專利名稱：全數(shù)字化機(jī)組串級(jí)調(diào)速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種主要用于交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的全數(shù)字化機(jī)組串級(jí)調(diào)速裝置。
技術(shù)背景串級(jí)調(diào)速是交流異步電動(dòng)機(jī)的經(jīng)典調(diào)速方法之一。隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技 術(shù)的發(fā)展，串級(jí)調(diào)速技術(shù)得以更進(jìn)一步的發(fā)展，它以控制電壓低、控制功率小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 節(jié)能高效而具有突出的優(yōu)越性，在高壓大中型電動(dòng)機(jī)節(jié)能調(diào)速應(yīng)用方面具有特別的意義?，F(xiàn)有技術(shù)下的串級(jí)調(diào)速裝置主要由一個(gè)三相整流單元、逆變單元、控制單元和逆變變 壓器組成。被控的交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)差功率經(jīng)過整流后，再經(jīng)過逆變回饋至電網(wǎng)， 通過調(diào)整逆變器的逆變角來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但這種調(diào)速方式最大的缺陷就是回饋電網(wǎng) 的功率含有幅值較高的高次諧波，污染電網(wǎng)。另一種應(yīng)用非常普遍的交流調(diào)速方式是變頻調(diào)速。通過改變輸入交流電機(jī)定子繞組電 源頻率來改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方式的優(yōu)點(diǎn)是控制穩(wěn)定，電機(jī)啟動(dòng)電流小，調(diào)速范圍 寬。但這種調(diào)速方式需要控制的功率大，是電機(jī)的輸入功率，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生幅值較高的高 次諧波污染電力系統(tǒng)。對(duì)于高壓大功率電動(dòng)機(jī)而言，高壓變頻器的投資很高，技術(shù)難度大， 這些都影響了變頻調(diào)速技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)上述的缺陷，本發(fā)明提供了一種全數(shù)字化機(jī)組串級(jí)調(diào)速裝置，這種調(diào) 速裝置回饋電網(wǎng)的高次諧波小，有利于減小對(duì)電網(wǎng)的污染。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是 一種全數(shù)字化機(jī)組串級(jí)調(diào)速裝置，包括串級(jí)整流 電路和直流電動(dòng)機(jī)，所述串級(jí)整流電路的輸出端連接所述直流電動(dòng)機(jī)電樞的輸入端，所述 直流電動(dòng)機(jī)設(shè)有勵(lì)磁控制單元。本實(shí)用新型還可以設(shè)有交流發(fā)電機(jī)，所述交流發(fā)電機(jī)同所述直流電動(dòng)機(jī)軸連接。本實(shí)用新型的使用方法是將所述串級(jí)整流電路的輸出端連接被控異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子 線圈，所述交流發(fā)電機(jī)的輸出端連接電網(wǎng)，通過勵(lì)磁控制單元調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電壓， 就可調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，相應(yīng)地也就調(diào)節(jié)了異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路反電勢(shì)的大小，從而改變其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差，由此實(shí)現(xiàn)了iJi速目的。由于交流發(fā)電機(jī)的氣隙磁勢(shì)是穩(wěn)定的正向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，幾乎沒有高次諧波饋入電網(wǎng)，由此避免了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染；選用的直流電動(dòng)機(jī)電樞額定電壓越高，調(diào)速范圍就越大，當(dāng) 直流電機(jī)的電樞電壓大于繞線式異步電機(jī)繞組的開口電壓時(shí)，機(jī)組串調(diào)裝置就可以完全阻 止繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使其堵轉(zhuǎn)，由此使調(diào)速范圍達(dá)到0~100%額定轉(zhuǎn)速；交流發(fā) 電機(jī)的選擇盡可能選擇極數(shù)多的電機(jī)(6極以上)，直流電動(dòng)機(jī)在重負(fù)載和低電樞電壓的條 件下，其轉(zhuǎn)速都能大于交流發(fā)電機(jī)的同步速，串調(diào)機(jī)組中交流發(fā)電機(jī)的極數(shù)越多，串調(diào)機(jī) 組轉(zhuǎn)速就越慢，其檢修周期就越長(zhǎng)，可以超過被控異步電動(dòng)機(jī)(組)的檢修周期，以避免 本實(shí)用新型對(duì)生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定造成消極影響。被控異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組接入三相全控整流 橋，在理論上每周期每相先后有2次60°電角度的截至狀態(tài)，但是由于電感元件電流的不可 突變性，每相繞組電流截止的時(shí)間大為縮短，轉(zhuǎn)子電流負(fù)序分量幅值很小，引起定子繞組 產(chǎn)生的各次諧波的幅值也非常小，可以忽略。所述勵(lì)磁控制單元可以采用全數(shù)字控制裝置， 采用現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)或微機(jī)技術(shù)方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率電機(jī)的無級(jí)平滑調(diào)速。本實(shí)用新型主要可用于水泥、電力、水利、水處理、供水、城市供熱、冶金礦產(chǎn)、港 口機(jī)械、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域，通過對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能和優(yōu)化工藝流程 的目的。

圖1是本實(shí)用新型與被控異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1和圖2，本實(shí)用新型提供了一種全數(shù)字化機(jī)組串級(jí)調(diào)速裝置，包括串級(jí)整流 電路FLG1和直流電動(dòng)機(jī)M2，通常還可以設(shè)有交流發(fā)動(dòng)機(jī)M3，所述串級(jí)整流電路FLG1的 輸出端連接所述直流電動(dòng)機(jī)M2的電樞輸入端,所述直流電動(dòng)機(jī)M2設(shè)有勵(lì)磁控制單元FLG2，
所述交流發(fā)動(dòng)機(jī)M3同所述直流電動(dòng)機(jī)M2軸連接。所述勵(lì)磁控制單元FLG2可以包括可控硅整流電路和向可控硅整流電路供電的變壓器 T，所述可控硅整流電路可以設(shè)有對(duì)其進(jìn)行控制的可編程控制器，通過可編程控制器的程序 和參數(shù)設(shè)定實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)M2的勵(lì)磁電壓的控制。采用這種控制器成本低、使用方便。所述可編程控制器可以依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)采集被控系統(tǒng)的工藝運(yùn)行參數(shù)(如氣壓和溫度 等)，可以設(shè)有若干傳感器用于實(shí)時(shí)采集這些工藝運(yùn)行參數(shù)，通過現(xiàn)有技術(shù)設(shè)置控制程序， 其控制信號(hào)輸出端連接可控硅整流電路的控制端，向可控硅整流電路輸出控制信號(hào)，以調(diào) 整可控硅整流電路的電壓輸出，由此改變施加在所述直流電動(dòng)機(jī)M2轉(zhuǎn)子線圈上的勵(lì)磁電 壓。所述可控硅整流電路的控制裝置也可以采用其他控制裝置，例如工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。所述變壓器T的輸入端可以設(shè)有依次串聯(lián)的接觸器KM2和空氣開關(guān)QF2，通過接觸 器KM2和空氣開關(guān)QF2連接電源電路，以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器T通斷電的控制。所述可控硅整流電路的輸出端和所述直流電動(dòng)機(jī)M2的勵(lì)磁線圈組成的回路上可以設(shè) 有顯示輸出電壓的電壓表PV2和顯示回路電流的電流表PA2，以實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁電壓和電流的監(jiān) 控。所述串級(jí)整流電路FLG1可以采用二極管整流橋或其他任意適宜形式的整流電路，將被 控異步電動(dòng)機(jī)M1的的轉(zhuǎn)子線圈上的電壓轉(zhuǎn)化為適于所述直流電動(dòng)機(jī)M2的直流電壓。所述串級(jí)整流電路FLG1的輸出端和所述直流電動(dòng)機(jī)M2的電樞組成的回路上可以設(shè)有 用于直接顯示輸出電壓的電壓表PV1、用于顯示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的電壓表PN1和用于顯示輸出電 流的電流表PAl,以便對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。所述串級(jí)整流電路FLG1的輸入端可以設(shè)有接觸器KM1，通過接觸器KM1連接被控異步電 動(dòng)機(jī)M1的轉(zhuǎn)子線圈，以便進(jìn)行通斷控制。所述被控異步電動(dòng)機(jī)Ml的轉(zhuǎn)子線圏接線端可以設(shè)有用于過壓保護(hù)的壓敏電阻Ru，以利 所述交流發(fā)電機(jī)M3釆用異步交流發(fā)電機(jī)，其輸出端依次連接有接觸器KM3和空氣開關(guān) QF3，并通過接觸器KM3和空氣開關(guān)QF3接入電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)向電網(wǎng)饋電的控制。所述各開關(guān)的動(dòng)作均可以由PLC或控制機(jī)柜面板上的按鈕控制，以方便操作。 各開關(guān)的控制過程可以采用下列方式當(dāng)被控異步電動(dòng)機(jī)Ml (簡(jiǎn)稱主機(jī))斷路器Kl合時(shí)，主機(jī)起動(dòng)。這時(shí)機(jī)組串調(diào)裝置才 允許投入運(yùn)行。首先手動(dòng)合閘空氣斷路器QF2、 QF3，再合閘KM3，啟動(dòng)機(jī)組，穩(wěn)定后合閘 KM2，給勵(lì)磁控制單元FLG2供電回路，運(yùn)行勵(lì)磁控制單元FLG2，調(diào)整勵(lì)磁給定值，使直流 機(jī)電樞電壓達(dá)到預(yù)期值。這一切完成后，就可以將串調(diào)裝置投入運(yùn)行。KM1合閘，然后K3 斷開，閉鎖K2，嚴(yán)禁K2合閘，這時(shí)主機(jī)轉(zhuǎn)速為調(diào)速范圍中默認(rèn)轉(zhuǎn)速。如果要提高轉(zhuǎn)速就 要減小勵(lì)磁電流，如果要調(diào)低轉(zhuǎn)速，就要增大勵(lì)磁電流，調(diào)節(jié)過程要慢調(diào)。此時(shí)直流電動(dòng) 機(jī)M2拖動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)M3處于發(fā)電狀態(tài)，所發(fā)的電反饋到電網(wǎng)去，從而達(dá)到節(jié)能增效的 目的。停機(jī)時(shí)合上K3，然后斷開KMl,輔機(jī)系統(tǒng)停機(jī)。主機(jī)停機(jī)后，液體電阻RF應(yīng)自動(dòng)調(diào) 到電阻值最大狀態(tài)，以備下次主機(jī)啟動(dòng)?？梢圆捎萌珨?shù)字化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制，以獲得下列優(yōu)勢(shì)(1) 全數(shù)字化設(shè)計(jì)。該勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置從交流輸入到控制脈沖全部實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，完成 了采樣、數(shù)控脈沖等一系列先進(jìn)的微機(jī)技術(shù)，在硬件結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了最小系統(tǒng)配置，提高了 裝置的可靠性和調(diào)節(jié)精度。(2) 國際標(biāo)準(zhǔn)化的軟件設(shè)計(jì)。該勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置在實(shí)現(xiàn)了最小系統(tǒng)配置的條件下，保護(hù)與 調(diào)節(jié)功能均采用軟件設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)方式功能齊全，如非線性最優(yōu)勵(lì)磁調(diào)節(jié)方式；線 性最優(yōu)調(diào)節(jié)方式以及PID調(diào)節(jié)方式等。(3) 設(shè)備調(diào)試智能化。該裝置具有方便直觀的人機(jī)接口，運(yùn)行中不僅能直觀地了解裝置 的工作狀態(tài)和直流電動(dòng)機(jī)M2的運(yùn)行狀態(tài)，而且一切調(diào)試均能由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能鍵完成。 調(diào)節(jié)器參數(shù)和保護(hù)參數(shù)的整定均能由加有密碼的鍵盤來完成。 (4) 系統(tǒng)元件板的故障自診斷功能。整個(gè)調(diào)節(jié)裝置在運(yùn)行過程中，具有完整的故障自診 斷系統(tǒng)， 一旦故障出現(xiàn)能明確地發(fā)出故障信號(hào)和故障代碼，使系統(tǒng)能最快修復(fù)。(5) 故障信息記錄也是該勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置較為突出的優(yōu)點(diǎn)之一。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或操作人 員誤操作引起的故障，以及裝置本身故障都可由故障信息記錄系統(tǒng)查明原因，這對(duì)于分析 故障十分重要。
權(quán)利要求1.一種全數(shù)字化機(jī)組串級(jí)調(diào)速裝置，其特征在于包括串級(jí)整流電路FLG1和直流電動(dòng)機(jī)M2，所述串級(jí)整流電路FLG1的輸出端連接所述直流電動(dòng)機(jī)M2的電樞輸入端，所述直流電動(dòng)機(jī)M2設(shè)有勵(lì)磁控制單元FLG2。
2. 如權(quán)利要求1所述的全數(shù)字化機(jī)組串級(jí)調(diào)速裝置，其特征在于所述勵(lì)磁控制單元 FLG2包括可控硅整流電路和向可控硅整流電路供電的變壓器T，所述可控硅整流電路設(shè)有 對(duì)其進(jìn)行控制的可編程控制器。
3. 如權(quán)利要求2所述的全數(shù)字化機(jī)組串級(jí)調(diào)速裝置，其特征在于所述可編程控制器設(shè) 有若干用于實(shí)時(shí)采集被控異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)工藝運(yùn)行參數(shù)的傳感器，所述可編程控制器控制 的信號(hào)輸出端連接可控硅整流電路的控制端。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的全數(shù)字化機(jī)組串級(jí)調(diào)速裝置，其特征在于所述變壓器T的 輸入端設(shè)有依次串聯(lián)的接觸器KM2和空氣開關(guān)QF2，通過接觸器KM2和空氣開關(guān)QF2連 接電源電路，所述串級(jí)整流電路FLG1采用二極管整流橋。
5. 如權(quán)利要求2或3所述的全數(shù)字化機(jī)組審級(jí)調(diào)速裝置，其特征在于所述可控硅整流 電路的輸出端和所述直流電動(dòng)機(jī)M2的勵(lì)磁線圈組成的回路上設(shè)有顯示輸出電壓的電壓表 PV2和顯示回路電流的電流表PA2，所述串級(jí)整流電路FLG1的輸出端和所述直流電動(dòng)機(jī)M2 的電樞組成的回路上設(shè)有用于直接顯示輸出電壓的電壓表PV1、用于顯示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的電 壓表PN1和用于顯示輸出電流的電流表PA1。
6. 如權(quán)利要求1、 2或3所述的全數(shù)字化機(jī)組串級(jí)調(diào)速裝置，其特征在于所述串級(jí)整 流電路FLG1的輸入端設(shè)有接觸器KM1，通過接觸器KM1連接被控異步電動(dòng)機(jī)Ml的轉(zhuǎn)子線 圈。
7. 如權(quán)利要求6所述的全數(shù)字化機(jī)組串級(jí)調(diào)速裝置，其特征在于所述被控異步電動(dòng)機(jī) Ml的轉(zhuǎn)子線圈接線端設(shè)有用于過壓保護(hù)的壓敏電阻Ru。
8. 如權(quán)利要求l、 2或3所述的全數(shù)字化機(jī)組串級(jí)調(diào)速裝置，其特征在于還設(shè)有交流 發(fā)動(dòng)機(jī)M3，所述交流發(fā)動(dòng)機(jī)M3同所述直流電動(dòng)機(jī)M2軸連接。
9.如權(quán)利要求8所述的全數(shù)字化機(jī)組串級(jí)調(diào)速裝置，其特征在于所述交流發(fā)電機(jī)M3 采用異步交流發(fā)電機(jī)，其輸出端依次連接有接觸器KM3和空氣開關(guān)QF3，并通過接觸器KM3 和空氣開關(guān)QF3接入電網(wǎng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種全數(shù)字化機(jī)組串級(jí)調(diào)速裝置，其特征在于包括串級(jí)整流電路FLG1、直流電動(dòng)機(jī)M2和交流發(fā)動(dòng)機(jī)M3，所述串級(jí)整流電路FLG1的輸出端連接所述直流電動(dòng)機(jī)M2的電樞輸入端，所述直流電動(dòng)機(jī)M2設(shè)有勵(lì)磁控制單元FLG2，所述交流發(fā)動(dòng)機(jī)M3同所述直流電動(dòng)機(jī)M2軸連接。所述勵(lì)磁控制單元FLG2可以包括可控硅整流電路和向可控硅整流電路供電的變壓器T，所述可控硅整流電路可以設(shè)有對(duì)其進(jìn)行控制的可編程控制器，所述串級(jí)整流電路可以采用二極管整流橋。本實(shí)用新型產(chǎn)生的高次諧波少，并且調(diào)速范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制，主要用于交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。
文檔編號(hào)H02P27/06GK201029224SQ20072000013
公開日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2007年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者嚴(yán)漢彥, 周明寶, 李茂林, 旭 洪, 建 程 申請(qǐng)人:北京紫御灣科技有限公司