[發明專利]一個逆變器拖動四臺電機異步同時實現轉子變頻調速系統

有效

• 申請號: 200810094147.6
• 申請日: 2008-05-06
• 公開（公告）號: CN101262192A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 周順新
• 申請（專利權）人: 周順新
• 主分類號: H02P5/74
• 分類號: H02P5/74;H02P27/04
• 代理公司: 北京泛誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 周正才;文琦

技術領域

本發明涉及一種電機轉子變頻調速系統，特別是一種用一個逆變器拖動四臺電機異步同時實現轉子變頻調速系統。

背景技術

電機是起重機各工作機構中的原動機，它將電能轉化為機械能，以拖動起重機執行提升(或下降)、變幅、回轉和行走等四種不同機構運動，完成起重機現場作業任務。

圖1給出了傳統的起重機用不同工作的電機變頻調速系統原理圖。從該圖中可以看出：該系統是在將電網提供的恒壓恒頻交流電源，經整流橋轉換成直流，繼而通過中間電路將直流經逆變橋又轉換成不同工作頻率的交流來驅動電機轉動工作。

假設：電網電源頻率為f_o，

電機工作頻率為f_m。

那么：f_m＝ξf_o成立，

這里：ξ為變轉差率。

基于起重機現場作業時，通常要求完成提升、變幅、回轉和行走等四種不同工作。因此，各相應的執行機構，就需要不同的電機提供不同的電能轉化為不同的機械能。這就是說，起重機不同的工作，所需的電機轉速不同，即電機的工作頻率f_m不同。然而，傳統的電機變頻調速系統中，一個逆變橋只能變換一個電機工作頻率，對一個電機進行變頻調速，俗稱“一拖一”技術。顯然，起重機的四種不同工作，就需要四個逆變橋電路才能實現兩次換能的“交一直一交”變換，產生四個電機所需的各自的工作頻率，以分別完成起重機現場作業時的提升、變幅、回轉和行走工作。

綜合上述的傳統的電機調速系統，其頻率調節范圍寬，且不受電網頻率限制；既可以采取強迫換能，又可以采以負載換能。這種調速系統，除了低速時轉差功能損耗大和效率低外，最為突出的是需要用四個逆變橋，從而使得系統體積龐大、笨重，而且造價昂貴，實施起來是非常困難的。

近年來，由于變頻技術的飛躍發展，特別是矢量控制技術和直接轉矩控制技術的應用，變頻技術日趨成熟，以其寬廣的調速范圍、較高的穩速精度，快速的動態響應及能在直角坐標系中的四象限內作可逆運行的性能，位居交流傳動之首，其調速性能完全可以和直流傳動相媲美，并有取代之勢。然而，目前國外起重機構采用的變頻技術，仍然是一個功能用一個變頻器，一個變頻器配一個逆變橋，對于起重機正常運行的四種功能。仍需配置四個逆變橋。如果要使變頻調速系統增加能量回饋功能，則需再增添四個逆變橋，顯然這是不合算的。因此，國外眾多公司的相關產品，仍然是采用“一拖一”的方式來完成起重機的正常運行工作。例如：日本的安川、德國的西門子、瑞士的ABB和法國的施耐得等產品，在我國相關應用領域到處可見，其價格也十分昂貴。

針對上述已有變頻技術存在的嚴重缺陷，本發明人曾先后相繼申請專利，并經中華人民共和國國家知識產權局授予實用新型三項專利，其專利號分別為“ZL?00232436.9”、“ZL?0121224.5”和“ZL200720087085.7”。這三項實用新型專利，首先公開了用一個有源逆變器，帶有多臺電機，工作時，逆變器定位在最小逆變角，通過每個斬波器的導通和關斷，實現轉子變頻調速，使起重機實時完成提升、變幅、回轉和行走四種工作。然而，上述三項實用新型專利，僅僅提出了“一拖四”轉子變頻調速的基本構想，對于如何提供適當的正向和反向輸出控制電壓，使各斬波器有效導通和關斷；對于如何采集轉子相電壓和整流器輸出直流，使斬波器迅速建立柵極控制電場，確保系統正常有序工作等問題，還有待全面解決。

發明內容

本發明的目的，就是要克服上述已有技術存在的缺陷，提供一整套用一個逆變器拖動四臺電機異步同時實現轉子變頻調速系統。即對四臺電機在線控制時，由同一個有源逆變器輸出的電壓，作各功能電機的附加反向電動勢，驅動各功能斬波器實時工作，以實現四臺電機異步同時運行。而且，本發明還應具有能量反饋再利用功能，做到有效節約能源。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一個逆變器拖動四臺電機異步同時實現轉子變頻調速系統，包括：

一個電動機組，共4臺：M₁、M₂、M₃和M₄，用以異步同時完成起重機提升、變幅、回轉和行走四種工作；

一個整流器組，含有4個整流橋：Z₁、Z₂、Z₃和Z₄，用以對與其相連接的電動機轉子提供的不同頻率交流信號進行整流；