CN104767437B - 一种无源驱动变励电机节能系统 - Google Patents

一种无源驱动变励电机节能系统 Download PDF

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Abstract

一种无源驱动变励电机节能系统，包括变励电机，变励电机由直流串励电动机的定子绕组上叠加一对变励绕组、或者增加一对变励绕组磁极构成，变励电机的电枢两端通过恒流充电装置并联连接储能装置，变励电机的他励绕组连接有励磁控制装置。本发明一种无源驱动变励电机节能系统，过合理匹配电动机功率，提高电动机工作状态运行效率；回收、储存、并再利用制动和倒拖的再生能量，作为变励电机驱动源，适时加载并与原驱动电动机共同驱动，达到降低能耗的目的。

Description

一种无源驱动变励电机节能系统
技术领域
本发明一种无源驱动变励电机节能系统，涉及电机拖动节能领域。
背景技术
电动机驱动是日常生活、工业生产和交通运输等的主要驱动方式。占有全球70%以上的能源消耗。电机驱动设备的设计制造，多数是按照系统最大负载工况设计确定功率的。但实际使用中，电动机往往工作在额定负载以下，在最大负载工况下并不常用。电动机损耗一般包括铜损、铁损、机械损耗和杂散损耗（附加损耗）四个部分。电动机工作效率的高低取决于电机工作过程中各种损耗的大小。在空载或轻负荷时，电动机工作效率往往只有20%~30%，电动机工作在额定负载工况时其效率最高，可达75%~92%。所以，按常规确定的电动机，实际工况中往往运行于较低效率状态。造成能量的机电转换效率低下，导致能源的浪费；此外，电动机运行过程中还存在制动和倒拖。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种无源驱动变励电机节能系统，过合理匹配电动机功率，提高电动机工作状态运行效率；回收、储存、并再利用制动和倒拖的再生能量，作为变励电机驱动源，适时加载并与原驱动电动机共同驱动，达到降低能耗的目的。
本发明采取的技术方案为：一种无源驱动变励电机节能系统，包括变励电机，变励电机由直流串励电动机的定子绕组上叠加一对变励绕组、或者增加一对变励绕组磁极构成，变励电机的电枢两端通过恒流充电装置并联连接储能装置，变励电机的他励绕组连接有励磁控制装置。
储能装置与变励电机之间通过软启动装置或者接触器连接。所述软启动装置、励磁控制装置分别包括大功率IGBT管。储能装置由电容或者蓄电池连接构成。
一种无源驱动变励电机的电机拖动方法，在运行过程中，依据负载特性，变换励磁方式：拖动时为纯串励，拖动时利用直流串励电动机的特性，实现变励电机与原驱动电动机同步运行；倒拖时为纯他励，倒拖时在变励绕组的作用下，变励电机为纯他励直流发电机，实现再生制动。当负载倒拖时，变励电机给储能装置充电。励磁控制装置用于变励电机倒拖时的无级调速。
本发明一种无源驱动变励电机的电机拖动系统，倒拖时变励电机可作独立的发电机，回收再生能量，并存储于系统独立的储能装置中。拖动时该系统由储能装置驱动，且其力矩方向与原驱动电动机相同，通过同一输出轴将扭矩合并复合输出，达到降低使用能耗的目的。
本发明将无源变励电机作为独立单元，可灵活的与任何一种形式的交、直流电动机机械连接，原驱动电机控制方式不变、也可做适当调整。变励电机由独立的储能装置供电，无需外接电网供电，变励电机倒拖时实现发电机功能，给独立的储能装置充电。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明的励磁控制装置结构框图；
图3为本发明的储能装置的恒流充电装置原理框图。
具体实施方式
如图1所示，一种无源驱动变励电机节能系统，包括变励电机2，变励电机2由直流串励电动机的定子铁芯上加绕他励绕组，电机工作过程中定子铁芯可按拖动要求接成串励或他励即可变励。通过叠加一对变励绕组1、或者单独增加一对他励绕组磁极来实现，电机具备独立的串励绕组和他励绕组磁极。变励电机2的电枢两端通过恒流充电装置3并联连接储能装置4，变励电机2的他励绕组连接有励磁控制装置7。储能装置4与变励电机2之间通过软启动装置5或者接触器6连接。通过脉宽调制方式实现变励电机2的调速控制。在小功率或对调速要求不高的情况下，也可用接触器6直接控制。所述软启动装置5、励磁控制装置7分别包括大功率IGBT管，均由大功率IGBT管组成调节输出单元，采用脉宽调制方式改变IGBT管的导通率（占空比）调节输出电流和电压。储能装置4由电容或蓄电池组成。
一种无源驱动变励电机的电机拖动方法，在运行过程中，依据电机是拖动负载还是被负载倒拖，变换励磁方式：拖动时为纯串励，拖动时利用直流串励电动机的特性，实现变励电机2与原驱动电动机同步运行。倒拖时为纯他励，倒拖时在变励绕组1的作用下，变励电机2为纯他励直流发电机，实现再生制动。当负载倒拖时，变励电机2给储能装置4充电。励磁控制装置7用于变励电机2倒拖时的无级调速。
图2为励磁控制装置7的原理框图：控制器由一开关信号给入工作信号，其脉宽发生器开始工作，接入输入电位器可调节脉冲宽度。经光电隔离接入IGBT1，光电隔离可有效隔离主电路干扰。调节控制器脉冲宽度即可调节IGBT1占空比，接点输出+和接点输出-联接电动机他励绕组，加在他励绕组上的电压就可随IGBT1占空比变化，达到调节励磁电流地目地。励磁控制装置还设有过压和过流以及高反压（峰压）保护电路。
图3为储能装置4的恒流充电装置原理框图：控制器由一开关信号当负载下降时给入工作信号，其脉宽发生器开始工作，由输入电位器设定脉冲宽度，经光电隔离接入IGBT2，光电隔离可有效隔离主电路干扰。调节控制器脉冲宽度即可调节IGBT2占空比，接点输出+和接点输出-联接储能装置4，设定脉冲宽度，即设定了充电电流的大小。通过电流捡测组成闭环保正恒流充电。过电压捡测防止储能装置4因过充影响使用寿命。
直流电动机有三种结构型式：即直流他励电动机、直流串励电动机、直流复励电动机，其中直流复励电动机是直流他励电动机增加一个加强起动能力的串励绕组，其他励和串励绕组是同时工作不可分开的。由变励绕组组成的直流电动机具备两种独立磁极，串励绕组和他励绕组均可独立工作。直流电动机可改变励磁方式（变励）改变工作模式。
本发明的原驱动电动机是指常规设计的机械主驱动电机。

Claims (1)

1.一种无源驱动变励电机的电机拖动方法，其特征在于；包括变励电机（2），变励电机（2）由直流串励电动机的定子绕组上叠加一对变励绕组（1）、或者增加一对变励绕组磁极构成，变励电机（2）的电枢两端通过恒流充电装置（3）并联连接储能装置（4），变励电机（2）的他励绕组连接有励磁控制装置（7），储能装置（4）与变励电机（2）之间通过软启动装置（5）或者接触器（6）连接，所述软启动装置（5）包括大功率IGBT管，所述励磁控制装置（7）包括大功率IGBT管，储能装置（4）由电容或者蓄电池连接构成；
在运行过程中，依据负载特性，变换励磁方式：拖动时为纯串励，拖动时利用直流串励电动机的特性，实现变励电机（2）与原驱动电动机同步运行；倒拖时为纯他励，倒拖时在变励绕组（1）的作用下，变励电机（2）为纯他励直流发电机，实现再生制动；当负载倒拖时，变励电机（2）给储能装置（4）充电；励磁控制装置（7）用于变励电机（2）倒拖时的无级调速；
励磁控制装置（7）工作过程：控制器由一开关信号给入工作信号，其脉宽发生器开始工作，接入输入电位器可调节脉冲宽度，经光电隔离接入IGBT1，光电隔离可有效隔离主电路干扰；
调节控制器脉冲宽度即可调节IGBT1占空比，接点输出+和接点输出-联接电动机他励绕组，加在他励绕组上的电压就可随IGBT1占空比变化，达到调节励磁电流的 目地；励磁控制装置（7）还设有过压和过流以及高反压保护电路；
储能装置（4）的恒流充电过程：控制器由一开关信号当负载下降时给入工作信号，其脉宽发生器开始工作，由输入电位器设定脉冲宽度，经光电隔离接入IGBT2，光电隔离可有效隔离主电路干扰；
调节控制器脉冲宽度即可调节IGBT2占空比，接点输出+和接点输出-联接储能装置（4），设定脉冲宽度，即设定了充电电流的大小；通过电流检 测组成闭环保证 恒流充电；过电压检 测防止储能装置（4）因过充影响使用寿命。
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