Устройство рекуперации электроэнергии
Техническое решение относится к области электрических систем подъемно-транспортных механизмов с двигателями постоянного тока, в частности системам для рекуперативного торможения подъемного крана и может быть использовано при строительстве объектов и других высотно-монтажных работах.
Технической задачей является экономия электроэнергии. Сущность технического решения заключается в том, что устройство рекуперации электроэнергии, содержащее три силовые линии, включающие последовательно соединенные исполнительные механизмы, редукторы, двигатели, инверторы, коммутирующие ключи, предохранители, блок рекуперации, находящийся на одной из силовых линий, параллельно соединенный высокочастотный фильтр, содержит также параллельно с силовыми линиями устройство грозозащиты и дополнительную группу коммутирующих ключей, кроме этого, в устройство дополнительно введена аналогичная четвертая силовая линия, но с двумя двигателями, двумя редукторами и двумя исполнительными механизмами, в каждую силовую линию введен блок рекуперации, блок емкостно-индуктивного накопителя, две группы коммутирующих ключей, устройство грозозащиты, причем блок емкостно-индуктивного накопителя состоит из емкостного элемента, индуктивного элемента, а также группы коммутирующих ключей, элементы в каждой силовой линии соединены одинаково, поэтому исполнительный механизм соединен со входом редуктора, который в свою очередь соединен со входом двигателя, выход двигателя связан со входом инвертора, который соединен с первой группой коммутирующих ключей, выходы первой группы коммутирующих ключей соединены со входом блока емкостно-индуктивного накопителя, выход которого подключен к входу рекуператора, выход которого в свою очередь соединен со входом первой группы предохранителей, выход первой группы предохранителей соединен со входом второй группы коммутирующих ключей, а выход второй группы коммутирующих связан со входами кабельных линий, параллельно силовым линиям к кабельным проводам подсоединена дополнительная третья группа коммутирующих ключей, выход которой соединен со входом фильтра, выход фильтра соединен со входом устройства грозозащиты, выход устройства грозозащиты соединен со входом второй группы предохранителей, которые соединены с четвертой группой коммутирующих ключей, выход которых соединен с сетью.
Техническое решение относится к области электрических систем подъемно-транспортных механизмов.
В качестве аналога была взята схема механизма электропривода подъема и опускания груза грузоподъемного крана. Патент РФ 
2298520, МПК В66С 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 изобретение обладает многодвигательные электропривода, используемые на грузоподъемных кранах.
Недостатком аналога является то, что в электропривод входят основные и дополнительный резисторы. Другими словами торможение механизмов устройства осуществляется резисторами, что дополнительный вес от оборудования (тормозные реостаты), при том, что отсутствует экономия в электроэнергии.
В качестве прототипа выбрана схема силовой цепи складского портала с использованием устройства рекуперации энергии, http://www.servotechnica.spb.ru/keb/r4pre.pdf. Складской портал имеет три привода: привод движения портала, привод горизонтального перемещения портала и привод подъема. Все три электропривода оснащены преобразователями частоты, предохранителями, группой коммутирующих ключей, электродвигетелями. В приводе подъема содержится дополнительно группа индуктивных накопителей, а также при движении «на спуск» возможно получить генераторный режим работы электродвигателя. Энергия, получаемая в генераторном режиме, может быть рекуперирована в питающую сеть с помощью устройства рекуперации и использована для питания приводов движения портала и горизонтального перемещения при их одновременной работе, что ведет к уменьшению потребления электроэнергии всей установкой в целом.
К недостаткам прототипа относится то, что энергия, получаемая в генераторном режиме, может быть рекуперирована в питающую сеть с помощью устройства рекуперации и использована для питания приводов движения портала и горизонтального перемещения только при их одновременной работе. В результате привода системы зависимы друг от друга, неэффективны в работе и имеют больший расход электроэнергии.
Задачей технического решения является экономия электроэнергии, повышение безопасности и соответствующей эффективности работы устройства, а именно обеспечение бесперебойной работы устройства к каким-либо перегрузкам и помехам, независимость и автономность работы каждой группы приводов.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в устройство рекуперации электроэнергии содержащее три силовые линии, включающие последовательно соединенные исполнительные механизмы, редукторы, двигатели, инверторы, коммутирующие ключи, предохранители, блок рекуперации, находящийся в одной из силовых линий, параллельно соединенный высокочастотный фильтр дополнительно вводится параллельно с силовыми линиями устройство грозозащиты и дополнительная группа коммутирующих ключей, дополнительно введена аналогичная 4-ая силовая линия, но с двумя двигателями, двумя редукторами и двумя исполнительными механизмами, в каждую силовую линию введен блок рекуперации, блок емкостно-индуктивного накопителя, две группы коммутирующих ключей, причем блок емкостно-индуктивного накопителя состоит из емкостного элемента, индуктивного элемента, элементы в каждой силовой линии соединены одинаково, поэтому исполнительный механизм соединен со входом редуктора, который в свою очередь соединен со входом двигателя, выход двигателя поступает на вход инвертора, который соединен с первой группой коммутирующих ключей, выход первой группы коммутирующих ключей соединятся со входом блока емкостно-индуктивного накопителя, выход которого соединен со входом рекуператора, который в свою очередь соединен со входом первой группы предохранителей, выход первой группы предохранителей соединен со входом второй группы коммутирующих ключей, а выход второй группы коммутирующих связан со входами кабельных линий, параллельно силовым линиям к кабельным проводам подсоединена дополнительная третья группа коммутирующих ключей, выход которой соединен со входом фильтра, выход фильтра соединен со входом устройства грозозащиты, выход устройства грозозащиты соединен со входом второй группы предохранителей, которые соединены с четвертой группой коммутирующих ключей, выход которых соединен с сетью.
На фиг.1 изображена схема устройства рекуперации электроэнергии. Устройство рекуперации электроэнергии состоит из четырех аналогичных приводов, каждый своего назначения, в свою очередь четвертый привод несколько отличается от других трех - в него входит два двигателя, два редуктора и соответственно два исполнительных механизма, все группы приводов последовательно соединены с дополнительной группой коммутирующих ключей, блоком фильтра, блоком устройства грозозащиты, группой предохранителей и группой коммутирующих ключей, в каждую силовую линию введен блок рекуперации, блок емкостно-индуктивного накопителя, две группы коммутирующих ключей, устройство грозозащиты, причем блок емкостно-индуктивного накопителя состоит из емкостного элемента, индуктивного элемента, а также группы коммутирующих ключей, элементы в каждой силовой линии соединены одинаково, поэтому исполнительный механизм 1 соединен со входом редуктора 2, который в свою очередь соединен со входом двигателя 3, выход двигателя 3 связан со входом инвертора 4, который соединен с первой группой коммутирующих ключей 5, выход первой группы коммутирующих ключей 5 соединятся со входом блока емкостно-индуктивного накопителя 6, выход которого связан со входом рекуператора 7, который в свою очередь соединен со входом первой группы предохранителей 8, выход которой соединен со входом второй группы коммутирующих ключей 9, а выход второй группы коммутирующих ключей 9 связан со входами кабельных линий, параллельно силовым линиям к кабельным проводам подсоединена третья дополнительная группа коммутирующих ключей 10, выход которой соединен со входом фильтра 11, выход фильтра соединен со входом устройства грозозащиты 12, выход устройства грозозащиты соединен со входом второй группы предохранителей 13, которые соединены с четвертой группой коммутирующих ключей 14 выход которых соединен с сетью.
Устройство рекуперации электроэнергии работает следующим образом. На входы четвертой группы коммутирующих ключей 14 подают напряжение трехфазной сети, которое поступает на входы второй группы предохранителей 13, затем сигнал напряжения поступает на выходы второй группы предохранителей 13, которые соединяются с входами устройства грозозащиты 12, предназначенный для надежной защиты объекта от воздействия любого вида перенапряжения и затем сигнал поступает со входов устройства грозозащиты 12 на входы блока фильтра 11, необходимого для предотвращения резонанса в цепи при рекуперации электроэнергии. После этого электроэнергия распределяется в привода системы, каждый из которых имеет свое назначение. Всего кран имеет четыре рабочих движения: подъем груза, поворот стрелы, передвижение грузовой тележки, передвижение крана. Все привода могут работать как совместно так и по отдельности, как от сети, так и в автономном режиме. Так как все силовые линии аналогичны, то сигнал проходит одинаковый путь по всем элементам каждой силовой линии. Сигнал с выхода блока фильтра 11 поступает на входы второй группы коммутирующих ключей 9 каждого привода, выходы которых, соединяются с входами первой группы предохранителей 8 каждого привода, сигнал с выходов первой группы предохранителей поступает на входы блоков рекуператоров 7 каждого привода, далее энергия с выходов блоков рекуператоров переходит на входы блоков емкостно-индуктивного накопителя 6 каждого привода, в свою очередь сигнал с выходов блоков емкостно-индуктивного накопителя поступают на входы первой группы коммутирующих ключей 5 каждого привода, выходы которых, соединены с входами инверторов 4 каждого привода, затем сигнал с выходов инверторов поступает на входы двигателей 3 каждого привода, в итоге энергия с выходов двигателей, соединеных с редукторами 2 каждого привода поступает к исполнительным механизмам 1 каждого привода. Помимо всего прочего, существует возможность подпитывания соседней аналогичной системы приводов за счет энергии исходной системы электроприводов, с помощью третьей дополнительной группы коммутирующих ключей 10. Общий принцип таков, что за счет работы одного из приводов, т.е. его накопления электроэнергии через емкостно-индуктивные накопители и рекуперации за счет рекуператоров, 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 того же блока емкостно-индуктивного накопителя.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет более экономично использовать электроэнергию, потребляемую от сети, а также возвращать энергию обратно в сеть, т.е. работать в рекуперативном режиме.
Устройство рекуперации электроэнергии, содержащее силовые линии, включающие последовательно соединенные исполнительные механизмы, редукторы, двигатели, инверторы, коммутирующие ключи, предохранители, блок рекуперации, находящийся на одной из силовых линий, параллельно соединенный высокочастотный фильтр, отличающееся тем, что в устройство также параллельно с силовыми линиями введено устройство грозозащиты и дополнительная группа коммутирующих ключей, кроме того, устройство выполнено с четырьмя аналогичными силовыми линиями, при этом четвертая силовая линия выполнена с двумя двигателями, двумя редукторами и двумя исполнительными механизмами, в каждую силовую линию введен блок рекуперации, блок емкостно-индуктивного накопителя, две группы коммутирующих ключей, причем блок емкостно-индуктивного накопителя состоит из емкостного элемента, индуктивного элемента, элементы в каждой силовой линии соединены одинаково, поэтому исполнительный механизм соединен со входом редуктора, который, в свою очередь, соединен со входом двигателя, выход двигателя связан со входом инвертора, который соединен с первой группой коммутирующих ключей, выходы первой группы коммутирующих ключей соединены со входом блока емкостно-индуктивного накопителя, выход которого подключен к входу рекуператора, который, в свою очередь, соединен со входом первой группы предохранителей, выход которой соединен со входом второй группы коммутирующих ключей, а выход второй группы коммутирующих ключей связан со входами кабельных линий, параллельно силовым линиям к кабельным проводам подсоединена дополнительная третья группа коммутирующих ключей, выход которой соединен со входом фильтра, выход фильтра соединен со входом устройства грозозащиты, выход устройства грозозащиты соединен со входом второй группы предохранителей, которые соединены с четвертой группой коммутирующих ключей, выход которых соединен с сетью.
