CN203537288U

CN203537288U - 基于多机组合式结构的大容量永磁同步电动机系统

Info

Publication number: CN203537288U
Application number: CN201320710140.9U
Authority: CN
Inventors: 王榕生
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2023-11-12

Abstract

本实用新型涉及一种基于多机组合式结构的大容量永磁同步电动机系统，包括大容量永磁同步电动机、异步电动机、同轴转子、机座和机壳；所述大容量永磁同步电动机与异步电动机在机壳内通过同轴转子相连，并固定于机壳中；所述机壳固定于机座上；所述多机组合式结构还包括测量转子转速的测速装置和用于切换两电机供电电源的起动控制电路；其起动方式为：先对异步电动机施加全压电源，使其产生较高的电磁转矩驱动永磁同步电动机加速。待转速达到或接近同步转速时，将电源切换至永磁同步电动机，使转子在小转差情况下牵入同步，进而完成起动过程。本实用新型起动电流显著减小；起动过程不存在附加磁阻转矩；且成本低、方法简单，易于实现。

Description

基于多机组合式结构的大容量永磁同步电动机系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于多机组合式结构的大容量永磁同步电动机系统。

背景技术

永磁同步电动机具有高效率（节能）、高功率因数等显著优点，但是起动性能差是其不可回避的弱点，也是障碍其推广应用的一项技术瓶颈。通常对小容量（容量<10kW）的永磁同步电动机，可以采用异步起动法，即在转子极面上加装笼型起动绕组，起动时对定子绕组直接施加三相全压电源。虽然该方法操作简单，但存在着起动电流大、起动过程将产生较大的附加磁阻转矩，使合成转矩曲线发生明显下凹，可能把同步电动机“卡”在半速附近潜行，不能继续升速的诸多缺点。因此，在大容量应用条件下，难以沿用该方法。过大的起动电流不仅对电网造成冲击，而且对电机转子磁钢产生强烈去磁的破坏作用。既便沿用异步电动机的Y/△降压法来减小起动电流，但永磁同步电动机固有的同步附加磁阻转矩以及其它因素的作用使得起动性能难以达到异步电机的效果。

除上述异步起动方法外，对大容量永磁同步电动机还有以下几种起动方法：

1、采用晶闸管控制永磁电动机起动。该方法通过改变晶闸管导通角的办法连续改变电机供电电压，从而控制起动电流。但缺点是电压波形发生畸变，所产生的各次谐波对永磁电机起动极为不利；

2、采用变频技术控制永磁电动机起动。通过降低永磁电机的供电电压与频率而使电枢旋转磁场在起动开始时有较低的转速值，使永磁转子易于牵入同步从而获得起动转矩。在升速过程中逐步提升供电电压与频率直至达到额定同步转速。优点是能够获得良好的起动性能，起动电流小、起动转矩大。但该方法涉及大功率IGBT或GTO半导体器件，带来高成本弊端。如果电机在起动之后的运行不要求调速，则变频装置仅限于起动功能，将造成功能及资源上的极大浪费。

综上所述，现有起动方案都存在弊端，且第1、2两种方法应用很少。为从根本上解决大容量永磁同步电动机的起动问题须另寻有效途径。

发明内容

本实用新型的目的在于解决大容量永磁同步电动机的起动问题，本实用新型方法能有效克服目前起动电流大以及同步附加磁阻转矩的问题，且具有结构简单、操作简便、成本低的优点。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种基于多机组合式结构的大容量永磁同步电动机系统，其特征在于：包括大容量永磁同步电动机、异步电动机、同轴转子、机座和机壳；所述大容量永磁同步电动机与异步电动机在机壳内通过同轴转子相连，并固定于机壳中；所述机壳固定于机座上；所述多机组合式结构还包括测量转子转速的测速装置和用于切换两电机供电电源的起动控制电路；所述起动控制电路包括断路器、第一接触器、第二接触器、第一启动延时继电器、第二启动延时继电器和保护继电器；所述断路器输入连接三相交流电源输入，断路器输出的一端分别连接第一接触器、第二接触器、第一启动延时继电器和第二启动延时继电器；所述第一接触器依次连接第二启动延时继电器的常闭延时触头、停机按钮、热继电过载保护、启动按钮、保护继电器的触头和永磁同步电动机定子绕组的温度继电器常闭开关，并连接至断路器输出的另一端；所述第一启动延时继电器分别连接第一接触器的辅助触头和停机按钮，所述第一接触器的辅助触头和停机按钮并联连接至热继电过载保护；所述第二接触器和第二启动延时继电器连接至并联连接的第一启动延时继电器的常开延时触头与第二接触器的辅助触头，并连接至热继电过载保护。

进一步的，所述大容量永磁同步电动机和异步电动机还可分别固定在不同机壳中，并且机壳固定在不同机座上。

进一步的，所述大容量永磁同步电动机和异步电动机，二者极数相同，但绕组相互独立，无任何电磁联系。

进一步的，所述异步电动机容量大小根据起动时负载转矩情况来定，取永磁同步电动机容量的1/20～1/10。

进一步的，所述测速装置包括单片机系统及与之连接的旋转编码器和显示模块。

进一步的，所述旋转编码器与同轴转子通过联动轴进行连接；所述旋转编码器用于传输同轴转子的转速信号给单片机系统；所述单片机系统处理旋转编码器传输的转速信号并输出信号给显示模块；所述显示模块显示同轴转子的实时转速，以便控制起动控制电路的第一启动延时继电器和第二启动延时继电器的延时时间。

进一步的，所述起动控制电路用于控制所述大容量永磁同步电动机与异步电动机之间的电源切换；所述从异步电动机切换至大容量永磁同步电动机的电源切换采用低压电器开关，或采用PLC和无触点开关。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型方法的起动电流显著减小，起动电流主要取决于系统中的异步电动机，只要控制其容量并增大转子电阻，即可获得较高的起动转矩和低的起动电流，起动性能好，可从根本上克服大容量永磁同步电动机的起动电流对电网冲击及对磁钢的强烈去磁破坏作用；

2、整个起动过程不存在附加磁阻转矩；

3、本实用新型方法简单；易于实现；

4、本实用新型成本明显低于现有“采用晶闸管控制永磁电动机起动”和“采用变频技术控制永磁电机起动”的方法，性价比高。

附图说明

图1是本实用新型多机组合式结构的大容量永磁同步电动机图。

图2是本实用新型起动控制电路图。

图3是旋转编码器与同轴转子的连接图。

图4是本实用新型测速装置电路框图。

图中：1-大容量永磁同步电动机，2-异步电动机，3-同轴转子，4-机座，5-机壳，6-联动轴，7-旋转编码器。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。

如图1-4所示，本实用新型的一种基于多机组合式结构的大容量永磁同步电动机系统，其特征在于：包括大容量永磁同步电动机1、异步电动机2、同轴转子3、机座4和机壳5；所述大容量永磁同步电动机1与异步电动机2在机壳5内通过同轴转子3相连，并固定于机壳5中；所述机壳5固定于机座4上；所述多机组合式结构还包括测量转子转速的测速装置和用于切换两电机供电电源的起动控制电路；所述起动控制电路包括断路器、第一接触器、第二接触器、第一启动延时继电器、第二启动延时继电器和保护继电器；所述断路器输入连接三相交流电源输入，断路器输出的一端分别连接第一接触器、第二接触器、第一启动延时继电器和第二启动延时继电器；所述第一接触器依次连接第二启动延时继电器的常闭延时触头、停机按钮、热继电过载保护、启动按钮、保护继电器的触头和永磁同步电动机定子绕组的温度继电器常闭开关，并连接至断路器输出的另一端；所述第一启动延时继电器分别连接第一接触器的辅助触头和停机按钮，所述第一接触器的辅助触头和停机按钮并联连接至热继电过载保护；所述第二接触器和第二启动延时继电器连接至并联连接的第一启动延时继电器的常开延时触头与第二接触器的辅助触头，并连接至热继电过载保护。

其具体实施例为：

如图1所示，将大容量永磁同步电动机1与一台异步电动机2在同一机壳5内同轴相连，也可各自拥有机座4，二者极数相同，但绕组相互独立，无任何电磁联系，异步电动机2容量大小可根据起动时负载转矩情况来定，一般取大容量永磁同步电动机1容量的1/20～1/10，为增大起动转矩并降低起动电流，将异步电动机2转子电阻取值较大。

本实用新型基于多机组合式结构的大容量永磁同步电动机1的工作原理如下，起动时先对异步电动机2施加全压电源，该电机转子在电磁转矩作用下加速，为使异步电动机2有较大的起动转矩，制作时可以采用增大笼型转子导体电阻等措施，由于大容量永磁同步电动机1与异步电动机2同轴相连，受异步电动机2驱动其转子同步加速，当转速达到或接近额定同步速时（通过延时或离心开关控制予以测定），将电源从异步电动机2切换至大容量永磁同步电动机1，由于后者接入电源是在转子接近同步速时进行的，因此电枢旋转磁场与永磁转子间的转差很小，转子很容易被牵入同步，且牵入过程的暂态电流很小，转速平稳，当转子完全被牵入同步亦即转速达到额定同步速后，起动过程即告结束，大容量永磁同步电动机1投入带载运行。

该系统亦可在大容量永磁同步电动机1开始施加电源时仍保持异步电动机2的通电状态，直到转速完全被牵入同步后，再切断电源，这样做的好处是可以减小牵入同步过程中的转速震荡。

如图3所示，测速装置包括单片机系统及与之连接的旋转编码器7和显示模块，旋转编码器7与同轴转子3通过联动轴6进行连接；旋转编码器7将同轴转子的转速信号传输给单片机系统；单片机系统处理旋转编码器7传输的转速信号并输出信号给显示模块；经由显示模块显示同轴转子3的实时转速，以便控制起动控制电路的第一启动延时继电器和第二启动延时继电器的延时时间。

如图2所示，为本实用新型系统的起动电路，为实现大容量永磁电动机1的起动需要对多机组合式结构系统中的两种电机采取分步供电控制方式。

先闭合QS开关，接入三相电源，按动起动按钮SB2，使接触器KM1控制线圈得电，控制常开主触头KM1闭合，异步电动机2得电起动运行，另有辅助触头KM1同时闭合实现线圈自锁，并同时启动延时继电器KT1开始延时控制，当延时时间到（该延时量为异步电动机2完成起动过程所需时间，可调），则常开延时触头KT1闭合而使另一接触器KM2控制线圈得电，控制常开主触头KM2闭合，使大容量永磁同步电动机1得电运行，另有辅助触头KM2自锁，并同时启动另一延时继电器KT2开始延时控制，当延时时间到（该延时量为大容量永磁同步电动机1完成牵入同步所需时间，可调），则常闭延时触头KT2断开，接触器KM1控制线圈失电，所有KM1触头复位，异步电动机2断电，至此完成了大容量永磁同步电动机1的起动过程，转入带载运行。

图2中的SB1为停机按钮，XJ3-D为过压、欠压、相序、缺相等异常情况保护继电器，其中任何一种异常情况发生时，该继电器使串联于控制回路的XJ3-D触头断开，则所有接触器失电，电动机停机，FR1为热继电过载保护，DT为大容量永磁同步电动1机定子绕组的温度继电器常闭开关，当电机绕组温度高于正常值时DT断开，电机失电停机。

本实用新型采用低压电器开关实现逻辑控制功能，也可采用其它手段诸如PLC、无触点开关等均可实现相同的逻辑控制。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种基于多机组合式结构的大容量永磁同步电动机系统，其特征在于：包括大容量永磁同步电动机、异步电动机、同轴转子、机座和机壳；所述大容量永磁同步电动机与异步电动机在机壳内通过同轴转子相连，并固定于机壳中；所述机壳固定于机座上；所述多机组合式结构还包括测量转子转速的测速装置和用于切换两电机供电电源的起动控制电路；所述起动控制电路包括断路器、第一接触器、第二接触器、第一启动延时继电器、第二启动延时继电器和保护继电器；所述断路器输入连接三相交流电源输入，断路器输出的一端分别连接第一接触器、第二接触器、第一启动延时继电器和第二启动延时继电器；所述第一接触器依次连接第二启动延时继电器的常闭延时触头、停机按钮、热继电过载保护、启动按钮、保护继电器的触头和永磁同步电动机定子绕组的温度继电器常闭开关，并连接至断路器输出的另一端；所述第一启动延时继电器分别连接第一接触器的辅助触头和停机按钮，所述第一接触器的辅助触头和停机按钮并联连接至热继电过载保护；所述第二接触器和第二启动延时继电器连接至并联连接的第一启动延时继电器的常开延时触头与第二接触器的辅助触头，并连接至热继电过载保护。

2.根据权利要求1所述的基于多机组合式结构的大容量永磁同步电动机系统，其特征在于：所述大容量永磁同步电动机和异步电动机还可分别固定在不同机壳中，并且机壳固定在不同机座上。

3.根据权利要求1或2所述的基于多机组合式结构的大容量永磁同步电动机系统，其特征在于：所述大容量永磁同步电动机和异步电动机，二者极数相同，但绕组相互独立，无任何电磁联系。

4.根据权利要求3所述的基于多机组合式结构的大容量永磁同步电动机系统，其特征在于：所述异步电动机容量大小根据起动时负载转矩情况来定，取永磁同步电动机容量的1/20～1/10。

5.根据权利要求1所述的基于多机组合式结构的大容量永磁同步电动机系统，其特征在于：所述测速装置包括单片机系统及与之连接的旋转编码器和显示模块。

6.根据权利要求5所述的基于多机组合式结构的大容量永磁同步电动机系统，其特征在于：所述旋转编码器与同轴转子通过联动轴进行连接；所述旋转编码器用于传输同轴转子的转速信号给单片机系统；所述单片机系统处理旋转编码器传输的转速信号并输出信号给显示模块；所述显示模块显示同轴转子的实时转速，以便控制起动控制电路的第一启动延时继电器和第二启动延时继电器的延时时间。

7.根据权利要求1所述的基于多机组合式结构的大容量永磁同步电动机系统，其特征在于：所述起动控制电路用于控制所述大容量永磁同步电动机与异步电动机之间的电源切换；所述异步电动机切换至大容量永磁同步电动机的电源切换采用低压电器开关，或采用PLC和无触点开关。