CN103368494A - 转子变频冗余调速装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转子变频冗余调速装置，它是基于液态电阻调速器和转子变频器的原理，将它们进行了改进后并结合起来，对液态电阻调速器做些调整，让两套调速设备协调配合工作，将液态电阻调速器中的PLC、模拟量I/O、转速表摘掉，用普通的继电器—接触器控制，将液态电阻调速器的速度控制权交由转子变频器，以达到可靠冗余调速的目的。本发明适用范围广阔，可用于普通绕线异步电动机、内反馈绕线异步电动机、绕笼式无刷双馈电动机和绕笼型反馈电动机，也可用于新型无刷双馈电机，其电路结构简单，使用简单方便、可实现远程监控和管理，数字化程度高且节能环保。

Description

转子变频冗余调速装置

技术领域

本发明涉及转子变频器调速领域，尤其是一种绕线异步电机转子变频冗余调速装置。

背景技术

对于高压(3KV，6KV，10KV)大容量(大于200KW)的绕线转子异步电动机的调速，当今流行的调速方式分为两大类：定子侧调速和转子侧调速。定子侧调速主要有交交变频调速和交直交变频调速，在此方式下，转子三相绕组需短接。

目前现场应用较多的转子侧调速产品有液态电阻调速器和转子变频器两种。

液态电阻调速器用在风机、水泵等二次方率负载有一定的节能效果，但还是有相当一部分电能被消耗在了液态电阻里，随着运行时间的持续，液态的水温度越来越高。

而转子变频器中，当发生故障，电机进入全速运行时，会使得原已处于最佳工艺状态的生产线受到极大影响，操作员必须及时反应，采取适当措施应对，这样对操作带来很大的麻烦。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种转子变频冗余调速装置，它是基于液态电阻调速器和转子变频器的原理，对上述进行了改进，并将它们结合起来，以达到可靠冗余调速的目的。

为了避免液态电阻调速器中水温过高导致故障，采取加装换热器的措施进行降温。

为了让转子变频器发生故障时，电机还能处在调速状态，并且是在原来速度附近，其办法是先确定生产工艺要求的速度，然后调适液态电阻的阻值，使得全部液态电阻接入转子时，电机的稳定运行速度恰好处在所要求的速度附近。

本发明转子变频冗余调速装置并不是将液态电阻调速器和转子变频器简单拼装在一起，而是对液态电阻调速器做些调整，让两套调速设备协调配合工作，将液态电阻调速器中的PLC、模拟量I/O、转速表摘掉，用普通的继电器--接触器控制，让液态电阻调速器的速度控制权交由转子变频器。

在变频器发生故障，转子绕组接入液态电阻后，电机速度会有一个波动阶段，为减小波动量和缩短恢复时间，可以在极板的行程中加装几个位置开关，并经过现场调试确定每个位置开关所对应的电机的稳态速度。当电机处在变频调速某一固定速度运行时，使极板自动移动到距离该速度最靠近的所对应位置开关，此时液态电阻调速器处于待命状态。当变频器发生故障时，电机能平稳地转移到液态电阻调速器上继续调速运行，动态波动量更小。

本发明转子变频冗余调速装置适用范围广阔，可用于普通绕线异步电动机、内反馈绕线异步电动机、绕笼式无刷双馈电动机和绕笼型反馈电动机，也可用于新型无刷双馈电机。其电路结构简单，设备少、控制精度高、具有良好的人机界面、灵活通讯通讯手段、使用简单方便、可实现远程监控和管理，数字化程度高且节能环保。

附图说明

下面结合附图跟实施方式对本发明作进一步详细说明

图1是液态电阻调速器原理图。

图2是转子变频器原理图。

图3是转子变频冗余调速装置原理图。

具体实施方式

如图1所示，液态电阻由纯净的水加入适当的电解粉调适而成，加入的电解粉越多，电阻越小。电机(1)启动时，电极板位于上限位开关同高的位置，此时转子绕组外接的液态电阻阻值最大，启动转矩大，启动电流小，电机(1)启动平稳。这类产品是在传统液态电阻启动器(2)的基础上改进，已经具备调速功能。速度调节控制系统由硬件和软件两部分组成。硬件包括核心部件PLC、转速表、电极板行走电机、控制电器等，其中PLC主要用于逻辑控制，速度值采集，调节运算等，是速度控制系统的核心。软件部分是在PLC上运行的T型图，主要包括逻辑和算术运算，是控制系统的灵魂。

液态电阻调速器(2)用在风机、水泵等二次方率负载有一定的节能效果，但还是有相当一部分电能被消耗在了液态电阻里，随着运行时间的持续，液态的水温度越来越高。为了避免水温过高导致故障，必须采取措施降温，常常加装换热器。

如图2所示，转子变频器中(3)电机(1)启动时，转子三相绕组接入频敏电阻器或者液态电阻，电机(1)完成启动进入全速后，可切入转子变频器(3)进行调速，转差功率反馈到电网或者电机定子，从而达到高效节能。

在液态电阻启动器(4)的配合下，当转子变频器(3)发生故障时，转子变频器(3)自动旁路，液态电阻启动器(4)重新工作，转子三相绕组重新接入液态电阻，经过一定的调节时间(20秒-30秒)，电机(1)进入全速工作状态。转子变频器(3)发生故障不会导致电机停车。

但当电机(1)进入全速状态，会使得原已处于最佳工艺状态的生产线受到极大影响，操作员必须及时反应，采取适当措施应对。

为了让转子变频器(3)发生故障时，电机(1)还能处在调速状态，并且是在原来速度附近，我们得想办法。很简易的办法是，首先确定生产工艺要求的速度，然后调适液态电阻的阻值，使得全部液态电阻接入转子时，电机(1)的稳定运行速度恰好处在所要求的速度附近。

为了达到高可靠冗余调速的目的，把液态电阻调速器(2)和转子变频器(3)结合在一起。如图3所示，将图2的液态电阻启动器(4)换为液态电阻调速器(2)，为了让两套调速设备能协调配合工作，必须对液态电阻调速器(2)做些调整：将其PLC、模拟量I/O、转速表摘掉，用普通的继电器-接触器控制即可，既简单又省钱，让液态电阻调速器(2)的速度控制权交由转子变频器(3)。液态电阻调速器(2)只要提供几个命令接口给转子变频器(3)：极板上行/极板下行，本地控制/远程控制。同时在转子变频器(3)的PLC软件控制系统中添加一个程序模块——命名为Yezu_TS，用于对液态电阻调速器(2)极板的上下行控制——液态电阻实现调速的根本也就在于此。

当转子变频器(3)发生故障时，程序模块Yezu_TS随即运行，液态电阻调速器(2)开始工作，极板的上下运行方向取决于当前运行速度与设定速度之差。为了让运行速度能跟踪设定速度，并且静态误差尽量小，用经典PID控制似乎是个不二选择。但在这里并没有采用，原因是当两者偏差很小时，在设定速度附近，极板在不停的摆动，极板的驱动电机要不停的启动、运行、停止、反转，驱动电机被折腾得迟早要罢工。我们需要做的其实很简单，但效果可靠、误差又小：当两者偏差很大时(大于30RPM，注：RPM--转/分钟)，极板往同一方向一直走；当偏差已经小于或等于30RPM时，极板先停顿，让主电机速度稳定下来；当速度稳定后，极板的驱动电机采用点动的方式控制，接通1秒断开2秒，如此反复；当偏差小于5RPM时，让极板停止运行，速度跟踪宣告结束。因为每台电机(1)和液态电阻调速器(2)的运行特性参数都不一样，为了尽量可靠精确，上面的数值要在调试现场确定。当然，在变频器发生故障，转子绕组接入液态电阻后，电机(1)速度会有一个波动阶段，但一般经过15秒内即可恢复。如果对这样的扰动恢复过程还不满意，可在极板的行程中加装几个位置开关，并经过现场调试确定每个位置开关所对应的电机(1)的稳态速度。当电机(1)处在变频调速某一固定速度运行时，使极板自动移动到距离该速度最靠近的所对应位置开关，此时液态电阻调速器(2)处于待命状态。当转子变频器(3)发生故障时，电机(1)能平稳地转移到液态电阻调速器(2)上继续调速运行，动态波动量更小。

通过上述的技术处理后，操作员可以安枕无忧，变频器维修人员也可以悠着点了。当然，对工业生产来说，其带来的经济效益和生产保障更是可预见的。

Claims (4)

1.一种转子变频冗余调速装置，它是基于液态电阻调速器和转子变频器的原理，将它们进行了改进后并结合起来，对液态电阻调速器做些调整，让两套速设备协调配合工作，其特征在于：所述的液态电阻调速器是将其中的PLC、模拟量I/O、转速表摘掉，用普通的继电器--接触器控制，将液态电阻调速器的速度控制权交由转子变频器。

2.根据权利要求1所述的转子变频冗余调速装置，其特征在于：所述的液态电阻调速器水温过高导致故障时，可采取加装换热器的措施进行降温。

3.根据权利要求1所述的转子变频冗余调速装置，其特征在于：所述的转子变频器发生故障时，先确定生产工艺要求的速度，然后调适液态电阻的阻值，使得全部液态电阻接入转子时，电机的稳定运行速度恰好处在所要求的速度附近。

4.根据权利要求1所述的转子变频冗余调速装置，其特征在于：所述的变频器发生故障，转子绕组接入液态电阻后，电机速度会有一个波动阶段，为减小波动量和缩短恢复时间，可以在极板的行程中加装几个位置开关，并经过现场调试确定每个位置开关所对应的电机的稳态速度，当电机处在变频调速某一固定速度运行时，使极板自动移动到距离该速度最靠近的位置开关，此时液态电阻调速器处于待命状态，当变频器发生故障时，电机能平稳地转移到液态电阻调速器上继续调速运行，动态波动量更小。

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