一种机电一体化集成调速系统的制作方法

本实用新型涉及一种调速系统，具体涉及一种机电一体化集成调速系统。

背景技术：

环境问题日益成为我国经济社会发展的突出问题，因此更高的能源利用效率和更经济的节能方式是目前科技装备发展的重要方向。能源生产各领域都需要新型的科技装备来改善运行状况。

火电厂节能是我国节能减排的主阵地之一。目前，随着电网峰谷差的增大以及大量新能源的接入，火力发电厂日益承担繁重的调峰和调频任务，导致辅机更多时间偏离设计工况运行，且频繁波动，效率降低。尤其是锅炉给水泵、风机等大型辅机的能耗水平对机组的效率影响较大，需要新型的调速驱动方式来有效提高辅机驱动效率。

另一方面，从节能角度考虑，工艺气体和管道输送压缩机采用变转速控制实现无级调速，可扩大稳定运行工况区，不引起附加损失，也不附加其它机构，对压缩机性能控制调节十分有利。

目前多采用全容量变频电机（VFD）和液力耦合器两种调速方式，两者特点如下：

液力耦合器调速优点是技术成熟稳定，可靠性高，调速控制简单，调速范围较大且由于自身的特性可实现机组的软启动。液力耦合器调速突出缺点是低工况区效率低，功率损失较多，能量损失以热能形式消耗，耗电量较大，是电厂辅机中主要耗电机组。高压全容量变频调速采用高压变频器+增速齿轮箱的模式，具有较好的节能效果。但高压变频方案明显的不足在于其可靠性问题、谐波问题和交变应力问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种机电一体化集成调速系统，该调速系统根据功率分流原理，实现了电传动与机械传动的完美结合，结合了机械调速的高可靠性和电子调速的高效率，能够实现在全部转速调节范围内的传递效率均超过高压变频调速系统，是目前为止传动效率最高节能效果最好的解决方案，且具备可控软启动功能。应用范围广，效率高，性能稳定，可靠性高，能够满足上述技术领域装备发展的迫切需求。

本实用新型采用的技术方案为：一种机电一体化集成调速系统，包括主电机、第一联轴器、差动行星齿轮箱内齿圈、差动行星齿轮箱行星架、差动行星齿轮箱太阳轮、防反转机构、第二联轴器、减速齿轮、输入齿轮、第三联轴器、变频电机、四象限变频器；所述主电机通过第一联轴器与差动行星齿轮箱内齿圈联接并驱动；所述差动行星齿轮箱太阳轮与第二联轴器联接并输出；所述变频电机通过第三联轴器、输入齿轮、减速齿轮与差动行星齿轮箱行星架上的齿啮合；主电机恒速运转，所述四象限变频器与控制变频电机连接，并控制其转速变化，即行星架的转速变化，根据差动行星传动速度叠加原理达到控制太阳轮转速变化的目的。

进一步地，所述防反转机构包括棘轮、棘爪和棘爪弹簧，所述棘轮安装于差动行星齿轮箱太阳轮的传动轴上，差动行星齿轮箱太阳轮可按工作转向正常运转，差动行星齿轮箱太阳轮有反向运转趋势时，棘爪在棘爪弹簧的作用下与棘轮棘合，阻止其反转。

本实用新型的有益效果：机电一体化集成调速系统由小容量变频电机及变频器、行星差动齿轮箱、控制器等组成。系统根据功率分流原理，实现了电传动与机械传动的完美结合，结合了机械调速的高可靠性和电子调速的高效率，能够实现在全部转速调节范围内的传递效率均超过高压变频调速系统，是目前为止传动效率最高节能效果最好的解决方案，且具备可控软启动功能。是一项应用范围广，效率高，性能稳定，可靠性高，传递功率大的新技术，能够满足上述技术领域装备发展的迫切需求。

附图说明：

图1为实施例一的机电一体化无级调速系统的原理示意图；

图2为实施例一中高负荷工作时的功率流向示意图；

图3为实施例一中低负荷工作时的功率流向示意图；

图4为实施例一中系统启动时的功率流向示意图；

图5为实施例一中防反转机构的结构示意图。

具体实施方式：

实施例一

参照图1、2、3和5，一种机电一体化集成调速系统，包括主电机1、第一联轴器2、差动行星齿轮箱内齿圈3、差动行星齿轮箱行星架4、差动行星齿轮箱太阳轮5、防反转机构6、第二联轴器7、减速齿轮8、输入齿轮9、第三联轴器10、变频电机11、四象限变频器12；所述防反转机构6包括棘轮13、棘爪14和棘爪弹簧15，所述棘轮13安装于差动行星齿轮箱太阳轮5的传动轴上，差动行星齿轮箱太阳轮5有反向运转趋势时，棘爪14在棘爪弹簧15的作用下与棘轮13棘合，阻止其反转。

正常工作时，主电机通过第一联轴器驱动差动行星齿轮箱内齿圈，主电机恒速运转；差动行星齿轮箱太阳轮通过第二联轴器输出；变频电机通过第三联轴器、输入齿轮、减速齿轮与差动行星齿轮箱行星架上的齿啮合。四象限变频器用来控制变频电机的转速变化，即差动行星齿轮箱行星架的转速变化，根据差动行星传动速度叠加原理达到控制差动行星齿轮箱太阳轮转速变化的目的。并且四象限变频器能够根据差动行星传动实际功率流需要自适应改变功率流向：变频电机发电或电动。系统高负荷运行时，差动行星传动内齿圈和行星架作为主动件共同驱动太阳轮，此时，频电机作为电动机工作，功率流向见附图2。系统低负荷运行时，差动行星传动的内齿圈和同时驱动行星架和太阳轮，此时，变频电机作为发电机工作，产生的电能经四象限变频器调频后回馈到电网，功率流向见附图3。

实施例二

参照图4，系统启动时，主电机先不通电，变频电机通电工作，四象限变频器控制变频电机逐步升速。此时，设置于太阳轮输出轴系上的防反转机构阻止太阳轮轴系的反向运转，行星架驱动内齿圈空转启动，功率流向见附图4。达到合理转速后，主电机通电启动，系统即进入正常工作状态。

无级调速系统结合了机械调速的高可靠性和电子调速的高效率，能够将低负荷运行时的调速负载转化为电能回收利用，是目前为止传动效率最高节能效果最好的调速解决方案，同时具备软启动功能，具有很强的工程适用性。

本系统基于差动行星齿轮传动功率分流原理设计，可以有机利用行星齿轮传动太阳轮、行星架和内齿圈三者的主从动关系得到合理的配置方案。主动力通过联轴器驱动内齿圈恒速运转，太阳轮通过联轴器输出动力驱动锅炉给水泵或离心压缩机，变频电机通过联轴器、减速传动齿轮驱动控制行星架运转，通过变频器调节变频电机的转速，最终控制太阳轮的输出转速。通过合理齿数配比，可以控制变频电机最大功率为系统传递总功率的20%左右。系统在高负荷区工作时，四象限变频器驱动变频电机投入功率，变频电机作为电动机使用；而在低负荷区工作时，变频电机作为发电负载使用，四象限变频器可以将电能回馈至电网，提高了能源利用率。

系统在启动时，通过齿轮轴防反转装置限制太阳轮的转向，先通过四象限变频器控制变频电机可控启动，主电机被正向拖转至合理转速，而后锁定变频器频率，主电机上电启动，减轻了对电网的冲击。装置结合了机械调速的高可靠性和电子调速的高效率，能够实现在全部转速调节范围内的传递效率均超过高压变频调速系统，是目前为止传动效率最高节能效果最好的解决方案。