CN206977244U - 一种转速稳定输出的电机拖动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计一种转速稳定输出的电机拖动控制系统，包括控制芯片；第一驱动模块；第一逆变模块；三相异步电机，其电源输入端与第一逆变模块的电源输出端连接，三相异步电机转子轴上设置有第一齿轮；被拖动装置，其转动轴上套设有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮通过一活动设置的第一离合器啮合连接；双馈发电机，其转子轴的延伸端上设置有变速齿轮箱，变速齿轮箱的输入轴与第一齿轮通过一活动设置的第二离合器啮合连接；以及启动电机，其转子轴通过第三离合器与第二齿轮啮合连接，双馈发电机的定子端通过第二驱动模块和第二逆变模块与启动电机连接。本实用新型设置有多种拖动模式，降低了拖动电机的启停次数，拖动系统输出转速稳定。

Description

一种转速稳定输出的电机拖动控制系统

技术领域

本实用新型属于一种电子控制装置，具体涉及一种转速稳定输出的电机拖动控制系统。

背景技术

直流电动机和交流电动机拖动先后诞生于19世纪，在很长一段时期内，占整个电力拖动系统80%左右的恒速拖动系统中采用的是交流电动机，而在需要进行调速控制的拖动系统中则基本上采用的直流电动机。众所周知，由于结构上的原因，直流电动机存在以下缺点：（1）需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命较短；（2）由于直流电动机存在换向火花，难以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境；（3）结构复杂，难以制造出大容量、高转速和高电压的直流电动机。 而与直流电动机相比，交流电动机则具有以下优点：（1）结构坚固，工作可靠，易于维护保养；（2）不存在换向火花，可以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境；（3）容易制造出大容量、高转速和高电压的交流电动机。因此，很久以来，人们希望许多场合下能够用可调速的交流电动机来代替直流电动机，并在交流电动机的调速控制方面进行了大量的研究开发工作。但是，直至20世纪70年代，交流调速系统的研究开发方面一直未能得到真正能够令人满意的成果，也因此限制了交流调速系统的推广应用。

限制交流拖动系统推广应用的一个原因在于，频繁的启停交流电机容易造成拖动系统的转速的不稳定，启停过程降低了拖动系统的生产效率，同时也增加了能耗。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供一种转速稳定输出的电机拖动控制系统，采用拖动电机、启动电机、双馈发电机和被拖动装置的联合拖动控制系统，降低了拖动电机的启停次数，稳定了拖动系统的输出转速，降低了系统能耗。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种转速稳定输出的电机拖动控制系统，包括：

控制芯片，其与电源电路连接；

第一驱动模块，其信号输入端通过第一光耦合器与所述控制芯片的第一输出端连接；

第一逆变模块，其电源端与所述第一驱动模块的电源输出端连接，所述第一逆变模块的信号输入端通过第二光耦合器与所述控制芯片的第二输出端连接；

三相异步电机，其电源输入端与所述第一逆变模块的电源输出端连接，所述三相异步电机转子轴上设置有第一齿轮，所述第一齿轮套设在所述三相异步电机转子轴的延伸端上；

被拖动装置，其转动轴上套设有第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮通过一活动设置的第一离合器啮合连接；

双馈发电机，其转子轴的延伸端上设置有变速齿轮箱，所述变速齿轮箱的输入轴与第一齿轮通过一活动设置的第二离合器啮合连接，所述双馈发电机的定子端通过变压器与所述第一驱动模块导电连接，所述双馈发电机的转子端通过变频器与所述第一驱动模块导电连接；以及

启动电机，其转子轴通过第三离合器与所述第二齿轮啮合连接，所述双馈发电机的定子端通过第二驱动模块和第二逆变模块与所述启动电机连接。

优选的，所述三相异步电机上设置有若干温度传感器，所述三相异步电机的转子轴上设置有转矩传感器和转子位置传感器。

优选的，所述温度传感器采用红外温度传感器，所述温度传感器对准所述三相异步电机的定子绕组，所述温度传感器通过温度采样电路连接到所述控制芯片中。

优选的，所述控制芯片采用TMS320F2812控制芯片，所述第一逆变模块由六个IGBT组成，所述第一驱动模块采用IR2110s芯片。

优选的，还包括转矩采样电路，其连接所述转矩传感器与所述控制芯片。

优选的，还包括位置信号采样电路，其连接所述转子位置传感器与所述控制芯片。

优选的，所述变频器为双馈变频器，所述电源电路连接一驱动电源。

优选的，所述第一齿轮和第二齿轮相互间隔设置，且处于同一平面内，所述第一离合器活动设置在第一齿轮与第二齿轮之间，所述第二离合器活动设置在第一齿轮与变速齿轮箱之间，所述第三离合器设置在第二齿轮与启动电机转子轴之间。

优选的，各个离合器的控制端与所述控制芯片连接。

优选的，所述双馈发电机的定子端依次通过整流模块与蓄电池连接，所述双馈发电机的定子端依次通过所述变压器和驱动电源与所述第一驱动模块连接。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下技术效果：

本实用新型设置有多种拖动模式，降低了拖动电机的启停次数，且拖动系统输出转速稳定，同时，将系统的剩余能量有效收集利用，降低了系统的能耗，拖动系统运行稳定可靠，且提升了拖动系统的控制效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本实用新型保护的是系统本身，主要保护硬件及硬件之间的连接关系。

如图1所示，本实用新型提供一种转速稳定输出的电机拖动控制系统，包括第一逆变模块、第一驱动模块、隔离模块，采样模块、三相异步电机、启动电机、双馈发电机以及联动装置。

其中，控制芯片10采用TMS320F2812控制芯片；第一驱动模块20的信号输入端通过第一光耦合器21与所述控制芯片10的第一输出端连接，以起到隔离保护的作用；第一逆变模块30的电源端与所述驱动模块20的电源输出端连接，所述第一逆变模块30的信号输入端通过第二光耦合器31与所述控制芯片10的第二输出端连接。控制芯片10由电源电路23供电。

三相异步电机40的电源输入端与所述第一逆变模块30的电源输出端连接，所述三相异步电机40转子轴上设置有第一齿轮11，所述第一齿轮11套设在所述三相异步电机40转子轴的延伸端上；第一齿轮11与三相异步电机转子轴同步转动，驱动电源22通过第一驱动模块、第一逆变模块为三相异步电机提供电能。

被拖动装置60的转动轴上套设有第二齿轮13，所述第一齿轮11与第二齿轮13通过一活动设置的第一离合器12啮合连接；双馈发电机70的转子轴的延伸端上设置有变速齿轮箱15，所述变速齿轮箱15的输入轴与第一齿轮11通过一活动设置的第二离合器14啮合连接，所述双馈发电机70的定子端通过变压器90与所述第一驱动模块20导电连接，所述双馈发电机70的转子端通过变频器72与所述第一驱动模块20导电连接。

启动电机61的转子轴通过第三离合器62与所述第二齿轮13啮合连接，所述双馈发电机70的定子端通过第二驱动模块73和第二逆变模块74与所述启动电机61连接。

具体的，本实施例中，所述变频器72为双馈变频器，所述电源电路23连接所述驱动电源，驱动电源为电源电路供电。所述第一齿轮11和第二齿轮13相互间隔设置，且处于同一平面内，所述第一离合器12活动设置在第一齿轮11与第二齿轮13之间，第一离合器12可以将第一齿轮11与第二齿轮13通过第一离合器啮合联动，所述第二离合器14活动设置在第一齿轮11与变速齿轮箱15之间，第二离合器可以将第一齿轮11与变速齿轮箱15啮合联动，所述第三离合器62设置在第二齿轮13与启动电机61转子轴之间，第三离合器62可以将第二齿轮13与启动电机61转子轴啮合联动。各个离合器的控制端与所述控制芯片10连接，离合动作受控制芯片的控制。

所述双馈发电机70的定子端依次通过整流模块71与蓄电池80连接，将双馈发电机定子端产生的电能储存在蓄电池中备用，通过变压器90和驱动电源与所述第一驱动模块连接，将双馈发电机定子端产生的电能反馈至驱动电源中，为三相异步电机所用。

当需要启动被拖动装置时，控制芯片控制第一驱动模块和第一逆变模块工作，控制驱动电源给三相异步电机励磁，控制第一离合器将第一齿轮和第二齿轮啮合联动，三相异步电机拖动被拖动装置运转，通过第一驱动模块来调整三相异步电机与被拖动装置的转速。当被拖动装置需要暂停时，控制第一离合器脱离第一齿轮与第二齿轮，同时，控制第二离合器啮合在第一齿轮与变速齿轮箱之间，联动三相异步电机和双馈发电机转子，同时驱动电源通过变频器给双馈发电机转子励磁，双馈发电机定子侧即可发出电量，通过整流模块整流后，储存在蓄电池中，另一路通过变压器连接到驱动电源中，为三相异步电机提供电能，通过第一驱动模块和变速齿轮箱来调整双馈发电机的转速，从而调整发电量。当转速超过双馈发电机同步转速后，双馈发电机转子产生电量，通过变频器反馈至驱动电源。

当被拖动装置需要重新启动时，则控制第二离合器脱离第一齿轮与变速齿轮箱，将双馈发电机的剩余转子发电量通过第二驱动模块和第二逆变模块为启动电机提供电能，带动启动电机转动，同时控制第三离合器啮合启动电机转子轴与第二齿轮，利用启动电机来启动被拖动装置，被拖动装置启动到一定转速后，控制第三离合器脱离第二齿轮与启动电机转子轴，控制第一离合器啮合第一齿轮与第二齿轮，用三相异步电机继续拖动被拖动装置，以此往复运行，从而避免三相异步电机频繁的启停而导致拖动系统的转动不稳定，同时也降低了系统能耗。用双馈发电机的剩余发电量来启动被拖动装置，有效降低了被拖动装置的能量消耗，避免三相异步电机与被拖动装置啮合后出现转速振荡、产生过电流等现象，提高了拖动系统的稳定性。

所述三相异步电机40上设置有若干温度传感器43，具体的，所述温度传感器采用红外温度传感器，每相定子绕组上对应设置有一温度传感器，所述温度传感器对准所述三相异步电机40的定子绕组，所述三相异步电机40的转子轴上设置有转矩传感器42和转子位置传感器41。

所述第一逆变模块由六个IGBT组成，所述第一驱动模块采用IR2110s芯片；所述隔离模块采用光耦隔离。

所述温度传感器通过温度采样电路53连接到所述控制芯片10中，用于采集三相异步电机定子绕组温度，以保护三相异步电机。

所述控制芯片10采用TMS320F2812控制芯片10，转矩采样电路51连接所述转矩传感器与所述控制芯片10，用于采集三相异步电机上的转矩信号。位置信号采样电路52连接所述转子位置传感器与所述控制芯片10，用于采集三相异步电机的转子位置信号。温度采样电路、转矩采样电路和位置信号采样电路监控三相异步电机的运行参数，便于控制三相异步电机的运行，同时避免三相异步电机运行异常而导致故障，从而提高了对三相异步电机以及整个拖动控制系统的控制效果。

由上所述，本实用新型设置有多种拖动模式，降低了拖动电机的启停次数，且拖动系统输出转速稳定，同时，将系统的剩余能量有效收集利用，降低了系统的能耗，拖动系统运行稳定可靠，且提升了拖动系统的控制效果。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种转速稳定输出的电机拖动控制系统，其特征在于，包括：

控制芯片，其与电源电路连接；

第一驱动模块，其信号输入端通过第一光耦合器与所述控制芯片的第一输出端连接；

第一逆变模块，其电源端与所述第一驱动模块的电源输出端连接，所述第一逆变模块的信号输入端通过第二光耦合器与所述控制芯片的第二输出端连接；

三相异步电机，其电源输入端与所述第一逆变模块的电源输出端连接，所述三相异步电机转子轴上设置有第一齿轮，所述第一齿轮套设在所述三相异步电机转子轴的延伸端上；

被拖动装置，其转动轴上套设有第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮通过一活动设置的第一离合器啮合连接；

双馈发电机，其转子轴的延伸端上设置有变速齿轮箱，所述变速齿轮箱的输入轴与第一齿轮通过一活动设置的第二离合器啮合连接，所述双馈发电机的定子端通过变压器与所述第一驱动模块导电连接，所述双馈发电机的转子端通过变频器与所述第一驱动模块导电连接；以及

启动电机，其转子轴通过第三离合器与所述第二齿轮啮合连接，所述双馈发电机的定子端通过第二驱动模块和第二逆变模块与所述启动电机连接。

2.如权利要求1所述的一种转速稳定输出的电机拖动控制系统，其特征在于，所述三相异步电机上设置有若干温度传感器，所述三相异步电机的转子轴上设置有转矩传感器和转子位置传感器。

3.如权利要求2所述的一种转速稳定输出的电机拖动控制系统，其特征在于，所述温度传感器采用红外温度传感器，所述温度传感器对准所述三相异步电机的定子绕组，所述温度传感器通过温度采样电路连接到所述控制芯片中。

4.如权利要求3所述的一种转速稳定输出的电机拖动控制系统，其特征在于，所述控制芯片采用TMS320F2812控制芯片，所述第一逆变模块由六个IGBT组成，所述第一驱动模块采用IR2110s芯片。

5.如权利要求4所述的一种转速稳定输出的电机拖动控制系统，其特征在于，还包括转矩采样电路，其连接所述转矩传感器与所述控制芯片。

6.如权利要求5所述的一种转速稳定输出的电机拖动控制系统，其特征在于，还包括位置信号采样电路，其连接所述转子位置传感器与所述控制芯片。

7.如权利要求6所述的一种转速稳定输出的电机拖动控制系统，其特征在于，所述变频器为双馈变频器，所述电源电路连接一驱动电源。

8.如权利要求7所述的一种转速稳定输出的电机拖动控制系统，其特征在于，所述第一齿轮和第二齿轮相互间隔设置，且处于同一平面内，所述第一离合器活动设置在第一齿轮与第二齿轮之间，所述第二离合器活动设置在第一齿轮与变速齿轮箱之间，所述第三离合器设置在第二齿轮与启动电机转子轴之间。

9.如权利要求8所述的一种转速稳定输出的电机拖动控制系统，其特征在于，各个离合器的控制端与所述控制芯片连接。

10.如权利要求9所述的一种转速稳定输出的电机拖动控制系统，其特征在于，所述双馈发电机的定子端依次通过整流模块与蓄电池连接，所述双馈发电机的定子端依次通过所述变压器和驱动电源与所述第一驱动模块连接。