专利名称：双馈转差率调整器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种转差率调整器，属于交流变频调速节能领域的双馈电动机在转差率调整器上的应用，特别是一种双馈转差率调整器。
背景技术：
旧式的转差率调整器有继电接触式和液体式两种，其结构简图、机械特性和负载曲线详见《电力驱动原理》，燃料工业出版社，1953年6月出版，542～549页。它们对于有冲击负载带飞轮的大功率电力拖动装置，能削减负载峰值，平抑电动机的转矩或电流的负载曲线；对减小电机容量，降低负载图的等值转矩值或等值电流值以降低电机额定容量，减少常接电阻和调速电阻中的电能损耗等方面确实起非常显著的作用，是某些电力拖动装置不可缺少的设备。但它也存在一些严重缺点(1)它在下坠前靠常接电阻软化机械特性，在下坠后靠调速电阻限制电机转子电流迫使机组转速连续下降，使飞轮连续放出动能产生转矩和电机的输出转矩一起克服阻力转矩；负载下降后再带动飞轮加速，储藏动能，所以常接电阻和调速电阻中的电能损耗非常大。(2)继电器、接触器和转矩马达都有动作误差，使负载图不能接近理想，等值电流或等值转矩值都降不到应有数值，因而电机和电阻器的发热都下降得不够，故加大了电能损耗，电机功率不能充分发挥。近年来有人提出了频敏电阻转差率调整器，电能损耗小且不需控制，但电机的功率因数降低了。据了解，某轧钢厂技术人员用晶闸管开关代替继电接触器，解决了动作误差，改善了负载图，等值转矩或等值电流小了，电机和常接电阻、调速电阻器中电能损耗降低了，但常接电阻和调速电阻器中电能损耗依然存在，转差率调整器的最大电能损耗并未解决。
发明内容
为了解决旧式转差率调整器电能损耗过大的问题，本实用新型的目的在于提供一种能够从根本上消除常接电阻、调速电阻器中的电能损耗，且使负载图接近理想，等值电流或等值转矩值达到较小，进而降低电机的损耗和发热，提高电机输出功率，并具有双馈电机特点的转差率调整器——双馈转差率调整器。
本实用新型的目的是这样实现的，一种双馈转差率调整器，包括连接到工频电源的有冲击负载的带飞轮的大功率电力拖动装置的绕线式感应电动机的定子绕组，其特征在于有一个幅值、相位和频率都可变的双馈变频器通过绕线式感应电动机的滑环与此电动机的转子相连接，所述的双馈变频器4的控制电路中还设有机械特性的下坠特性的产生与控制环节，有一个脉冲发生器PG安装在绕线式感应电动机的轴上，并和双馈变频器相连接，双馈变频器还和一个变压器Tr相连接。
本实用新型中下坠特性的产生和控制环节用的信号与转差率调整器所用负载图有关，如为输出转矩负载图，因电机电磁转矩与转子有功电流成比例，而电磁转矩可近似为输出转矩。在控制电路中代表它的符号为i2x，由转子电流即变频器输出的CT或霍尔元件的次级取出经3/2座标变换电路和VD矢量变换取得，经A/D转换作为比较器的输入；如为定子电流负载图，此电流为电机定子电流，代表它的符号i1应自定子电流的CT或霍尔元件的次级经整流取得，经A/D转换作为比数值较器的输入。
按照本实用新型的双馈转差率调整器，当所用负载图为输出转矩负载图时，所述的机械特性的下坠特性的产生和控制环节包括一个数值比较器子环节分别与此数值比较器子环节相连接的一个转子有功电流给定i2x*子环节和一个转子无功电流给定i2y*子环节，数值比较器AB的输入端接模数转换器A/D3和模数转换器A/D4，模数转换器A/D3的输入端接决定下坠特性的转折点的转子有功电流设定值i2x设定，模数转换器A/D4的输入i2x端经向量变换器VD和3/2座标变换电路与检测转子实际有功电流的转子电流检测电路相连，向量变换器VD还连接有函数Cos Sω0t和Sin Sω0t，数值比较器AB的输出端分别与两个时序寄存器TR1、TR2的输入端相连接，所述的转子有功电流给定i2x*子环节由速度调节器nR、模数转换器A/D1、时序寄存器TR1、数模转换器D/A1串联而成，数模转换器D/A1的输出端i2x*或i2x*在下坠特性上运转时的值i2x*下坠再与双馈变频器4的控制电路相连接，速度调节器nR的输入端接转速给定n*和速度反馈nf，所述的转子无功电流给定值i2y*子环节由模数转换器A/D2、时序寄存器TR2、数模转换器D/A2串联而成，数模转换器D/A2的输出端i2y*或在下坠特性上运转时的值i2y*下坠与双馈变频器4的控制电路相连接。
当所用负载图为电机定子电流时，所述的机械特性的下坠特性的产生和控制环节包括一个数值比较器子环节，分别与此数值比较器子环节相连接的一个转子有功电流给定i2x*子环节和一个转子无功电流给定i2y*子环节，所述的数值比较器子环节有一个数值比较器AB，其输入端接两个模数转换器A/D3、A/D4，模数转换器A/D3的输入端接决定下坠特性的转折点的定子电流设定值i1设定，模数转换器A/D4的输入i1端经整流器连接定子电流检测器，数值比较器AB的输出端分别与两个时序寄存器TR1、TR2的输入端相连接，所述的转子有功电流给定i2x*子环节由速度调节器nR、模数转换器A/D1、时序寄存器TR1、数模转换器D/A1串联而成，数模转换器D/A1的输出端i2x*或i2x*在下坠特性上运转时的值i2x*下坠，再与双馈变频器4的控制电路相连接，速度调节器nR的输入端接转速给定n*和速度反馈nf，所述的转子无功电流给定值i2y*子环节由模数转换器A/D2、时序寄存器TR2、数模转换器D/A2串联而成，数模转换器D/A2的输出端i2y*或在下坠特性上运转时的值i2y*下坠与双馈变频器4的控制电路相连接。
本实用新型由于通过滑环将幅值、相位和频率都可调的变频器接入绕线式感应电动机的转子电路代替旧式转差率调整器的常接电阻和调速电阻及其控制装置，改电阻限制转子电流为用电势限制转子电流，并增设下坠特性的产生和控制环节。实际上相当于在双馈电机的控制回路中增设下坠特性的产生和控制环节，构成了双馈转差率调整器，它除具备旧式转差率调整器的基本功能外，还具有双馈电动机的优点1)当运转在下坠特性上时，保证了电机的输出转矩不变或定子电流不变，使下坠特性是一条垂直于横坐标的一条直线，转差率调整器的运行非常稳定。旧式转差率调整器的控制根本达不到这么准确。
2)本实用新型既适用于等值转矩负载图，也适用于等值电流负载图。
3)本实用新型的最大优点是节能显著。因为它既彻底消除了常接电阻和调速电阻中的电能损耗，又因无动作误差使负载图更理想，降低了等值转矩或等值电流值，减低了电机的电能损耗和温升，不但节能显著而且可使电机输出功率增加。以2000kw电机为例，设常接电阻标么值为0.02RN，RN为额定标么值电阻，I2的标么平均值为(02+1.52)÷2＝1.125，I2R的标么值为1.125×0.02＝0.0225，电机的损耗功率为2000kw×0.0225＝45kw，如年工作按7000小时计算，则年电能损耗31.5×104kwh，按0.65元/kwh计算为20.5万元/年，以上为常接电阻中损失，因轻负载的时间较多，故按1/3计算为6.8万元/年。调速电阻中损失的I2R标么值为I2R＝1.52×(0.03+0.15)÷2＝0.2025电机的损耗功率为2000kw×0.2025＝405kw，如年工作按7000小时计算，则年电能损耗283.5万kwh，按0.65元/kwh计算为184万元/年，按在下坠特性上运转时间为工作时间的1/20～1/10，则每年这一部分消耗电能的电费为9.2万元～18.4万元/年，再加上常接电阻消耗的电费共计16万元～25.2万元/年(上述计算仅供参考)。而双馈转差率调整器每年就能节省上述这么多的电费，另外，还未包括电机本身的节电电费和机组增产的效益。仅这些已接近2000kw双馈转差率调整器价格的一半多了，即根据上述比较保守的计算收回期也不到二年，且还有超同步运转、改善功率因数等功能。
4)双馈转差率调整器作用于绕线式感应电动机转子回路，电压低且双馈电机容量可小于电机容量，视调速范围而定，转差率调整器的调速范围一般为理想空载转速的15％，故变频器的容量大于电机额定功率的15％即可。所以双馈转差率调整器的造价低。
5)双馈转差率调整器可作超同步运转，受机组机械强度限制，如转速提高20％，又为恒转矩调速，则机组输出提高20％。
6)双馈电动机，亦称感应电机的同步化，具有同步电机的性能，利用控制电路的无功电流给定可调整转子的无功电流，也就调整了定子的无功电流，改变定子功率因数，当负载较轻时，定子功率因数可超前，补偿电网功率因数。
图1为本实用新型交—交变频双馈转差率调整器的结构示意图；图2为本实用新型输出转矩负载图的下坠特性产生和控制环节的原理图；图3为本实用新型定子电流负载图的下坠特性产生和控制环节的原理图；具体实施方式
下面结构附图对本发明作进一步详细说明。
如图1、2、3所示，本实用新型的双馈转差率调整器，包括连接到工频电源的有冲击负载3的带飞轮2的大功率电力拖动装置的绕线式感应电动机1的定子绕组，其特征在于有一个幅值、相位和频率都可变的双馈变频器4通过绕线式感应电动机1的滑环与此电动机的转子相连接，所述的双馈变频器4的控制电路中还设有机械特性的下坠特性的产生与控制环节，有一个脉冲发生器PG安装在绕线式感应电动机1的轴上，并和双馈变频器4相连接，做测速和位置检测用，双馈变频器4还和一个变压器Tr相连接。
如图2所示，所述的机械特征的下坠特性的产生和控制环节包括一个数值比较器子环节分别与此数值比较器子环节相连接的一个转子有功电流给定i2x*子环节和一个转子无功电流给定i2y*子环节，数值比较器AB的输入端接模数转换器A/D3和模数转换器A/D4，模数转换器A/D3的输入端接决定下坠特性的转折点的转子有功电流设定值i2x设定，模数转换器A/D4的输入i2x端经向量变换器VD和3/2座标变换电路与检测转子实际有功电流的转子电流检测电路相连，向量变换器VD还连接有函数Cos Sω0t和Sin Sω0t，数值比较器AB的输出端分别与两个时序寄存器TR1、TR2的输入端相连接，所述的转子有功电流给定i2x*子环节由速度调节器nR、模数转换器A/D1、时序寄存器TR1、数模转换器D/A1串联而成，模数转换器A/D1的输出端i2x*或i2x*在下坠特性运转时的值i2x*下坠再与双馈变频器4的控制电路相连接，速度调节器nR的输入端接转速给定n*和速度反馈nf，所述的转子无功电流给定值i2y*子环节由模数转换器A/D2、时序寄存器TR2、数模转换器D/A2串联而成，数模转换器D/A2的输出端i2y*或在下坠特性上运转时的值i2y*下坠与双馈变频器4的控制电路相连接。
如图3所示，所述的机械特性的下坠特性的产生和控制环节包括一个数值比较器子环节，分别与此数值比较器子环节相连接的一个转子有功电流给定i2x*子环节和一个转子无功电流给定i2y*子环节，所述的数值比较器子环节有一个数值比较器AB，其输入端接两个模数转换器A/D3、A/D4，模数转换器A/D3的输入端接决定下坠特性的转折点的转子有功电流设定值i1设定，模数转换器A/D4的输入i1端经整流器连接定子电流检测器，数值比较器AB的输出端分别与两个时序寄存器TR1、TR2的输入端相连接，所述的转子有功电流给定i2x*子环节由速度调节器nR、模数转换器A/D1、时序寄存器TR1、数模转换器D/A1串联而成，数模转换器D/A1的输出端i2x*或i2x*在下坠特性上运转时的值i2x*下坠，再与双馈变频器4的控制电路相连接，速度调节器nR的输入端接转速给定n*和速度反馈nf，所述的转子无功电流给定值i2y*子环节由模数转换器A/D2、时序寄存器TR2、数模转换器D/A2串联而成，数模转换器D/A2的输出端i2y*或在下坠特性上运转时的值i2y*下坠与双馈变频器4的控制电路相连接。
本实用新型中的比较器用于确定电动机机械特性的转折点，亦即下坠开始点。如为输出转矩负载图，则以与此点转子有功电流相对应的i2x值做为设定值i2x设定，该值一般情况下是根据与1.5MN(1.5倍额定转矩)相对应的转子有功电流值来设定的；如为定子电流负载图，则以与此点定子电流相对应的i1值做为设定值i1设定，该值一般情况下是根据与1.5IN(1.5倍额定电流)相对应的定子电流值来设定的。另外，上述两种设定值都可以根据负载情况进行调整。以i2x设定或i1设定作为比较器的一个输入，以i2x或i1作为比较器的另一个输入。当i2x＜i2x设定或i1＜i1设定时，即电机输出转矩没到转折点或电机定子电流没到转折点时，数值比较器输出CP为高电平，时序寄存器不动作，控制电路的转子有功电流给定i2x*和转子无功电流给定i2y*分别自由通过时序寄存器I、II并且分别进入控制电路。当i2x≥i2x设定或i1≥i1设定时数值比较器输出CP变为低电平，驱动两个时序寄存器I、II翻转，此后两个时序寄存器I、II输出翻转前一瞬间的转子有功电流给定值i2x*和转子无功电流给定值i2y*称之为i2x*下坠值和i2y*下坠值(以示区别)并进入控制电路，不受现在或以后的i2x*和i2y*变化的影响。一直到i2x＜i2x设定或i1＜i1设定时，比较器和两个时序寄存器都翻转复原。时序寄存器I、II又允许转子的有功电流给定i2x*和无功电流给定i2y*分别自由通过进入控制电路。
因为在i2x达到i2x设定或i1达到i1设定时，即转子有功电流或定子电流达到转折点开始下坠时，时序寄存器的输出是翻转前一瞬间的i2x*和i2y*值，并保持到i2x＜i2x设定或i1＜i1设定时，这就保证了从下坠开始后机组沿下坠特性减速，飞轮放出动能，重载过去，机组又沿下坠特性加速，飞轮储藏动能，到i2x开始小于它的设定值i2x设定或i1开始小于它的设定值i1设定的全过程中，保持控制电路的有功电流给定i2x*和无功电流给定i2y*值不变，这就保证了电机的输出转矩不变或定子电流不变，使下坠特性是一条垂直于横坐标的一条直线，转差率调整器的运行非常稳定。旧式转差率调整器的控制根本达不到这么准确。
本实用新型的双馈转差率调整器，如采用数字控制方式，则只在数值比较器前和时序寄存器前根据需要设置A/D转换器；如为模拟控制方式，则在数值比较器和时序寄存器前应加A/D转换器，在时序寄存器后应加D/A转换器；如采用混合控制方式，则根据数字控制与模拟控制的区域，按需要进行设置。
本实用新型的双馈转差率调整器中因容量大且不经常起动，一般用交一交变频器，至于控制电路和下坠特性的产生与控制环节可以是模拟的、可以是数字的、也可以是混合的，适用于各种变频器的各种控制电路。
权利要求1.一种双馈转差率调整器，包括连接到工频电源的有冲击负载(3)的带飞轮(2)的大功率电力拖动装置的绕线式感应电动机(1)的定子绕组，其特征在于有一个幅值、相位和频率都可变的双馈变频器(4)通过绕线式感应电动机(1)的滑环与此电动机的转子相连接，所述的双馈变频器(4)的控制电路中还设有机械特性的下坠特性的产生与控制环节，有一个脉冲发生器PG安装在绕线式感应电动机(1)的轴上，并和双馈变频器(4)相连接，双馈变频器(4)还和一个变压器Tr相连接。
2.根据权利要求1所述的双馈转差率调整器，其特征在于当所用负载图为输出转矩负载图时，所述的机械特性的下坠特性的产生和控制环节包括一个数值比较器子环节，分别与此数值比较器子环节相连接的一个转子有功电流给定i2x*子环节和一个转子无功电流给定i2y*子环节，数值比较器AB的输入端接模数转换器A/D3和模数转换器A/D4，模数转换器A/D3的输入端接决定下坠特性的转折点的转子有功电流设定值i2x设定，模数转换器A/D4的输入i2x端经向量变换器VD和3/2座标变换电路与检测转子实际有功电流的转子电流检测电路相连，向量变换器VD还连接有函数Cos Sω0t和Sin Sω0t，数值比较器AB的输出端分别与两个时序寄存器TR1、TR2的输入端相连接，所述的转子有功电流给定i2x*子环节由速度调节器nR、模数转换器A/D1、时序寄存器TR1、数模转换器D/A1串联而成，数模转换器D/A1的输出端i2x*或i2x*在下坠特性上运转时的值i2x*下坠再与双馈变频器(4)的控制电路相连接，速度调节器nR的输入端接转速给定n*和速度反馈nf，所述的转子无功电流给定值i2y*子环节由模数转换器A/D2、时序寄存器TR2、数模转换器D/A2串联而成，数模转换器D/A2的输出端i2y*或在下坠特性上运转时的值i2y*下坠与双馈变频器(4)的控制电路相连接。
3.根据权利要求1所述的双馈转差率调整器，其特征在于当所用负载图为电机定子电流时，所述的机械特性的下坠特性的产生和控制环节包括一个数值比较器子环节，分别与此数值比较器子环节相连接的一个转子有功电流给定i2x*子环节和一个转子无功电流给定i2y*子环节，所述的数值比较器子环节有一个数值比较器AB，其输入端接两个模数转换器A/D3、A/D4，模数转换器A/D3的输入端接决定下坠特性的转折点的转子有功电流设定值i1设定，模数转换器A/D4的输入i1端经整流器连接定子电流检测器，数值比较器AB的输出端分别与两个时序寄存器TR1、TR2的输入端相连接，所述的转子有功电流给定i2x*子环节由速度调节器nR、模数转换器A/D1、时序寄存器TR1、数模转换器D/A1串联而成，数模转换器D/A1的输出端i2x*或i2x*在下坠特性上运转时的值i2x*下坠，再与双馈变频器(4)的控制电路相连接，速度调节器nR的输入端接转速给定n*和速度反馈nf，所述的转子无功电流给定值i2y*子环节由模数转换器A/D2、时序寄存器TR2、数模转换器D/A2串联而成，数模转换器D/A2的输出端i2y*或在下坠特性上运转时的值i2y*下坠与双馈变频器(4)的控制电路相连接。
专利摘要本实用新型提供了一种交流变频调速的双馈转差率调整器，将绕线式感应电动机的定子绕组按常规接到工频电源，通过滑环将幅值、相位和频率都可变的变频器接入转子电路，并在变频器的控制电路中加入由一个数值比较器和两个时序寄存器组成的下坠特性产生与控制环节。变电阻器限制转子电流为电势限制转子电流，取消了转子回路中的常接电阻和调速电阻，也就彻底消除了常接电阻和调速电阻中的电能损耗，解决了老式转差率调整器用常接电阻和调速电阻造成电能损耗过大的问题，并且还解决了旧式转差率调整器的动作误差，使负载图接近理想，等值电流或等值转矩值降到较小，使电机定转子损耗减小，电机的发热降低，可提高电机负载，增加生产率。本实用新型还具有双馈电机的特性，如超同步运行，调节功率因数等。
文档编号H02P27/04GK2759056SQ20042005521
公开日2006年2月15日 申请日期2004年11月29日 优先权日2004年11月29日
发明者李则民, 李欢峰 申请人:李则民