CN108306455A - 一种用于拖动大惯性负载的电动装置及其起动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动机技术领域，尤其是指一种用于拖动大惯性负载的电动装置及其起动方法，其步骤主要利用降速起动及分级起动的方式起动用于拖动大惯性负载的电动装置，使得生产者不必利用大功率电动机来拖动大惯性负载，从而实现了节能的效果。

Description

一种用于拖动大惯性负载的电动装置及其起动方法
技术领域
本发明涉及电动机技术领域，尤其是指一种用于拖动大惯性负载的电动装置及其起动方法。
背景技术
在工业生产、矿业、建筑等领域时常需要利用电动机来拖动大惯性负载。为了使得电动机有足够的转矩来正常起动，时常会选用大功率电动机。但起动过程完成以后，令电动机保持稳定运行所需的轴功率并不大，一些生产现场甚至只用到大功率电动机的额定功率的三分之一，这种现象导致电动机在稳定运行时功率因数低、电能浪费大。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供一种具有较好的节能效果的、用于拖动大惯性负载的电动装置及其起动方法。
本发明采用如下技术方案：一种用于拖动大惯性负载的电动装置，包括第一电动机、用于驱动所述第一电动机的定子转动的第二电动机以及用于限制第一电动机的定子转动的制动器，所述第一电动机的定子设有低转速接线端和高转速接线端。
作为优选，还包括第一离合器，所述第二电动机的输出轴通过所述第一离合器与所述第一电动机的定子连接。
作为优选，所述第一电动机的转子连接有扇叶。
作为优选，还包括与所述低转速接线端和高转速接线端连接的导电滑环，外部电源通过所述导电滑环向所述第一电动机的定子供电。
作为优选，所述第一电动机在高转速状态下的额定转速等于所述第一电动机在低转速状态下的额定转速与第二电动机的额定转速之和。
本发明基于前述的一种用于拖动大惯性负载的电动装置，还提供一种用于拖动大惯性负载的电动装置的起动方法，包括按顺序执行的以下步骤：
a.令制动器断电使得制动器制动，向第一电动机的低转速接线端通电，使得第一电动机在低转速状态下起动；
b.当第一电动机的转子转速达到一定值时，令制动器得电使得制动器制动失效，向第二电动机通电，第二电动机驱动第一电动机的定子转动，使得第一电动机的转子转速提高；
c.当第一电动机的转子转速提高到一定值时，令第二电动机和第一电动机的低转速接线端断电，令制动器断电使得制动器制动，并令第一电动机的高转速接线端通电。
作为优选，步骤b还包括：b1.在制动器制动失效后，向第二电动机通电前，令第一离合器得电吸合；步骤c还包括：c1.在制动器制动后，向第一电动机的高转速接线端通电前，令第一离合器失电分离。
作为优选，在步骤b中，当第一电动机的转子转速达到第一电动机低速状态下的额定转速时，令制动器得电使得制动器制动失效，向第二电动机通电，第二电动机驱动第一电动机的定子转动，使得第一电动机的转子转速提高。
作为优选，在步骤c中，当第一电动机的转子转速提高到第一电动机在低速状态下的额定转速与第二电动机的额定转速之和时，令第二电动机和第一电动机的低转速接线端断电，令制动器断电使得制动器制动，并令第一电动机的高转速接线端通电。
作为优选，在步骤c之后还包括：步骤d.当负载发生变化且负载所需的机械功率大于第一电动机的额定功率时，令第一电动机的高转速接线端断电，并令第一电动机的低转速接线端和第二电动机通电。
本发明的有益效果：通过利用降速起动及分级起动的方式起动用于拖动大惯性负载的电动装置，使得生产者能够利用较低的运行功率来拖动大惯性负载，从而实现了节能的效果。
附图说明
图1为本发明的实施例1和实施例2的结构示意图。
图2为本发明的实施例3的结构示意图。
图3为本发明的实施例4的结构示意图。
图4为本发明的实施例5的结构示意图。
图5为本发明的实施例6的结构示意图。
附图标记为：1—第一电动机，11—低转速接线端，12—高转速接线端，13—扇叶，14—低转速电动机，15—高转速电动机，2—第二电动机，3—制动器，4—第一离合器，5—导电滑环，6—第一电动机的转子，7—第一电动机的定子，8—电磁调速异步电动机，9—第二离合器，91—联轴器。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
实施例1
如图1所示，一种用于拖动大惯性负载的电动装置，包括第一电动机1、用于驱动所述第一电动机的定子7转动的第二电动机2以及用于限制第一电动机的定子7转动的制动器3，所述第一电动机的定子7设有低转速接线端11和高转速接线端12。
具体地，第一电动机1可采用变极调速电动机或双绕组双速电动机。制动器3可为电磁制动器3、液压制动器3或气动制动器3。
本实施例中，还包括第一离合器4，所述第二电动机2的输出轴通过所述第一离合器4与所述第一电动机的定子7连接。具体地，第一离合器4可为电磁第一离合器4、液压第一离合器4或气动第一离合器4。
本实施例中，所述第一电动机的转子6连接有扇叶13。所述第一电动机的转子6转动的同时带动扇叶13转动，扇叶13加速空气流动以达到加快散热的效果。
本实施例中，还包括与所述低转速接线端11和高转速接线端12连接的导电滑环5，外部电源通过所述导电滑环5向所述第一电动机的定子7供电。有效防止定子转动时使得供电的电线缠绕。
本实施例中，所述第一电动机1在高转速状态下的额定转速等于所述第一电动机1在低转速状态下的额定转速与第二电动机2的额定转速之和。
实施例2
如图1所示，基于实施例1所述的一种用于拖动大惯性负载的电动装置，本实施例提供一种用于拖动大惯性负载的电动装置的起动方法，包括以下步骤：
a.令制动器3断电使得制动器3制动，向第一电动机1的低转速接线端11通电，使得第一电动机1在低转速状态下起动；
b.当第一电动机的转子6转速达到一定值时，令制动器3得电使得制动器3制动失效，向第二电动机2通电，第二电动机2驱动第一电动机的定子7转动，使得第一电动机的转子6转速提高；
c.令第二电动机2和第一电动机1的低转速接线端11断电，令制动器3断电使得制动器3制动，并令第一电动机1的高转速接线端12通电。
第一电动机的转子6与大惯性负载连接。第一电动机1和第二电动机2均为小功率电动机，起动时对供电电网的冲击较小。第一电动机1在低转速状态下起动，转速低而转矩大，因此能够低速地拖动大惯性负载。随后令第二电动机2起动，第二电动机2驱动第一电动机的定子7转动，第一电动机1和第二电动机2的功率叠加，使得第一电动机的转子6的转速提高。随后令第一电动机1的高转速接线端12通电，使得第一电动机1在高转速状态下稳态运行，第一电动机1功率小，稳态运行时的损耗小且运行效率高，从而达到节能的效果。
第一电动机1在低转速状态下起动，所需的起动电流小，因此第一电动机1的负载和供电电网受到的影响较少。随后第一电动机1在低转速状态下和第二电动机2同时运行，第一电动机1和第二电动机2功率叠加，使得第一电动机的转子6的转速提高至接近第一电动机1在高转速状态下的额定转速，此时将第一电动机1转换为高转速状态，由于转速切换时转差率较小，因此第一电动机1转换为高转速的起动电流亦较小，对第一电动机1的负载和供电电网冲击小。将第一电动机1转换为高转速状态后，实施例1中提及的电动装置进入稳定运行状态。在稳定运行状态下，第一电动机1在高转速状态下运转而第二电动机2不运转，有效减小了实施例1中提及的电动装置的运行电动机的容量，从而达到节能的效果。
本实施例中，步骤b还包括：b1.在制动器3制动失效后，向第二电动机2通电前，令第一离合器4得电吸合；步骤c还包括：c1.在制动器3制动后，向第一电动机1的高转速接线端12通电前，令第一离合器4失电分离。通过第一离合器4使得第一电动机1与第二电动机2能够独立工作。当第一电动机1稳定地运行后，使用者能够令第一离合器4分离使得第一电动机1和第二电动机2分离，并将第二电动机2用于其它工作场所。
本实施例中，在步骤b中，当第一电动机的转子6转速达到第一电动机1低速状态下的额定转速时，令制动器3得电使得制动器3制动失效，向第二电动机2通电，第二电动机2驱动第一电动机的定子7转动，使得第一电动机的转子6转速提高。电动机在起动过程中，当电动机的转子的转速未达到电动机的额定转速时，电动机仍处于起动状态，此时电流比较大。在步骤b中，第一电动机1和第二电动机2能够同时起动亦能够不同时起动。但若在第一电动机的转子6未达到第一电动机1低速状态下的额定转速时起动第二电动机2，这种方式下，起动转矩大、起动时间短，但第一电动机1和第二电动机2起动电流叠加，会造成较大的起动电流，因此在需要较小的起动电流的情况下，令第一电动机的转子6转速达到第一电动机1低速状态下的额定转速时再起动第二电动机2，以减少对供电电网的冲击。
本实施例中，在步骤c中，当第一电动机的转子6转速提高到第一电动机1在低速状态下的额定转速与第二电动机2的额定转速之和时，令第二电动机2和第一电动机1的低转速接线端11断电，令制动器3断电使得制动器3制动，并令第一电动机1的高转速接线端12通电。第一电动机1的转子6的转速未达到第一电动机1在高速状态下的额定转速时，如果将第一电动机1切换到高速档，此时第一电动机1高速档起动，由于转差率较大，因此起动电流较大；令第一电动机的转子6的转速提高到第一电动机1在低速状态下的额定转速与第二电动机2的额定转速之和时再将第一电动机1切换到高转速状态，此时第一电动机1的转子6的转速已接近第一电动机1高转速状态时的额定转速，转差率较小，此时切换过程平稳、切换电流极小，因此对第一电动机1的负载和供电电网的冲击较小。
本实施例中，在步骤c之后还包括：步骤d.当负载发生变化且负载所需的机械功率大于第一电动机1在高转速状态下的额定功率时，令第一电动机1的高转速接线端12断电，并令第一电动机1的低转速接线端11和第二电动机2通电，使第一电动机1低速档和第二电动机2同时工作，利用叠加功率的方式提高实施例1中提及的电动装置的运行功率而转速基本不变，使得实施例1中提及的电动装置能够正常运行。
实施例3
如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于第一电动机1由一台定子可转动的双转子结构低转速电动机14加上一台定子固定的高转速电动机15组成。低转速电动机14的转子通过第二离合器9与高转速电动机15的转子连接，低转速电动机14的定子与第二电动机2的输出轴连接，大惯性负载与高转速电动机15的转子连接。
运行过程具体为：令制动器3断电使得制动器3制动，使低转速电动机14的定子无法转动，令第二离合器9得电吸合并令第一离合器4失电分离，向低转速电动机14通电使得低转速电动机14的转子转动从而使得高转速电动机15的转子以大转矩低速转动。当低转速电动机14的转速达到一定值时，令制动器3得电使得制动器3制动失效并令第一离合器4得电吸合，向第二电动机2通电使得低转速电动机14的定子转动，低转速电动机14的转子转速提升使得高转速电动机15的转子转速提升。随后令低转速电动机14和第二电动机2断电，令第一离合器4和第二离合器9失电分离并令高转速电动机15通电，随后高转速电动机15稳态运行。
本实施例中，高转速电动机15的额定转速等于低转速电动机14的额定转速与第二电动机2的额定转速之和。
具体的，低转速电动机14可为高起动转矩电动机，以便本发明即使在拖动大惯性负载的情况下亦有足够的转矩来进行起动。高转速电动机15为在使用过程中长期运行的电动机，因此可选用高效三相异步电动机或同步电动机，从而获得更好的节能效果。当高转速电动机15采用高压电源供电而低转速电动机14和第二电动机2采用低压电源供电的方式时，可以减小高压电动机容量的配置，同时提高机组运行效率。
实施例4
如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于以第一电动机的定子7作为第二电动机2的转子，第二电动机2直接通过其定子形成的旋转磁场来使得第一电动机的定子7转动。这种结构无需用到第一离合器4，且能将第一电动机1设置在第二电动机2内以使整体结构更为紧凑。
实施例5
如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于以第一电动机1为外转子双速电动机。第一电动机的转子6设置在第一电动机的定子7的外部，增大了转子与空气的接触面积，从而便于第一电动机的转子6散热。
实施例6
如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于使用电磁调速异步电动机8来代替第一离合器4和第二电动机2，电磁调速异步电动机8通过联轴器91与第一电动机1连接，使得整体结构更紧凑。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于拖动大惯性负载的电动装置，其特征在于：包括第一电动机(1)、用于驱动所述第一电动机的定子(7)转动的第二电动机(2)以及用于限制第一电动机的定子(7)转动的制动器(3)，所述第一电动机的定子(7)设有低转速接线端(11)和高转速接线端(12)。
2.根据权利要求1所述的一种用于拖动大惯性负载的电动装置，其特征在于：还包括第一离合器(4)，所述第二电动机(2)的输出轴通过所述第一离合器(4)与所述第一电动机的定子(7)连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于拖动大惯性负载的电动装置，其特征在于：所述第一电动机的转子(6)连接有扇叶(13)。
4.根据权利要求1所述的一种用于拖动大惯性负载的电动装置，其特征在于：还包括与所述低转速接线端(11)和高转速接线端(12)连接的导电滑环(5)，外部电源通过所述导电滑环(5)向所述第一电动机的定子(7)供电。
5.根据权利要求1所述的一种用于拖动大惯性负载的电动装置，其特征在于：所述第一电动机(1)在高转速状态下的额定转速等于所述第一电动机(1)在低转速状态下的额定转速与第二电动机(2)的额定转速之和。
6.一种如权利要求1至5中任一所述的用于拖动大惯性负载的电动装置的起动方法，其特征在于：
包括按顺序执行的以下步骤：a.令制动器(3)断电使得制动器(3)制动，向第一电动机(1)的低转速接线端(11)通电，使得第一电动机(1)在低转速状态下起动；
b.当第一电动机的转子(6)转速达到一定值时，令制动器(3)得电使得制动器(3)制动失效，向第二电动机(2)通电，第二电动机(2)驱动第一电动机的定子(7)转动，使得第一电动机的转子(6)转速提高；
c.当第一电动机的转子(6)转速提高到一定值时，令第二电动机(2)和第一电动机(1)的低转速接线端(11)断电，令制动器(3)断电使得制动器(3)制动，并令第一电动机(1)的高转速接线端(12)通电。
7.根据权利要求6所述一种用于拖动大惯性负载的电动装置的起动方法，其特征在于：
步骤b还包括：b1.在制动器(3)制动失效后，向第二电动机(2)通电前，令第一离合器(4)得电吸合；
步骤c还包括：c1.在制动器(3)制动后，向第一电动机(1)的高转速接线端(12)通电前，令第一离合器(4)失电分离。
8.根据权利要求6所述的一种用于拖动大惯性负载的电动装置的起动方法，其特征在于：
在步骤b中，当第一电动机的转子(6)转速达到第一电动机(1)低速状态下的额定转速时，令制动器(3)得电使得制动器(3)制动失效，向第二电动机(2)通电，第二电动机(2)驱动第一电动机的定子(7)转动，使得第一电动机的转子(6)转速提高。
9.根据权利要求6所述的一种用于拖动大惯性负载的电动装置的起动方法，其特征在于：在步骤c中，当第一电动机的转子(6)转速提高到第一电动机在低速状态下的额定转速与第二电动机的额定转速之和时，令第二电动机(2)和第一电动机(1)的低转速接线端(11)断电，令制动器(3)断电使得制动器(3)制动，并令第一电动机(1)的高转速接线端(12)通电。
10.根据权利要求6所述的一种用于拖动大惯性负载的电动装置的起动方法，其特征在于：在步骤c之后还包括：
步骤d.当负载发生变化且负载所需的机械功率大于第一电动机(1)的额定功率时，令第一电动机(1)的高转速接线端(12)断电，并令第一电动机(1)的低转速接线端(11)和第二电动机(2)通电。
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