專利名稱：10kv數(shù)字式高壓定子調(diào)壓調(diào)速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電機(jī)調(diào)速裝置，具體說涉及高壓繞線電機(jī)的可控硅定子調(diào)壓調(diào)速
裝置。
背景技術(shù)：
由于歷史原因，我國(guó)傳統(tǒng)工業(yè)中容量大于450-500KW以上的交流電機(jī)均由高壓供 電，大多數(shù)是"單速"運(yùn)行。在需要保證大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和調(diào)速例如起升場(chǎng)合，傳統(tǒng)方法是利用 繞線異步電機(jī)采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，定子端接變頻器變頻調(diào)速和轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的 附加電勢(shì)的串級(jí)調(diào)速等方法。 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速是通過接觸器串接不同數(shù)值的電阻來獲得不同的機(jī) 械特性，從而實(shí)現(xiàn)電力拖動(dòng)的速度調(diào)節(jié)。雖然可以降低啟動(dòng)電流到3 5倍額定電流(直 接啟動(dòng)電流約5 7倍額定電流)，保證大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但還是對(duì)電路和機(jī)械結(jié)構(gòu)有較大的 沖擊，啟動(dòng)停止和換檔時(shí)速度變化不連續(xù)，不能實(shí)現(xiàn)精確定位，速度與負(fù)載有關(guān)系，不能實(shí) 現(xiàn)速度閉環(huán)。 若采用改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的變頻調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)大 轉(zhuǎn)矩，低啟動(dòng)電流，精確調(diào)速節(jié)能等，但是其技術(shù)復(fù)雜，按目前通用變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成結(jié) 構(gòu)，其變頻器必須連接在電機(jī)定子側(cè)且容量須^電機(jī)容量。我國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，目前 尚不具備自主開發(fā)或制造高壓大容量AC-DC-AC變頻器所需的自關(guān)斷器件及其配套大規(guī)模 集成控制電路芯片的條件，逆變功率元器件IGBT和IGCT國(guó)外實(shí)行技術(shù)封鎖，國(guó)內(nèi)還無能力 制造，所以在高壓大電機(jī)中若采用變頻調(diào)速技術(shù)，需從國(guó)外進(jìn)口高壓大容量變頻器，該類變 頻器價(jià)格高昂，想要普及或推廣使用非常困難。另外，變頻器輸出采用功率元件進(jìn)行高速開 關(guān)，輸出電流含有大量高次諧波，常規(guī)電機(jī)極易導(dǎo)致電機(jī)軸電流過大燒蝕電機(jī)軸承，高Dv/ Dt使得對(duì)電機(jī)的絕緣要求很高，高次諧波極易污染電網(wǎng)，干擾其他設(shè)備正常工作，使用常常 需安裝隔離變壓器、濾波器、電抗器、無功補(bǔ)償?shù)?，這些都使得成本進(jìn)一步提高。 串級(jí)調(diào)速由于轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢(shì)來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差，達(dá)到調(diào)速 的目的。大部分轉(zhuǎn)差功率被串入的附加電勢(shì)所吸收，再利用產(chǎn)生附加的裝置，把吸收的轉(zhuǎn)差 功率返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用，雖然該調(diào)速方法可將調(diào)速過程中的轉(zhuǎn)差損耗回饋到電 網(wǎng)但是存在系統(tǒng)功率因數(shù)低、諧波影響較大、調(diào)節(jié)范圍不大(70% 90%的額定轉(zhuǎn)速)、動(dòng) 態(tài)響應(yīng)不快、一般還需要增加回饋用的升壓變壓器、系統(tǒng)故障率較高等缺點(diǎn)。由于目前串級(jí) 調(diào)速技術(shù)尚不成熟，還沒有大范圍應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述電機(jī)調(diào)速出現(xiàn)的問題，本實(shí)用新型的調(diào)速裝置所要解決的技術(shù)問題是對(duì) 工作電壓1千伏 10千伏，額定電流50 2000A范圍的繞線式異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，閉環(huán) 調(diào)速范圍可通過參數(shù)設(shè)定，閉環(huán)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)與負(fù)載無關(guān)的連續(xù)速度控制，其控制特性可以 與直流調(diào)速裝置和交流變頻速度閉環(huán)控制特性相媲美，閉環(huán)范圍外，通過切除轉(zhuǎn)子電阻加速，四象限驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，可靠的電子式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)換向。解決前述三種調(diào)壓技術(shù)中的價(jià)格昂貴、 調(diào)壓精度低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)不快、調(diào)速范圍窄、機(jī)械沖擊大、不節(jié)能、功率因數(shù)低、諧波影響較大 等問題。 所述10KV數(shù)字式高壓定子調(diào)壓調(diào)速裝置，包括電動(dòng)機(jī)的定子控制裝置、轉(zhuǎn)子控制 裝置、制動(dòng)裝置和安全裝置，其特征是所述電動(dòng)機(jī)的定子控制裝置包括連接在電動(dòng)機(jī)定 子接線端的可控硅組件、輸出端與可控硅組件中的每一只可控硅觸發(fā)極連接的正反向觸發(fā) 器、和與正反向觸發(fā)器的輸入端連接的控制系統(tǒng)，所述可控硅組件有多組，每一組為多級(jí)正 反向可控硅串聯(lián)，電動(dòng)機(jī)定子的每一相接線端連接一組可控硅組件到一相供電端或并接兩 組可控硅組件分別連接到兩相供電端。 根據(jù)電源電壓的高低，采取不同數(shù)量的可控硅組件進(jìn)行串聯(lián)分壓，降低每只可控 硅承受的實(shí)際電壓，經(jīng)智能系統(tǒng)同步改變關(guān)聯(lián)的可控硅組件的相角來調(diào)節(jié)定子主回路的電 壓，然后通過閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)與負(fù)載無關(guān)的0 ±60%轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)。 本實(shí)用新型還具有以下優(yōu)化方案，所述轉(zhuǎn)子控制裝置包括串聯(lián)在轉(zhuǎn)子每相接線
端的多級(jí)轉(zhuǎn)子電阻、投切每級(jí)轉(zhuǎn)子電阻的轉(zhuǎn)子接觸器和轉(zhuǎn)子接觸器控制器，每一級(jí)轉(zhuǎn)子電
阻并聯(lián)有一組轉(zhuǎn)子接觸器，每一個(gè)轉(zhuǎn)子接觸器的線包串入相應(yīng)的轉(zhuǎn)子接觸器控制器。在
±60%轉(zhuǎn)速范圍以夕卜，通過開環(huán)控制切換轉(zhuǎn)子電阻加速。 所述電動(dòng)機(jī)的定子控制裝置包含電流的閉環(huán)控制裝置。 所述電動(dòng)機(jī)的定子控制裝置包含速度的閉環(huán)控制裝置。 所述速度的閉環(huán)控制裝置使用測(cè)速發(fā)電機(jī)作為速度反饋環(huán)節(jié)。 所述安全裝置包括供電瞬態(tài)保護(hù)器、相位保護(hù)器、限位保護(hù)器、溫度監(jiān)測(cè)器。 采取了定子相角控制及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子切換電阻控制相結(jié)合的方案。在設(shè)定的閉環(huán)范
圍內(nèi)(一般是_60% +60%的額定速度)實(shí)現(xiàn)與負(fù)載無關(guān)的連續(xù)速度控制，此范圍以外通
過切換轉(zhuǎn)子電阻加速。從靜止到全速運(yùn)行的加速過程中，首先是閉環(huán)控制過程。當(dāng)系統(tǒng)工作
時(shí)，首先由速度給定器送出信號(hào)，其大小決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小。給定信號(hào)與編碼器或測(cè)速
發(fā)電機(jī)反饋信號(hào)相減，即AU二U^-Ug，其差值A(chǔ)U送至調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的輸出送至觸發(fā)器，
使之輸出一定相位移的脈沖，可控硅則輸出一定的電壓，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速與給定值相適應(yīng)。如
果系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速由于某種原因(如負(fù)載變大)低于給定信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)值時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)
反饋回來的電壓下降，使調(diào)節(jié)器的輸入和輸出增大，觸發(fā)器發(fā)出的脈沖前移，迫使可控硅輸
出電壓上升，電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，并穩(wěn)定在所要求速度上，這時(shí)定子電壓也就保持不變了 ；反之亦然。 本實(shí)用新型的基本原理 IOKV數(shù)字式高壓定子調(diào)壓調(diào)速裝置是緊湊型三相晶閘管相角控制器，可在閉環(huán)和 開環(huán)的狀態(tài)下控制單個(gè)或多個(gè)繞線式異步電動(dòng)機(jī)。定子調(diào)壓調(diào)速裝置通過兩組附加的晶閘 管產(chǎn)生反力矩，由觸發(fā)板控制晶閘管的通斷，使電動(dòng)機(jī)可在四象限運(yùn)行，在定子相角控制的 作用下改變電動(dòng)機(jī)的定子電壓可達(dá)到調(diào)速的目的，但電動(dòng)機(jī)使用的依然是頻率50Hz交流 電。 定子相角控制 定子相角控制是通過改變線電壓的基波振幅來實(shí)現(xiàn)的。給定電壓按一定的斜率從 零連續(xù)增加到最大，相角及控制時(shí)間也連續(xù)地增加，使得電動(dòng)機(jī)的定子電壓也連續(xù)地增加，從而速度也增加，電動(dòng)機(jī)的力矩按定子電壓的平方的比例增加。圖l所示為定子相角控制 的異步電動(dòng)機(jī)的速度_轉(zhuǎn)矩特性曲線。圖中，n。是同步轉(zhuǎn)速，nN是正常工作點(diǎn)速度，Ma是無 定子相角控制的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，MM是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，MA*是帶定子相角控制的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，iT是電動(dòng) 機(jī)瞬時(shí)特性，M/是加速力矩。 轉(zhuǎn)子切換電阻控制 通過切換轉(zhuǎn)子電阻來改變電動(dòng)機(jī)的力矩。對(duì)于固定的負(fù)載，改變電阻就會(huì)得到不 同的固定速度n2、 n3、 n4，同樣，負(fù)載改變，速度也改變。速度較低時(shí)，轉(zhuǎn)子輸出功率大部分 轉(zhuǎn)化為熱量消耗在轉(zhuǎn)子外部電阻上，避免電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)過熱。圖2所示為轉(zhuǎn)子電阻不同 時(shí)電動(dòng)機(jī)的速度_轉(zhuǎn)矩特性曲線。圖中，A是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子短接特性曲線B、 C、 D是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 子串電阻特性曲線。圖中標(biāo)記含義和圖1中相同。 本實(shí)用新型還采用了電子反向制動(dòng)方式 假定系統(tǒng)拖動(dòng)恒定負(fù)載以正速度加速并穩(wěn)定運(yùn)行在a點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)。 如果此時(shí)有減速或反向的指令，定子調(diào)壓調(diào)速裝置將封鎖正向晶閘管組同時(shí)觸發(fā)反向晶閘 管組，改變輸出電壓的相序，切換到反力矩運(yùn)行方式，運(yùn)行于b點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電制動(dòng)狀 態(tài)，開始減速。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)的滑差值s = 2，并且定子調(diào)壓調(diào)速裝置輸出全電壓。電動(dòng)機(jī)的 電流大于起動(dòng)電流，因此，定子調(diào)壓調(diào)速裝置馬上自動(dòng)降低輸出電壓，同時(shí)讓所有的轉(zhuǎn)子電 阻接入從而限制了最大電流。圖3所示為電子反向制動(dòng)時(shí)的速度-力矩特性曲線。圖中標(biāo) 記含義和圖1中相同。 本實(shí)用新型可以對(duì)電壓1千伏 10千伏和電流范圍在50A 2000A的單個(gè)或多
個(gè)繞線式異步電動(dòng)機(jī)在保證大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩下進(jìn)行平穩(wěn)調(diào)速，具有節(jié)能，高動(dòng)態(tài)特性和高精度，
響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，而且具有以下優(yōu)點(diǎn) (1)安全，高動(dòng)態(tài)特性，操作方便，通用，容易操作； (2)可在惡劣的環(huán)境下使用，運(yùn)行平滑，減少對(duì)系統(tǒng)的沖擊，具有很高的動(dòng)態(tài)控制 性能和控制精度； (3)對(duì)于改造舊的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是非常有效的傳動(dòng)解決方案；用于新系統(tǒng)的解決方 案時(shí)，其性價(jià)比也比較有優(yōu)勢(shì)；升級(jí)改造十分方便，從而能對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行顯著改善，改造 費(fèi)用低。 (4)控制功能實(shí)現(xiàn)了集成化，對(duì)接觸器控制和外部連鎖條件要求低；設(shè)計(jì)規(guī)劃和 配置作業(yè)少。
(5)四象限的驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，定子相角控制，通過可靠的電子式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)換向。
(6)裝置采用直接連接的結(jié)構(gòu)，降低了裝配和調(diào)試的時(shí)間及次數(shù)，從而節(jié)約了投資。 本實(shí)用新型填補(bǔ)了 1KV IOKV高壓繞線式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的空白，特別 適合如礦山、深井等起升場(chǎng)合。

圖1是定子相角控制的異步電動(dòng)機(jī)的速度-轉(zhuǎn)矩特性曲線， 圖2是轉(zhuǎn)子電阻不同時(shí)電動(dòng)機(jī)的速度-轉(zhuǎn)矩特性曲線， 圖3是電子反向制動(dòng)時(shí)的速度_力矩特性曲線，[0034] 圖4是調(diào)壓調(diào)速的閉環(huán)控制原理框圖， 圖5是電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖， 圖6是定子主回路電路示意圖， 圖7是用開關(guān)量進(jìn)行調(diào)速的典型接線圖， 圖8是用模擬開關(guān)量進(jìn)行調(diào)速的典型接線圖。 圖中1-A1組可控硅組件，2-正反相觸發(fā)器，3-A2組可控硅組件，4_B組可控硅組 件，5-電動(dòng)機(jī)，6-C2組可控硅組件，7-Cl組可控硅組件，8-轉(zhuǎn)子控制裝置，9-可控硅組件， 10-門控單元，11-電流檢測(cè)器，12-電流控制器，13-測(cè)速發(fā)電機(jī)，14-電流跟隨器，15-速度 控制器，16-轉(zhuǎn)子接觸器控制器，17-轉(zhuǎn)子接觸器，18-轉(zhuǎn)子電阻，19-溫度監(jiān)測(cè)器，20-供電瞬 態(tài)保護(hù)器，21-相位保護(hù)器、22-限位保護(hù)器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明所述10KV數(shù)字式高壓定子調(diào)
壓調(diào)速裝置，包括電動(dòng)機(jī)的定子控制裝置、轉(zhuǎn)子控制裝置、制動(dòng)裝置和安全裝置，如圖6所
示，所述電動(dòng)機(jī)的定子控制裝置包括連接在電動(dòng)機(jī)定子接線端的可控硅組件9、輸出端與可
控硅組件9中的每一只可控硅觸發(fā)極連接的正反向觸發(fā)器2、和與正反向觸發(fā)器2的輸入端
連接的控制系統(tǒng)，所述可控硅組件9有多組，每一組為多級(jí)正反向可控硅串聯(lián)，電動(dòng)機(jī)定子
的每一相接線端連接一組可控硅組件到一相供電端或并接兩組可控硅組件分別連接到兩
相供電端。根據(jù)電源電壓的高低，采取不同數(shù)量的可控硅組件9進(jìn)行串聯(lián)分壓，降低每只可
控硅承受的實(shí)際電壓，經(jīng)智能系統(tǒng)同步改變關(guān)聯(lián)的可控硅組件9的相角來調(diào)節(jié)定子主回路
的電壓，然后通過閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)與負(fù)載無關(guān)的0 ±60%轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)。 如圖7、8所示，所述轉(zhuǎn)子控制裝置8包括串聯(lián)在轉(zhuǎn)子每相接線端的多級(jí)轉(zhuǎn)子電阻
18、投切每級(jí)轉(zhuǎn)子電阻18的轉(zhuǎn)子接觸器17和轉(zhuǎn)子接觸器控制器16。在±60%轉(zhuǎn)速范圍以
外，通過開環(huán)控制切換轉(zhuǎn)子電阻加速。 如圖4所示，所述電動(dòng)機(jī)的定子控制裝置包含電流的閉環(huán)控制裝置。 所述電動(dòng)機(jī)的定子控制裝置包含速度的閉環(huán)控制裝置。 所述速度的閉環(huán)控制裝置使用測(cè)速發(fā)電機(jī)13作為速度反饋環(huán)節(jié)。 所述安全裝置包括供電瞬態(tài)保護(hù)器20、相位保護(hù)器21、限位保護(hù)器22、溫度監(jiān)測(cè)
器19。在系統(tǒng)工作前，安全電路應(yīng)監(jiān)測(cè)是否有相序錯(cuò)誤，相位極度不平衡和三相供電的電
壓過度降低等故障。提供電氣聯(lián)鎖，保證在發(fā)生供電故障、相序錯(cuò)誤、制動(dòng)器反饋狀態(tài)不正
常、溫度過高等情況下輸出報(bào)警信號(hào)并內(nèi)部封鎖脈沖，當(dāng)故障沒有排除時(shí)，復(fù)位后又出現(xiàn)報(bào)
警信號(hào)，電動(dòng)機(jī)不能運(yùn)行。整個(gè)電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。 裝置輸出開關(guān)量信號(hào)控制轉(zhuǎn)子接觸器17，實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)子電阻18的投切來配合調(diào)
速。速度給定采用主令器有級(jí)或模擬量無級(jí)給定，并用測(cè)速發(fā)電機(jī)13實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速反饋構(gòu)成閉
環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。可在四象限對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)實(shí)際速度上升到開環(huán)控制過程的設(shè)定點(diǎn)時(shí)，
主令控制開始發(fā)出切換第一級(jí)轉(zhuǎn)子電阻的指令，隨著實(shí)際速度的不斷增加，逐步切換第二、
第三、第四級(jí)轉(zhuǎn)子電阻。在切換轉(zhuǎn)子電阻時(shí)，裝置會(huì)按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間封鎖觸發(fā)脈沖，從而
降低了力矩的瞬時(shí)強(qiáng)度，確保機(jī)械部分、電網(wǎng)、電動(dòng)機(jī)、裝置不會(huì)受到大的沖擊，同時(shí)保證了
轉(zhuǎn)子接觸器17觸點(diǎn)在無負(fù)荷狀態(tài)下動(dòng)作，極大的延長(zhǎng)了轉(zhuǎn)子接觸器17觸點(diǎn)的壽命。[0047] 由于定子由高壓供電，定子主回路由12對(duì)反并聯(lián)的可控硅和正反向觸發(fā)器組成 (見圖6的A1、B、C1組合或A2、B、C2組合)，可控硅相角控制用來改變加在電機(jī)上的電壓， 觸發(fā)器使定子電源換相，并通過邏輯控制使得觸發(fā)器換相時(shí)，在無電流狀態(tài)下自動(dòng)切換，圖 6中，可控硅相角控制和正反向觸發(fā)器構(gòu)成圖7和圖8中的門控電路。由于電機(jī)力矩與定子 電壓的平方成正比，因此控制電路則通過改變串聯(lián)在三相中的每相的可控硅的觸發(fā)角，來 改變電機(jī)的定子電壓。我們使用的觸發(fā)電路板，在任何額定的惡劣條件下觸發(fā)可控硅，可以 徹底解決溫度漂移和誤觸發(fā)可控硅的問題，觸發(fā)的可控硅容量也可達(dá)到3000安培。 裝置摒棄傳統(tǒng)的接觸器換向方式，采用內(nèi)置電子式換向，保證了動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和 精度。電機(jī)的加減速有可設(shè)置的加減速斜坡，以保證電機(jī)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的速度變化，對(duì)電機(jī)和齒 輪箱的機(jī)械沖擊力減至最小。另外，裝置在安全方面考慮非常全面。制動(dòng)器的動(dòng)作由裝置 給出，并且時(shí)刻監(jiān)測(cè)制動(dòng)器的狀態(tài)，異常時(shí)會(huì)封鎖，同時(shí)有故障信號(hào)給出。當(dāng)裝置啟動(dòng)時(shí)，會(huì) 預(yù)先建立啟動(dòng)力矩后才會(huì)給出打開制動(dòng)器的信號(hào)，防止啟動(dòng)溜鉤。停止時(shí)先電氣制動(dòng)，后機(jī) 械制動(dòng)。速度降低到設(shè)定值時(shí)給出制動(dòng)信號(hào)，但裝置直到電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)后還持續(xù)一段時(shí)間 輸出電流產(chǎn)生力矩穩(wěn)住電機(jī)，保證制動(dòng)器在電機(jī)停穩(wěn)時(shí)幾乎沒有相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)作，且有充 足的時(shí)間讓制動(dòng)器機(jī)械動(dòng)作行程到位，這樣使機(jī)械磨損降至最低，延長(zhǎng)摩擦片的壽命，還有 效防止了制動(dòng)器機(jī)械行程動(dòng)作沒有完全到位時(shí)引起的停車溜鉤現(xiàn)象。而傳統(tǒng)的制動(dòng)方式一 般沒有上述功能，幾乎完全靠制動(dòng)器的機(jī)械摩擦來實(shí)現(xiàn)減速停車，制動(dòng)器摩擦片壽命很短， 經(jīng)常需要調(diào)整間隙和更換摩擦片，存在較大安全隱患。 模擬量控制調(diào)速舉例及開關(guān)量控制調(diào)速舉例(例如起升機(jī)構(gòu)和平移機(jī)構(gòu))分別見
圖8和圖7。 (1)速度給定 如圖8，通過控制板的模擬輸入端子實(shí)現(xiàn)速度的無級(jí)給定，如圖7，通過控制板的
開關(guān)量輸入端子實(shí)現(xiàn)多段速給定。 (2)速度反饋 采用模擬式測(cè)速發(fā)電機(jī)13或數(shù)字式編碼器，直接連接到控制板相應(yīng)的端子。
(3)電動(dòng)機(jī)溫度保護(hù) 可采用KTY或PTC等多種常用的電動(dòng)機(jī)溫度保護(hù)元件構(gòu)成溫度監(jiān)測(cè)器19。 (4)制動(dòng)器控制 通過裝置內(nèi)部的邏輯控制，檢測(cè)實(shí)際速度，在電動(dòng)機(jī)基本處于預(yù)設(shè)的最小速度時(shí) 關(guān)閉制動(dòng)器，電機(jī)電流延時(shí)后關(guān)斷，大大提高了安全性能，還減小了機(jī)械磨損。但在緊急停 車時(shí)，不檢測(cè)速度實(shí)際值，立即關(guān)閉制動(dòng)器。
(5)速度調(diào)節(jié)器 通過調(diào)節(jié)PI (比例積分)調(diào)節(jié)器的值，調(diào)整速度的響應(yīng)時(shí)間及調(diào)節(jié)時(shí)間。
(6)起動(dòng)脈沖 對(duì)于起升機(jī)構(gòu)，可設(shè)定起動(dòng)脈沖的大小，打開制動(dòng)器之前使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生向上的力 矩，負(fù)載不會(huì)下滑。
(7)電機(jī)換向和轉(zhuǎn)子投切電阻 裝置通過內(nèi)部邏輯控制，在監(jiān)測(cè)到測(cè)速機(jī)反饋的電動(dòng)機(jī)實(shí)際速度達(dá)到設(shè)定的接觸 器動(dòng)作值時(shí)自動(dòng)控制投切轉(zhuǎn)子接觸器17，使電機(jī)在不同速度時(shí)使用不同的速度-轉(zhuǎn)矩特性曲線(見圖2)，保證速度和轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子接觸器17動(dòng)作時(shí)短時(shí)間封鎖觸發(fā)脈沖，實(shí)現(xiàn)無電流 時(shí)切換，延長(zhǎng)轉(zhuǎn)子接觸器17觸點(diǎn)壽命。具體如下 見圖6，裝置內(nèi)置5路可控硅組件，分別為Al路、A2路、B路、C1路、C2路，其中Al、 B、 Cl組合為使電機(jī)正向電動(dòng)的可控硅組，其中A2、 B、 C2組合為使電機(jī)反向電動(dòng)的可控硅 組，通過使用不同的可控硅組來實(shí)現(xiàn)電子控制正反轉(zhuǎn)和制動(dòng)等動(dòng)作。 上升方向啟動(dòng)和加速在待機(jī)狀態(tài)下，裝置發(fā)指令使S1處于閉合狀態(tài)，轉(zhuǎn)子接觸 器KM1閉合，轉(zhuǎn)子電阻RO被短路，若給裝置上升一檔(一般約10%額定速度)運(yùn)行命令，此 時(shí)裝置使用正向電動(dòng)的可控硅組即A1、B、C1路可控硅，電機(jī)運(yùn)行遵循圖2中轉(zhuǎn)矩-速度特 性曲線C，根據(jù)給定的速度和實(shí)際負(fù)載大小及設(shè)置的啟動(dòng)脈沖大小，裝置控制A1、B、C1路可 控硅的導(dǎo)通角，電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，裝置檢測(cè)反饋的速度，若速度低于給定速度，在不超過 設(shè)定的最大電流前提下會(huì)加大導(dǎo)通角，使電機(jī)電壓升高，直到速度增加到給定速度，若速度 超過給定速度，裝置會(huì)使導(dǎo)通角減小，降低轉(zhuǎn)速直到等于給定速度。轉(zhuǎn)子接觸器是否動(dòng)作與 設(shè)置的動(dòng)作時(shí)對(duì)應(yīng)速度值有關(guān)，如若給定速度為60%， S2設(shè)定的對(duì)應(yīng)速度值為55%，那么 當(dāng)電機(jī)實(shí)際速度上升到55%時(shí)S2會(huì)閉合，此時(shí)電機(jī)運(yùn)行參考圖2中特性曲線B，可控硅導(dǎo) 通角根據(jù)實(shí)際反饋速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。若主令給全速命令，裝置會(huì)在速度超過設(shè)定的閉環(huán)范圍 時(shí)逐步增大導(dǎo)通角直到全電壓輸出，S3、S4動(dòng)作與S2描述相同，即達(dá)到設(shè)定值時(shí)動(dòng)作，但動(dòng) 作時(shí)裝置會(huì)短時(shí)間(可設(shè)置)封鎖可控硅觸發(fā)脈沖，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子接觸器無電流投切，減小對(duì)機(jī) 械和電路的沖擊。此時(shí)裝置處于開環(huán)運(yùn)行狀態(tài)。 上升方向減速和回零位當(dāng)主令由高速上升檔降檔或回零時(shí)，裝置會(huì)立即封鎖正
向電動(dòng)可控硅組，開啟反向電動(dòng)可控硅組A2、 B、 C2，進(jìn)行反接制動(dòng)，同時(shí)斷開所有轉(zhuǎn)子接觸
器，使所有電阻全部接入轉(zhuǎn)子回路，實(shí)現(xiàn)最大反接力矩輸出，且由于接入轉(zhuǎn)子回路的電阻最
大，保證了定子回路電流不至過大，裝置會(huì)在不超過最大電流限制的前提下，控制導(dǎo)通角盡
可能輸出高電壓，使電機(jī)速度遵循設(shè)定的下降斜坡實(shí)現(xiàn)快速減速制動(dòng)。 下降方向啟動(dòng)和加速主令給出下降命令時(shí)，首先導(dǎo)通的是正向電動(dòng)的可控硅組
Al、 B、 Cl， Sl、 S2、 S3、 S4全部斷開，此時(shí)裝置屬于反接制動(dòng)，重物處于下降狀態(tài)，根據(jù)反饋
速度調(diào)節(jié)導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)定子電壓調(diào)節(jié)，使實(shí)際速度達(dá)到給定值，當(dāng)主令發(fā)出全速下降命令時(shí)，
裝置會(huì)在實(shí)際速度超過設(shè)定的閉環(huán)范圍時(shí)封鎖正向電動(dòng)可控硅組，開啟反向電動(dòng)可控硅組
A2、 B、 C2，并逐步使可控硅全導(dǎo)通，接觸器按照設(shè)定的接觸器動(dòng)作值依次閉合，此時(shí)負(fù)載帶
動(dòng)電機(jī)超同步速度旋轉(zhuǎn)，電機(jī)處于反向發(fā)電狀態(tài)。 下降方向降檔和回零位當(dāng)主令由高速下降轉(zhuǎn)換到低速下降或零位或上升時(shí)，裝 置立即封鎖可控硅組A2、B、C2，同時(shí)開啟可控硅組A1、B、C1并斷開所有轉(zhuǎn)子接觸器，進(jìn)行反 接制動(dòng)，同樣在保證電流不超過設(shè)定的最大電流情況下進(jìn)行導(dǎo)通角調(diào)節(jié)輸出盡可能高的電 壓，由于轉(zhuǎn)子回路電阻全部接入，保證相對(duì)電流最小時(shí)制動(dòng)力矩最大。當(dāng)速度降到主令給定 值時(shí)，按照上面描述的不同情況進(jìn)行調(diào)節(jié)輸出。 (8)限位保護(hù) 輸入的限位信號(hào)通過裝置內(nèi)部的限位保護(hù)器22邏輯控制使電動(dòng)機(jī)減速或停止。
權(quán)利要求一種10KV數(shù)字式高壓定子調(diào)壓調(diào)速裝置，包括電動(dòng)機(jī)的定子控制裝置、轉(zhuǎn)子控制裝置、制動(dòng)裝置和安全裝置，其特征是所述電動(dòng)機(jī)的定子控制裝置包括連接在電動(dòng)機(jī)定子接線端的可控硅組件(9)、輸出端與可控硅組件(9)中的每一只可控硅觸發(fā)極連接的正反向觸發(fā)器(2)、和與正反向觸發(fā)器(2)的輸入端連接的控制系統(tǒng)，所述可控硅組件(9)有多組，每一組為多級(jí)正反向可控硅串聯(lián)，電動(dòng)機(jī)定子的每一相接線端連接一組可控硅組件到一相供電端或并接兩組可控硅組件分別連接到兩相供電端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的IOKV數(shù)字式高壓定子調(diào)壓調(diào)速裝置，其特征是所述轉(zhuǎn)子控 制裝置(8)包括串聯(lián)在轉(zhuǎn)子每相接線端的多級(jí)轉(zhuǎn)子電阻(18)、投切每級(jí)轉(zhuǎn)子電阻(18)的 轉(zhuǎn)子接觸器(17)和轉(zhuǎn)子接觸器控制器(16)，每一級(jí)轉(zhuǎn)子電阻(18)并聯(lián)有一組轉(zhuǎn)子接觸器 (17)，每一個(gè)轉(zhuǎn)子接觸器(17)的線包串入相應(yīng)的轉(zhuǎn)子接觸器控制器(16)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的IOKV數(shù)字式高壓定子調(diào)壓調(diào)速裝置，其特征是所述電 動(dòng)機(jī)的定子控制裝置包含電流的閉環(huán)控制裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的IOKV數(shù)字式高壓定子調(diào)壓調(diào)速裝置，其特征是所述電 動(dòng)機(jī)的定子控制裝置包含速度的閉環(huán)控制裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的IOKV數(shù)字式高壓定子調(diào)壓調(diào)速裝置，其特征是所述速度的 閉環(huán)控制裝置使用編碼器或測(cè)速發(fā)電機(jī)(13)作為速度反饋環(huán)節(jié)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的IOKV數(shù)字式高壓定子調(diào)壓調(diào)速裝置，其特征是所述安全裝 置包括供電瞬態(tài)保護(hù)器(20)、相位保護(hù)器(21)、限位保護(hù)器(22)、溫度監(jiān)測(cè)器(19)。
專利摘要一種10KV數(shù)字式高壓定子調(diào)壓調(diào)速裝置，包括電動(dòng)機(jī)的定子控制裝置、轉(zhuǎn)子控制裝置、制動(dòng)裝置和安全裝置，其特征是所述電動(dòng)機(jī)的定子控制裝置包括連接在電動(dòng)機(jī)定子接線端的可控硅組件(9)、輸出端與可控硅組件(9)中的每一只可控硅觸發(fā)極連接的正反向觸發(fā)器(2)、正反向觸發(fā)器(2)的控制系統(tǒng)，所述可控硅組件(9)使用多級(jí)正反向可控硅串聯(lián)為一組，電動(dòng)機(jī)定子的每一相接線端連接一組可控硅到一相供電端或并接兩組可控硅分別連接到兩相供電端。本實(shí)用新型可以對(duì)電壓1千伏～10千伏和電流范圍在50A～2000A的單個(gè)或多個(gè)繞線式異步電動(dòng)機(jī)在保證大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩下進(jìn)行平穩(wěn)調(diào)速，具有節(jié)能，高動(dòng)態(tài)特性和高精度，響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P23/00GK201550077SQ20092027252
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者代文蕤, 夏文選, 封小鈺, 王爭(zhēng)耀, 王會(huì)明, 蔣貞榮, 裴云, 郭偉軍 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)