专利名称：一逆变桥拖动多台电机实现输入功率同时随负载和转速变化控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一逆变桥拖动多台电机控制系统，特别是一逆变拖动多台电机实现输入功率同时随负载和转速变化控制系统。
背景技术：
当今世界上把电能转换成机械能基本上都是通过电动机来实现的。据国外资料介绍美、日、法、俄四个国家的电动机所消耗的电能占全部工业消耗电能的比重均超过60%，据有关部门调查，我国几个主要电网中，电动机所消耗电能的比重，占整个工业用电的60% _68%，与工业发达国家的比重大致相仿。因此，世界各国竞相研制并推广各种先进技术与设备，以促使电动机经济运行。我国在研制和采用各种促进电动机经济运行装置与技术上，均取得了显著成效与经验。 随着电力电子技术、微电子技术、控制技术以及其他方面例如制造工艺发展，调速装置繁多，呈百花齐放趋势。其中，变频调速是性能最好、最具发展前途的装置。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，快捷的动态响应，以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。目前业已商业化的大型电力电子器件以及变频生产制造仍以世界知名企业为主，比如德国的西门子电气传动有限公司、芬兰瓦萨控制系统有限公司、瑞士 ABB、法国施耐得电气公司和日本安川等。上述工业发达国家的产品，在我国相关应用领域也到处可见。只是这些产品中，对于一种电气功能采用一个变频器，而一个变频器就需要配置一个逆变桥；如果还要求变频调速系统拥有能量回馈功能，则需再增设逆变桥。显然这不仅使系统变得庞大复杂，稳定性差，而且可维修性不好，性价也很高。针对上述已有变频技术存在的缺陷，本发明人就如何用一个逆变桥拖动多台电动机异步同时实现转子变频调速系统，先后在起重机、油田抽油机和注水泵以及钢球机等方面进行了大量的针对性试验，并为交流和直流设备设计制造了柜体和箱体，实施了批量生产与应用。收到了良好的效果。同时，已先后相继申请三项发明专利，均获准国家知识产权局的授权，其专利号分别为“ZL 200810094147. 6”、“ZL200810048732. 2”和“ZL200810048252. 2”。然而，在电气传动系统中，一方面根据电机的功率平衡方程式
Pl=3UlIlCOScpl式中Pl-----电机输入功率(KW)；Ul-----定子绕组相电压(KV)；11-----定子绕组相电流㈧；φ -----相电压与相电流之间夹角；
3UlIlCOScpl-电动机功率因数。另一方面，为了分析方便，在不考虑电机定子铜铁损耗和转子机械损耗的前提下，又有Pl = P2+PS这里，P2电机输出功率，即负载功率；PS电机转差功率，即电机调速后经逆变桥回馈到电网或电机的功率。而且Ps = SPl所以Pl=P2+Ps= P2+SP1或P2 = Pl-SPl= Pl (I-S)基于在电气传动系统中，电机和转差率S为
权利要求
1.一逆变桥拖动多台电机实现输入功率同时随负载和转速变化控制系统，包括定子调压单元(I)、电动机单元(2)、转子调速单元(3)、逆变桥单元(4)、控制驱动单元(5)、信号处理单元(6)，其特征是 所述定子调压单元(I)，包括有多个定子调压模件，其中有第一定子调压模件(I. 1)，直至第N定子调压模件(1.N)； 所述电动机单元(2)，包括有多个电机，其中有第一电机(M1)，直至第N电机(MN)； 所述转子调速单元(3)，包括有多个转子调速模件，其中有第一转子调速模件(3. I),直至第N转子调速模件(3. N)； 所述逆变桥单元⑷，包括有电抗器LI，可控硅组KP4与KP7，KP5与KP8，KP6与KP9 ；电阻器组 R4 与 R7, R5 与 R8, R6 与 R9 ;电容器组 C8、C9 与 C14、C15，CIO、Cll 与 C16、C17，C12、C13与C18、C19 ;其中电抗器LI的H点与可控硅组KP4、KP5、KP6的阳极相连接，而可控硅组KP4与KP7，KP5与KP8，KP6与KP9的相连点依次分别与三相电网电源的A、B、C端相连接； 所述控制驱动单元(5)，包括有多个驱动控制模件，其中有第一控制驱动模件(5. I),直至第N控制驱动模件(5. N)； 所述信号调理单元(6)，包括有多个信号调理模件，其中有第一信号调理模件(6. I),直至第N信号调理模件(6. N)。
2.如权利要求I所述的一逆变桥拖动多台电机实现输入功率同时随负载和转速变化控制系统，其特征是 所述第一定子调压模件(I. I)设置有定子调压器组KP11，KP21，KP31，电阻器组R11、R2UR31,电容器组 C11、C21、C31、C41、C51、C61 ;且按 KP11、Rll、Cll、C21, KP21、C21、C31、C41，以及KP31、R31、C51、C61分成了三路，各路的输入端依次分别与电网电源的ABC三相相连接，而其输出端依次分别与第一电机Ml的三个定子相连接；且进入了三个定子的三相电源线上设置有功率因数传感器Gl ； 所述第N定子调压模件(1.N)设置有定子调压器组即謂，即21即3化电阻器1 謂、1 2队R3N,电容器组 C1N、C2N、C3N、C4N、C5N、C6N ;且按 KP1N、R1N、C1N、C2N, KP2N、C2N、C3NC4N,以及KP3N、R3N、C5N、C6N分成了三路，各路的输入端依次分别与电网电源的ABC三相相连接，而其输出端依次分别与第一电机Ml的三个定子相连接；且进入了三个定子的三相电源线上设置有功率因数传感器GN。
3.如权利要求I所述的一逆变桥拖动多台电机实现输入功率同时随负载和转速变化控制系统，其特征是 所述第一电机Ml的三个定子依次分别与第一定子调压模件(I. I)中的三个定子调压器KP11、KP21和KP31各自的输出端相对应连接，其三个转子依次分别与第一转子调速模件(3. I)中的整流器Zl的三个输入端相对应连接； 所述第N电机MN的三个定子依次分别与第N定子调压模件(1.N)中的三个定子调压器KP1N、KP2N和KP3N各自的输出端相对应连接，其三个转子依次分别与第N转子调速模件(3. N)中的整流器ZN的三个输入端相对应连接。
4.如权利要求I所述的一逆变桥拖动多台电机实现输入功率同时随负载和转速变化控制系统，其特征是所述第一转子调速模件(3. I)，设置有整流器Zl，斩波器IGBTl， 过压保护器URl，隔离器组Dll、D21、D31及滤波电容器C71，且整流器Zl的三个输入端与电机Ml的三个转子的三相电源线上设置有霍尔电压传感器Hll ;隔离器Dll的负极与隔离器D21的正极Ql点之间设置有霍尔电流传感器H21 ;隔离器的正极Ql点与过压保护器URl上方SI点之间设置有霍尔电流传感器H31 ;隔离器D21的正极Ql点与斩波器IGBTl阳极TCl之间设置有霍尔电流传感器H41 ； 所述第N转子调速模件(3. N)，设置有整流器ZN，斩波器IGBTN、 过压保护器URN’隔离器组DIN、D2N、D3N及滤波电容器C7N，且整流器ZN的三个输入端与第一电机MN的三个转子的三相电源线上设置有霍尔电压传感器HlN ;隔离器DN的负极与隔离器D2N的正极QN点之间设置有霍尔电流传感器H2N ;隔离器的正极QN点与过压保护器URN上方SN点之间设置有霍尔电流传感器H3N ;隔离器D2N的正极QN点与斩波器IGBTN阳极TCN之间设置有霍尔电流传感器H4N。
5.如权利要求I所述的一逆变桥拖动多台电机实现输入功率同时随负载和转速变化控制系统，其特征是 第一控制驱动模件(5. 1)，设置有微处理器U31，放大驱动器U41和触发驱动器U51 ;微处理器U31的第10脚和11脚分别与放大驱动器U41的第15脚和14脚依次相连接，且放大驱动器U41的第3脚与第一转子调速模件3. I中的斩波器IGBT1的栅极TGl相交连接于第三点F ;而微处理器的第20脚与触发驱动器U51的第11脚相连接，且触发驱动器U51的第3、4、5、6、7、8脚依次分别与第一定子调压模件I. I中的AGl、AKl、BGl、BKl、CGl、CKl各点直接相连接； 所述第N控制驱动模件(5. N)，设置有微处理器U3N，放大驱动器U4N和触发驱动器U5N ;微处理器U3N的第10脚和11脚分别与放大驱动器U4N的第15脚和14脚依次相连接，且放大驱动器U4N的第3脚与第一转子调速模件(3. N)中的斩波器IGBTN的栅极TGN相交连接于第四点G ;而微处理器的第20脚与触发驱动器U5N的第11脚相连接，且触发驱动器U5N的第3、4、5、6、7、8脚依次分别与第一定子调压模件I. N中的AGN、AKN、BGN、BKN、CGN、CKN各点直接相连接。
6.如权利要求I所述的一逆变桥拖动多台电机实现输入功率同时随负载和转速变化控制系统，其特征是 所述第一信号调理模件(6. I)，设置有信号处理器Ull和模数转换器U21，继与第一控制驱动模件中的微处理器U31相连接； 所述第N信号调理模件(6. N)，设置有信号处理器UlN和模数转换器U2N，继与第一控制驱动模件(5. I)中的微处理器U3N相连接。
7.如权利要求I所述的一逆变桥拖动多台电机实现输入功率同时随负载和转速变化控制系统，其特征是 所述第一电机Ml的三个定子中任意两相相电压U f I和任意一相相电流折算的直流电压Π1各自分别送至第一信号调理模件(6. I)中的信号处理器Ull的输入端的第I脚和第2脚； 所述第N电机MN的三个定子中任意两相相电压U f N和任意一相相电流折算的直流电压ΠΝ各自分别送至第一信号调理模件(6. I)中的信号处理器UlN的输入端的第I脚和第2脚； 所述第一电机的三个定子中任意两相相电压U I和第N电机MN的三个定子中任意两相相电压U N依次分别送至第一信号调理模件(6. I)中的信号处理器Ul I的输入端第3脚和第N信号调理模件(6. N)中的信号处理器UlN的输入端的第3脚。
8.如权利要求I所述的一逆变桥拖动多台电机实现输入功率同时随负载和转速变化控制系统，其特征是 所述第一转子调速模件(3. I)中的整流器Zl和第N转子调速模件(3. N)中的整流器ZN各自的输出直流电流折算的直流电压UDIl和UDIN依次分别送第一信号调理模件(6. I)中的信号处理器Ull的输入端的第4脚和第N信号调理模件(6. N)中的信号处理器UlN的输入端第4脚。
9.如权利要求I所述的一逆变桥拖动多台电机实现输入功率同时随负载和转速变化控制系统，其特征是 所述第一转子调速模件(3. I)中流经过压保护器URl和第N转子调速模件(3. N)中流经过压保护器URN各自的电流折算的直流电压UDYl和UDYN依次分别送至第一信号调理模件(6. I)中的信号处理器Ull的输入端的第5脚和第N信号调理模件(6. N)中的信号处理器UlN的输入端第5脚； 所述第一转子调速模件(3. I)中流经斩波器IGBTl和第N转子调速模件(3. N)中流经斩波器IGBTN各自的电流折算的直流电压UTIl和UTIN依次分别送至第一信号调理模件(6. I)中的信号处理器Ull的输入端的第6脚和第N信号调理模件(6. N)中的信号处理器UlN的输入端第6脚。
10.如权利要求I所述的一逆变桥拖动多台电机实现输入功率同时随负载和转速变化控制系统，其特征是 所述第一转子调速模件(3. I)中的隔离器D31和第N转子调速模件(3. N)中的隔离器D3N各自的负极同时与逆变桥单兀(4)中的电抗器LI的输入端相交连接于第一点D ； 所述第一转子调速模件(3. I)中的斩波器IGBTl和第N转子调速模件(3. N)中流经斩波器IGBTN各自的负极TEl与TEN同时与逆变桥单元(4)中的可控硅组KP7、KP8、KP9各自的负极以及第一控制驱动模件(5. I)的放大驱动器U41和第N控制驱动模件(5. N)的放大驱动器U4N各自的第I脚同时相交连接于第二点Ε。
全文摘要
本发明为一逆变桥拖动多台电机实现输入功率同时随负载和转速变化控制系统，由定子调压单元、电动机单元、转子调速单元、逆变桥单元、控制驱动单元、信号处理单元构成。本发明通过设置功率因数传感器，采集电机定子相电压、相电流，作为控制信号来调节输入功率，使其随负载的变化而变化；同时通过设置电压传感器和电流传感器分别采集电机转子相电压，整流器输出电压，过压保护电流和斩波器工作电流，作为控制信号，来调节输入功率随转速的变化而变化。本发明采用多个微处理器操作控制，开展分路功能模块化电路结构设计，明确接口标准，内插信号调理技术，以简明的机械结构和系统软件相结合，实现了能量的有效回馈，以达到节约能源的目的。
文档编号H02P27/04GK102931890SQ201110231539
公开日2013年2月13日 申请日期2011年8月11日 优先权日2011年8月11日
发明者周顺新 申请人:周顺新