节电型交流功率电子调速装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属起重机交流电气调速装置。本装置由新型的三相无零线零式可控硅有源逆变电路，特殊的触发器（１），及无瞬时断电型集电拖（４）组成，用于起重机的起升机构及通用提升机的调速中。其特点是线路与结构简单，调速范围大，可靠性高，在调速的同时可以大量节电，价格较低，并能很方便地在各种起重机的起升机构及通用提升机上改装使用本装置。（*该技术在1997年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本技术属于起重机的交流电气调速装置。目前起重机及通用提升常用的几种交流调速方式转子外接电阻、定子调压调速、转差离合器调速和涡流制动器调速，它们都属于能耗调速，都因低速运转时效率极低，而不适合长期低速工作；变极调速(包括双电机差速箱式机械变极方案)，控制简单可靠、效率高，但调速范围不大，而且只能有级调速；变频调速则因线路复杂、成本高，元件多，可靠性差，低速控制功率因数也较低而不适用。日本专利“昭53－114018感应电动机的速度控制装置”属定子单相调压调速范围，同样属能耗调速，调速性能差，也不适用。在起重机起升机构及通用提升机中要求调速系统应满足带负荷长期低速工作时(尤其是长期低速工作时)有较高节电性和电效率，较低的造价与高可靠性，低维修费用。本技术的目的在于设计一种交流调速装置，其调速特性近似于直流他激电动机的特性、可靠性高、在调速的同时，可以大量节电，线路与结构简单，造价低，不但应较全面地满足起重机起升机构及通用提升机的无级调速要求，而且能很方便地在这些机械上改装使用。本技术的内容对绕线式交流异步电动机来说，当定子电压一定时，其磁通基本一定；当负荷力矩一定时，其转子电流也基本一定；这样，无论转速如何变化，电动力矩基本决定于定子磁通及转子电流，当负载一定时，转矩是不变的。为了达到调速目的，可以在电机转子回路内引入一个同转子电势同频率的反相电势EF(如图1a)，由于抵消了一部分的转子电势E2，因而转子电流l2减少，使加入EF之后的电机电动力矩因l2减小而降低，电动机便因电动力矩下降而减速。随着电动机的减速，转子电势E2便增加了(如图1b)，l2也随着电动机减速而增加，直到电动力矩同负载力矩相等，电动机便稳定的运转于较低的新的转速上。由此可见，我们只要改变这个附加的，同电动机转子电流同频率的反相电势EF，就可以交流绕线转子异步机进行平滑调速。EF越大时，电动机转速越低，理论上说，EF＝E20，电机便停转。这便是串激调速的原理。但实际上，交流异步机转子在不同转速下，其转子转差电势E2的频率是不同的，要得到一个与它同频而又反相的变频率电势，从技术角度来看十分麻烦。为此我们可以将转差电势先整流为直流电，(如图2)然后再加一个直流反电势去同它相减，这样的调速方法从技术角度来看较易实现。可变的直流反电势EF可用不同的方法获得电气串级调速方案中是用直流电动机的电枢反电势作为EF的，可控硅有原逆变串级调速系统则是利用可控硅三相有源逆变电路来获得可变的EF。后一种即是本技术的工作原理。(如图3，其中SCR为三只可控硅，L是逆变电抗器，EK即为可变的反电势EF)。就这样一种三相零式有源逆变串级调速系统为例，可以从下面的公式看出其调速的物理过程由三相零式有源逆变电路产生的逆变电势EF(即图中的EK)为EK＝K·EP·COSβ上式中K－逆变系数，本例为三相零式K＝1.17EP－三相电源相电压，本例中为220Vβ－可控硅触发脉冲的逆变角，β＝180°－α α为控制角电动机转子转差电势E2经全波整流后，得到反比于转子转速的直流电压Ed为Ed=E23·2.34=1.35S ·E20]]>式中S－交流绕线转子电动机转子转差率E20－电动机转子开路电压。如果忽略各种压降，以利于分析本例的工作物理概念，则应有Ed＝EK则可得到 1.35·S·E20＝1.17·EP·COSβS＝ (1.17Ep·COSβ)/(E20·1.35)由于E20、EP在选定后都是固定值，因而有S正比于β也即只需控制可控硅触发脉冲的逆变角β，即可改变绕线转子交流电动机的转差率S，而负载力矩对调速特性的影响不大，(主要反映于力矩大时，调速装置内部元件压降加大，但总的影响量是不大的)。将以上理论用于起重机起升机构及通用提升机上，其主电路和控制电路由下列环节组成，(如图4)工作原理如下主电路分为起重、重降及轻降三个工作状态以利司机灵活控制起升机构得到所需的各种速度，避免了司机在紧张工作中出现差错而发生事故。整个起重机起升机构及通用提升机主电路(如图4)由三只特殊触发器CF、功率电子元件SCR、SR、专门设计的逆变电抗器L，专门设计的反馈功率变送器FB，无瞬时断电集电拖组成。电动机定子通过接触器1CQZ或1CQF，由电网供电；电机转子整流电路采用三相全波电路SR；可控硅有源逆变电路采用由三只可控硅元件SCR，其零线接到专用反馈功率变送器中点O′，是一种三相无零线零式电路。专用反馈功率变送器FB，采用了专门设计的，符合起重机起升机构及通用提升机(以下简称起升机构)运行要求的，既能向电网反馈逆变功率，又能在重载下降时向电机定子 提供励磁功率的三相小体积自耦变压器，作特殊功率变送器FB。当起升机构上升时，采用了有反馈功率变送器FB的三相零式可控硅有源逆变电路，此时反馈功率变送器是电力反送电网所必须的。工作时只要改变逆变电路的可控硅触发器CF的逆变角β，(如图5，新型触发器电路图)就可以对电动机进行平滑地调速。由于接有反馈功率变送器FB，因而，在起吊重物时，本装置在电网上也没有直流分量流过，带重物下降工况中，只有能产生平滑可调的阻力矩，才能使起升机构重载下降时达到均匀地调速。本技术在起升机构下放重物时采用将交流电动机JD接成发电状态，一方面将电动机作为发电机，由FB的抽头向三相半波硅整流电路，SR′供电，整流后的直流电压V2通过4CQ向电机JD定子两相绕组供直流电，使电机工作于发电状态。使它产生阻力以调节重物下降时的速度。另一方面又使重载下降时重物的位能经发电机变为电能，通过有源逆变器SCR、L、CF，将电能送回电网，从而达到大量节电的目的。只需在起升机构重载下降工况时，控制有源逆变器可控硅触发器CF的逆变角β，即可很方便而又平滑地对起升机构重物下降进行平滑而又稳定的调速。重载下降工况线路，此时1CQZ、1CQF都不接通，4CQ接通。它同轻载起升工况使用同一组可控硅有源逆变器。虽然本技术采用的是三相零式有源变器变压器电路，但它对电源电网并不产生直流分量干扰，因为它的直流分量只流过反馈功率变送器。逆变电抗器采用专门设计的小体积无气隙电抗器L，而不是常规型大体积有气隙电抗器，从而进一步降低了成本。起升机构工作时，从上升工况到轻载下降工况，以及变为重载下降，是通过一只操作开关转换器，起升机构下降时操作开关控制手轮先经过重载下降工况位，再到轻载下降工况位，因而保证了重载下降时的安全性，这点对起升机构来讲是十分重要的。控制电路工作原理如下采用双闭环控制电路。在反馈回路中，测速反馈电路(如图6)是直接从转子电压经变压器BY降压及ZL整流后，加上移位电源UY组成的。这种电路的输出电压UZCF正比于电机转速，从而模拟了测速发电机的功能，但又不像常规线路那样采用测速发电机，因而可靠性高，成本低。电流反馈回路，采用的是直接从主电路上取电流压降的方法，整个控制电路不用运算放大器，从而简化了电路，避免了弱电干扰，提高了装置工作的可靠性。在此控制电路上还用自动保护电路，以确保电路发生突然断电时，电路能换到制动状态。此保护电路的采用，提高了起升机构的可靠性。采用全部工作于开关状态的触发电路(如图5)，每只触发器只用四只硅晶体三极管，虽然线路极简单，但都本文档来自技高网...

【技术保护点】
节电型交流功率电子调速装置，　属起重机交流电气调速装置，采用可控硅串级调速装置，其特征在于：所述的装置是由三相无零线零式可控硅有源逆变电路、特殊的触发器及无瞬时断电型集电拖组成。

【技术特征摘要】
1.节电型交流功率电子调速装置，属起重机交流电气调速装置，采用可控硅串级调速装置，其特征在于所述的装置是由三相无零线零式可控硅有源逆变电路、特殊的触发器及无瞬时断电型集电拖组成。2.根据权利要求1 所述的交流功率电子调速装置，其特征在于三相无零线零式电路是由三只可控硅组成的有源逆变电路，其零线不接电网零线，...

【专利技术属性】
技术研发人员：章大章，王华，陈仲瑜，王培仁，王定亚，
申请(专利权)人：上海起重运输机械厂，上海扬子经济技术开发公司，常熟扬子仪器仪表厂，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]