专利名称：一种节能无冲击起动调速电机的制作方法
一种节能无冲击启动调速电机，它适用于做各种变工况机械的原动机，如大型风机，各种泵站，轧钢机等重型机械的原动机。
在电力拖动系统中，怎样实现高效、方便的无级调速以适应在变工况的条件下工作是大家普遍关心的问题。由于一般交流电机在工频交流供电时，不能调速，也不适应变工况工作，在有调速要求的场合只能使用直流电机。使用直流电机调速，虽然能有好的无级调速的机械物理性能，但直流电机的电刷部分寿命短，可靠性差。现在国内外都在大力发展交流变频技术。使用交流变频技术来改变交流电动机的输入电流频率可实现交流电机的无级调速和变工况应用。从实际使用效果看，收到了良好的节能效果。但是，使用变频技术解决交流电动机的无级调速，要使用一个可控变频电源对电机供电。在较大功率电机的运用场合，其可控变频电源结构相当复杂，有很高的技术难度。因此价格昂贵。例如，美国POSSHRLL公司的7.2千伏，7500千瓦的可控变频电源，其体积庞大，价值数百万元。这是一般用户所不能接受的。而且一般变频调速电动机的启动都比较复杂，有较大的启动电流冲击。
本发明的目的是发明一种节能无启动电流冲击的调速电机，它可以用较小功率的可控变频电源实现大功率输出的无级调速，启动方便，无启动电流冲击，结构简单，价格低廉。
本发明的结构如附
图1所示，它有电动机壳体1、定子2、定子线圈3、转子4、转子线圈5、环形电刷6、其特征在于转子线圈5通过环形电刷6接有可控变频励磁电源7，定子线圈3通过交流接触器8固定接于普通工频交流电源，在工频交流电源上接有工频交流频率取样器9，在电动机近旁有标准工业控制介面13，在标准工业控制介面13中插有与可控变频励磁电源7相连并对其进行控制的控制适配模块10、与交流接触器8相连并对其进行控制的控制适配模块11和与工频交流频率取样器9相连的测量适配模块12，有可和其他被控制设备共有的中央控制计算机14，中央控制计算机14通过标准串行通讯接口与标准工业控制介面13相连，可控变频励磁电源7、标准工业控制介面13以及其中的控制适配模块10、11和测量适配模块12与中央控制计算机14一起放入多用途电力控制柜中。
本发明中的电动机结构与普通的绕线式感应电机差不多。在正常工作时，只是在转子线圈5中通入可变频率交流电进行励磁，而定子线圈3则通入普通工频交流电。普通工频交流电流在定子2中产生一个以工频旋转的磁场。同时，转子线圈5在通入可变频交流电流后，也产生一个相应频率的旋转磁场，两个磁场的相互作用，使转子4与定子2之间的磁场同步旋转。转子4与定子2相对旋转，其转速为工频与转子励磁频率之差。当可控变频励磁电源7的输出频率与普通工频相等时，电机转子3不动，而当可控变频励磁电源7的输出励磁电流频率为零直流励磁时，它相当于一台同步电动机，转速为工频。因此只要平滑调节可控变频励磁电源7的励磁电流频率，就能无级调整电机转速。本发明中的电机采用环形电刷，它也不象直流电机那样容易磨损，而且结构简单。
本发明所用的电机部分就是普通绕线交流同步电动机，而一般电动机的励磁功率只占电机输出功率的百分之一左右，因此，本发明用于大功率电机调速时，其可控变频励磁电源可以很小。由于电源功率不大，可用普通器件制造，不必采用特殊的冷却方法和绝缘措施，因此电源结构简单，成本低廉。
本发明在工作时，电动机驱动工况以及电动机的启动都由可和其它设备共有的中央控制计算机14控制。在启动时，中央控制计算机14通过标准串行通讯接口发出选通与工频交流频率取样器9相连的测量适配模块12的地址选通信号。标准工业控制介面13在接收到地址选通信号后，选通相应的测量适配模块12。在选通好后，工频交流频率取样器9把所测量得到的交流电频率和相位通过测量适配模块12反送给中央控制计算机14。在中央控制计算机14测得工频交流电的相应参数后，中央控制计算机14通过标准串行通讯接口发出选通与可变频电源变换器7的控制端相连并对其进行控制的控制适配模块10的地址选通信号。标准工业控制介面13在接收到地址选通信号后，选通相应的控制适配模块10。在选通好后，中央控制计算机14给出与工频交流电相同的频率数值，由控制适配模块10锁存并变换后驱动可控变频励磁电源7。使可控变频励磁电源7的输出频率与输入的工频交流电频率相同。设置完可控变频励磁电源7后，中央控制计算机14又通过标准串行通讯接口发出选通与与交流接触器8相连并对其进行控制的控制适配模块11的地址选通信号。标准工业控制介面13在接收到地址选通信号后，选通相应的控制适配模块11。在选通好后，中央控制计算机14给出闭合指令，由控制适配模块11锁存后触发交流接触器8吸合。由于可控变频励磁电源7的输出频率与输入的工频交流电频率相同，转子线圈5和定子线圈3产生的旋转磁场的转速相同，处于同步工作状态，因而无感应冲击电流。在转子线圈5和定子线圈3都通入了电流后，电动机处于转子不动的同步状态。这时，中央控制计算机14在次通过标准串行通讯接口发出选通控制适配模块10的地址选通信号。通过标准工业控制介面13选通好相应的控制适配模块10后，中央控制计算机14根据启动程序不断给出新的转子速度所对应的频率数值，由控制适配模块10变换后驱动可控变频励磁电源7。改变可可控变频励磁电源7的输出频率，从而使电动机的转子逐步增速到所需转速，完成启动程序。
本发明的主动变工况的方法与启动过程中的增速方法一样，这时，中央控制计算机14通过标准串行通讯接口发出选通控制适配模块10的地址选通信号。通过标准工业控制介面13选通好相应的控制适配模块10后，中央控制计算机14根据变工况程序不断给出新的转子速度所对应的频率数值，由控制适配模块10变换后驱动可控变频励磁电源7。改变可控变频励磁电源7的输出频率，从而使电动机的转子逐步增速或减速到所需转速，完成变工况程序。
本发明中的可控变频励磁电源7，可以是使用可控硅逆变电源，也可以是用VMOS管组成的开关电源，如专利号为CN90202757和专利号为CN90203323的专利，通过可变频脉冲或矩形波发生器驱动，还可以使用日本富士公司的G7系列逆变器，本发明无特殊要求。。本发明在起动时，可以通过控制变频励磁电源7的输出频率使之与工频相同，进行零转速同步起动，随后，逐渐降低频率使电机转速到所要求的速率。
在本发明中，标准工业控制介面13可以选用美国ME公司(MECHATRONICEQUIPMENTINC.)的I/O32，或是美国OPTO22公司的PB16AH。中央控制计算机14可以选用美国OPTO22公司的LC4控制器，也可以选用美国ME公司的PCS-1工业过程控制工作站，还可以选用普通PC计算机。控制适配模块10可选用OPTO22DA3公司的或类似的D/A转换模块。测量适配模块12可选用OPTO22公司的AD3或类似的A/D转换模块。
权利要求
1.一种节能无冲击启动调速电机，它有电动机壳体1、定子2、定子线圈3、转子4、转子线圈5、环形电刷6、其特征在于转子线圈5通过环形电刷6接有可控变频励磁电源7，定子线圈3通过交流接触器8固定接于普通工频交流电源，在工频交流电源上接有工频交流频率取样器9，在电动机近旁有标准工业控制介面13，在标准工业控制介面13中插有与可控变频励磁电源7相连并对其进行控制的控制适配模块10、与交流接触器8相连并对其进行控制的控制适配模块11和与工频交流频率取样器9相连的测量适配模块12，有可和其他被控制设备共有的中央控制计算机14，中央控制计算机14通过标准串行通讯接口与标准工业控制介面13相连，可控变频励磁电源7、标准工业控制介面13以及其中的控制适配模块10、11和测量适配模块12与中央控制计算机14一起放入多用途电力控制柜中。
全文摘要
一种节能无冲击启动调速电机，适用于做各种变工况机械的原动机。本发明由交流绕线电动机加由计算机等机电一体化测控装置和可控调频励磁电源组成。在定子线圈中通入普通工频电流，而在转子线圈中用可控变频励磁电源进行励磁。使转子以它们的差频运行。通过调节励磁电源频率可以调整电机的转速，由于励磁功率只占输入总功率的很小一部分，因此可以降低变频电源成本。使用计算机控制的同频起动，无启动电流冲击。
文档编号H02P7/00GK1080795SQ9210474
公开日1994年1月12日 申请日期1992年6月27日 优先权日1992年6月27日
发明者石行 申请人:北京市西城区新开通用试验厂