過贏時，通過控制器8控制使過贏放電電路7導(dǎo)通進(jìn)行放電，當(dāng)過虧時通過控制器8控制使放電電路5關(guān)斷，保證蓄電池組1不會過充過放。在電動機(jī)D 工作過程中，大容量電容組C提供電能可持續(xù)用于井上作業(yè)照明和井口防蠟加熱。實施例3
如圖4所示，本發(fā)明包括多組回收單元，每組回收單元如實施例1、實施例2所述，分別由一個蓄電池組1、大容量電容組C，充電電路6、放電電路5和過贏放電電路7組成。所述的大容量電容組C兩端引出單機(jī)供電輸出端2、3，每組回收單元中的大容量電容組C兩端分別通過一個聯(lián)機(jī)運(yùn)行二極管D4、緩存蓄電池BAT與用于產(chǎn)生工頻用電的應(yīng)急逆變電源EPS 相連，其中聯(lián)機(jī)運(yùn)行二極管D4接在蓄電池組1的正極2和緩存蓄電池BAT的正極之間，所述的應(yīng)急逆變電源EPS輸出端即為用來回收能量的聯(lián)機(jī)供電輸出端EA、EB、EC和EN。實際接線時，控制器8的輸入端與蓄電池組1及由三相整流器DR1、濾波電容Cl、 輸出功率逆變晶體管MT組成的變頻器9的直流母線正端相連，充放電端4分別與對應(yīng)的變頻器9的直流母線相連。單臺供電輸出端2、3與井上生產(chǎn)作業(yè)時的照明燈和/或井口防結(jié)蠟加熱器相連，聯(lián)機(jī)供電輸出端EA、EB、EC和EN接三相四線用電設(shè)備。工作時，電動機(jī)D被動發(fā)電(變頻器直流母線產(chǎn)生再生電壓)時，其能量(直流母線電壓)被蓄電池組1鉗位在安全范圍內(nèi)，大容量電容組C和蓄電池組1共同參與能量吸收與儲存；當(dāng)電動機(jī)D轉(zhuǎn)入非發(fā)電狀態(tài)時，由控制器8發(fā)出控制信號使放電電路5導(dǎo)通， 只要大容量電容組C兩端電壓高于變頻器9內(nèi)部的三相整流器DRI的輸出電壓，蓄電池組 1和大容量電容組C的電壓使整流器DRI內(nèi)部二極管反向截止而禁止三相電向變頻器9輸送能量，此時只有蓄電池組1和大容量電容組C的能量參與電動機(jī)D供電，當(dāng)其電壓降低至三相整流器DRI的輸出電壓時，才允許三相電向變頻器9輸送能量，通過控制器8監(jiān)測蓄電池組1充放電贏虧狀態(tài)，保證蓄電池組1不會過贏過虧。在電動機(jī)D工作過程中，大容量電容組C提供電能可持續(xù)用于井上作業(yè)照明和井口防蠟加熱；同時通過聯(lián)機(jī)運(yùn)行二極管D4 將多臺變頻器9聯(lián)機(jī)運(yùn)行，來自每個大容量電容組C的電壓通過相應(yīng)的聯(lián)機(jī)運(yùn)行二極管D4 被送至蓄電池BAT上，這樣，原本有無不定的斷斷續(xù)續(xù)的電能在緩存蓄電池BAT的作用下變得平穩(wěn)和恒定并儲存下來，該能量通過應(yīng)急逆變電源EPS轉(zhuǎn)換成工頻電而向外提供出“可利用電源”，給三相四線用電設(shè)備(生產(chǎn)、生活、辦公場合的供電等)供電。
權(quán)利要求
1.一種慣性拖曳設(shè)備能量回收方法，其特征是采用由蓄電池組、并聯(lián)在蓄電池組兩端的大容量電容組、接在蓄電池組和充放電端之間的充電電路和由控制器控制的放電電路以及接在充放電端的過盈放電電路構(gòu)成的能量回收裝置，將充放電端接在變頻器直流母線上，在由變頻器供電的電動機(jī)被動發(fā)電即變頻器直流母線產(chǎn)生再生電壓時，充電電路導(dǎo)通， 直流母線電壓被蓄電池組鉗位在安全范圍內(nèi)，大容量電容組和蓄電池組共同參與能量吸收與儲存；當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)入非發(fā)電狀態(tài)時，由控制器發(fā)出控制信號使放電電路導(dǎo)通并當(dāng)大容量電容組兩端電壓高于變頻器直流母線電壓時，蓄電池組和大容量電容組的電壓使接在三相電上的整流器內(nèi)部二極管反向截止而禁止三相電向變頻器輸送能量，此時蓄電池組和大容量電容組的能量參與電動機(jī)供電；當(dāng)其電壓降低至整流器的輸出電壓時，三相電向變頻器輸送能量，通過控制器監(jiān)測蓄電池組充放電贏虧狀態(tài)，當(dāng)蓄電池組過贏時，通過控制器控制使過贏放電電路導(dǎo)通進(jìn)行放電，當(dāng)過虧時通過控制器控制使放電電路關(guān)斷，從而保證蓄電池組不會過贏過虧；在電動機(jī)工作過程中，大容量電容組提供電能持續(xù)用于井上作業(yè)照明和井口防蠟加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性拖曳設(shè)備能量回收方法，其特征是所述的能量回收裝置由多組回收單元組成，每組回收單元中的大容量電容組兩端通過一個聯(lián)機(jī)運(yùn)行二極管、 緩存蓄電池與應(yīng)急逆變電源相連，其中聯(lián)機(jī)運(yùn)行二極管接在大容量電容組和緩存蓄電池的正極之間，應(yīng)急逆變電源引出聯(lián)機(jī)供電輸出端接三相四線用電設(shè)備，用來實現(xiàn)部分生產(chǎn)、生活、辦公場合的供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的慣性拖曳設(shè)備能量回收方法，其特征是所述的放電電路是由串聯(lián)在蓄電池組正極和充放電端之間的第一防逆向二極管和控制開關(guān)Kl組成，所述的充電電路是由串聯(lián)在充放電端和蓄電池組正極之間的控制開關(guān)K2和第二防逆向二極管組成，其中控制開關(guān)K1、控制開關(guān)K2與控制器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的慣性拖曳設(shè)備能量回收方法，其特征是所述的充電電路是由接在充放電端和蓄電池組正極之間的二極管組成，所述的放電電路是由接在蓄電池組正極和充放電端的控制開關(guān)K4組成，所述的控制開關(guān)K4與控制器相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性拖曳設(shè)備能量回收方法，其特征是所述的過贏放電電路是由接在充放電端和直流母線負(fù)端之間的放電電阻及控制開關(guān)K3構(gòu)成，所述的控制開關(guān)K3與控制器相連。
6.一種慣性拖曳設(shè)備能量回收裝置，包括蓄電池組、充放電端，其特征是在蓄電池組兩端并聯(lián)有大容量電容組，在蓄電池組正極和充放電端之間接有放電電路，在充放電端和蓄電池組正極之間接有充電電路，在充放電端還接有過贏放電電路，所述的大容量電容組兩端引出供電輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的慣性拖曳設(shè)備能量回收裝置，其特征是所述的蓄電池組、 大容量電容組、放電電路、充電電路、過贏放電電路為多組且分別組成一個回收單元，每組回收單元中的大容量電容組兩端通過一個聯(lián)機(jī)運(yùn)行二極管、緩存蓄電池與應(yīng)急逆變電源相連，其中聯(lián)機(jī)運(yùn)行二極管接在大容量電容組和緩存蓄電池的正極之間，應(yīng)急逆變電源引出聯(lián)機(jī)供電輸出端。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的慣性拖曳設(shè)備能量回收裝置，其特征是所述的放電電路是由串聯(lián)在蓄電池組正極和充放電端之間的第一防逆向二極管和控制開關(guān)Kl組成，所述的充電電路是由串聯(lián)在充放電端和蓄電池組正極之間的控制開關(guān)K2和第二防逆向二極管組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的慣性拖曳設(shè)備能量回收裝置，其特征是所述的放電電路是由接在蓄電池組正極和充放電端之間的控制開關(guān)K4構(gòu)成，所述的充電電路是由接在充放電端和蓄電池組正極之間的二極管組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的慣性拖曳設(shè)備能量回收裝置，其特征是所述的過贏放電電路是由串聯(lián)的放電電阻及控制開關(guān)K3組成。
全文摘要
一種可將工礦企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中的空耗能及未加利用能耗加以收集并儲存，實現(xiàn)回收能量的二次利用，達(dá)到節(jié)能降耗目的慣性拖曳設(shè)備能量回收方法及裝置，其采用由蓄電池組、大容量電容組、接在大容量電容組和變頻器直流母線之間的充電電路、由控制器控制的放電電路和過盈放電電路構(gòu)成的能量回收裝置，在電動機(jī)被動發(fā)電時，充電電路導(dǎo)通，直流母線電壓被蓄電池組鉗位在安全范圍內(nèi)，大容量電容組和蓄電池組共同參與能量吸收與儲存；當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)入非發(fā)電狀態(tài)時，蓄電池組和大容量電容組的能量參與電動機(jī)供電；通過控制器監(jiān)測蓄電池組充放電贏虧狀態(tài)并保證蓄電池組不會過贏過虧；在電動機(jī)工作過程中，大容量電容組提供電能持續(xù)用于井上作業(yè)照明和井口防蠟加熱。
文檔編號H02J7/14GK102185369SQ20111011277
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月3日
發(fā)明者葛敬東 申請人:葛敬東