[实用新型]电动机制动电能回收利用装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电动机节能技术领域，尤其是一种对电动机在制动工况下所发出的电能进行回收利用的装置。

背景技术

由现有技术可知，电动机可以工作在“拖动用电工况”或“制动发电工况”。在以电动机为动力的机械领域中，其中的一部分是“拖动用电工况”与“制动发电工况”短时交替变换工作。例如：电梯满载上行时驱动电动机处于“拖动用电工况”，满载下行时处于“制动发电工况”；港口装卸起重机在吊起货物时起升电动机处于“拖动用电工况”，下落货物时处于“制动发电工况”；石油开采的游梁式抽油机(俗称磕头机)，上升过程电动机处于“拖动用电工况”，下降过程处于“制动发电工况”。

随着新技术的发展，交流变频拖动技术应用日益广泛。当机械装置处于“拖动用电工况”时，交流电源由电网引入变频器，经整流滤波成为直流电，再由逆变电路输出频率与电压可控的三相交流电，驱动电动机按工作要求运转，改善了机械性能与节电效果。当机械装置处于“制动发电工况”时，电动机的制动电能经逆变电路加载到变频器的直流母线上。目前有二种处理制动电能的方案：其一是加设制动电阻把制动电能泻放，缺点是制动电能不仅全部浪费，而且制动电阻放电发热造成环境温度升高；其二是另设逆变电路把加在到变频器直流母线上的制动电能再变换成三相交流电反馈至电网，提高了电能使用效率，缺点是反馈电能的谐波对电网有干扰，以及反馈电能的计量未得到电力部门的普遍认同，回收电费在一部分地区或部门不能兑现，影响了推广应用。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的缺点，提供一种电动机制动电能回收利用装置。该装置可以显著节省电动机运行的电费开销，对电网无谐波干扰问题。

本实用新型的技术方案是：

一种电动机制动电能回收利用装置，其电动机由变频器驱动，交流电源接变频器的输入端，变频器的输出端接电动机，增设了由超级电容组成的储能模块，经充放电控制单元接到变频器。

所述充放电控制单元的放电二极管，其阳极接变频器直流母线(+)端，阴极接储能模块(-)端，储能模块(-)端接变频器直流母线(-)端。

所述充放电控制单元的充电控制IGBT，其C极接变频器直流母线的(+)端，E极接储能模块的(+)端，G极与电压控制电路、电流控制电路连接，储能模块(-)端接变频器直流母线(-)端。

由于采用上述技术方案，本实用新型提供的电动机制动电能回收利用装置具有这样的有益效果，即可以把电动机制动工况发出的电能储存，供电动机在电动工况使用，提高了能源使用效率，可显著地节省电动机运行电费，对电网无谐波干扰问题。

附图说明

图1是现有技术的交流电动机变频拖动电气结构框图。

图2是本实用新型的电气结构框图。

图3是本实用新型实施例的电气原理框图。

附图标记：1.交流电动机，2.变频器，3.制动单元，4.充放电控制单元，5.储能模块，6.整流器，7.电容，8.制动电阻，9.制动二极管，10.变频器直流母线(+)，11.逆变电路，12.放电二极管，13.充电控制IGBT，14.制动控制IGBT，15.变频器直流母线(-)，16.电压控制电路，17.电流控制电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

在图1中，交流电源经变频器2接交流电动机1，以及接入变频器2的制动单元3，构成了目前广泛使用的交流变频拖动系统。其工作过程是：变频器2把接入的交流电源整流为直流电，再逆变成频率与电压可控的交流电，驱动交流电动机1带动机械装置运转；当交流电动机1处于制动发电工况时，其制动电能反馈到变频器2，经制动单元3释放。

图2是本实用新型的电气结构框图，与图1相比，增设了储能模块5，经充放电控制单元4接入变频器2。储能模块5选用多个超级电容组合件，是一种新型电能存贮器件，具有充放电速度快、使用寿命长、免维护无污染等优点，其作用是：在交流电动机1处于制动发电工况时，制动电能反馈到变频器2，经充放电控制单元4向储能模块5充电，直至储能模块5充电电压到达规定值，再由制动单元放电作过充电保护；在交流电动机1处于拖动用电工况时，由充放电控制单元4控制，先由储能模块5供电，直至储能模块5放电电压到达规定值，再由交流电源整流的直流电供电。

图3是交流变频拖动电梯应用本实用新型的实施例。电梯是一种垂直运输设备，其特点是向上与向下的运送量大体相当，驱动电动机经常在“拖动用电工况”与“制动发电工况”短时交替工作。图3中，三相交流电经整流器6成为直流电，其正极为变频器直流母线(+)10，负极为变频器直流母线(-)15，经电容7滤波后由逆变电路11形成电压与频率可控制的三相交流电，驱动交流电动机1。储能模块5选用超级电容6F/700V组合件，放电容量约为15kW电动机工作60秒。储能模块5经放电二极管12并联到变频器直流母线，当电压高于变频器直流母线电压时，放电二极管12导通，逆变电路11由其供电。储能模块5放电电压小于变频器直流母线电压时，放电二极管12截止，逆变电路11由变频器直流母线即交流电源整流的直流电供给。储能模块5的充电由充电控制IGBT 13限制，当检测到变频器直流母线电压大于“设定数值”时，(例如制动单元开启电压减去80V，本实施例为600V)，电压控制电路16驱动充电控制IGBT 13导通，变频器直流母线向储能模块5充电。由于“设定数值”远大于交流电源整流后的电压，避免了电源整流后向储能模块5充电。电流控制电路17的作用是监测充电电流，通充电控制IGBT 13限制在规定数值以内(本实施例为20A)。制动控制IGBT 14与制动电阻8、制动二极管9构成充电过压保护单元，与现有技术的变频器制动单元的原理与构成相同，当变频器直流母线电压到达规定值时，由制动单元导通放电，消耗制动发电电能。本实施例由380V三相交流电供电，开启电压约为DC680V。