用逆变器拖动多台电动机异步同时实现转子变频调速系统技术方案

本发明专利技术为一种用逆变器拖动多台电动机异步同时实现转子变频调速系统，由电动机组、整流器组、斩波器组、隔离器组、限流器组、电力电容器组、全桥或半桥、速度反馈电压检测器组和电流反馈电压检测器组构成一个整体。采用逆变控制理论技术，根据电动机的额定功率，由全桥逆变器或半桥逆变器输出的电压作各功能电动机的附加反向电动势，利用各斩波器的工作，使各电动机异步同时运行，实现起重机提升、变幅、回转和行走作业。起重机上升时，多余的电能始终经逆变器反馈回电动机；起重机下降时，电动机处于发电状态，发出的电能经逆变器反馈回电动机，进行能量回收。具有电路简单、体积小、成本低、可靠性高、节省能源等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电动机转子变频调速系统，特别是一种用逆变 器拖动多台电动机异步同时实现转子变频调速系统。
技术介绍
电动机是起重机、风机和水泵各工作机构中的原动机，它将电 能转化为机械能。就起重机为例，它可以拖动起重机执行提升(或下 降)、变幅、回转和行走等多种不同机构运动，完成起重机现场作业 任务。图1给出了传统的起重机用不同工作的电动机变频调速系统原 理图。从该图中可以看出该系统是在将电网提供的恒压恒频交流电 源，经整流桥转换成直流，继而通过中间电路将直流经逆变器又转换 成不同工作频率的交流来驱动电动机转动工作。假设电网电源频率为f。， 电动机工作频率为fm。 那么fnT^f。成立， 这里l为变转差率。基于起重机现场作业时，通常要求完成提升、变幅、回转和行 走等四种不同工作。因此，各相应的执行机构，就需要不同的电动机 提供不同的电能转化为不同的机械能。这就是说，起重机不同的工作， 所需的电动机转速不同，即电动机的工作频率fm不同。然而，在传 统的电动机变频调速系统中， 一个逆变器只能变换一个电动机工作频率，对一个电动机进行变频调速，俗称"一拖一"技术。显然，对于 起重机的四种不同工作，就需要四个逆变器电路才能实现两次换能的 "交一直一交"变换，产生多个电动机所需的各自的工作频率，以分 别完成起重机现场作业时的提升、变幅、回转和行走工作。综合上述，传统的电动机调速系统，其频率调节范围宽，且不 受电网频率限制；既可以采取强迫换能，又可以采以负载换能。这种 调速系统，除了低速时转差功能损耗大和效率低外，最为突出的是需 要用四个逆变器，从而使得系统体积庞大、笨重，而且造价昂贵，实 施起来是非常困难的。近年来，由于变频技术的飞跃发展，特别是矢量控制技术和直 接转矩控制技术的应用，变频技术日趋成熟，以其宽广的调速范围、 较高的稳速精度，快速的动态响应及能在直角坐标系中的四象限内作 可逆运行的性能，位居交流传动之首，其调速性能完全可以和直流传 动相媲美，并有取代之势。然而，目前国外起重机构采用的变频技术， 仍然是一个功能用一个变频器， 一个变频器配一个逆变器，对于起重 机正常运行的四种功能。仍需配置四个逆变器。如果要使变频调速系 统增加能量回馈功能，则需再增添四个逆变器，显然这是不合算的。 因此，国外众多公司的相关产品，仍然是采用"一拖一"的方式来完成起重机的正常运行工作。例如日本的安川、德国的西门子、瑞士 的ABB和法国的施耐得等产品，在我国相关应用领域到处可见，其 价格也十分昂贵。针对上述已有变频技术存在的严重缺陷，本专利技术人就如何用一 个逆变器，带动四台电动机，起重机工作时，逆变器定位在最小逆变 角，通过每个斩波器的导通和关断，实现转子变频调速，使起重机实 时完成提升、变幅、回转和行走四种工作进行过研究。并曾先后相 继申请，经国家知识产权局授予技术三项专利，其专利号分别为 "ZL002324369" 、 "ZL01212245"和"ZL2007200870857"。同时，今年又申请二项专利技术专利，其申请号为"2008100941476"和 "2008100482526"。然而，对于如何提供适当的正向和反向输出控 制电压，使各斩波器有效导通和关断；对于如何采集转子相电压和整 流器输出直流，使斩波器迅速建立栅极控制电场，确保系统正常运行， 以及根据电动机额定功率大小如何合理工作等问题，还有待全面解 决。
技术实现思路
本专利技术的目的之一，是提供用一个全桥逆变器拖动多台电动机 异步同时实现转子变频调速系统。即对多台电动机在线控制时，由同 一个逆变器输出的电压，作各功能电动机的附加反向电动势，驱动各 功能斩波器实时工作，以实现多台电动机异步同时运行。本专利技术的目的之二，是提供用一个半桥逆变器拖动多台电动机 异步同时实现转子变频调速系统。即对多台电动机在线控制时，由同 一个逆变器输出的电压，作各功能电动机的附加反向电动势，驱动各 功能斩波器实时工作，以实现多台电动机异步同时运行。本专利技术目的之三，是使该系统具有能量反馈再利用功能，做到 有效节约能源。本专利技术的目的之四，是用一个系统实现全桥有源逆变或半桥有 源逆变的电动机转子变频调速。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是用逆变器拖动 多台电动机异步同时实现转子变频调速系统，包括-一个电动机组，含有4台电动机Mi、 M2、 Ms和M4，用以异 步同时完成起重机提升、变幅、回转和行走多种工作；一个整流器组，含有4个整流桥Z" Z2、 Z3和Z4，用以对与 其相连接的电动机转子提供的不同频率交流信号进行整流；一个限流器组，含有2个限流器L7和Ls,用以提供瞬时电流， 使系统正常工作；一个斩波器组，含有4个斩波器:IGBTi、IGBT2、IGBT3和IGBT4， 通过调节每个斩波器的导通率，实现直流电流的连续调节，进而使电 动机转子电流连续调节，以达到电动机转子变频调速的目的；必须指 出的是当斩波器导通率为100%时，电动机转速为额定转速；—个隔离器组，含有8个隔离器D2、 D3、 D4,D5、 D6、 D7和Ds，做到在最小工作电流下，仍能维持其连续性，确保系统正 常工作；一个全桥逆变器或一个半桥逆变器，甩以将各电动机转子输出 的不同频率的交流电经整流为直流后，逆变成与工业交流电源同频，同相的电源，实现交变直，直变交，并进行能量反馈至电动机或电网； 一个电流反馈电压检测器组，含有4个电压检测器Uu、 UI2、1113和1114,系位于前述整流桥所包含的电流反馈所流经的电阻，用以检测经各对应的电流反馈直流电流，并转换为电压形式送至相应的信号处理器的输入端；一个速度反馈电压检测器组，含有4个电压检器UVl、 Uv2、U"和UV4，系位于前述电动机转子任意两线之间，用以检测各电动机任意两线间的不同频率的交流电压，并转换为直流电压送至相应的信号处理器的输入端。本专利技术基于采用逆变控制理论技术对多台电动机进行在线控制 时，根据电动机额定功率的大小，由全桥逆变器或半桥逆变器输出的 电压作各功能电动机的附加反向电动势，利用各功能电动机的斩波器 实时工作，使各电动机异步同时运行，实现起重机提升、变幅、回转 和行走现场作业。本专利技术在起重机的上升作业时，基于电动机转子接入有源逆变 系统，多余的电能始终经逆变器反馈回电动机或电网，而起重机下降 作业时，电动机定子两相通入直流励磁，于是，电动机实际上便成了 发电机，处于发电状态，而且所发出的电能再经逆变器重新反馈回电 动机或电网，实现了能量回收，有效节约了能源。本专利技术在用于大功率系统中时，由全桥逆变器拖动多台电动机 异步同时实现转子变频调速而在用于中、小功率系统中时，由半桥 逆变器拖动多台电动机异步同时实现转子变频调速。其工作状态的变 换，由外部设置的微处理器控制中心，在其主程序的控制下，对所采 集的各电动机转子相电压、整流器直流及司机给出的主令电压，进行 综合实时处理，以控制对各斩波器的有效导通和关断，实现电动机转 子变频调速。通过增添辅助电路，结合适当的软件支持，还可以对起 重机的超载限制、故障监控、超速限制、限位断相以及欠压、过流和 风速迸行自动保护、状态显示与人机对话，实现了高智能化实时控制， 确保了系统的可靠运行。本专利技术就整个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用逆变器拖动多台电动机异步同时实现转子变频调速系统，由电动机组（１）、整流器组（２）、斩波器组（３）、隔离器组（４）、限流器组（５）、电力电容器组（６）、逆变器（７）、速度反馈电压检测器（８）和电流反馈电压检测器（９）构成一个整体；其中：　所述电动机组（１）中的４个电动机Ｍ↓［１］、Ｍ↓［２］、Ｍ↓［３］和Ｍ↓［４］各自的转子依次分别与整流器组（２）中的４个整流器Ｚ↓［１］、Ｚ↓［２］、Ｚ↓［３］和Ｚ↓［４］各自相对应的输入端相连接；　所述的斩波器组（３）中的４个斩波器ＩＧＢＴ↓［１］、ＩＧＢＴ↓［２］、ＩＧＢＴ↓［３］和ＩＧＢＴ↓［４］各自的阴极Ｅ依次分别与整流器组（２）中的４个整流器Ｚ↓［１］、Ｚ↓［２］、Ｚ↓［３］和Ｚ↓［４］各自相对应的３个整流二极管的正极相交于一点，即Ｄ点；　其特征是：　所述逆变器（７）为全桥逆变器，包括６个可控硅，即：ＫＰ↓［１］、ＫＰ↓［２］、ＫＰ↓［３］、ＫＰ↓［４］、ＫＰ↓［５］、和ＫＰ↓［６］，其３个输出端ＫＰ↓［１］与ＫＰ↓［４］、ＫＰ↓［２］与ＫＰ↓［５］和ＫＰ↓［３］与ＫＰ↓［６］的相连点依次分别与三相工业交流电源的Ａ、Ｂ、Ｃ端相连接，继而与电动机组（１）中的４个电动机Ｍ↓［１］、Ｍ↓［２］、Ｍ↓［３］和Ｍ↓［４］各自的定子相连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周顺新，
申请(专利权)人：周顺新，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]