專利名稱:一逆變橋拖動多臺電機(jī)實現(xiàn)輸入功率同時隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一逆變橋拖動多臺電機(jī)控制系統(tǒng),特別是一逆變拖動多臺電機(jī)實現(xiàn)輸入功率同時隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化控制系統(tǒng)。
背景技術(shù):
當(dāng)今世界上把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能基本上都是通過電動機(jī)來實現(xiàn)的。據(jù)國外資料介紹美、日、法、俄四個國家的電動機(jī)所消耗的電能占全部工業(yè)消耗電能的比重均超過60%,據(jù)有關(guān)部門調(diào)查,我國幾個主要電網(wǎng)中,電動機(jī)所消耗電能的比重,占整個工業(yè)用電的60% _68%,與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的比重大致相仿。因此,世界各國競相研制并推廣各種先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備,以促使電動機(jī)經(jīng)濟(jì)運行。我國在研制和采用各種促進(jìn)電動機(jī)經(jīng)濟(jì)運行裝置與技術(shù)上,均取得了顯著成效與經(jīng)驗。 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)以及其他方面例如制造工藝發(fā)展,調(diào)速裝置繁多,呈百花齊放趨勢。其中,變頻調(diào)速是性能最好、最具發(fā)展前途的裝置。特別是矢量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的應(yīng)用,變頻技術(shù)日趨成熟,以其寬廣的調(diào)速范圍、較高的穩(wěn)速精度,快捷的動態(tài)響應(yīng),以及能在直角坐標(biāo)系中的四象限內(nèi)作可逆運行的性能,位居交流傳動之首,其調(diào)速性能完全可以和直流傳動相媲美,并有取代之勢。目前業(yè)已商業(yè)化的大型電力電子器件以及變頻生產(chǎn)制造仍以世界知名企業(yè)為主,比如德國的西門子電氣傳動有限公司、芬蘭瓦薩控制系統(tǒng)有限公司、瑞士 ABB、法國施耐得電氣公司和日本安川等。上述工業(yè)發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品,在我國相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域也到處可見。只是這些產(chǎn)品中,對于一種電氣功能采用一個變頻器,而一個變頻器就需要配置一個逆變橋;如果還要求變頻調(diào)速系統(tǒng)擁有能量回饋功能,則需再增設(shè)逆變橋。顯然這不僅使系統(tǒng)變得龐大復(fù)雜,穩(wěn)定性差,而且可維修性不好,性價也很高。針對上述已有變頻技術(shù)存在的缺陷,本發(fā)明人就如何用一個逆變橋拖動多臺電動機(jī)異步同時實現(xiàn)轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng),先后在起重機(jī)、油田抽油機(jī)和注水泵以及鋼球機(jī)等方面進(jìn)行了大量的針對性試驗,并為交流和直流設(shè)備設(shè)計制造了柜體和箱體,實施了批量生產(chǎn)與應(yīng)用。收到了良好的效果。同時,已先后相繼申請三項發(fā)明專利,均獲準(zhǔn)國家知識產(chǎn)權(quán)局的授權(quán),其專利號分別為“ZL 200810094147. 6”、“ZL200810048732. 2”和“ZL200810048252. 2”。然而,在電氣傳動系統(tǒng)中,一方面根據(jù)電機(jī)的功率平衡方程式
Pl=3UlIlCOScpl式中Pl-----電機(jī)輸入功率(KW);Ul-----定子繞組相電壓(KV);11-----定子繞組相電流㈧;φ -----相電壓與相電流之間夾角;
3UlIlCOScpl-電動機(jī)功率因數(shù)。另一方面,為了分析方便,在不考慮電機(jī)定子銅鐵損耗和轉(zhuǎn)子機(jī)械損耗的前提下,又有Pl = P2+PS這里,P2電機(jī)輸出功率,即負(fù)載功率;PS電機(jī)轉(zhuǎn)差功率,即電機(jī)調(diào)速后經(jīng)逆變橋回饋到電網(wǎng)或電機(jī)的功率。而且Ps = SPl所以Pl=P2+Ps= P2+SP1或P2 = Pl-SPl= Pl (I-S)基于在電氣傳動系統(tǒng)中,電機(jī)和轉(zhuǎn)差率S為
權(quán)利要求
1.一逆變橋拖動多臺電機(jī)實現(xiàn)輸入功率同時隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化控制系統(tǒng),包括定子調(diào)壓單元(I)、電動機(jī)單元(2)、轉(zhuǎn)子調(diào)速單元(3)、逆變橋單元(4)、控制驅(qū)動單元(5)、信號處理單元(6),其特征是 所述定子調(diào)壓單元(I),包括有多個定子調(diào)壓模件,其中有第一定子調(diào)壓模件(I. 1),直至第N定子調(diào)壓模件(1.N); 所述電動機(jī)單元(2),包括有多個電機(jī),其中有第一電機(jī)(M1),直至第N電機(jī)(MN); 所述轉(zhuǎn)子調(diào)速單元(3),包括有多個轉(zhuǎn)子調(diào)速模件,其中有第一轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. I),直至第N轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. N); 所述逆變橋單元⑷,包括有電抗器LI,可控硅組KP4與KP7,KP5與KP8,KP6與KP9 ;電阻器組 R4 與 R7, R5 與 R8, R6 與 R9 ;電容器組 C8、C9 與 C14、C15,CIO、Cll 與 C16、C17,C12、C13與C18、C19 ;其中電抗器LI的H點與可控硅組KP4、KP5、KP6的陽極相連接,而可控硅組KP4與KP7,KP5與KP8,KP6與KP9的相連點依次分別與三相電網(wǎng)電源的A、B、C端相連接; 所述控制驅(qū)動單元(5),包括有多個驅(qū)動控制模件,其中有第一控制驅(qū)動模件(5. I),直至第N控制驅(qū)動模件(5. N); 所述信號調(diào)理單元(6),包括有多個信號調(diào)理模件,其中有第一信號調(diào)理模件(6. I),直至第N信號調(diào)理模件(6. N)。
2.如權(quán)利要求I所述的一逆變橋拖動多臺電機(jī)實現(xiàn)輸入功率同時隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化控制系統(tǒng),其特征是 所述第一定子調(diào)壓模件(I. I)設(shè)置有定子調(diào)壓器組KP11,KP21,KP31,電阻器組R11、R2UR31,電容器組 C11、C21、C31、C41、C51、C61 ;且按 KP11、Rll、Cll、C21, KP21、C21、C31、C41,以及KP31、R31、C51、C61分成了三路,各路的輸入端依次分別與電網(wǎng)電源的ABC三相相連接,而其輸出端依次分別與第一電機(jī)Ml的三個定子相連接;且進(jìn)入了三個定子的三相電源線上設(shè)置有功率因數(shù)傳感器Gl ; 所述第N定子調(diào)壓模件(1.N)設(shè)置有定子調(diào)壓器組即謂,即21即3化電阻器1 謂、1 2隊R3N,電容器組 C1N、C2N、C3N、C4N、C5N、C6N ;且按 KP1N、R1N、C1N、C2N, KP2N、C2N、C3NC4N,以及KP3N、R3N、C5N、C6N分成了三路,各路的輸入端依次分別與電網(wǎng)電源的ABC三相相連接,而其輸出端依次分別與第一電機(jī)Ml的三個定子相連接;且進(jìn)入了三個定子的三相電源線上設(shè)置有功率因數(shù)傳感器GN。
3.如權(quán)利要求I所述的一逆變橋拖動多臺電機(jī)實現(xiàn)輸入功率同時隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化控制系統(tǒng),其特征是 所述第一電機(jī)Ml的三個定子依次分別與第一定子調(diào)壓模件(I. I)中的三個定子調(diào)壓器KP11、KP21和KP31各自的輸出端相對應(yīng)連接,其三個轉(zhuǎn)子依次分別與第一轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. I)中的整流器Zl的三個輸入端相對應(yīng)連接; 所述第N電機(jī)MN的三個定子依次分別與第N定子調(diào)壓模件(1.N)中的三個定子調(diào)壓器KP1N、KP2N和KP3N各自的輸出端相對應(yīng)連接,其三個轉(zhuǎn)子依次分別與第N轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. N)中的整流器ZN的三個輸入端相對應(yīng)連接。
4.如權(quán)利要求I所述的一逆變橋拖動多臺電機(jī)實現(xiàn)輸入功率同時隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化控制系統(tǒng),其特征是所述第一轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. I),設(shè)置有整流器Zl,斬波器IGBTl, 過壓保護(hù)器URl,隔離器組Dll、D21、D31及濾波電容器C71,且整流器Zl的三個輸入端與電機(jī)Ml的三個轉(zhuǎn)子的三相電源線上設(shè)置有霍爾電壓傳感器Hll ;隔離器Dll的負(fù)極與隔離器D21的正極Ql點之間設(shè)置有霍爾電流傳感器H21 ;隔離器的正極Ql點與過壓保護(hù)器URl上方SI點之間設(shè)置有霍爾電流傳感器H31 ;隔離器D21的正極Ql點與斬波器IGBTl陽極TCl之間設(shè)置有霍爾電流傳感器H41 ; 所述第N轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. N),設(shè)置有整流器ZN,斬波器IGBTN、 過壓保護(hù)器URN’隔離器組DIN、D2N、D3N及濾波電容器C7N,且整流器ZN的三個輸入端與第一電機(jī)MN的三個轉(zhuǎn)子的三相電源線上設(shè)置有霍爾電壓傳感器HlN ;隔離器DN的負(fù)極與隔離器D2N的正極QN點之間設(shè)置有霍爾電流傳感器H2N ;隔離器的正極QN點與過壓保護(hù)器URN上方SN點之間設(shè)置有霍爾電流傳感器H3N ;隔離器D2N的正極QN點與斬波器IGBTN陽極TCN之間設(shè)置有霍爾電流傳感器H4N。
5.如權(quán)利要求I所述的一逆變橋拖動多臺電機(jī)實現(xiàn)輸入功率同時隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化控制系統(tǒng),其特征是 第一控制驅(qū)動模件(5. 1),設(shè)置有微處理器U31,放大驅(qū)動器U41和觸發(fā)驅(qū)動器U51 ;微處理器U31的第10腳和11腳分別與放大驅(qū)動器U41的第15腳和14腳依次相連接,且放大驅(qū)動器U41的第3腳與第一轉(zhuǎn)子調(diào)速模件3. I中的斬波器IGBT1的柵極TGl相交連接于第三點F ;而微處理器的第20腳與觸發(fā)驅(qū)動器U51的第11腳相連接,且觸發(fā)驅(qū)動器U51的第3、4、5、6、7、8腳依次分別與第一定子調(diào)壓模件I. I中的AGl、AKl、BGl、BKl、CGl、CKl各點直接相連接; 所述第N控制驅(qū)動模件(5. N),設(shè)置有微處理器U3N,放大驅(qū)動器U4N和觸發(fā)驅(qū)動器U5N ;微處理器U3N的第10腳和11腳分別與放大驅(qū)動器U4N的第15腳和14腳依次相連接,且放大驅(qū)動器U4N的第3腳與第一轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. N)中的斬波器IGBTN的柵極TGN相交連接于第四點G ;而微處理器的第20腳與觸發(fā)驅(qū)動器U5N的第11腳相連接,且觸發(fā)驅(qū)動器U5N的第3、4、5、6、7、8腳依次分別與第一定子調(diào)壓模件I. N中的AGN、AKN、BGN、BKN、CGN、CKN各點直接相連接。
6.如權(quán)利要求I所述的一逆變橋拖動多臺電機(jī)實現(xiàn)輸入功率同時隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化控制系統(tǒng),其特征是 所述第一信號調(diào)理模件(6. I),設(shè)置有信號處理器Ull和模數(shù)轉(zhuǎn)換器U21,繼與第一控制驅(qū)動模件中的微處理器U31相連接; 所述第N信號調(diào)理模件(6. N),設(shè)置有信號處理器UlN和模數(shù)轉(zhuǎn)換器U2N,繼與第一控制驅(qū)動模件(5. I)中的微處理器U3N相連接。
7.如權(quán)利要求I所述的一逆變橋拖動多臺電機(jī)實現(xiàn)輸入功率同時隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化控制系統(tǒng),其特征是 所述第一電機(jī)Ml的三個定子中任意兩相相電壓U f I和任意一相相電流折算的直流電壓Π1各自分別送至第一信號調(diào)理模件(6. I)中的信號處理器Ull的輸入端的第I腳和第2腳; 所述第N電機(jī)MN的三個定子中任意兩相相電壓U f N和任意一相相電流折算的直流電壓ΠΝ各自分別送至第一信號調(diào)理模件(6. I)中的信號處理器UlN的輸入端的第I腳和第2腳; 所述第一電機(jī)的三個定子中任意兩相相電壓U I和第N電機(jī)MN的三個定子中任意兩相相電壓U N依次分別送至第一信號調(diào)理模件(6. I)中的信號處理器Ul I的輸入端第3腳和第N信號調(diào)理模件(6. N)中的信號處理器UlN的輸入端的第3腳。
8.如權(quán)利要求I所述的一逆變橋拖動多臺電機(jī)實現(xiàn)輸入功率同時隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化控制系統(tǒng),其特征是 所述第一轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. I)中的整流器Zl和第N轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. N)中的整流器ZN各自的輸出直流電流折算的直流電壓UDIl和UDIN依次分別送第一信號調(diào)理模件(6. I)中的信號處理器Ull的輸入端的第4腳和第N信號調(diào)理模件(6. N)中的信號處理器UlN的輸入端第4腳。
9.如權(quán)利要求I所述的一逆變橋拖動多臺電機(jī)實現(xiàn)輸入功率同時隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化控制系統(tǒng),其特征是 所述第一轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. I)中流經(jīng)過壓保護(hù)器URl和第N轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. N)中流經(jīng)過壓保護(hù)器URN各自的電流折算的直流電壓UDYl和UDYN依次分別送至第一信號調(diào)理模件(6. I)中的信號處理器Ull的輸入端的第5腳和第N信號調(diào)理模件(6. N)中的信號處理器UlN的輸入端第5腳; 所述第一轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. I)中流經(jīng)斬波器IGBTl和第N轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. N)中流經(jīng)斬波器IGBTN各自的電流折算的直流電壓UTIl和UTIN依次分別送至第一信號調(diào)理模件(6. I)中的信號處理器Ull的輸入端的第6腳和第N信號調(diào)理模件(6. N)中的信號處理器UlN的輸入端第6腳。
10.如權(quán)利要求I所述的一逆變橋拖動多臺電機(jī)實現(xiàn)輸入功率同時隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化控制系統(tǒng),其特征是 所述第一轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. I)中的隔離器D31和第N轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. N)中的隔離器D3N各自的負(fù)極同時與逆變橋單兀(4)中的電抗器LI的輸入端相交連接于第一點D ; 所述第一轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. I)中的斬波器IGBTl和第N轉(zhuǎn)子調(diào)速模件(3. N)中流經(jīng)斬波器IGBTN各自的負(fù)極TEl與TEN同時與逆變橋單元(4)中的可控硅組KP7、KP8、KP9各自的負(fù)極以及第一控制驅(qū)動模件(5. I)的放大驅(qū)動器U41和第N控制驅(qū)動模件(5. N)的放大驅(qū)動器U4N各自的第I腳同時相交連接于第二點Ε。
全文摘要
本發(fā)明為一逆變橋拖動多臺電機(jī)實現(xiàn)輸入功率同時隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化控制系統(tǒng),由定子調(diào)壓單元、電動機(jī)單元、轉(zhuǎn)子調(diào)速單元、逆變橋單元、控制驅(qū)動單元、信號處理單元構(gòu)成。本發(fā)明通過設(shè)置功率因數(shù)傳感器,采集電機(jī)定子相電壓、相電流,作為控制信號來調(diào)節(jié)輸入功率,使其隨負(fù)載的變化而變化;同時通過設(shè)置電壓傳感器和電流傳感器分別采集電機(jī)轉(zhuǎn)子相電壓,整流器輸出電壓,過壓保護(hù)電流和斬波器工作電流,作為控制信號,來調(diào)節(jié)輸入功率隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。本發(fā)明采用多個微處理器操作控制,開展分路功能模塊化電路結(jié)構(gòu)設(shè)計,明確接口標(biāo)準(zhǔn),內(nèi)插信號調(diào)理技術(shù),以簡明的機(jī)械結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)軟件相結(jié)合,實現(xiàn)了能量的有效回饋,以達(dá)到節(jié)約能源的目的。
文檔編號H02P27/04GK102931890SQ201110231539
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月11日
發(fā)明者周順新 申請人:周順新