CN202787207U - 大型垂直升船机主拖动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于升降机电力拖动与控制技术领域，具体涉及大型垂直升船机主拖动系统，包括主传动单元、后备主传动单元和两个从传动单元，主传动单元和后备主传动单元分别包含主位置环、第一主速度环和后备位置环、第二速度环，两个从传动单元分别包含第三速度环和第四速度环，主位置环和后备位置环还包括速度发生器、位置比较器、位置调节器和速度加法器，第一主位置环和第二主位置环的速度加法器输出端均与主从切换单元的输入端连接。本实用新型的主拖动系统采用“1主3从”的电气传动控制系统，当任何一个从传动单元因故障失效时，只要切除该单元的电源，余下的传动单元仍可在主传动单元带领下继续运行，安全可靠。

Description

大型垂直升船机主拖动系统

技术领域

本实用新型属于升降机电力拖动与控制技术领域，具体涉及大型垂直升船机主拖动系统。

背景技术

近20年来，我国升船机建设事业发展较快，在建的和已建成的大型垂直升船机有10余座。

大型垂直升船机的承船厢一般由分散、对称布置的多个（4个或8个）驱动机构（多个驱动机构组成的驱动系统简称为主提升机）驱动，作垂直升降运行。每个驱动机构配置1台（或2台）电机，驱动机构之间采用机械同步轴刚性连接，主提升机电力拖动系统简称主拖动系统。主拖动系统的“机—电”传动系统庞大而又复杂，每台驱动电机不是单独控制，必须相互协调。承船厢装载的是水和船只，系一种十分敏感的动荷载。所以，主拖动系统也是一个复杂的、多变量的电气调速系统。

高坝水利枢纽升船机承船厢的升程高度达数十米、甚至百余米。为了避免承船厢在高空中因突然故障中断运行而引起乘客恐慌，甚至可能会导致安全事故发生，应尽量使承船厢不中断运行。现有技术中，升船机的主提升机在运行中若突然有1台电机或1套传动装置发生故障停止运行，就会使整个承船厢中断运行，故升船机运行存在安全隐患。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服上述缺陷，提供一种升船机承船厢在运行中若突然有1台电机或1套传动装置发生故障可使承船厢安全地不间断运行的，安全可靠的大型垂直升船机主拖动系统。

为实现上述目的，本实用新型设计的大型垂直升船机主拖动系统，包括主传动单元、后备主传动单元和两个从传动单元，所述主传动单元和后备主传动单元分别包含主位置环、第一主速度环和后备位置环、第二速度环，所述两个从传动单元分别包含第三速度环和第四速度环，所述第一主速度环、第二速度环、第三速度环和第四速度环均包括速度调节器、电流调节器、交-直-交变频器，所述速度调节器的输出端与电流调节器的输入端连接，所述电流调节器的输出端与交-直-交变频器的输入端连接，所述交-直-交变频器连接有变频电动机，所述变频电动机轴上连接有速度传感器和行程传感器，所述行程传感器的输出端与所述位置比较器输入端连接，所述速度传感器的输出端与第一速度比较器的输入端连接，所述第一速度比较器的输入端连接主从切换单元的输出端，所述第一速度比较器的输出端与所述速度调节器的输入端连接；

所述主位置环和后备位置环还包括速度发生器、位置比较器、位置调节器和速度加法器，所述速度发生器的输出端连接位置比较器的输入端，所述位置比较器的输出端连接位置调节器的输入端，所述位置调节器的输出端连接速度加法器的输入端，所述第一主位置环和第二主位置环的速度加法器输出端均与主从切换单元的输入端连接。

进一步地，所述速度调节器的输出端与电流调节器的输入端之间连接有转矩调节器，所述转矩调节器的输入端连接有加速度前馈单元、摩擦力补偿单元、预加力矩单元和阻尼补偿单元；所述速度传感器的输出端还连接有系统状态参数运算单元，所述系统状态参数运算单元的输出端与速度传感器的输出端均连接至转矩比较器的输入端，所述转矩比较器的输出端连接所述阻尼补偿单元的输入端。

再进一步地，所述转矩调节器的输出端与电流调节器的输入端之间连接有转矩限幅调节器。

进一步地，所述后备主传动单元还包括第一速度前馈单元、第二速度比较器、第二主从切换单元和第三速度比较器，所述第二主从切换单元的主传动单元速度调节器输出端和从传动单元速度调节器输出端分别与所述第二速度比较器的输入端连接，所述第二速度比较器的输出端与第一速度前馈单元的输入端连接，所述第一速度前馈单元的输出端与第三速度比较器的输入端连接，所述第三速度比较器的输出端与后备主传动单元的速度调节器连接，所述第三速度比较器的输入端与所述主从切换单元的输出端连接。

进一步地，所述两个从传动单元均包含第五速度比较器、第二速度前馈单元和第四加速度比较器，所述第五速度比较器的输出端与从传动单元的速度调节器连接，所述第二速度前馈单元的输出端与所述第五速度比较器的输入端连接，所述第五速度比较器的输入端与所述主从切换单元的输出端连接。

本实用新型的主拖动系统在选择电机和交流变频传动装置的功率时，留有一定的裕量，保证在运行中若有一套传动装置故障时，其余的传动装置仍能承担全部负载，不间断地驱动承船厢完成本次运行。本实用新型的主拖动系统采用“1主3从”的电气传动控制系统，当任何一个从传动单元因故障失效时，只要切除该单元的电源，余下的传动单元仍可在主传动单元带领下继续运行，当主传动单元因故障而失效，后备主传动单自动无扰动地接替其工作，使承船厢安全地不间断运行。

在升船机运行中，当4个传动单元都正常运行时，主传动单元的功能有效，主拖动系统运行在“1主3从”方式，此时主传动单元发驱动正常信号“1”至后备主传动单元；若主传动单元发生故障，则立即发出驱动故障信号“0”至后备主传动单元，同时主传动单元退出运行。当后备主传动单元收到主传动单元发来的“0”信号后，在毫秒级的时间内启动主传动功能，主拖动系统转为运行在“1主2从”方式。由于切换时间短，且通过系统的快速调节，切换过程对主拖动系统的扰动很小，承船厢上的水体和乘客感受不到切换过程引起的瞬间抖动，即实现了主拖动系统的“主—从”无扰切换，使承船厢安全地不间断运行，提高了大型垂直升船机运行的安全可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的大型垂直升船机主拖动系统原理图

1—主传动单元；2—后备主传动单元；3—从传动单元；4.1—第一主位置环；4.2—第二主位置环；5．1—第一主速度环；5．2—第二速度环；5.3—第三速度环；5.4—第四速度环；6—速度发生器；7—位置调节器；8—主从切换单元；9—速度调节器；10—转矩调节器；11—加速度前馈单元；12—转矩限幅调节器；13—电流调节器；14—系统状态参数运算单元；15—阻尼补偿单元；16—预加力矩单元；17—摩擦力补偿单元；18—第一速度比较器；19—位置比较器；20—速度加法器；21—变频电动机；22—第二速度比较器；23—转矩比较器；24—第四速度比较器；25—第一速度前馈单元；26—第二速度前馈单元；27—第三速度比较器；28—第五速度比较器；29—速度传感器；30—行程传感器；31—第二主从切换单元；32—交-直-交变频器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

大型垂直升船机主拖动系统，包括主传动单元1、后备主传动单元2和两个从传动单元3，主传动单元1和后备主传动单元2分别包含主位置环4.1、第一主速度环5.1和后备位置环4.2、第二速度环5.2，两个从传动单元3分别包含第三速度环5.3和第四速度环5.4。第一主速度环5.1、第二速度环5.2、第三速度环5.3和第四速度环5.4均包括速度调节器9、电流调节器13、交-直-交变频器32，速度调节器9的输出端与电流调节器13的输入端连接，电流调节器13的输出端与交-直-交变频器32的输入端连接，交-直-交变频器32连接有变频电动机21，变频电动机21轴上连接有速度传感器29和行程传感器30，行程传感器30的输出端与位置比较器19输入端连接，速度传感器29的输出端与第一速度比较器18的输入端连接，第一速度比较器18的输入端连接主从切换单元8的输出端，第一速度比较器18的输出端与速度调节器9的输入端连接；主位置环4.1和后备位置环4.2还包括速度发生器6、位置比较器19、位置调节器7和速度加法器20，速度发生器6的输出端连接位置比较器19的输入端，位置比较器19的输出端连接位置调节器7的输入端，位置调节器7的输出端连接速度加法器20的输入端，第一主位置环4.1和第二主位置环4.2的速度加法器20输出端均与主从切换单元8的输入端连接。

速度调节器9的输出端与电流调节器13的输入端之间连接有转矩调节器10，转矩调节器10的输入端连接有加速度前馈单元11、摩擦力补偿单元17、预加力矩单元16和阻尼补偿单元15；速度传感器29的输出端还连接有系统状态参数运算单元14，系统状态参数运算单元14的输出端与速度传感器29的输出端均连接至转矩比较器23的输入端，转矩比较器23的输出端连接阻尼补偿单元15的输入端。转矩调节器10的输出端与电流调节器13的输入端之间连接有转矩限幅调节器12。

后备主传动单元2还包括第一速度前馈单元25、加第二速度比较器22、第二主从切换单元31和第三速度比较器27，第二主从切换单元31的主传动单元速度调节器输出端和从传动单元速度调节器输出端分别与第二速度比较器22的输入端连接，第二速度比较器22的输出端与第一速度前馈单元25的输入端连接，第一速度前馈单元25的输出端与第三速度比较器27的输入端连接，第三速度比较器27的输出端与后备主传动单元2的速度调节器9连接，第三速度比较器27的输入端与主从切换单元8的输出端连接。

两个从传动单元3均包含第五速度比较器28、第二速度前馈单元26和第四加速度比较器24，第五速度比较器28的输出端与从传动单元3的速度调节器9连接，第二速度前馈单元26的输出端与第五速度比较器28的输入端连接，第五速度比较器28的输入端与主从切换单元8的输出端连接。

本实用新型设置4个传动单元组成升船机主拖动系统，4个传动单元共用1个主位置环，每个传动单元均设有各自的速度环，形成闭环的自动无级调速系统。主位置环所在的传动单元为主传动单元，另设1个后备主传动单元，其余2个为从传动单元，构成主-从控制方式，四个传动单元间采用网络连接。

本实用新型工作时，当大型垂直升船机主拖动系统运行时，由主传动单元的速度发生器6按“S”形速度图发出速度给定信号，经位置调节器7调节后，分别送给4个传动单元的速度调节器9，主传动单元的速度调节器9输出信号送给转矩调节器10进行运算，运算处理后的信号送到交-直-交变频器32，调节交-直-交变频器32输出电流的大小和频率，使承船厢按“S”形速度图运行。

其中的速度调节过程为：承船厢运行速度曲线通过主传动单元的位置调节器7对主、从传动单元发出速度给定命令，各传动单元电机上的速度传感器29信号反馈到相应的传动单元（第一速度比较器18、第三速度比较器27和第五速度比较器28）的输入端，对实际运行速度进行闭环调节，使承船厢稳速运行。

其中的位置调节过程为：主传动单元电机上的行程传感器30检测到的信号反馈到位置比较器19的输入端，以调节承船厢运行的实时速度，达到精确的定位控制。

其中的负载平衡过程为：将主传动单元与各从传动单元的速度调节器9的输出信号分别进行比较求差，然后将差值信号的一部分分别反馈至相应从传动单元的速度调节器9进行调节，使各主、从传动单元的机械特性具有相同的斜率，以实现各传动单元间的负载均衡分配。并采用转矩限幅环节12防止电机过载。

在升船机运行中，当4个传动单元都正常运行时，主传动单元的功能有效，主拖动系统运行在“1主3从”方式，此时主传动单元发驱动正常信号“1”至后备主传动单元，主从切换单元8的触点a和触点c接通；第二主从切换单元31的触点d和触点g接通, 触点f和触点h接通；若主传动单元发生故障，则立即发出驱动故障信号“0”至后备主传动单元，主从切换单元8的触点a和触点b接通；第二主从切换单元31的触点i和触点g接通, 触点f和触点e接通，主传动单元退出运行。当后备主传动单元收到主传动单元发来的“0”信号后，在毫秒级的时间内启动主传动功能，主拖动系统转为运行在“1主2从”方式。由于切换时间短，且通过系统的快速调节，切换过程对主拖动系统的扰动很小，承船厢上的水体和乘客感受不到切换过程引起的瞬间抖动，即达到“无扰切换”，使承船厢安全地不间断运行，提高了升船机运行的安全可靠性。

采用上述设备配置和系统结构以及适用的调节和补偿措施，构建的新型主拖动系统，随机采用500t级大型全平衡垂直升船机实际运行测试，可使不平衡转矩小于平均转矩的10℅，运行良好，满足工程设计和运行要求。

Claims (5)

1.一种大型垂直升船机主拖动系统，其特征在于：包括主传动单元（1）、后备主传动单元（2）和两个从传动单元（3），所述主传动单元（1）和后备主传动单元（2）分别包含主位置环（4.1）、第一主速度环（5.1）和后备位置环（4.2）、第二速度环（5.2），所述两个从传动单元（3）分别包含第三速度环（5.3）和第四速度环（5.4），

所述第一主速度环（5.1）、第二速度环（5.2）、第三速度环（5.3）和第四速度环（5.4）均包括速度调节器（9）、电流调节器（13）、交-直-交变频器（32），所述速度调节器（9）的输出端与电流调节器（13）的输入端连接，所述电流调节器（13）的输出端与交-直-交变频器（32）的输入端连接，所述交-直-交变频器（32）连接有变频电动机（21），所述变频电动机（21）轴上连接有速度传感器（29）和行程传感器（30），所述行程传感器（30）的输出端与所述位置比较器（19）输入端连接，所述速度传感器（29）的输出端与第一速度比较器（18）的输入端连接，所述第一速度比较器（18）的输入端连接主从切换单元（8）的输出端，所述第一速度比较器（18）的输出端与所述速度调节器（9）的输入端连接；

所述主位置环（4.1）和后备位置环（4.2）还包括速度发生器（6）、位置比较器（19）、位置调节器（7）和速度加法器（20），所述速度发生器（6）的输出端连接位置比较器（19）的输入端，所述位置比较器（19）的输出端连接位置调节器（7）的输入端，所述位置调节器（7）的输出端连接速度加法器（20）的输入端，所述第一主位置环（4.1）和第二主位置环（4.2）的速度加法器（20）输出端均与主从切换单元（8）的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的大型垂直升船机主拖动系统，其特征在于：所述速度调节器（9）的输出端与电流调节器（13）的输入端之间连接有转矩调节器（10），所述转矩调节器（10）的输入端连接有加速度前馈单元（11）、摩擦力补偿单元（17）、预加力矩单元（16）和阻尼补偿单元（15）；所述速度传感器（29）的输出端还连接有系统状态参数运算单元（14），所述系统状态参数运算单元（14）的输出端与速度传感器（29）的输出端均连接至转矩比较器（23）的输入端，所述转矩比较器（23）的输出端连接所述阻尼补偿单元（15）的输入端。

3.根据权利要求2所述的大型垂直升船机主拖动系统，其特征在于：所述转矩调节器（10）的输出端与电流调节器（13）的输入端之间连接有转矩限幅调节器（12）。

4.根据权利要求1所述的大型垂直升船机主拖动系统，其特征在于：所述后备主传动单元（2）还包括第一速度前馈单元（25）、第二速度比较器（22）、第二主从切换单元（31）和第三速度比较器（27），所述第二主从切换单元（31）的主传动单元速度调节器输出端和从传动单元速度调节器输出端分别与所述第二速度比较器（22）的输入端连接，所述第二速度比较器（22）的输出端与第一速度前馈单元（25）的输入端连接，所述第一速度前馈单元（25）的输出端与第三速度比较器（27）的输入端连接，所述第三速度比较器（27）的输出端与后备主传动单元（2）的速度调节器（9）连接，所述第三速度比较器（27）的输入端与所述主从切换单元（8）的输出端连接。

5.根据权利要求1所述的大型垂直升船机主拖动系统，其特征在于：所述两个从传动单元（3）均包含第五速度比较器（28）、第二速度前馈单元（26）和第四加速度比较器（24），所述第五速度比较器（28）的输出端与从传动单元（3）的速度调节器（9）连接，所述第二速度前馈单元（26）的输出端与所述第五速度比较器（28）的输入端连接，所述第五速度比较器（28）的输入端与所述主从切换单元（8）的输出端连接。