交流異步電動機無級調速器制造技術

一種用于電力拖動系統的交流異步電動機無級調速器。本發明專利技術調速器結構新穎，在只用六只功率交流開關元件（晶閘管）的條件下實現交流異步電動機的無級調速。其調速性能在使電動機高速運行時接近變頻調速器。在使電動機低速運行時甚至優于變頻調速器，整個裝置簡單可靠，適用于交流異步電動機的調速和節能無沖擊起動。（*該技術在2009年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
?一種用于電力拖動的交流異步電動機無級調速器。交流異步電動機無級調速器在電力拖動系統中有著廣泛的應用，過去傳統型交流異步電動機無級調速器主要有變頻調速器，變轉差率調速器和電磁轉差離合器調速器三類。其中變頻調速器雖然從理論上講調速性能好，但這種調速器一般是由大量的功率開關元件和復雜的觸發電路和保護電路構成，結構龐大而復雜，并且電動機在甚低速運行時性能變差，達不到恒轉矩調速，因此其實用性和可靠性都受到了限制。而變轉差率調速器和電磁和電磁轉差離合器調速器都有無回饋制動、效率低和調速性能差的缺點。本專利技術的目的就是針對上述問題而專利技術一種使用功率開關元件少，控制系統（觸發電路）簡單，工作可靠而調速性能在使電動機高速運行時接近變頻調速器，在使電動機低轉速運行時甚至好于變頻調速器的交流異步電動機無級調速器。本專利技術交流異步電動機無級調速器主要是由兩組交流開關及其控制系統保護系統組成，其中兩組開關的每組都具有與接入交流異步電動機的電源相數相同的開關數（但單相時為兩只），兩組開關接成這樣：每組開關的接通都將交流電源與交流異步電動機接成一種相序，并且兩組開關所接成相序是使電動機磁場同向旋轉的若干相序中的任意不同的兩種。所述控制系統可靠地控制所述的兩組交流關，按需要的頻率交替地接通和關斷，并保證一組開關可靠關斷后，另一組開關才可靠接通。下面以用雙向晶閘管作為交流開關的三相交流異步電動機無級-->調速器為例來具體說明本專利技術調速器的結構工作過程和工作原理：本專利技術的主電路如圖1所示，主要是由六只雙向晶閘管及其保護元件（三只電感L，三只快速溶斷器RD，三只電阻R和三只電容C）組成，由圖中可以看出六只雙向晶閘管是分為兩組分別接在電動機的CAB和ABC兩種相序上，兩組雙向晶閘管的交替導通和截止是由圖2或圖3所示觸發電路實現的。先看圖2，虛線方框內是一由變壓器耦合隔離輸出的觸發電源，其觸發輸出端與圖1主電路的晶閘管分組相對應，也是按g1g2g3同步觸發和g4g5g6同步觸發分為兩組，并分別接在與圖1主電路相對應的端子上，觸發電源的觸發信號取自可調頻互補延時方波發生器的兩輸出端U1U2。而觸發電源中的高頻（相對于工頻而言）發生器與功放的作用是提供輸出觸發的功率及減小耦合隔離輸出變壓器的體積。可調頻互補延時方波發生器的作用是以一定的頻率（這一頻率是可調的，也可設計成自動調節的）輸出兩列互補的并且上升沿延時觸發的方波U1和U2如圖4所示延時時間為tW，這一延時時間設置的目的是使只有一組晶閘管可靠關斷后，另一組才能觸發導通。改變這方波發生器的頻率就可改變兩組雙向晶閘管交替導通與截止的頻率，也就改變了三相交流電交替接在三相異步電動機同向旋轉的兩種相序的頻率，從而改變電動機轉速。圖3所示觸發電路與圖2的差別僅在于其觸發電源是采用光電耦合隔離，其他則與圖2相同。本專利技術調速器的工作過程是：控制系統由調頻互補延時方波發生器發出一定頻率的互補延時觸發方波信號（如圖4）通過變壓器耦合隔離或光電耦合隔離觸發電源控制兩組雙向晶閘管以一定可調的頻率交替地導通和截止，從而控制三相交流電源以一定可調的頻-->率交替地換接電動機同轉向的兩種相序，實現交流異步電動機的無級調速。下面說明以一定的頻率使三相交流電交替地換接在三相異步電動機同向旋轉的兩種相序而改變電動機轉速的原理：眾所周知三相交流電（設為X、y、Z三相）在接入交流異步電動機的三相時有六種不同的相序、即ABC、BCA、CAB、CBA、BAC、ACB;其中前三種相序使磁場正轉后三種則反轉，而使磁場同向旋轉的三種相序的相位互有差別，在三相交流電對稱時互差120°。這樣如果取使磁場同向旋轉的三種相序中的任意兩種，如ABC，CAB，BCA中的ABC和CAB，將它們以一定的頻率交替地接入三相交流電XyZ，即如圖1所示，則發生如下情況：如圖5所示當電動機接電相序由ABC換接成CAB時，換接后的相序滯后于換接前的相序120度，一定時間后再將所接的CAB相序換回成ABC相序時，則ABC相序又滯后CAB相序240度。圖中虛線表示換接前的各相位，實線表示換接后的各相位，帶箭頭弧線表示滯后角，這樣不斷循環下去就造成定子磁場一方面以同步轉速向一個方向不斷旋轉，另一方面又不斷以120度，240度兩種角度交替滯后，每次換接在滯后角小于180度的一段時間內都形成轉子磁場拉定子磁場的發電制動狀態，即回饋制動狀態，這樣綜合作用于轉子的結果，使轉子穩定地旋轉在一個低于原定額轉速的轉速上。交替換接相序的頻率越高，定子旋轉磁場滯后的速度就越快，則轉子轉速越低，反之換接的頻率越低，則轉子轉速越高，從而實現了電動機的無級調速，這里需要特別說明的是：無論同轉向的三種相序如何交替換接都不能認為換接后的磁場相位-->超前于換接前的磁場相位，這里由于交流異步電動機轉子及其磁場的旋轉完全取決于定子磁場的旋轉、即是由定子旋轉磁場感應的結果、而定子磁場的轉速是恒定不變的且永遠高于轉子的轉速，因此當換接同向旋轉的不同相序從而使定子和轉子磁場相位不一致時，只有轉子和轉子磁場轉速放慢使定子磁場“趕上”轉子磁場取得二者相位的一致，而決不可能是轉子和轉子磁場加速旋轉并且使轉子磁場轉速超過定子旋轉磁場轉速從而“趕上”定子旋轉磁場來取得二者相位的一致。所以說對異步電動機定子磁場作用于轉子的效果而言，換接同轉向的不同相序只能造成定子磁場的滯后，而不可能是超前。關于這一點多年來一直存在著一種技術偏見：即認為如果一種相序如CAB相位滯后于另一種相序如ABC相位一定角度（如上所述是120度）則自然地就認為這另一種相序ABC的相位超前于這種相序CAB相位這一角度（120度），那么也就自然地認為如果這兩種相序交替換接，則作用于轉子的效果也就必然相互低消，即滯后120度再超前120度，從而也就無從有調速作用而言。本專利技術則從分析異步電動機轉子磁場完全依屬于定子磁場，是定子磁場感應的結果這一特定關系入手，經反復實驗打破了這一多年的技術偏見，專利技術了本交流異步電動機無級調速器，是一種創造。如果將本專利技術無級調速器專用于異步電動機的起動，則只需將同轉向不同相序交替換接的頻率按由高到低的規律自動改變（也就是使電動機轉速由零向額定轉速自動改變），并在起動完畢后自動切除本調速器，同時將電動機直接接到交流電源上使之正常運轉。本專利技術與現有交流異步電動機無級調速器相比具有如下優異特-->點：1、調速性能優越，效率高：本專利技術無級調速器使異步電動機在發電制動與動力拖動狀態之間滑動工作，制動能量由發電直接送回電網，因此本專利技術調速器在調速工作時具有回饋制動和效率高的特點，能使電動機迅速升降速，在使電動機低速運行時不但運行平穩還可輸出大轉矩，其性能甚至優于變頻調速器，此外本調速器還具有較高的調速精度，可以準確的停留在低速范圍內的任意轉速上，并能保證在各轉速上輸出額定的轉矩。此外本調速器可做為一種控制電源可以對多臺異步電動機進行無級調速或節能起動。2、結構簡單，可靠性高，成本低：本專利技術無級調速器只要六只功率開關元件（晶閘管）是現有各種無級調速器中用功率開關元件最少的。并由此而導致觸發電路非常簡單，從而使本調速器的可靠性得以大幅度提高，而成本卻大幅度降低。3、適用面廣泛：本專利技術調速器由于具有上述兩個優異特點，因此它既適用于本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于交流異步電動機無級調速的交流異步電動機無級調速器。其特征是由若干交流開關元件及其控制系統和保護系統組成：所述的開關元件分為等級的兩組。每組開關數與接入交流異步電動機的電源相數相同。它們接成這樣：每組開關的接通都將交流電源與交流異步電動機接成一種相序，并且兩組開關所接成的相序是使電動機磁場同向旋轉的若干相序中的任意不同的兩種。所述控制系統可靠地控制所述的兩組開關元件，按需要可調的頻率交替地接通和關斷，并保證一組開關可靠關斷后。另一組開關才可靠接通。所述的保護系統保護所述的開關元件正常可靠地工作。

【技術特征摘要】
1、一種用于交流異步電動機無級調速的交流異步電動機無級調速器。其特征是由若干交流開關元件及其控制系統和保護系統組成：所述的開關元件分為等數的兩組。每組開關數與接入交流異步電動機的電源相數相同。它們接成這樣：每組開關的接通都將交流電源與交流異步電動機接成一種相序，并且兩組開關所接成的相序是使電動機磁場同向旋轉的若干相序中的任意不同的兩種。所述控制系統可靠地控制所述的兩組開關元件，按需要可調的頻率交替地接通和關斷，并保證一組開關可靠關斷后。另一組開關才可靠接通。所述的保護系統保護所述的開關元件正常可靠地工作。2、根據權利要求1所述交流異步電動機無級調速器，其特征是由六只雙向晶閘管及其觸發電路和保護電路組成：所述的六只雙向晶閘管按每組三只分為兩組并接成這樣：每組晶閘管的導通都將三相交流電源與三相交流異步電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：唐紅光，
申請(專利權)人：唐紅光，
類型：發明
國別省市：37[中國|山東]