专利名称：惯性拖曳设备能量回收方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种惯性拖曳设备能量回收方法及装置。
背景技术：
目前工矿企业生产设备中的空耗能和未加利用能耗，前者如电动机额定功率大于设备平均运行功率，后者如游梁式抽油机下冲程电动机发电产生的可利用能量。由于变频器直流母线滤波电容的容量出于成本等因素，其容量不大，只能起到改善直流电效果的作用，不能较长时间平峰使其电压值在安全范围内。在电动机被动发电而产生再生电压时，此时的电压达700-950V，大大高于正常电压值，致使变频器频频保护而停止运行，甚至因电压过高烧损相关器件而严重影响生产作业。虽然采用当今流行的能量回馈器技术，但能量回收效果甚微，实测回收率仅为2-6%，充其量仅能起到变频器的再生过压保护器的作用，远远达不到国家发改委提出的“节能、降耗”和“发展使用绿色新能源”的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可将工矿企业生产设备中的空耗能及未加利用能耗加以收集并储存，实现回收能量的二次利用，达到节能降耗目的的惯性拖曳设备能量回收方法及装置。本发明的技术方案是
一种惯性拖曳设备能量回收方法，其特殊之处是采用由蓄电池组、并联在蓄电池组两端的大容量电容组、接在蓄电池组正极和和充放电端之间的充电电路和由控制器控制的放电电路以及接在充放电端的过盈放电电路构成的能量回收装置，将充放电端接在变频器直流母线上，在由变频器供电的电动机被动发电即变频器直流母线产生再生电压时，充电电路导通，直流母线电压被蓄电池组钳位在安全范围内，大容量电容组和蓄电池组共同参与能量吸收与储存；当电动机转入非发电状态时，由控制器发出控制信号使放电电路导通并当大容量电容组两端电压高于变频器直流母线电压时，蓄电池组和大容量电容组的电压使接在三相电上的整流器内部二极管反向截止而禁止三相电向变频器输送能量，此时蓄电池组和大容量电容组的能量参与电动机供电；当蓄电池组和大容量电容组的电压降低至整流器的输出电压时，三相电向变频器输送能量，通过控制器监测蓄电池组充放电赢亏状态，当蓄电池组过赢时，通过控制器控制使过赢放电电路导通进行放电，当过亏时通过控制器控制使放电电路关断，从而保证蓄电池组不会过赢过亏；在电动机工作过程中，大容量电容组提供电能持续用于井上作业照明和井口防蜡加热。上述的惯性拖曳设备能量回收方法，所述的能量回收装置由多组回收单元组成， 每组回收单元中的大容量电容组两端通过一个联机运行二极管、缓存蓄电池与应急逆变电源相连，其中联机运行二极管接在大容量电容组和缓存蓄电池的正极之间，应急逆变电源引出联机供电输出端接三相四线用电设备，用来实现部分生产、生活、办公场合的供电。上述的惯性拖曳设备能量回收方法，所述的放电电路是由串联在蓄电池组正极和充放电端之间的第一防逆向二极管和控制开关Kl组成，所述的充电电路是由串联在充放电端和蓄电池组正极之间的控制开关K2和第二防逆向二极管组成，其中控制开关K1、控制开关K2与控制器相连。上述的惯性拖曳设备能量回收方法，所述的充电电路是由接在充放电端和蓄电池组正极之间的二极管组成，所述的放电电路是由接在蓄电池组正极和充放电端的控制开关 K4组成，所述的控制开关K4与控制器相连。上述的惯性拖曳设备能量回收方法，所述的过赢放电电路是由接在充放电端和直流母线负端之间的放电电阻及控制开关K3构成，所述的控制开关K3与控制器相连。一种惯性拖曳设备能量回收装置，包括蓄电池组、充放电端，其特殊之处是在蓄电池组两端并联有大容量电容组，在蓄电池组正极和充放电端之间接有放电电路，在充放电端和蓄电池组正极之间接有充电电路，在充放电端还接有过赢放电电路，所述的大容量电容组两端引出供电输出端。上述的惯性拖曳设备能量回收装置，所述的蓄电池组、大容量电容组、放电电路、 充电电路、过赢放电电路为多组且分别组成一个回收单元，每组回收单元中的大容量电容组两端分别通过联机运行二极管、缓存蓄电池与应急逆变电源相连，其中联机运行二极管接在大容量电容组和缓存蓄电池的正极之间，应急逆变电源引出联机供电输出端。上述的惯性拖曳设备能量回收装置，所述的放电电路是由串联在蓄电池组正极和充放电端之间的第一防逆向二极管和控制开关Kl组成，所述的充电电路是由串联在充放电端和蓄电池组正极之间的控制开关K2和第二防逆向二极管组成。上述的惯性拖曳设备能量回收装置，所述的放电电路是由接在蓄电池组正极和充放电端之间的控制开关K4构成，所述的充电电路是由接在充放电端和蓄电池组正极之间的二极管组成。上述的惯性拖曳设备能量回收装置，所述的过赢放电电路是由串联的放电电阻及控制开关K3组成。本发明可应用在石油开采井上作业、离心甩干等有惯性拖曳设备，回收的能量除可做井上生产作业时的灯光照明及井口防结蜡加热外，还可以通过多个联机运行二极管将多台变频器并行组合工作，把多台设备回收的能量用以实现部分生产、生活、办公场合的供电等，如将抽油机下冲能量加以收集并储存，在抽油机上冲程状态时将该能量提供给电动机或其它用途，从而实现真正意义上的实效节能，即变频节电、可变冲次节电、下冲终点间歇候油节电和下冲程能量再利用的综合节能措施。
图1是本发明(单台运行)的电路方框图； 图2是本发明的电路原理图(对应实施例1)； 图3是本发明的电路原理图(对应实施例2)； 图4是本发明(多台联机运行)的电路方框图。图中蓄电池组1，供电输出端2、3，充放电端4，放电电路5，充电电路6，过赢放电电路7，控制器8，变频器9，大容量电容组C，滤波电容Cl，第一防逆向二极管D1，第二防逆向二极管D2，二极管D3，联机运行二极管D4，控制开关K1，第二控制开关K2，控制开关K3，控制开关K4，放电电阻R1，三相整流器DR1、输出功率逆变晶体管MT，三相电A、B、C，缓存蓄电池BAT，应急逆变电源EPS，联机供电输出端EA、EB、EC和EN。
具体实施例方式实施例1
如图ι所示，本发明包括一个蓄电池组1、充放电端4，在蓄电池组1两端并联有大容量电容组C，在蓄电池组1的正极和充放电端4之间接有由串联的第一防逆向二极管Dl和控制开关Kl构成的放电电路5，在充放电端4和蓄电池组1的正极之间接有由串联的第二控制开关K2和第二防逆向二极管D2构成的充电电路6，在充放电端4接有由串联的放电电阻 Rl及控制开关K3组成的过赢放电电路7，所述的过赢放电电路7的另一端使用时接直流母线负端。所述的大容量电容组C的两端引出用于回收能量的供电输出端2、3。所述的控制开关K1、K2、K3可以采用机械开关、电触点、开关管、VM0S、IGBT、晶闸管等，本实施例以采用开关管为例。实际接线时，控制开关ΚΙ、K2、K3的控制端与控制器8 (可采用PLC、RTU、单片机等)相连，控制器8的输入端与蓄电池组1及由三相整流器DR1、滤波电容Cl、输出功率逆变晶体管MT组成的变频器9的直流母线正端相连，充放电端4与变频器9的直流母线正端相连，供电输出端与井上生产作业时的照明灯和/或井口防结蜡加热器相连。在电动机D被动发电(变频器直流母线产生再生电压)时，控制器8输出控制信号使控制开关K2导通，其能量(直流母线电压)被蓄电池组1钳位在安全范围内，大容量电容组C和蓄电池组1共同参与能量吸收与储存；当电动机D转入非发电状态时，由控制器8发出控制信号使控制开关Kl开通，只要大容量电容组C两端电压高于变频器9内部的三相整流器DRI的输出电压，蓄电池组1和大容量电容组C的电压使整流器DRI内部二极管反向截止而禁止三相电向变频器9输送能量，此时只有蓄电池组1和大容量电容组C的能量参与电动机D供电，当其电压降低至三相整流器DRI的输出电压时，才允许三相电A、B、C向变频器9输送能量，通过控制器8监测蓄电池组1充放电赢亏状态，当蓄电池组1过赢时，通过控制器8控制使过赢放电电路7导通进行放电，当过亏时通过控制器8控制使放电电路 5关断，保证蓄电池组1不会过充过放。在电动机D工作过程中，大容量电容组C提供电能可持续用于井上作业照明和井口防蜡加热。实施例2
如图2所示，本发明包括一个蓄电池组1、充放电端4，在蓄电池组1两端并联有大容量电容组C，在蓄电池组1的正极和充放电端4之间接有由二极管D3构成的放电电路5，在充放电端4和蓄电池组1的正极之间接有由控制开关K4构成的充电电路6，在充放电端4接有由串联的放电电阻Rl及控制开关K3组成的过赢放电电路7，所述的过赢放电电路7的另一端使用时接直流母线负端。所述的大容量电容组C的两端引出用于回收能量的供电输出端2、3。所述的控制开关K3、K4可以采用机械开关、电触点、开关管、VMOS、IGBT、晶闸管等，本实施例以采用开关管为例。实际接线时，控制开关K3、K4的控制端与控制器8 (可采用PLC、RTU、单片机等)相连，控制器8的输入端与蓄电池组1及由三相整流器DR1、滤波电容Cl、输出功率逆变晶体管MT组成的变频器9的直流母线正端相连，充放电端4与变频器9的直流母线相连，供电输出端与井上生产作业时的照明灯和/或井口防结蜡加热器相连。在电动机D被动发电(变频器直流母线产生再生电压)时，控制器8输出控制信号使控制开关K4导通，其能量(直流母线电压)被蓄电池组1钳位在安全范围内，大容量电容组C和蓄电池组1共同参与能量吸收与储存；当电动机D转入非发电状态时，只要大容量电容组C两端电压高于变频器9内部的三相整流器DRI的输出电压，蓄电池组1和大容量电容组C的电压使整流器DRI内部二极管反向截止而禁止三相电向变频器9输送能量，此时只有蓄电池组1和大容量电容组C的能量参与电动机D供电，当其电压降低至三相整流器 DRI的输出电压时，才允许三相电向变频器9输送能量，通过控制器8监测蓄电池组1充放电赢亏状态，当蓄电池组1过赢时，通过控制器8控制使过赢放电电路7导通进行放电，当过亏时通过控制器8控制使放电电路5关断，保证蓄电池组1不会过充过放。在电动机D 工作过程中，大容量电容组C提供电能可持续用于井上作业照明和井口防蜡加热。实施例3
如图4所示，本发明包括多组回收单元，每组回收单元如实施例1、实施例2所述，分别由一个蓄电池组1、大容量电容组C，充电电路6、放电电路5和过赢放电电路7组成。所述的大容量电容组C两端引出单机供电输出端2、3，每组回收单元中的大容量电容组C两端分别通过一个联机运行二极管D4、缓存蓄电池BAT与用于产生工频用电的应急逆变电源EPS 相连，其中联机运行二极管D4接在蓄电池组1的正极2和缓存蓄电池BAT的正极之间，所述的应急逆变电源EPS输出端即为用来回收能量的联机供电输出端EA、EB、EC和EN。实际接线时，控制器8的输入端与蓄电池组1及由三相整流器DR1、滤波电容Cl、 输出功率逆变晶体管MT组成的变频器9的直流母线正端相连，充放电端4分别与对应的变频器9的直流母线相连。单台供电输出端2、3与井上生产作业时的照明灯和/或井口防结蜡加热器相连，联机供电输出端EA、EB、EC和EN接三相四线用电设备。工作时，电动机D被动发电(变频器直流母线产生再生电压)时，其能量(直流母线电压)被蓄电池组1钳位在安全范围内，大容量电容组C和蓄电池组1共同参与能量吸收与储存；当电动机D转入非发电状态时，由控制器8发出控制信号使放电电路5导通， 只要大容量电容组C两端电压高于变频器9内部的三相整流器DRI的输出电压，蓄电池组 1和大容量电容组C的电压使整流器DRI内部二极管反向截止而禁止三相电向变频器9输送能量，此时只有蓄电池组1和大容量电容组C的能量参与电动机D供电，当其电压降低至三相整流器DRI的输出电压时，才允许三相电向变频器9输送能量，通过控制器8监测蓄电池组1充放电赢亏状态，保证蓄电池组1不会过赢过亏。在电动机D工作过程中，大容量电容组C提供电能可持续用于井上作业照明和井口防蜡加热；同时通过联机运行二极管D4 将多台变频器9联机运行，来自每个大容量电容组C的电压通过相应的联机运行二极管D4 被送至蓄电池BAT上，这样，原本有无不定的断断续续的电能在缓存蓄电池BAT的作用下变得平稳和恒定并储存下来，该能量通过应急逆变电源EPS转换成工频电而向外提供出“可利用电源”，给三相四线用电设备(生产、生活、办公场合的供电等)供电。
权利要求
1.一种惯性拖曳设备能量回收方法，其特征是采用由蓄电池组、并联在蓄电池组两端的大容量电容组、接在蓄电池组和充放电端之间的充电电路和由控制器控制的放电电路以及接在充放电端的过盈放电电路构成的能量回收装置，将充放电端接在变频器直流母线上，在由变频器供电的电动机被动发电即变频器直流母线产生再生电压时，充电电路导通， 直流母线电压被蓄电池组钳位在安全范围内，大容量电容组和蓄电池组共同参与能量吸收与储存；当电动机转入非发电状态时，由控制器发出控制信号使放电电路导通并当大容量电容组两端电压高于变频器直流母线电压时，蓄电池组和大容量电容组的电压使接在三相电上的整流器内部二极管反向截止而禁止三相电向变频器输送能量，此时蓄电池组和大容量电容组的能量参与电动机供电；当其电压降低至整流器的输出电压时，三相电向变频器输送能量，通过控制器监测蓄电池组充放电赢亏状态，当蓄电池组过赢时，通过控制器控制使过赢放电电路导通进行放电，当过亏时通过控制器控制使放电电路关断，从而保证蓄电池组不会过赢过亏；在电动机工作过程中，大容量电容组提供电能持续用于井上作业照明和井口防蜡加热。
2.根据权利要求1所述的惯性拖曳设备能量回收方法，其特征是所述的能量回收装置由多组回收单元组成，每组回收单元中的大容量电容组两端通过一个联机运行二极管、 缓存蓄电池与应急逆变电源相连，其中联机运行二极管接在大容量电容组和缓存蓄电池的正极之间，应急逆变电源引出联机供电输出端接三相四线用电设备，用来实现部分生产、生活、办公场合的供电。
3.根据权利要求1或2所述的惯性拖曳设备能量回收方法，其特征是所述的放电电路是由串联在蓄电池组正极和充放电端之间的第一防逆向二极管和控制开关Kl组成，所述的充电电路是由串联在充放电端和蓄电池组正极之间的控制开关K2和第二防逆向二极管组成，其中控制开关K1、控制开关K2与控制器相连。
4.根据权利要求1或2所述的惯性拖曳设备能量回收方法，其特征是所述的充电电路是由接在充放电端和蓄电池组正极之间的二极管组成，所述的放电电路是由接在蓄电池组正极和充放电端的控制开关K4组成，所述的控制开关K4与控制器相连。
5.根据权利要求1所述的惯性拖曳设备能量回收方法，其特征是所述的过赢放电电路是由接在充放电端和直流母线负端之间的放电电阻及控制开关K3构成，所述的控制开关K3与控制器相连。
6.一种惯性拖曳设备能量回收装置，包括蓄电池组、充放电端，其特征是在蓄电池组两端并联有大容量电容组，在蓄电池组正极和充放电端之间接有放电电路，在充放电端和蓄电池组正极之间接有充电电路，在充放电端还接有过赢放电电路，所述的大容量电容组两端引出供电输出端。
7.根据权利要求5所述的惯性拖曳设备能量回收装置，其特征是所述的蓄电池组、 大容量电容组、放电电路、充电电路、过赢放电电路为多组且分别组成一个回收单元，每组回收单元中的大容量电容组两端通过一个联机运行二极管、缓存蓄电池与应急逆变电源相连，其中联机运行二极管接在大容量电容组和缓存蓄电池的正极之间，应急逆变电源引出联机供电输出端。
8.根据权利要求6或7所述的惯性拖曳设备能量回收装置，其特征是所述的放电电路是由串联在蓄电池组正极和充放电端之间的第一防逆向二极管和控制开关Kl组成，所述的充电电路是由串联在充放电端和蓄电池组正极之间的控制开关K2和第二防逆向二极管组成。
9.根据权利要求6或7所述的惯性拖曳设备能量回收装置，其特征是所述的放电电路是由接在蓄电池组正极和充放电端之间的控制开关K4构成，所述的充电电路是由接在充放电端和蓄电池组正极之间的二极管组成。
10.根据权利要求6所述的惯性拖曳设备能量回收装置，其特征是所述的过赢放电电路是由串联的放电电阻及控制开关K3组成。
全文摘要
一种可将工矿企业生产设备中的空耗能及未加利用能耗加以收集并储存，实现回收能量的二次利用，达到节能降耗目的惯性拖曳设备能量回收方法及装置，其采用由蓄电池组、大容量电容组、接在大容量电容组和变频器直流母线之间的充电电路、由控制器控制的放电电路和过盈放电电路构成的能量回收装置，在电动机被动发电时，充电电路导通，直流母线电压被蓄电池组钳位在安全范围内，大容量电容组和蓄电池组共同参与能量吸收与储存；当电动机转入非发电状态时，蓄电池组和大容量电容组的能量参与电动机供电；通过控制器监测蓄电池组充放电赢亏状态并保证蓄电池组不会过赢过亏；在电动机工作过程中，大容量电容组提供电能持续用于井上作业照明和井口防蜡加热。
文档编号H02J7/14GK102185369SQ20111011277
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月3日 优先权日2011年5月3日
发明者葛敬东 申请人:葛敬东