CN105490618A - 火电厂给粉机变频器抗低电压穿越解决装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种解决火电厂给粉机变频器抗低电压穿越的装置及其办法，首先控制装置接收电厂DCS系统发出的给粉机转速给定信号，与给粉机实际转速进行闭环调节控制，控制执行结构由伺服电机经减速器带动滚珠丝杠运动，同时滚珠丝杠带动永磁转子前进或者后退，当永磁转子插入插孔内后，永磁转子与导体转子之间产生感应磁场，感应磁场转换为扭矩机械能，扭矩带动传动轴旋转，根据永磁转子插入插孔内的深度调整负载的转速，本发明通过感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和导体之间的叠合面积控制传递转矩的大小，从而实现负载速度调节。由于本装置主回路不用电能，可有效解决火电厂给粉机的低电压穿越问题。

Description

火电厂给粉机变频器抗低电压穿越解决装置及工作方法

技术领域

本发明涉及一种火电厂给粉机/给煤机永磁调速节能应用装置及控制方法，尤其涉及的是一种基于转速闭环控制方法，解决火电厂给粉系统的低电压穿越问题。

背景技术

火电厂的给粉机(给煤机)是重要的辅机设备，目前大多采用变频调速方式运行。如果火电厂因雷击、电气设备短路、接地等引起电网和电厂厂用电短时电压降低，造成给粉机(给煤机)变频器动力电源低电压和变频器控制电源低电压，这些变频器低电压闭锁保护会动作，给粉机(给煤机)就会停止运行，而引起全炉膛灭火保护(MFT)动作跳机造成停炉、停机事故，导致局部电网失去稳定，对电网产生重大影响。近年来，发电公司和设计单位在许多火电厂给粉机(给煤机)的设计上都越来越倾向于采用变频器技术。但是，多数变频器抗低电压穿越能力差，甚至根本不具备这种能力。对于电网来说，电网故障时电压会瞬时降低，亟须有功支持维持系统频率，但此时电厂再出现解列情况会使电网频率更加恶化，后果非常危险。因此，火电厂的给粉机(给煤机)采用抗低电压穿越设备是必要的。

目前抗低电压穿越解决方案均从电气的角度考虑。抗低电压穿越系统直流输出母线由晶闸管和直流压差控制系统控制，正常运行时与变频器完全隔离。电网电压大于90％时，系统不工作，处于热备用状态；当电压跌落到0％-90％范围内系统瞬时〔＜10us〕启动工作，维持变频器直流母线电压在DC500V左右，保证变频器正常运行0.5－5s；当电网电压恢复时，系统自动退出工作状态，转为热备用状态，变频器自动转换由电网供电；当电厂锅炉MFT动作或变频器停止运行时，系统自动退出，转为热备用状态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种能够解决火电厂给粉系统的低电压穿越问题的装置及其工作方法，实现上述目的的技术方案如下：

火电厂给粉机变频器抗低电压穿越解决装置，包括电厂DCS系统、控制装置、电机、负载，其特征在于：还包括伺服电机，其中控制装置与电厂DCS系统信号连接，控制装置接收电厂DCS系统发出的给粉机转速给定信号，控制装置与伺服电机电连接或者信号连接，控制装置控制伺服电机的正反转，伺服电机连接传动装置，传动装置活动连接永磁转子，传动装置带动永磁转子进行前后直线运动；

其中电机的主轴上安装导体转子，所述导体转子的轴心具有插孔，电机带动导体转子旋转；

其中，负载的传动轴与永磁转子活动连接，永磁转子在传动装置的带动下沿着传动轴直线运动，并且永磁转子能够带动传动轴转动；

其中永磁转子在传动装置的带动下能够在插孔内前后移动，永磁转子插入在插孔内之后，导体转子与永磁转子之间产生电磁感应，电磁感应产生的扭矩带动永磁转子转动，永磁转子带动传动轴旋转，其中永磁转子插入插孔内的深度越深产生的扭矩越大，扭矩越大传动轴旋转速度越快，从而达到调整负载速度的目的。

其中永磁转子插入插孔内的深度越深产生的扭矩越大，扭矩越大传动轴旋转越快，从而实现调整负载速度的目的。

解决火电厂给粉机变频器低电压穿越的方法：

解决火电厂给粉机变频器低电压穿越的方法，其特征在于：首先控制装置接收电厂DCS系统发出的给粉机转速给定信号，控制装置与给粉机实际转速进行闭环调节控制，伺服电机经减速器带动滚珠丝杠运动，滚珠丝杠带动永磁转子进行前后的直线运动，而电机带动导体转子进行旋转，当滚珠丝杠将永磁转子插入导体转子内时，导体转子与永磁转子之间产生电磁感应，电磁感应产生的扭矩带动永磁转子旋转，永磁转子与传动轴之间通过键连接，因此永磁转子转动带动传动轴转动，从而传动轴旋转带动负载进行旋转。

本发明中永磁转子插入插孔内的深度越深，电磁感应时产生的扭矩越大，扭矩越大带动传动轴旋转的速度越快，本发明中根据永磁转子插入插孔内的深度调整负载的转速。

由于本装置主回路(即本专职的电磁感应部分)不用电能，可有效解决火电厂给粉机的低电压穿越问题。

附图说明

图1为本发明整体示意图

图2为本发明中传动轴、滚珠丝杠、永磁转子之间的分解示意图

图3为图2的连接示意图

图4为本发明原理示意图

图5为滚珠轴承示意图

附图序号说明：伺服电机1、电机2、负载3、传动轴4、滚珠丝杠5、永磁转子6、滚珠螺母7、导体转子8、连接部9、滑槽10、键槽11、滚珠轴承12、键13、外圈14、减速器15

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细的说明。

图中，火电厂给粉机变频器抗低电压穿越解决装置，包括电厂DCS系统、控制装置、伺服电机1、电机2、负载3、传动装置、传动轴4，传动轴4与负载3连接，电厂DCS系统(图中未示出)与控制装置(图中未示出)信号连接或电连接，控制装置接收电厂DCS系统发出的给粉机转速给定信号，并且控制装置与给粉机实际转速进行闭环调节控制(闭环调节控制为现有技术)，控制装置与伺服电机1电连接或者信号连接，控制装置控制伺服电机1的正、反转的行程，伺服电机1与传动装置连接，优选传动装置为滚珠丝杠5，永磁转子6通过滚珠丝杠5上的滚珠螺母7的推动做直线运动，而传动轴4的一端连接负载3，另一端连接永磁转子6，滚珠螺母7推动永磁转子6沿着传动轴4做直线运动。本发明中负载3的传动轴4与永磁转子6活动连接，永磁转子6能够带动传动轴4转动；永磁转子6优选为氧化物硼铁钕永磁体；伺服电机1控制滚珠丝杠5的行程精确度高。

永磁转子6、传动轴4的具体结构如下：

其中电机2的主轴上安装导体转子8，电机2带动导体转子8转动，所述导体转子8的轴心具有插孔，电机2带动导体转子8旋转；永磁转子6的中心向外延伸出一连接部9，永磁转子6和连接部9的轴心开设轴孔，同时连接部9上开设滑槽10，滑槽10与轴孔连通；传动轴4的轴向方向开设有键槽11，传动轴4从轴孔内穿过，键槽11与滑槽10位置对应；连接部9上紧密套接滚珠轴承12，滚珠轴承12的内圈的内孔内设置有键13，键13从滑槽10内穿过，传动轴4穿过轴孔之后键13能够落入键槽11内，而键13能够在键槽11内滑动；其中滚珠轴承的外圈14紧固连接滚珠螺母7，滚珠螺母7带动永磁转子6在传动轴4上直线运动；由于滚珠轴承12的特殊性能，当永磁转子6插入导体转子8产生电磁感应之后，永磁转子开始转动，而键13与键槽11的配合带动传动轴4转动，从而传动轴4带动负载3转动，也就是说永磁转子6和传动轴4能够跟随滚珠轴承12的内圈转动，而外圈14则不动，滚珠螺母7通过与外圈14的连接调节永磁转子6与导体转子8的插入深度。

本发明中通过键13与键槽11的配合使永磁转子6与传动轴4之间实现一个连接，连接的同时还不影响永磁转子6的直线运动，当永磁转子6插入导体转子8产生电磁感应之后，永磁转子6开始转动，通过键13与键槽11的配合从而带动传动轴4转动，从而传动轴4带动负载3运转。

本发明中导体转子8优选为铜导体，所述导体转子8的轴心具有插孔，永磁转子6在滚珠丝杠5的带动下能够在插孔内前后移动，使永磁转子6插入在插孔内的深度可以自由变换，永磁转子6的插入深度通过伺服电机1控制滚珠丝杠5进行控制，永磁转子6和导体转子8形成永磁耦合器，由于电机2带动导体转子8进行转动，而永磁转子6在滚珠丝杠5的带动下只进行直线运动，因此导体转子8与永磁转子6之间产生转差(即速度差)，当永磁转子6插入在插孔内之后，永磁转子6和导体转子8之间产生电磁感应，电磁感应在导体转子8上产生感应电流，感应电流切割磁力线产生机械能，所述机械能为扭矩，扭矩的产生带动永磁转子6转动，从而减小永磁转子6和导体转子8两者之间的转差，由于永磁转子6在扭矩的作用下进行旋转，而永磁转子6与传动轴4之间通过键13连接，因此永磁转子6转动时会带动传动轴4转动，传动轴4则带动负载3转动，负载3根据传动轴4的转速变化其速度。

其中永磁转子6插入插孔内的深度越深产生的扭矩越大，扭矩越大传动轴旋转速度越快，通过调整导体转子8与永磁转子6之间产生的扭矩实现调整负载3速度的目的,负载速度调节了，负载就会带动给粉机继续作动，从而使给粉机(给煤机)不会停止运行。

本发明中电厂DCS系统为电厂现有的总控制装置，控制装置为现有技术，电厂DCS系统中具有预设的给粉机转速给定值，当发生意外，电厂DCS系统接收到信号后会对控制装置发出信号，控制装置对伺服电机发出信号启动本装置。

本发明中优选滚珠丝杠5与伺服电机1之间连接有减速器15，减速器15、伺服电机1和滚珠丝杠5三者的连接关系采用现有连接技术即可，减速器15的设置可以选取功率较小的伺服电机，减速器15能够带动滚珠丝杠5产生较大的拉力和推力，如此设计伺服电机1的体积会比较小，安装的时候不会占据很大的地方。

火电厂给粉机变频器低电压穿越解决方法具体如下：

当火电厂因雷击、电气设备短路、接地等引起电网和电厂厂用电短时电压降低，造成给粉机(给煤机)变频器动力电源低电压和变频器控制电源低电压时，电厂DCS系统向控制装置发出信号，所述信号为给粉机转速给定信号，根据这个信号控制装置与给粉机实际转速进行闭环调节控制，从而伺服电机经减速器带动滚珠丝杠运动，滚珠丝杠带动永磁转子进行前后的直线运动，而电机带动导体转子进行旋转，当滚珠丝杠将永磁转子插入导体转子内时，导体转子与永磁转子之间产生电磁感应，电磁感应产生的扭矩带动永磁转子旋转，永磁转子与传动轴之间通过键连接，因此永磁转子转动带动传动轴转动，从而传动轴旋转带动负载进行旋转。

本发明中调整永磁磁力耦合进行调速驱动是通过铜导体和永磁体之间叠合的面积大小实现由电机到负载的转矩传输。该技术减少了电机和负载之间的机械连接，避免低电压穿越，使负载停止工作。其工作原理是一端氧化物硼铁钕永磁体和另一端的铜导体之间产生感应磁场，感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体转子和导体转子之间的叠合面积控制传递的转矩，从而实现负载速度调节，

永磁耦合器本身不用电，与电力质量无关。电力质量只对电机产生影响，由三相异步电机的机械特性可知，电机工作电压下降，电机的扭矩会下降，但转速不会突变。因此采用永磁闭环调速系统可有效解决火电厂给粉机/给煤机变频器低电压穿越问题。

将此技术应用到火电厂锅炉给粉系统，加上转速闭环控制可满足火电厂锅炉进煤量的控制要求。

以上仅为本发明实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围内。

Claims (6)

1.火电厂给粉机变频器抗低电压穿越解决装置，包括电厂DCS系统、控制装置、电机、负载，其特征在于：还包括伺服电机，其中控制装置与电厂DCS系统信号连接，控制装置接收电厂DCS系统发出的给粉机转速给定信号，控制装置与伺服电机电连接或者信号连接，控制装置控制伺服电机的正反转，伺服电机连接传动装置，传动装置活动连接永磁转子，传动装置带动永磁转子进行前后直线运动；

其中电机的主轴上安装导体转子，所述导体转子的轴心具有插孔，电机带动导体转子旋转；

其中，负载的传动轴与永磁转子活动连接，永磁转子在传动装置的带动下沿着传动轴直线运动，并且永磁转子能够带动传动轴转动；

其中永磁转子在传动装置的带动下能够在插孔内前后移动，永磁转子插入在插孔内之后，导体转子与永磁转子之间产生电磁感应，电磁感应产生的扭矩带动永磁转子转动，永磁转子带动传动轴旋转，其中永磁转子插入插孔内的深度越深产生的扭矩越大，扭矩越大传动轴旋转速度越快，从而达到调整负载速度的目的。

2.根据权利要求1所述的火电厂给粉机变频器抗低电压穿越解决装置，其特征在于：所述传动装置为滚珠丝杠，滚珠丝杠的滚珠螺母与永磁转子连接，永磁转子在滚珠螺母的带动下直线运动。

3.根据权利要求2所述的火电厂给粉机变频器抗低电压穿越解决装置，其特征在于：所述永磁转子的中心向外延伸出一连接部，永磁转子和连接部的轴心开设轴孔，同时连接部上开设滑槽，滑槽与轴孔连通，轴孔内穿过传动轴，传动轴的轴向方向开设有键槽，键槽与滑槽位置对应；

其中连接部上紧密套接滚珠轴承，所述滚珠轴承的内圈内孔内设置有键，键从滑槽内穿过后落入键槽内，键能够在键槽内滑动；

其中滚珠轴承的外圈连接滚珠螺母，滚珠螺母带动永磁转子在传动轴上直线运动；

当永磁转子插入导体转子产生电磁感应之后，永磁转子开始转动，而键与键槽的配合带动传动轴转动，从而传动轴带动负载转动。

4.根据权利要求3所述的火电厂给粉机变频器抗低电压穿越解决装置，其特征在于：滚珠丝杠与伺服电机之间通过减速器连接，滚珠丝杠与减速器连接。

5.根据权利要求1所述的火电厂给粉机变频器抗低电压穿越解决装置，其特征在于：所述永磁转子为氧化物硼铁钕永磁体。

6.解决火电厂给粉机变频器抗低电压穿越的方法，其特征在于：首先控制装置接收电厂DCS系统发出的给粉机转速给定信号，控制装置与给粉机实际转速进行闭环调节控制，伺服电机经减速器带动滚珠丝杠运动，滚珠丝杠带动永磁转子进行前后的直线运动，而电机带动导体转子进行旋转，当滚珠丝杠将永磁转子插入导体转子内时，导体转子与永磁转子之间产生电磁感应，电磁感应产生的扭矩带动永磁转子旋转，由于永磁转子与传动轴之间通过键连接，因此永磁转子转动带动传动轴转动，从而传动轴旋转带动负载进行旋转。