CN102638109B - 一种位能负载及能量回收再利用的装置 - Google Patents

Abstract

一种位能负载及能量回收再利用的装置，包括拖动电动机和回馈电动机，回馈电动机与拖动电动机的输出轴机械连接，用于同时的驱动负载；拖动电动机独立地与拖动电机驱动装置电连接；回馈电动机为直流串励电动机，回馈电动机与储能单元电连接，用于回收能量并在驱动负载时为回馈电动机提供电能。本发明通过由拖动电动机和回馈电动机组成复合电机，既可满足拖动时所需功率，又能实现倒拖时回馈能量的回收和应用，降低了设备制造成本和营运成本，也达到了节能降耗的效果。

Description

一种位能负载及能量回收再利用的装置

技术领域

本发明涉及电机拖动及再生能量的回收领域，特别是一种适用于起重机械、各类升降机的位能负载及能量回收再利用的装置。本发明的装置也可以用于矿山机械及电力运输机械。

背景技术

随着社会的发展和进步，人们对节能降耗、绿色环保越来越关注，各行各业在节能降耗、绿色环保方面均不同程度进行了大量的研究和应用。电机拖动在工程起重运输机械中得到广泛应用，研究工程起重运输机械中具有位能负载或制动再生能量的回收及应用有着积极意义。

传统工程起重运输机械中，起重机械重物下降过程和电机制动的能量全部或部分转变成热能，消耗在电阻或制动器上，这既浪费了能源，又增加了维护成本，也缩短了机构传动零部件的寿命，且具有噪音大、振动大等缺点。

目前，起重机械重物下降过程的能量回收是采用逆变方式直接回馈到接入的电网，节能经济效果难以体现在同一设备上，谐波污染不同程度的降低了供电质量和影响供电装置的稳定性。另外，采用具备能量回馈功能的控制装置，必须满足最大拖动功率要求，采用具备能量回馈功能与不具备回馈功能的设备对吸收电源供电设备的电能是相同，再之具备能量回馈功能的装置成本高，营运成本居高不下，技术维护困难等，因此限制了它的应用。采用直流母线超级电容储能方式的再生能量技术虽能有效降低电源供电容量，但由于生产成本高昂，是传统电控系统价格的10倍以上，因此使产品缺乏竞争力。

中国专利201020237216.7公开了一种起重机的自馈式电能回收系统，可以回收重物下降时的位能，从而达到节能的效果。存在的问题是电机只能采用直流电机，电控系统复杂，性价比不高。

中国专利201120203379.8公开了一种用于电动车的能量回收控制系统，通过单独设置的驱动电机和发电机，可以回收在减速过程中产生的能量，但是发电机在驱动时空转，既不驱动也不发电，仍存在设备和能量浪费的状况。

中国专利201010197265.7公开了一种机床能量回收系统，通过在电机轴上设置的绕组轴线圈及永磁体，并配合空载检测装置回收空载能量。存在问题同样是该绕组线圈也仅在回收空载能量时起作用，而驱动时不动作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种位能负载及能量回收再利用的装置，可以最大限度的利用设备，并降低设备配置成本，提高整个装置的性价比。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种位能负载及能量回收再利用的装置，包括拖动电动机和回馈电动机，回馈电动机与拖动电动机的输出轴机械连接，用于同时驱动负载；

拖动电动机独立地与拖动电机驱动装置电连接；

回馈电动机为直流串励电动机，回馈电动机与储能单元电连接，用于回收能量并在驱动负载时为回馈电动机提供电能。

所述的储能单元中，回馈电动机通过两个导向二极管与电能储放器电连接，其中两个导向二极管与回馈电动机并联，两个导向二极管的负极之间设有接触器第一开关，两个导向二极管的正极与励磁绕组之间设有接触器第二开关，电能储放器与辅助充电装置电连接。

所述的电能储放器为蓄电池、超级电容器或普通电容器，或者前述元件的两两组合。

所述的拖动电机驱动装置由单独的电源供电。

拖动电动机为交流电动机或直流电动机。

拖动电动机与回馈电动机之间的功率配比为2.5~1:1。

本发明提供的一种位能负载及能量回收再利用的装置，通过由拖动电动机和回馈电动机组成复合电机，既可满足拖动时所需功率，又能实现倒拖时回馈能量的回收和应用，且回馈电动机驱动系统是独立电控系统，对拖动电机供电控制系统无干涉。在同等负载情况下，本发明所选拖动电动机功率可减少50%以上，大大降低拖动电动机主回路电控系统容量，从而大幅降低成本。同时，系统回馈能量又可再应用，可降低能耗40%以上，这既降低了设备制造成本和营运成本，也实现了节能降耗的效果。

且本发明中的拖动电动机可以采用交流电动机或直流电动机，从而配置更为灵活，也有利于降低成本。

例如一台起重设备起升机构电动机设计功率是200KW，主拖动采用变频调速，那么对应变频调速器也是200KW。而由本发明拖动电动机和回馈电动机组成复合电机，即可组成100KW+100KW的配置，拖动电机驱动装置中的变频调速器相应地减小到100KW，100KW回馈电动机由电能储放器把位能负载再生能量吸收再驱动回馈电动机，位能负载再生能量不足时由电网补充。需要说明的是，由于能量吸收过程中存在损耗，因此现有技术中回收的能量必然不足以驱动负载复位，例如：升降装置中的升和降，即下降中回收的电能，必然不足以驱动负载再提升到初始位置。而在本发明中，由于提升时采用的是复合电机驱动，即拖动电动机和回馈电动机同时实现提升，以负载200kw为例，拖动电动机和回馈电动机各100kw，提升时回馈电动机输出功率为100kw，而在回收时，位能负载的输入为200kw，即回馈电动机理论上可以实现能量的自给自足。

本发明的装置简单、经济可靠、成本低、节能效果明显，可广泛应用于起重机、矿山机械及各类升降机械。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中采用直流串励电动机驱动装置简图。

图3为本发明中采用交流绕线式电动机驱动装置简图。

具体实施方式

如图1中，一种位能负载及能量回收再利用的装置，

包括拖动电动机M1和回馈电动机M2，回馈电动机M2与拖动电动机M1的输出轴机械连接，用于同时的驱动负载，即在驱动负载时拖动电动机M1和回馈电动机M2同时输出功率；如图2、3中，拖动电动机M1可采用交流电动机或直流电动机，从而配置更为灵活，且采用交流电机可以降低装置的整体成本。

拖动电动机M1独立地与拖动电机驱动装置电连接；所述的拖动电机驱动装置由单独的电源供电。即拖动电动机和回馈电动机的电气控制系统各自独立互不干涉。

回馈电动机M2为直流串励电动机，回馈电动机M2与储能单元电连接，用于回收能量并在驱动负载时为回馈电动机M2提供电能。所述的储能单元中，回馈电动机M2通过导向二极管D1、D2与电能储放器C电连接，电能储放器C与辅助充电装置电连接，具体由图2、图3中所示。倒拖（制动）时，回馈电动机发电给与之相连的电能储放器C充电，回馈电动机与电能储放器C之间设有的导向二极管D1、D2，是确保回馈电动机发电时可适时对电能储放器C充电，同时在拖动状态时起隔离作用。

需要说明的是，辅助充电装置还与电源连接，用于对于电能储放器C补充充电。

所述的电能储放器C为蓄电池、超级电容器或普通电容器，或者前述元件的组合。

拖动电动机M1与回馈电动机M2之间的功率配比为2.5~1:1。例如工作机构电机功率为100kW，拖动电机可在70~50Kw之间选取，回馈电机可在30~50kw之间选取，由拖动电动机与回馈电动机同时驱动负载。

Claims (3)

1.一种位能负载及能量回收再利用的装置，其特征是：

包括拖动电动机（M1）和回馈电动机（M2），回馈电动机（M2）与拖动电动机（M1）的输出轴机械连接，用于同时驱动负载；

拖动电动机（M1）独立地与拖动电机驱动装置电连接，所述的拖动电机驱动装置由单独的电源供电；

拖动电动机（M1）与回馈电动机（M2）之间的功率配比为2.5~1:1；

回馈电动机（M2）为直流串励电动机，回馈电动机（M2）与储能单元电连接，用于回收能量并在驱动负载时为回馈电动机（M2）提供电能；

所述的储能单元中，回馈电动机（M2）通过两个导向二极管（D1，D2）与电能储放器（C）电连接，其中两个导向二极管（D1，D2）与回馈电动机（M2）并联，两个导向二极管的负极之间设有接触器第一开关（K2），两个导向二极管（D1，D2）的正极与励磁绕组（L2）之间设有接触器第二开关（K2），电能储放器（C）与辅助充电装置电连接。

2.根据权利要求1所述的一种位能负载及能量回收再利用的装置，其特征是：所述的电能储放器（C）为蓄电池、超级电容器或普通电容器，或者前述元件的两两组合。

3.根据权利要求1所述的一种位能负载及能量回收再利用的装置，其特征是：拖动电动机（M1）为交流电动机或直流电动机。