Устройство рекуперации электроэнергии

Техническое решение относится к области электрических систем подъемно-транспортных механизмов, прессовых установках, электротранспорте.

Задачей технического решения повышение безопасности, надежности работы преобразователя в целом, улучшение энергетических и массогабаритных показателей устройства.

Сущность технического решения заключается в том что, устройство рекуперации электроэнергии, включающее последовательно включенные буферные реакторы (БР), активный выпрямитель напряжения (АВН), фильтр (Ф), автономный инвертор напряжения (АИН), имеет в структуре силовых цепей двухзвенного преобразователя частоты с активным выпрямителем и автономным инвертором напряжения изменения, а именно устройство содержит выходной фильтр (Ф2) активно-емкостного характера, автономный инвертор напряжения (АИН) состоит из последовательно подключенных симистора в каждой фазе, защищенного параллельно к нему подключенных резистору и емкости, с целью использования при индуктивной нагрузке симистора или при защите от внешних перенапряжений и тока перегрузки, а также пары тиристоров, подключенных параллельно друг другу, но направленных в противоположные стороны в каждой фазе, фильтр (Ф) выполнен в виде сглаживающего реактора (СР), представляющего собой индуктивно-емкостный элемент, состоящего из параллельно подключенных емкости и индуктивности, имеющий возможность использования как индуктивности, так и емкости при переключении, активного выпрямителя напряжения, в каждой фазе которого параллельно друг другу установленна пара тиристоров, направленных в противоположные стороны и параллельно подключенного к тиристорам транзистор n-p-n-типа, то есть биполярный транзистор обратной проводимости, где биполярный транзистор состоит из трех различных зон: эмиттера (Е), базы (В) и коллектора (С), электроды в нем подключены к трем последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости, по этому способу чередования различают n-p-n и p-n-p транзисторы (n (negative) - электронный тип примесной проводимости, p (positive) - дырочный), в n-p-n-транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы, часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками), часть диффундирует обратно в эмиттер, также устройство содержит входной фильтр (Ф1), состоящий из активно-емкостной нагрузки в каждой фазе и входного буферного реактора, а также защитной части, обеспечивающей дополнительную безопасность и надежность работы системы, включающая первую группу предохранителей, высокочастотный фильтр, дополнительную вторую группу предохранителей, устройство грозозащиты, третью группу предохранителей, соединенные с сетью, поэтому исполнительный механизм соединен со входом редуктора, который в свою очередь соединен со входом двигателя, выход двигателя соединен со входом инвертора, где выход двигателя соединен со входом выходного фильтра (Ф2) через выходные зажимы А2, В2, С2, а выход фильтра (Ф2) соединен со входом автономного инвертора напряжения, где выход фильтра (Ф2) соединен со входом симистора, а выход симистора в каждой фазе, защищенного параллельно к нему подключенных резистору и емкости соединен со входом пары тиристоров, выход пары тиристоров автономного инвертора напряжения соединен со входом сглаживающего реактора, а выход сглаживающего реактора соединен со входом активного выпрямителя напряжения, где выход сглаживающего реактора соединен со входом пары тиристоров и параллельно подключенного к тиристорам транзистора, выход тиристоров и параллельно подключенного к ним транзистора соединен со входом входного фильтра (Ф1), выход фильтра (Ф1), состоящего из активно-емкостной нагрузки, соединен со входом входного буферного реактора, а также защитная часть, обеспечивающая дополнительную безопасность и надежность работы системы, где через входные зажимы A1, B1, С1 выход буферного реактора соединен со входом первой группы предохранителей, а выход первой группы предохранителей соединен со входами кабельных линий, параллельно силовым линиям к кабельным проводам подсоединена дополнительная вторая группа предохранителей для обеспечения возможности подпитывания соседней аналогичной системы приводов за счет энергии исходной системы, выход которой соединен со входом высокочастотного фильтра, выход фильтра соединен со входом устройства грозозащиты, выход устройства грозозащиты соединен со входом третьей группы предохранителей, выход которой соединен с сетью.

1 н.п.ф. 1 илл.

Техническое решение относится к области электрических систем подъемно-транспортных механизмов, прессовых установках, электротранспорте.

В качестве аналога была взята схема механизма электропривода подъема и опускания груза грузоподъемного крана. Патент РФ 2298520, МПК B66C 13/22. Полезная модель относится к многодвигательным электроприводам, используемым на грузоподъемных кранах, включающий в себя электродвигатель с фазным ротором, вспомогательный двухскоростной электродвигатель, гидротолкателей тормоза, командоконтроллер управления с цепями подъема, спуска и переключения ступеней скорости основного электродвигателя, блок управления электродвигателями, сетевой контактор и контакторы переключения ступеней скорости, контакторы малой и большой скоростей подъема и спуска груза, контактор динамического торможения и блоком резисторов.

В качестве признаков аналога, совпадающие с существенными признаками заявленного технического решения, является то, что устройство обладает многодвигательными электроприводами, используемыми на грузоподъемных, прессовых установках, а также электротранспорте.

Недостатком аналога является то, что в электропривод входят основные и дополнительный резисторы. Другими словами торможение механизмов устройства осуществляется резисторами, имеющих дополнительный вес от оборудования (тормозные реостаты), при том, что помимо отсутствия экономии электроэнергии, существуют значительные электрические, механические, а также тепловые потери.

В качестве прототипа выбрана структура силовых цепей двухзвенного преобразователя частоты (ПЧ) с активным выпрямителем напряжения и автономным инвертором напряжения. Источник: Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. - Екатеринбург УРО РАН, 2000 г.с.273 - 288 http://www.masters.donntu.edu.ua/2007/fema/rudenko_y/library/art3/convert.htm. В силовой цепи последовательно включены активный выпрямитель напряжения, фильтр и автономный инвертор напряжения. Силовые полупроводниковые переключающие элементы выпрямителя и инвертора, обладающие полной управляемостью и односторонней проводимостью тока, условно показаны в виде ключей. Выпрямитель и инвертор выполнены по идентичным схемам и работают в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

К недостаткам прототипа относится то, что структура силовых цепей не обеспечивают максимальной надежности, безопасности и эффективности работы преобразователя. Кроме этого, нет четкого понятия о возможности работы устройства в многодвигательных установках.

Задачей технического решения повышение безопасности, надежности работы преобразователя в целом, улучшение энергетических и массогабаритных показателей устройства.

Поставленная задача решается благодаря тому, что устройство рекуперации электроэнергии, включающие последовательно включеные буферные реакторы, активный выпрямитель напряжения, фильтр (Ф), автономный инвертор напряжения, имеет в структуре силовых цепей двухзвенного преобразователя частоты с активным выпрямителем и автономным инвертором напряжения изменения, а именно устройство содержит выходной фильтр (Ф2) активно-емкостного характера, автономный инвертор напряжения состоит из последовательно подключенных симистора в каждой фазе, защищенного параллельно к нему подключенных резистору и емкости, с целью использования при индуктивной нагрузке симистора или при защите от внешних перенапряжений и тока перегрузки, а также пары тиристоров, подключенных параллельно друг другу, но направленных в противоположные стороны в каждой фазе, фильтр (Ф) выполнен в виде сглаживающего реактора, представляющего собой индуктивно-емкостный элемент, который состоит из параллельно подключенных емкости и индуктивности, имеющий возможность использования как индуктивности, так и емкости при переключении, активного выпрямителя напряжения, в котором в каждой фазе параллельно друг другу установленна пара тиристоров, направленных в противоположные стороны и параллельно подключенного к тиристорам транзистор n-p-n - типа, то есть биполярный транзистор обратной проводимости, где биполярный транзистор состоит из трех различных зон: эмиттера (Е), базы (В) и коллектора (С), электроды в нем подключены к трем последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости, по этому способу чередования различают n-p-n и р-n-p транзисторы (n (negative) - электронный тип примесной проводимости, р (positive) - дырочный), в n-p-n-транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы, часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками), часть диффундирует обратно в эмиттер, также в устройство введен входной фильтр (Ф1), состоящий из активно-емкостной нагрузки в каждой фазе и входного буферного реактора, а также защитной части, обеспечивающей дополнительную безопасность и надежность работы системы, включающая первую группу предохранителей, высокочастотный фильтр, дополнительную вторую группу предохранителей, устройство грозозащиты, третью группу предохранителей, которые соединены с сетью, поэтому исполнительный механизм соединен со входом редуктора, который соединен со входом двигателя, выход двигателя соединен со входом автономного инвертора напряжения, где выход двигателя соединен со входом выходного фильтра (Ф2) через выходные зажимы А2, В2, С2, а выход фильтра (Ф2) соединен со входом автономного инвертора напряжения, где выход фильтра (Ф2) соединен со входом симистора, а выход симистора в каждой фазе, защищенного параллельно к нему подключенных резистору и емкости соединен со входом пары тиристоров, выход пары тиристоров автономного инвертора напряжения соединен со входом сглаживающего реактора, а выход сглаживающего реактора соединен со входом активного выпрямителя напряжения, где выход сглаживающего реактора соединен со входом пары тиристоров и параллельно подключенного к тиристорам транзистора, выход тиристоров и параллельно подключенного к ним транзистора соединен со входом входного фильтра (Ф1), выход фильтра (Ф1), состоящего из активно-емкостной нагрузки, соединен со входом входного буферного реактора, а также защитная часть, обеспечивающая дополнительную безопасность и надежность работы системы, где через входные зажимы A1, B1, C1 выход буферного реактора соединен со входом первой группы предохранителей, а выход первой группы предохранителей соединен со входами кабельных линий, параллельно силовым линиям к кабельным проводам подсоединена дополнительная вторая группа предохранителей для обеспечения возможности подпитывания соседней аналогичной системы приводов за счет энергии исходной системы, выход которой соединен со входом высокочастотного фильтра, выход фильтра соединен со входом устройства грозозащиты, выход устройства грозозащиты соединен со входом третьей группы предохранителей, выход которой соединен с сетью.

На фиг.1 изображена схема устройства рекуперации электроэнергии. Устройство состоит из двух частей, а именно силовой, обеспечивающей, эффективное, рациональное, экономное и безопасное потребление электроэнергии, включающей последовательно включеные буферные реакторы, активный выпрямитель напряжения, фильтр (Ф), автономный инвертор напряжения, имеет в структуре силовых цепей двухзвенного преобразователя частоты с активным выпрямителем и автономным инвертором напряжения изменения, а именно устройство содержащий выходной фильтр (Ф2) активно-емкостного характера, автономный инвертор напряжения состоящий из последовательно подключенных симистора в каждой фазе, защищенного параллельно к нему подключенным резистору и емкости, с целью использования при индуктивной нагрузке симистора или при защите от внешних перенапряжений и тока перегрузки, а также пары тиристоров, подключенных параллельно друг другу, но направленных в противоположные стороны в каждой фазе, вместо фильтра (Ф) представлен сглаживающий реактор, представляющий собой индуктивно-емкостный элемент, состоящий из параллельно подключенных емкости и индуктивности, имеющий возможность использования как индуктивности, так и емкости при переключении, активного выпрямителя напряжения, в котором в каждой фазе параллельно друг другу установлена пара тиристоров, направленных в противоположные стороны и параллельно подключенного к тиристорам транзистор n-p-n-типа, то есть биполярный транзистор обратной проводимости, где биполярный транзистор состоит из трех различных зон: эмиттера (Е), базы (В) и коллектора (С), электроды в нем подключены к трем последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости, по этому способу чередования различают n-p-n и p-n-p транзисторы (n (negative) - электронный тип примесной проводимости, p (positive) - дырочный), в n-p-n-транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы, часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками), часть диффундирует обратно в эмиттер, также устройство содержащее входной фильтр (Ф1), состоящий из активно-емкостной нагрузки в каждой фазе и входного буферного реактора, а также защитной части, обеспечивающей дополнительную безопасность и надежность работы системы, включающая первую группу предохранителей, высокочастотный фильтр, дополнительную вторую группу предохранителей, устройство грозозащиты, третью группу предохранителей, которые соединены с сетью, поэтому исполнительный механизм 1 соединен со входом редуктора 2, который в свою очередь соединен со входом двигателя 3, выход двигателя 3 соединен со входом автономного инвертора напряжения, где выход двигателя 3 соединен со входом выходного фильтра (Ф2) 5 через выходные зажимы А2, В2, С2 4, а выход фильтра (Ф2) 5 соединен со входом автономного инвертора напряжения, где выход фильтра (Ф2) 5 соединен со входом симистора 6, а выход симистора 6 в каждой фазе, защищенного параллельно к нему подключенных резистору и емкости 7 соединен со входом пары тиристоров 8, выход пары тиристоров 8 автономного инвертора напряжения соединен со входом сглаживающего реактора 9, а выход сглаживающего реактора 9 соединен со входом активного выпрямителя напряжения, где выход сглаживающего реактора 9 соединен со входом входного фильтра (Ф1) 10, выход фильтра (Ф1) 10, состоящего из активно-емкостной нагрузки, соединен со входом пары тиристоров и параллельно подключенного к ним транзистора 11, выход тиристоров и параллельно подключенного к ним транзистора 11 соединен со входом входного буферного реактора 12, а также защитная часть, обеспечивающая дополнительную безопасность и надежность работы системы, где через входные зажимы A1, B1, С1 13 выход буферного реактора 12 соединен со входом первой группы предохранителей 14, а выход первой группы предохранителей 14 связан со входами кабельных линий, параллельно силовым линиям к кабельным проводам подсоединена дополнительная вторая группа предохранителей 15 для обеспечения возможности подпитывания соседней аналогичной системы приводов за счет энергии исходной системы, выход которой соединен со входом входного фильтра 16, выход входного фильтра 16 соединен со входом устройства грозозащиты 17, выход устройства грозозащиты 17 соединен со входом третьей группы предохранителей 18, выход которых соединен с сетью. Устройство рекуперации электроэнергии работает следующим образом. На входы третьей группы предохранителей 18 подают напряжение трехфазной сети, которое поступает на вход устройства грозозащиты 17, затем сигнал напряжения поступает на выход входного фильтра 16, который соединен с входом дополнительной второй группы предохранителей 15, для обеспечения возможности подпитывания соседней аналогичной системы приводов за счет энергии исходной системы, а затем сигнал поступает с выходов группы предохранителей 15 первой группы предохранителей 14, где энергия с выходов первой группы предохранителей 14 поступает через входные зажимы А1, В1, С1 13 на выход буферного реактора 12, далее сигнал поступает на вход пары тиристоров и параллельно подключенного к ним транзистора 11, с выхода тиристоров и параллельно подключенного к ним транзистора 11 энергия поступает на вход входного фильтра (Ф1) 10, после этого с выхода фильтра (Ф1) 10 сигнал передается на вход сглаживающего реактора 9, где с выхода сглаживающего реактора 9 сигнал поступает на вход пары тиристоров 8 автономного инвертора напряжения, далее сиглал переходит на выход симистора 6, защищенного параллельно к нему подключенным резистору и емкости 7, после этого сигнал поступает на вход выходного фильтра (Ф2) 5 через выходные зажимы А2, В2, С2 4, далее сигнал проходит через вход двигателя 3, с выхода двигателя 3 поступает на вход редуктора 2, где с выхода редуктора 2 поступает на вход исполнительного механизма 1. Общий принцип таков, что в системе может использоваться сколь угодное количество приводов, то есть система имеет многодвигательный характер, где преобразователь частоты обеспечивает рациональное, экономное и эффективное потребление электроэнергии, обеспечивающее безопасность и надежность работы системы, и за счет работы одного из приводов, т.е. его накопления электроэнергии через емкостно-индуктивные накопители и возврата электроэнергии за счет преобразователей частоты, все остальные питаются не от сети, а от рабочего активного привода. В результате каждая группа приводов может работать в автономном режиме независимо друг от друга, за счет блока емкостно-индуктивного накопителя.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет более рационально, экономично, надежно и безопасно использовать электроэнергию, потребляемую от сети, возвращать энергию обратно в сеть, т.е. работать в рекуперативном режиме, применяется в многодвигательных установках, а также имеет возможность передачи электроэнергии аналогичной соседней установке.

Устройство рекуперации электроэнергии, включающее последовательно включенные буферные реакторы (БР), активный выпрямитель напряжения (АВН), фильтр (Ф), автономный инвертор напряжения (АИН), отличающееся тем, что в устройство введен выходной фильтр (Ф2) активно-емкостного характера, автономный инвертор напряжения выполнен состоящим из последовательно подключенных симистора в каждой фазе, защищенного параллельно к нему подключенными резистором и емкостью, а также пары тиристоров, подключенных параллельно друг другу, но направленных в противоположные стороны в каждой фазе, фильтр (Ф) выполнен в виде сглаживающего реактора, представляющего собой индуктивно-емкостный элемент, состоящего из параллельно подключенных емкости и индуктивности, также в устройство введен входной фильтр (Ф1), состоящий из активно-емкостной нагрузки в каждой фазе, активный выпрямитель напряжения, в котором в каждой фазе параллельно друг другу установлена пара тиристоров, направленных в противоположные стороны, и параллельно подключенный к тиристорам транзистор n-p-n - типа и входной буферный реактор, а также защитной части, включающей первую группу предохранителей, высокочастотный фильтр, дополнительную вторую группу предохранителей, устройство грозозащиты, третью группу предохранителей, которые соединены с сетью, поэтому исполнительный механизм соединен со входом редуктора, который в свою очередь соединен со входом двигателя, выход двигателя соединен со входом инвертора, где выход двигателя соединен со входом выходного фильтра (Ф2) через выходные зажимы А2, В2, С2, а выход фильтра (Ф2) соединен со входом автономного инвертора напряжения, где выход фильтра (Ф2) соединен со входом симистора, а выход симистора в каждой фазе, защищенного параллельно к нему подключенными резистором и емкостью, соединен со входом пары тиристоров, выход пары тиристоров или же автономного инвертора напряжения соединен со входом сглаживающего реактора, а выход сглаживающего реактора соединен со входом активного выпрямителя напряжения, где выход сглаживающего реактора соединен со входом входного фильтра (Ф1), выход фильтра (Ф1), состоящего из активно-емкостной нагрузки в каждой фазе, соединен со входом пары тиристоров и параллельно подключенного к тиристорам транзистора, выход тиристоров и параллельно подключенного к ним транзистора соединен со входом входного буферного реактора, а также защитная часть, через входные зажимы A1, B1, C1, выход буферного реактора соединен со входом первой группы предохранителей, а выход первой группы предохранителей связан со входами кабельных линий, параллельно силовым линиям к кабельным проводам подсоединена дополнительная вторая группа предохранителей, выход которой соединен со входом высокочастотного фильтра, выход которого соединен со входом устройства грозозащиты, выход устройства грозозащиты соединен со входом третьей группы предохранителей, выход которой соединен с сетью.