CN1049307C - 一种数控起动的稀土永磁电机 - Google Patents

Abstract

一种数控起动的稀土永磁电机。它有定子、稀土永磁材料制造的转子等，其特征在于：在定子线圈，有一端与供电交流电网相连，另一端接有可变频电源变换器的接有双掷开关，在电网中接有电网频率相位取样装置，有标准工业控制介面，在其中插测量适配模块、控制适配模块，有可以和其它设备共用的中央控制计算机，通过串口与标准工业控制介面相连。使用中央控制计算机测控可变频电源变换器的变频起动，起动容易，入网切换方便。

Description

一种数控起动的稀土永磁电机

一种数控起动的稀土永磁电机，它适用于负载状态变化很大，特别是周期性一半做负功一半做正功的机械装置，如抽油机等。属于一种具有电动机与发电机双重功能的电机。

如象抽油机等机械装置，它工作所带负载是一种重力型负载。在负荷被提升时电机对负荷做功。这时电机做的功不仅被一些其它耗散力所消耗，而且还有一部分功(有时是一大部分功)，被负荷以自身的位能形式存贮。在负荷下降时，负荷把所存贮的位能释放出来。由于普通电动机不具备电动机与发电机的双重功能，因而负荷下降时所释放的能量不能吸收。这样总的系统效率很低，一般只有17％左右。使用变工况电动机，也只能是使做正功的半个周期中效率提高，而总的系统效率提高并不多。为了能吸收负荷下降时所释放的位能，可以使用两种电机；其中一种是直流电机，另一种是交流同步电机。直流电机在转子转速超过在定子线圈中产生平衡感生电动势所需的额定的转速时，转子转动的机械能被转换为电能反送入电网，因而有很较好的能量利用效率。但是直流电机的这种功能需要用直流电网对其供电，吸收所发电能也必须由直流电网来承受。直流电网由于自身的一些原因，使用有一定的困难，只能在一些特定场合(如城市公共交通、电气化铁路等)使用。而象油田等工矿企业，只能使用普通交流电网供电，因而使用普通直流电机来提高效率是不可能的。在交流电网中，当交流同步电动机转子转速有超过电网频率的同步转速的趋势时，转子磁场在定子线圈中产生的电动势反向拖动电网，把转子旋转的机械能转换为电能。只要电网有足够的容量，就可以在不改变电网周波参数的条件下把转换的电能吸收。因而使得在如象油田抽油机等负荷应用时总效率很高，可以利用油田的现有交流电网。但是普通交流同步电动机的起动很困难，起动过程长，而且要求操作人员有较高的操作水平和技巧，因而大规模使用是困难的。

本发明的目的是发明一种数控起动的稀土永磁电机，它具有交流同步电机的性质，并可以简化起动程序，在交流电网供电的条件下可以吸收由于负载周期变化所产生的反向能量传输，大大提高整个系统的总效率。

本发明如附图1所示，它有定子1、定子线圈2、电机壳体3，转子4，转子4为稀土永磁材料制造的转子，其特征在于：在定子线圈2的端口接有双掷开关5，双掷开关5的一端与供电交流电网相连，另一端接有可变频电源变换器6，在交流电网中接有电网频率相位取样装置7，有标准工业控制介面8，在其中插有与电网频率相位取样装置7相连的测量适配模块9、与可变频电源变换器6相连并对其进行控制的控制适配模块10和与双掷开关5相连并对其控制的控制适配模块11，有可以和其它设备共用的中央控制计算机12，中央控制计算机12通过标准串行通讯接口与标准工业控制介面8相连。

附图1为本发明的结构示意图。

本发明有定子1、定子线圈2、电机壳体3，转子4，转子4为稀土永磁材料制造的转子。在定子线圈2的端口接有双掷开关5，双掷开关5的一端与供电交流电网相连，另一端接有可变频电源变换器6。在交流电网中接有电网频率相位取样装置7。有标准工业控制介面8，在其中插有与电网频率相位取样装置7相连的测量适配模块9、与可变频电源变换器6相连并对其进行控制的控制适配模块10和与双掷开关5相连并对其控制的控制适配模块11。有可以和其它设备共用的中央控制计算机12，中央控制计算机12通过标准串行通讯接口与标准工业控制介面8相连。

本发明在正常工作时，双掷开关5被控与交流电网接通。由定子1、定子线圈2，电机壳体3，稀土永磁材料制造的永磁转子4构成了一台稀土永磁转子交流同步电机。它具有普通交流同步电机所具有的优点。在转子4由于负载阻力作用而有变慢的趋势时，由交流电网供电做功，使负荷吸收电机所提供的能量。而当转子4由于负荷向下运动释放位能而使转子4有转快的趋势时，又通过交流电网吸收这一部分电能，达到电动机/发电机双功能的目的。而本发明在起动时，双掷开关5被控与可变频电源变换器6相连。可和其它设备共有的中央控制计算机12在起动指令的触发下，进入起动程序。中央控制计算机12首先通过标准串行通讯接口发出选通与可变频电源变换器6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8根据地址选通信号的值选通控制适配模块10。在控制适配模块10被选通后，中央控制计算机12根据预先设定的起动要求，定时给出一串不同时刻所对应转子转速所需的变频交流电的频率数值，由控制适配模块10变为可变频电源变换器6所需要的输入值，从而按要求提升可变频电源变换器6的输出频率，使电机以同步方式起动。在中央控制计算机12的控制下，电机转子4达到一转速后，中央控制计算机12通过定时扫描中断的方式，发出选通与电网频率相位取样装置7相连的测量适配模块9的地址选通信号。标准工业控制介面8根据地址选通信号值选通相应的测量适配模块9，该测量适配模块9被选通后，把由取样装置8测得的电网频率与相位值经数字转换后返送回中央控制计算机12中。中央控制计算机12把测量数据与现在可变频电源变换器6输出锁定值进行比较。当结果满足并网条件时，中央控制计算机12通过标准串行通讯接口发出选通与双掷开关5相连并对其进行控制的控制适配模块11。标准工业控制介面8在收到地选信号后，选通控制适配模块11。控制适配模块11被选通后，中央控制计算机12发出切换命令，由控制适配模块11接收锁存后触发双掷开关5换向，使定子线圈的输入切换到电网，完成起动程序。如果当中央控制计算机12比较后不满足并网条件，但频率值所差很小时，采用等待相位漂移的方法。中央控制计算机循环采集电网频率相位值，并不断比较，直到达到并网条件。而当中央控制计算机12比较后得出电网频率值与可变频电源变换器6的输出频率有一定差别后，中央控制计算机12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。控制适配模块10被选通后，接收并锁存由中央控制计算机12发来的频率改变值，然后控制可变频电源变换器6改变输出频率。中央控制计算机12在完成上述改变可变频电源变换器6输出频率后，再次进入测量电网频率相位程序，直到满足并网条件，并网为止。

本发明使用稀土永磁材料制造的永磁转子交流同步电机。在工作时，可以在交流电网供电条件下吸收由于负载周期变化所产生的能量反向传输，大大提高了整个系统的总效率，另外由于稀土材料制造的永磁转子有很大的剩余磁场强度和磁能积，因而有较好的同步电机性能，可以工作在大负荷下。使用可变频电源变换器的变频起动，起动容易，起动力很大，而且使用中央控制计算机测控进行起动后的入网切换，入网切换方便、简单，可实现完全自动化，无需操作人员参与。

本发明中的由定子1、定子线圈2、电机壳体3、转子4组成的稀土永磁同步电机可以如专利号为CN91203427的稀土永磁电机，其转子4也可以使用如专利申请号为CN92104149的“一种鼠笼罩极式结构的永磁转子”。还可以使用如专利申请号为CN92104199的“一种鼠笼埋极式结构的永磁转子”。

本发明中的双掷开关5应选用电控开关，并根据电机容量选用开关形式，在小功率时，可以使用普通交流接触器，而在较大功率时，就应选用相应的空气开关或油开关。上述开关应考虑三相联动问题，如果大型开关不易用机械联动，应增加三相开关之间动作的电保险。

本发明中的电网频率相位取样装置7可以就是一个简单的电流互感器，也可以采用如专利申请号为CN90100002的专利申请形式或专利申请号为CN90100006的专利申请形式。

在本发明中，用来驱动电机转动的可变频电源变换器8可以使用日本富士公司的G5系列或G7系列逆变器，也可以使用如专利号为CN89209067的“一种大功率数控调压与交流装置”。

在本发明中，标准工业控制介面8可以选用美国ME公司(MECHATRONIC EQUIPMENT INC.)的I/O 32，或是美国OPTO22公司的PB16AH。中央控制计算机12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。适配模块9可以采用OPTO 22公司的AD3或类似的A/D转换模块。适配模块10可选用OPTO 22公司的DF3或类似的D/F转换模块。适配模块11可选用OPTO 22公司的DK3或类似的开关量转换模块。

Claims (1)

1.一种数控起动的稀土永磁电机，它有定子1、定子线圈2、电机壳体3，转子4，转子4为稀土永磁材料制造的转子，其特征在于：在定子线圈2的端口接有双掷开关5，双掷开关5的一端与供电交流电网相连，另一端接有可变频电源变换器6，在交流电网中接有电网频率相位取样装置7，有标准工业控制介面8，在其中插有与电网频率相位取样装置7相连的测量适配模块9、与可变频电源变换器6相连并对其进行控制的控制适配模块10和与双掷开关5相连并对其控制的控制适配模块11，有可以和其它设备共用的中央控制计算机12，中央控制计算机12通过标准串行通讯接口与标准工业控制介面8相连。

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