专利名称：一种磨机用高压绕线电动机的一体化驱动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及本实用新型涉及一种能够在驱动磨机的异步绕线电动机实现重载分级变频软起动、双馈调速、补偿功率因数和在维护修理时实现磨机慢传动的电力电子装置。
背景技术：
磨机通常是由电动机来驱动旋转的，由于磨机的工作转速一般远低于普通电动机的额定转速，因此需要降低电动机的输出转速，改变电动机转速的方法根据电动机与磨机的连接方式可以分为两种，一种是直接传动型，一种是间接传动型。直接传动型的特点是将电动机的转子线圈与磨机旋转部分做成一体，电动机的转速和磨机的转速是相同的，调节转速是通过改变电 动机供电频率的交交变频器来完成，多用于功率在12MW以上的磨机上。间接传动型的特点是电动机与磨机是通过机械减速机机构连接的，电动机本身工作于电网频率下的额定转速，电动机的转速通过机械减速机构来降低，与磨机的转速进行匹配。间接传动型的电动机数量根据磨机的功率大小有单电动机加单磨机和双电动机加单磨机两种形式。就磨机生产工艺对于电动机驱动系统的要求而言，首先，磨机对于与其相连的电动机而言是一种大惯量、重型负载，为了减少电动机起动产生对电网有害的起动电流以及对机械结构的冲击，需要对电动机采用软起动技术。其次，当电动机起动完毕达到设计的额定转速，进入正常工作阶段，需要根据工艺的要求适当改变电动机的工作转速，同时在正常工作阶段需要保持电动机系统具有较高的功率因数。另外对于双电动机+单磨机的系统而言，两台电动机由于参数不可能完全一致，在正常工作时，为了不使其中的某台电动机过载，需要两台电动机工作在一主一从模式。最后，在磨机系统进行维护、维修时，磨机需要转动在一个比正常工作转速低很多的转速上，也就是工作在慢传动状态。直接传动型的环形电动机是一种同步电动机，由交交变频器对其供电，变频器输出的频率低于电网频率的1/2，这种变频器可以满足环形电动机的软起动、调速和慢传动要求，而运行时的功率因数的提高是通过同步电动机的另外一套直流励磁装置来实现的。对于间接传动型的磨机而言，由于驱动磨机的电动机在正常工作时是直接接电网的，因此适用于直接传动型的交交变频器是不能用在间接传动型磨机的驱动电动机上的。间接传动型的磨机系统采用的电动机根据结构可分为同步电动机、异步鼠笼电动机和异步绕线电动机三种。在现有的技术条件下，同步电动机配负载换流变频器可实现磨机的软起动、调速和慢传动要求，也可以在双电机加单磨机的系统中实现两台电机的一主一从模式的控制，功率因数的提高是通过 同步电动机的另外一套直流励磁装置来实现的，但这种方式变频器的容量与电机的容量相当，需要额外的功率因数控制装置。同步电动机配气动离合器可以实现磨机的软起动要求，但是无法对正常工作状态下的电动机进行调速，也无法对磨机进行慢传动，慢传动需要另外一套小功率电机加减速器的装置。在双电机加单磨机的场合无法实现一主一从的控制方式。其对功率因数的控制也是通过另外一套直流励磁系统来实现的。异步鼠笼电动机驱动的磨机系统通常只在供电电压小于6kV的低压领域采用，在大于或等于6kV的高压领域很少采用。异步绕线电动机在转子侧配液体电阻软起动器可以实现磨机的软起动要求，起动完成后液体电阻软起动器被切除。液体电阻主要成分是水，长时间通电会大量发热，产生汽化问题，因此无法对正常工作状态下的电动机进行调速，也无法对磨机进行慢传动，慢传动需要另外一套小功率电机加减速器的装置。在双电机加单磨机的场合无法实现一主一从的控制方式。其对功率因数的控制是在电动机起动完成后通过在异步绕线电动机转子侧加入另外一套进相器装置来实现的。如中国专利公告号:CN 201541218，公告日:2010.08.04，实用新型名称:《高压绕线电机软起动与双馈调速一体化装置》所述的技术方案在软起动阶段是采用可变电抗器与反并联晶闸管，通过对晶闸管进行调节触发角的方式来调节加在电机定子上的电压，使电机进行软起动，但这种方式不改变加在电机定子上电压的频率，只改变加在电动机定子电压的幅值，所提供的转矩由于和电压平方成正比，在调压阶段电机能够提供的电磁转矩很低，因此不能够起动磨机这种大惯量、重型负载。在双馈调速阶段可以对单台绕线电机进行调速和功率因数补偿，但是不能在双电机+单磨机的情况下提供一主一从的控制方式。另夕卜，无法实现磨机的慢传动。如中国专利公告号:CN 201860283 U，公告日:2011.06.08，实用新型名称:《基于可变电抗器的分级变频重载软起动装置》所述的技术方案只适用于起动大惯量、重型负载的电动机，但是其可变电抗器设计方式不能满足调速和慢传动要求，该方案也无法实现对电动机运行时的功率因数进行补偿。
实用新型内容为了解决现有技·术中只能部分满足磨机驱动中软起动、调速、功率因数补偿和慢传动要求的不足，本实用新型的目的是提供一种磨机用高压绕线电动机的软起动、调速、功率因数补偿和慢传动一体化的驱动装置，该装置的容量小于电机的容量，而且能够在双电机加单磨机的应用场合使两台电机工作在一主一从的控制模式。为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种磨机用高压绕线电动机的一体化驱动装置，包括电抗器、接触器Κ1 (8、三相半波交交变频器和电动机，其中接触器Kl 一端接交流电网，另一端接电抗器原边三个抽头，电抗器原边另外三个抽头与接触器Κ3和接触器Κ4的公共端相连，接触器Κ4的另一端短接，接触器Κ3的另一端与电动机、接触器Κ2和接触器Κ8的公共端相连，接触器Κ2的另一端与交流电网相连，接触器Κ8的另一端与接触器Κ5、接触器Κ6的公共端以及三相半波交交变频器的输出端相连，接触器Κ6的另一端与接触器Κ7与电动机的转子三相抽头相连，接触器Κ7的另一端短接，电抗器副边绕组的三个抽头短接后与接触器Κ5的另一端相连，电抗器副边绕组的另外三个抽头分别与三相半波交交变频器的输入端相连。优选地，所述三相半波交交变频器由反并联晶闸管TfT9组成。优选地，所述电动机为异步绕线电动机。[0017]优选地，所述电抗器为可变电抗器。本实用新型的有益效果:1、本装置的容量小于电机的容量，成本低；2、在软起动阶段，通过离散调节加在电机定子侧的电压幅值和频率，使电机输出平稳额定的起动转矩，限制起动电流；3、在磨机内的磨料存在粘连的状态时通过改变某一频率下各选取的晶闸管触发时刻，使电机输出一定振动幅度的起动转矩，将磨料振散，让磨机安全起动；4、在电机运行阶段，可以根据生产工艺要求动态的改变转子侧变频器输出的频率，从而改变电机的转速，同时通过转子侧变频器输出电压幅值和相位的变化改变电机的功率因数；5、在电机运行阶段，对于双电机加单磨机的应用场合，一台电机工作在转速控制模式，第二台电机工作在转矩模式，一主一从，保证两台电机同步、安全的工作；6、在慢传动阶段，变压器输出的低电压通过交交变频器的调制输出低频电压加在电机定子上，使磨机带满负 荷慢速平稳转动，方便维修和维护。同时，只要一个工厂内有一台本装置，则相同的任意数量的磨机的慢传动都可由本装置完成，省去了传统机械慢传动装置的投资，还节省了磨机旁原来需要布置传统慢传动装置的空间。
图1是本实用新型的主电路原理图；图2是本实用新型实施例1的控制原理图；图3是本实用新型实施例2的控制原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。参照图1，本实用新型提供一种磨机用高压绕线电动机的一体化驱动装置，包括电抗器、接触器Κ1 (8、三相半波交交变频器和电动机，其中接触器Kl 一端接交流电网1，另一端接电抗器原边三个抽头，电抗器原边另外三个抽头与接触器Κ3和接触器Κ4的公共端相连，接触器Κ4的另一端短接，接触器Κ3的另一端与电动机、接触器Κ2和接触器Κ8的公共端相连，接触器Κ2的另一端与交流电网相连，接触器Κ8的另一端与接触器Κ5、接触器Κ6的公共端以及三相半波交交变频器的输出端相连，接触器Κ6的另一端与接触器Κ7与电动机的转子三相抽头相连，接触器Κ7的另一端短接，电抗器副边绕组的三个抽头短接后与接触器Κ5的另一端相连，电抗器副边绕组的另外三个抽头分别与三相半波交交变频器的输入端相连。所述三相半波交交变频器由反并联晶闸管Tf T9组成。所述电动机为异步绕线电动机3。所述电抗器为可变电抗器2。参阅图1，提供本实用新型的具体实施例1:本实用新型的工作过程是:首先，接触器KU Κ3、Κ5、Κ7闭合，其余接触器断开时，该装置进入软起动状态，可变电抗器2的原边绕组串联在交流电网I与异步绕线电动机3之间，异步绕线电动机3转子绕组通过接触器K7短路，此时控制反并联晶闸管Tl、T5、T9使可变电抗器2工作在离散变频状态，提供足够的起动转矩让异步绕线电动机3起动。当起动达到额定转速时，首先闭合接触器K2，然后断开接触器K1、K3，此时异步绕线电动机3进入额定运行状态。当需要电动机调速和补偿功率因数时，首先闭合接触器K1、K4，然后断开接触器Κ5、Κ7，紧接着闭合接触器Κ6，此时异步绕线电动机3定子绕组通过接触器Κ2直接接交流电网1，异步绕线电动机3转子绕组通过接触器Κ6接到由反并联晶闸管Tf T9组成的三相半波交交变频器的输出端，可变电抗器2的原边绕组通过接触器Κ1、Κ4形成变压器的形式接在交流电网I上，其副边绕组接在由反并联晶闸管Tf T9组成的三相半波交交变频器的输入端，控制交交变频器使异步绕线电动机3工作在双馈调速状态，调节电动机的转速与功率因数。停止电动机时先将异步绕线电动机3的转速调整到额定转速，先断开接触器Κ6，然后闭合接触器Κ7，此时交交变频器停止工作，异步绕线电动机3工作在额定转速。断开接触器Κ4，闭合接触器Kl、Κ3，此时又接成软起动状态，控制反并联晶闸管Tl、Τ5、T9使可变电抗器2输出最大电压，断开接触器Κ2，此时进入软停车状态，控制反并联晶闸管Tl、Τ5、T9使可变电抗器2输出电压逐渐下降，致异步绕线电动机3转速为零，此时断开所有接触器，完成停车过程。当需要进行磨机慢传动时，闭合接触器KU Κ4、Κ7、Κ8，此时可变电抗器2接成变压器形式串联在交流电网I与由反并联晶闸管Tf T9组成的三相半波交交变频器的输入端，异步绕线电动机3的转子通过接触器Κ7短接，其定子通过接触，器Κ8接在由反并联晶闸管TfT9组成的三相半波交交变频器的输出端，交交变频器输出低频电压驱动异步绕线电动机3低速平稳转动。所述的可变电抗器2在软起动与软停车时为原副边通过铁芯相连的电抗器结构，在双馈调速与慢传动时为变压器结构。本实用新型采用的控制器可以是单片机系统，也可以是DSP系统。在软起动离散变频时由控制器产生三相低频正弦控制波形，经过与交流电网I三相电压信号的比较后触发反并联晶闸管T1、T5、T9，使电动机产生平稳的有效值为额定转矩的输出电磁转矩。当接收到磨机控制系统的反馈信号发现磨机内磨料产生粘结现象时由控制器产生三相低频方波控制波形，使异步绕线 电动机3产生有效值为额定转矩的振动输出电磁转矩，使磨机产生振动，消除磨料的粘结现象。本实用新型在双馈调速和功率因数补偿时采用的是现有技术，根据负载情况和对功率因数的要求采用矢量控制算法调节电动机的有功电流和无功电流，实现对转速和功率因数的解耦控制。如图2所示，功率因数给定值和功率因数反馈值的差经过功率因数调节器的PID运算后输出转子电流的励磁分量，转速给定值和转速反馈值的差经过速度调节器的PID运算后得到电磁转矩给定值，该值经过转矩调节器的运算后得到转子电流的转矩分量，滑差角计算值是定子磁链电角度与转子位置电角度的差值，经过2/3矢量变换后得到三相转子电流给定值，该值经过电压计算器后得到三相转子电压给定值，该值经过交交变频器触发角生成器后输出18路触发脉冲到反并联晶闸管TfT9，触发相应晶闸管的导通，产生三相幅值、相位和频率变化的电压加在异步绕线电动机3的转子侧。本实用新型在慢传动时采用的是现有技术，通过开环控制输出低频，(Γ9Ηζ的三相交流电压驱动异步绕线电动机低速转动。[0041]实施例2:当本装置用于双电动机单磨机的应用场合时，由两套本装置控制两台异步绕线电动机3，两套装置之间通过数据总线进行数据传输，如图3所示。当两台异步绕线电动机3处于双馈调速和补偿功率因数状态时，第一异步绕线电动机为主电动机，第二异步绕线电动机为从电动机。第一异步绕线电动机的功率因数给定值I和功率因数反馈值I的差经过功率因数调节器I的PID运算后输出转子电流的励磁分量，转速给定值I和转速反馈值I的差经过速度调节器I的PID运算后得到电磁转矩给定值，该值经过转矩调节器I的运算后得到转子电流的转矩分量，滑差角计算值I是定子磁链电角度与转子位置电角度的差值，经过2/3矢量变换后得到三相转子电流给定值，该值经过电压计算器I后得到三相转子电压给定值，该值经过交交变频器I触发角生成器后输出18路触发脉冲到交交变频器I的反并联晶闸管Tf T9，触发相应晶闸管的导通，产生三相幅值、相位和频率变化的电压加在第一异步绕线电动机的转子侧。第二异步绕线电动机的功率因数给定值2和功率因数反馈值2的差经过功率因数调节器2的PID运算后输出转子电流的励磁分量，第二异步绕线电动机的电磁转矩给定值与第一异步绕线电动机的电磁转矩给定值相同，通过第一异步绕线电动机控制器和第二异步绕线电动机控制器之间的通信得到，该值经过转矩调节器2的运算后得到转子电流的转矩分量，滑差角计算值2是定子磁链电角度与转子位置电角度的差值，经过2/3矢量变换后得到三相转子电流给定值，该值经过电压计算器2后得到三相转子电压给定值，该值经过交交变频器2触发角生成器后输出18路触发脉冲到交交变频器2的反并联晶闸管ΤΓΤ9，触发相应晶闸管的导通，产生三相幅值、相位和频率变化的电压加在第二异步绕线电动机的转子侧。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围内的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会限制于本文所示的这些实施例，而是要符合于本文所公开的原理和新颖特点相一致的最 宽的范围。
权利要求1.一种磨机用高压绕线电动机的一体化驱动装置，其特征在于:包括电抗器、接触器Κ1 (8、三相半波交交变频器和电动机组成，其中接触器Kl 一端接交流电网，另一端接电抗器原边三个抽头，电抗器原边另外三个抽头与接触器Κ3和接触器Κ4的公共端相连，接触器Κ4的另一端短接，接触器Κ3的另一端与电动机、接触器Κ2和接触器Κ8的公共端相连，接触器Κ2的另一端与交流电网相连，接触器Κ8的另一端与接触器Κ5、接触器Κ6的公共端以及三相半波交交变频器的输出端相连，接触器Κ6的另一端与接触器Κ7与电动机的转子三相抽头相连，接触器Κ7的另一端短接，电抗器副边绕组的三个抽头短接后与接触器Κ5的另一端相连，电抗器副边绕组的另外三个抽头分别与三相半波交交变频器的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的磨机用高压绕线电动机的一体化驱动装置，其特征在于:所述三相半波交交变频器由反并联晶闸管Tf T9组成。
3.根据权利要求1所述的磨机用高压绕线电动机的一体化驱动装置，其特征在于:所述电动机为异步绕线电动机。
4.根据权利要求1所述的磨机用高压绕线电动机的一体化驱动装置，其特征在于:所述电抗器 为可变电抗器。
专利摘要本实用新型涉及一种磨机用高压绕线电动机的一体化驱动装置，包括电抗器、接触器K1~K8、三相半波交交变频器和电动机组成，其中接触器K1一端接交流电网，另一端接电抗器原边三个抽头，电抗器原边另外三个抽头与接触器K3和接触器K4的公共端相连，接触器K4的另一端短接，接触器K3的另一端与电动机、接触器K2和接触器K8的公共端相连，接触器K2的另一端与交流电网相连，接触器K8的另一端与接触器K5、接触器K6的公共端以及三相半波交交变频器的输出端相连，接触器K6的另一端与接触器K7与电动机的转子三相抽头相连，接触器K7的另一端短接，电抗器副边绕组的三个抽头短接后与接触器K5的另一端相连，电抗器副边绕组的另外三个抽头分别与三相半波交交变频器的输入端相连。
文档编号H02P21/00GK203119836SQ201320146800
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者谢鸣 申请人:谢鸣