CN201479078U - 交流励磁电机速度控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种由晶闸管交-交变频器、正弦波信号形成系统、调节器及控制系统组成的速度控制系统，其正弦波信号形成系统具有相位相差90°的两个正弦波输出信号，分别用于控制速度和功率因数，由微电机系统、控制信号逆变器及相敏检波器组成的正弦波信号形成系统，可输出具有良好波形的正弦波信号。该速度控制系统既适用于交流励磁的可超同步转速运行的调速电动机，也适用于交流励磁的恒频变速发电机。

Description

交流励磁电机速度控制系统

技术领域

本实用新型涉及电机由双电源供电，其中一个电源频率可变的电机速度控制系统。

背景技术

该交流励磁电机速度控制系统是在交流励磁电动机进行调速或在交流励磁发电机进行变速的条件下，自动调节励磁电源的频率，使励磁电源的频率等于电机转子感应电势频率的一种速度控制系统。与该速度控制系统类似的现有技术包括双馈交流电机、超同步串级调速电机等转子由晶闸管变频电源供电的速度控制系统。

专利说明书CN85102258公开了一种数控式晶闸管交一交变频超同步串级调速系统。该系统的主电机转子由晶闸管交一交变频器供电。交一交变频器采用阶梯形正弦波信号作为输入信号。阶梯形正弦波的形成系统是用数控方法，产生主电机所需要的转子感应电势的频率、相位信号，再以错位、差频、计数、正弦波形成等技术形成阶梯形正弦波。

该系统对现有同类调速方法中的同步转速附近有转速失控区、谐波含量大及功率因数不能自动调节等缺点有了明显改善。但由于正弦波形成系统产生的是阶梯形正弦波信号，还不能完全克服在同步转速附近有转速失控区及谐波含量大的缺点。该系统存在的另一缺点是仍不便于同时控制电机的速度和功率因数。

实用新型内容

本本实用新型的目的是提供一种具有更小谐波含量，可同时控制速度和功率因数，并在整个速度控制范围内，特别是在同步转速附近具有良好速度控制及功率因数控制性能的交流励磁电机速度控制系统。

为了实现上述目标，本实用新型采用了下述两项技术措施：

一是使正弦波信号形成系统具有两个相位不同的多相正弦波输出信号，其中一个正弦波信号的相位与主电机转子感应电势的相位相同或相反，称为第一正弦波信号；另一个与第一正弦波信号相位不同，其最佳相位差为90°的正弦波信号，称为第二正弦波信号。第一正弦波信号与第二正弦波信号相加作为交-交变频器的总输入信号。当主电机作为调速电动机运行时，第一正弦波信号用于速度控制；当主电机作为变速发电机运行时，第一正弦波信号用于电流或有功功率控制。第二正弦波信号用于主电机的功率因数控制。

二是使正弦波信号形成系统的输出信号具有良好的正弦波形，并便于实现自动控制。为此，本实用新型的正弦波信号形成系统是由一套微电机系统、两个控制信号逆变器及两个相敏检波器组成。利用微电机系统实现第一和第二正弦波信号发电机的转速自动跟随主电机转子感应电势的频率和相位。利用控制信号逆变器将调节器输出的直流信号变为中频交流信号，该中频交流信号作为正弦波信号发电机的励磁信号。利用相敏检波器将正弦波信号发电机输出的被调制的正弦波信号变为所需要的频率等于主电机转子感应电势频率的第一、第二正弦波信号。

实现正弦波信号发电机的转速自动跟随主电机转子电势频率有多个解决方案。具体的解决方案，将结合实施例及附图详述。

由于上述解决方案中，正弦波信号形成系统输出两个相位相差90°的良好波形的正弦波信号，因此速度与功率因数的控制可以做到互不干扰，并可消除由输入信号引起的主电机电流的谐波含量及在同步转速附近的转速失控区。这可显著改善速度和功率因数的控制性能，特别是可显著改善在同步转速附近的速度和功率因数的控制性能。

附图说明

图1是交流励磁调速电动机控制系统原理方框图。

图2是交流励磁变速发电机控制系统原理方框图。

图3是正弦波信号形成系统方案一的原理方框图。

图4是正弦波信号形成系统方案二的原理方框图。

图5是正弦波信号形成系统方案三的原理方框图。

图6是正弦波信号形成系统方案四的原理方框图。

图7是双转子正弦波信号发电机组的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在图1中，主电机1的定子、转子均为三相绕组，主电机1的定子绕组接电网，转子绕组是励磁绕组由三相晶闸管交一交变频器2供电。交-交变频器2的移相触发器3有e、f两个输入端。其中，e端为第一正弦波信号输入端，f端为第二正弦波信号输入端。正弦波信号形成系统4有a、b和c、d两个输入端和两个输出端。速度给定单元9输出的给定信号和测速发电机10输出的转速信号送到速度调节器8的输入端。速度调节器8的输出信号送到正弦波信号形成系统4的a输入端，在c输出端形成第一正弦波输出信号。该信号送到移相触发器3的e端作为移相触发器的速度控制输入信号。功率因数给定单元6的输出信号和功率因数变送器7的输出信号送到功率因数调节器5的输入端。功率因数调节器5的输出信号送到正弦波信号形成系统4的b输入端，在d输出端形成第二正弦波输出信号。该信号送到移相触发器3的f端作为移相触发器的功率因数控制输入信号。e端和f端的正弦波信号在移相触发器中相加作为移相触发器的总输人信号。各自独立的转速和功率因数控制系统互不干扰地进行工作，自动稳定主电机的转速和功率因数。

在图2中，功率因数控制系统与图1相同，图1中的速度控制系统在图2中改为有功功率控制系统。图中，功率给定单元12及功率变送器13的输出信号送到功率调节器11的输入端。功率调节器11的输出信号送到正弦波信号形成系统4的a输入端，在c输出端形成第一正弦波输出信号。该信号送到移相触发器3的e端作为移相触发器的功率控制输入信号。该速度控制系统，可使交流励磁发电机在变速条件下，工作在恒定频率、恒定电枢输出功率及恒定功率因数的状态。图2中的功率变送器13也可改为电流变送器，使该有功功率控制系统成为电流控制系统，使交流励磁发电机在变速条件下，工作在恒定频率、恒定电枢电流及恒定功率因数的状态。

在图3至图6所示的正弦波信号形成系统中，正弦波信号形成系统4是由一套微电机系统、两个控制信号逆变器及两个相敏检波器组成。功率因数调节器5及速度或功率调节器8或11]的输出信号分别送到控制信号逆变器20和18。控制信号逆变器18和20将调节器输出的直流信号变为中频交流信号。控制信号逆变器18和20输出的中频交流信号送到微电机系统，作为正弦波信号发电机的交流励磁信号。微电机系统输出的幅值按正弦规律变化的，并且变化频率等于主电机转子感应电势频率的中频交流信号，经相敏检波器19和21变为所需要的频率等于主电机转子感应电势频率的正弦波信号，即第一、第二正弦波信号。

在图3所示的正弦波信号形成系统中，微电机系统是由与主电机联轴的交流发电机14及三电机组组成。交流发电机14是极对数与主电机相同的三相同步发电机。三电机组中的拖动电机15是定、转子均为三相绕组的同步电动机。三电机组中的发电机16、17是正弦波信号发电机。拖动电机15的定子经开关24由电网供电，转子经开关25由交流发电机14供电。拖动电机15的转速由定、转子供电电源的频率差决定。该频率差等于主电机转子感应电势的频率。三电机组中的三台电机具有相同的极对数，所以正弦波信号发电机输出的正弦波信号频率与主电机转子感应电势的频率相同。为了使两台正弦波信号发电机输出的正弦波信号相位相差90°，两台正弦波信号发电机对轴时，应使两个定子的磁极轴线位置相同，并使两个转子的磁极轴线位置相差半个极距。为了便于拖动电机15牵入同步，设置了开关22和23。当开关24和25断开，开关22和23闭合时，拖动电机15工作在由主电机转子供电的异步电机运行状态，拖动电机15运转在接近于主电机转子感应电势频率所决定的同步转速。当开关22和23断开，开关24和25闭合时，拖动电机15牵入到由主电机转子感应电势频率所决定的同步转速。这时三电机组的转速跟随主电机转子感应电势的频率。

图4所示的正弦波信号形成系统与图3所示的正弦波信号形成系统的区别在于：与主电机联轴的交流发电机14改为变频机27，三电机组中的拖动电机15改为直流励磁或永磁的同步电机26。变频机27的作用是将电网频率电源改变为主电机转子感应电势频率的电源，并为拖动电机26供电，使三电机组按主电机转子感应电势频率所决定的同步转速旋转。

图5所示的正弦波信号形成系统与图4所示的正弦波信号形成系统的区别在于：三电机组中的拖动电机26改为由电网供电，与主电机联轴的变频机27，改为两台定、转子均为三相绕组的交流发电机28、29。由于拖动电机26由电网供电，因此正弦波信号发电机16、17输出的是幅值变化频率等于电网频率的中频信号。该信号送到交流发电机28、29的定子三相绕组，使交流发电机28、29产生按电网频率同步转速旋转的脉动旋转磁场，并在交流发电机28，29的转子绕组上感应出幅值变化频率等于主电机转子感应电势频率的中频信号。该信号经相敏检波器19和21变为所需要的频率等于主电机转子感应电势频率的正弦波信号，即第一、第二正弦波信号。

图6所示的正弦波信号形成系统的特点是：将微电机系统改为具有公共机座的双转子结构的正弦波信号发电机组。其外转子的内侧和外侧均有铁心和绕组、外转子的外侧部分与定子构成同步电动机，外转子的内侧部分与内转子构成正弦波信号发电机。该双转子正弦波信号发电机组具有与主电机相同的极对数。其结构示意图见图7。在图6和图7中，正弦波信号发电机组的定子绕组30由电网供电，外转子外侧绕组31由直流励磁电源供电，定子绕组30和外转子外侧绕组31相当于同步电动机的定、转子绕组；外转子第一内绕组[32]与内转子第一绕组34相当于第一正弦波信号发电机的定、转子绕组；外转子第二内绕组33与内转子第二绕组35相当于第二正弦波信号发电机的定、转子绕组。运行时，外转子的转速等于同步转速。内转子与主电机联轴。其转速等于主电机的转速。内、外转子的转差等于主电机的转差。外转子第一、第二内绕组32、33分别由控制信号逆变器18、20供电。内转子的第一，第二绕组34、35的输出信号分别送到相敏检波器19和21。相敏检波器19和21的输出信号为所需要的频率等于主电机转子感应电势频率的正弦波信号，即第一、第二正弦波信号。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种交流励磁电机速度控制系统，包括有作为交流励磁电机励磁绕组供电电源的晶闸管交-交变频器，作为变频器输入信号的多相正弦波信号形成系统及自动控制和调节系统组成的交流励磁电机速度控制系统，其特征在于：多相正弦波信号形成系统具有相位不同的两个多相正弦波输出信号。

2.按照权利要求1所述的速度控制系统，其特征在于：所述的正弦波信号形成系统包括有一套微电机系统，两个将直流控制信号变为交流控制信号输入到微电机系统的逆变器及两个将微电机系统输出信号变为正弦波信号的相敏检波器。

3.按照权利要求2所述的速度控制系统，其特征在于：所述的微电机系统是由一台与主电机联轴的信号发电机及一套三电机组组成。

4.按照权利要求3所述的速度控制系统，其特征在于：所述的与主电机联轴的信号发电机是交流发电机；所述的一套三电机组是由一台定、转子绕组均为多相绕组的同步电动机及两台正弦波信号发电机组成。

5.按照权利要求3所述的速度控制系统，其特征在于：所述的与主电机联轴的信号发电机是变频机；所述的一套三电机组是由一台直流励磁或永磁的同步电动机及两台正弦波信号发电机组成。

6.按照权利要求3所述的速度控制系统，其特征在于：所述的与主电机联轴的信号发电机是二台定、转子绕组均为多相绕组的交流发电机；所述的一套三电机组是由一台同步电动机及两台正弦波信号发电机组成。

7.按照权利要求2所述的速度控制系统，其特征在于：所述的微电机系统是一套具有公共机座的双转子结构的电机组，其外转子的内侧和外侧均有铁心和绕组、外转子的外侧部分与定子构成同步电动机，外转子的内侧部分与内转子构成正弦波信号发电机。

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