CN2291747Y - 可控硅编码及变频电源电控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于交流绕线电机调整装置,适用于重物提升、起重、运输及需要调速运行的设备。设有可控硅二进制编码分级控制电路的转子控制系统,只用少量可控硅开关能够完成多级起动,起动平稳、减少电气和机械冲击;设有6相变频信号发生器的交变频电源定子控制系统,能够完成发电制动、调频、调幅,用一台微机,就可控制设备运行中起动和爬行的调速要求,应用前景广阔。

Description

可控硅编码及变频电源电控装置

本实用新型属于交流绕线电机调速装置，适用于重物提升、起重、运输及需要调速运行的设备，解决了设备运行中起动和爬行的调速，使设备运行平稳、安全可靠。

现有技术，公开CN2089673U微机控制可控硅无环流交——交低频电源装置，其主要不足之处：1)设备复杂，它为了达到爬行时能够发电制动，单独增设一套动力制动电源，需要两台高压换向器等；2)只能满足低速0.3m/s验绳和0.5m/s爬行，这对大型矿井钢绳软罐道情况下，爬行时间太长，影响产量、耗电多等缺点。

又公开CN87207627U可控硅分级调速装置，其主要不足之处：1)采用可控硅开关串接转子电阻，均无编码，其可控硅SCR的数量随启动级数增加而增加，不能用少量可控硅SCR完成多级启动；2)电机转子V型接线，三相不平衡，影响转矩和转速，不能适于大型设备调速要求。

本实用新型发明目的，为了克服现有技术不足之处，设计一种设备、线路简单，运行安全可靠，耗电少，一机能够解决设备运行中启动和爬行的调速，使它成为一机两用的多级电控调速装置。

本实用新型采用如下技术方案实现的。下面结合附图说明如下：

图1为本实用新型工作原理连接图；

图2为本实用新型方框图；

图3为本实用新型交交变频电源定子控制系统方框图；

图4为本实用新型变频信号发生器方框图；

图5为本实用新型变频信号发生器连接图；

图6为本实用新型可控硅二进制编码切换回路方框图；

图7为本实用新型可控硅二进制编码实施例——四组可控硅实现15级启动电路图；

图8为本实用新型运行速度示意图。

图8符号说明：

a——加速度(m/s)：a₁——初始加速度，a₂——主加速度，a₃——减速度。

s——运行路程(m)：s₁——初加速段距离，s₂——主加速段距离，s₃——减速段距离，s₄——初爬段距离，s₅——爬行段距离。

t——运行时间(s)：t₁——初加速时间，t₂——主加速时间，t₃——减速时间，t₄——初爬时间，t₅——爬行时间。

附图编号说明：

微机(1)、速度调节机构(2)、可控硅交交变频电源(3)、电机定子控制回路(4)、可控硅二进制编码切换回路(5)、可控硅二进制编码分级转子控制回路(6)、测速发电机(7)、主电机(8)、被控设备(9)、速度信号比较器(10)、电流调节器(11)、6相变频信号发生器(12)、触发器(13)、可控硅交交变频主回路(14)、电源传感器(15)、正、反相序调整器(16)、爬行频率调整器(17)、伺服电机SD(18)、变频信号发电机DPF(19)。

本实用新型电控装置如图1、2所示。主要包括微机(1)、速度调节机构(2)、交交变频电源(3)、电机定子控制回路(4)及电机转子控制回路，构成交交变频电源定子控制系统如图3，及转子控制系统见图1。

本电控装置主要技术特征：

1、交交变频电源定子控制系统的交交变频电源(3)，见图1、3、4、5所示，设有6相变频信号发生器(12)，经可控硅交交变频主回路(14)输出三相低频电源。

2、转子控制系统如图1、6、7所示，设有可控硅二进制编码切换回路(5)及可控硅二进制编码分级转子控制回路(6)，可控硅二进制编码分级转子控制回路(6)接在主电机(8)转子的短路开关KD上。

下面对上述主要技术特征作具体说明如下：

1、交交变频电源器(3)的6相变频信号发生器(12)如图3、4、5所示。采用伺服电机SD(18)拖动6相有0线变频信号发电机DPF(19)转动。伺服电机SD(18)一端设有正、反相序调整器(16)，另一端设有爬行频率调节器(17)。

正、反相序调整器(16)如图5所示。主要由线圈L，正、反相序继电器SZJ、SFJ及爬行速度调整电位器Rt₁、Rt₂组成。其连接关系是：Rt₁、Rt₂串联后，并联在线圈L两端，Rt₁、Rt₂的调节点分别接SZJ、SFJ一端，Rt₁、Rt₂串联点①接伺服电机SD(18)的一端。

爬行频率调整器(17)如图5所示。由验绳继电器YSJ与验绳速度调整电位器RtY并联及初爬行继电器KPJ与初爬行调整电位器RtK并联，再将上述二者串联组成，②点接伺服电机SD(18)一端，爬行频率调整器(17)的另一端分别接正、反相序调整器(16)的SZJ、SFJ接点。

2、转子控制系统的可控硅二进制编码切换回路(5)如图6所示及可控硅二进制编码分级转子控制回路(6)如图1、7所示。图7为本电控装置可控硅二进制编码实施例——四组可控硅实现15级起动电路图。

从图1、6所示，微机(1)由I/O接口输出控制信号，经D/A数模转换、光电隔离、稳压功放，由触发器输出至可控硅二进制编码分级转子控制回路(6)的K₁、K₂、……K_M、K_D各组的可控硅触发极。各组可控硅K₁、K₂、……K_M、K_D按二进制编码开通或关断，达到切除或接入各组电阻R，实现少量可控硅完成多级起动。下面结合图7实施例详细说明如下：

二进制字长为N，能够表示2^N-1个不同信息，例如N＝4，信息量K＝2⁴-1＝15，也就是说，只用四组可控硅能够完成15级起动，起动平稳，减少电气及机械冲击。图1、7中K为可控硅开关，规定K关断时接入电阻R，编码为1；K开通时切除R，编码为0。原始状态，电机静止，所有可控硅关断，全部电阻R接入电机转子回路，阻值最大，起动级为0，可控硅编码1111。第1级起动，K₄开通，切除第4组R，可控硅编码111₀；第2级起动，K₃开通，切除第3组R，可控编码1101；依此类推，第14级起动，K₁、K₂、K₃均开通，1组、2组、3组R都切除，只有K₄关断，第4组R仍接入，可控硅编码0001，此时R阻值最小，电机接近额定转速。K₀为短路开关，开通后切除四组全部R，电机起动完了，以自然特性达到额定转速，相应以最大速度Vm等速运行。

电机转子回路外接各级电阻的计算原则不变，各级电阻阻值成等比级数关系，设公比为q，各级电阻表达式：

R₁＝R₂q＝R₃q²＝…＝R₀qⁿ    (1)或 $q=n\sqrt{R_1/R_0}---\left(2\right)$ 式中，R₀为电机自然电阻，n为正式起动级数。各级电阻阻值的计算方法：主要是选择基准电阻R_J，各级电阻R_i表示式：R_i＝R₀+KR_J                     (3)式中：R₀为电机自然电阻；K为整数，相应于起动级数；R_J为基准电阻。从式(3)可知，R_J愈小和起动级数愈多，R_i愈精确。但需要较多的可控硅，成本高，线路复杂。根据运行经验，四组可控硅完成15级起动特性已足够用。R_J合理表达式：

R_J≥(R₁-R₀)/(2^N-1)    (4)

原始状态，电机静止，起动前转子回路阻值R最大，起动后逐级切除电阻R，电机逐渐加速，最后K_D短路转子回路，电机起动完了，进入等速运行。

四组可控硅完成15级起动特性为例，由式(3)，各级电阻阻值如下：

起动级n	各级电阻(Ω)Ri＝R0+KRJ
		原始012****1314	R1＝R0+15RJR2＝R0+14RJR3＝R0+13RJ····R14＝K0+2RJR15＝R0+1RJ

下面以矿井被控设备(9)——提升机为例，简述工作过程及原理：

1、工作过程(见图1、8所示)：

外围联锁(辅助电源、安全回路、开车信号……等)解除后，操作指令由司机手动或自动开车，微机(1)控制主电机定子控制回路(4)的KLC、2C或FC，接通主电机(8)电源。

根据操作指令，微机(1)通过可控硅二进制编码切换回路(5)，切换可控硅二进制编码分级转子控制回路(6)的各组电阻R，被控设备(9)——提升机进入图(8)中起动加速阶段。

提升机提升重物多少和加速快慢，反馈于主电机(8)定子电流I₁的大小，微机(1)判定其偏差，使可控硅二进制编码分级转子控制回路(6)按设定要求进行，起动加速完了，提升机进入图8所示的等速阶段，以最大速度Vm稳定运行。

等速终了，进入减速爬行阶段见图8所示。此时可能有三种情况：1)实际速度Vs与给定速度Vg相同，即Vs＝Vg；2)Vs＞Vg；3)Vs＜Vg。这三种运行情况，由测速发电机(7)测速反馈于微机(1)和可控硅交交变频主回路(14)的电源电流I_D反馈于速度信号比较器(10)见图3所示。微机(1)根据测速发电机(7)的测速反馈信号和主电机(8)定子电流I₁，微机(1)向交交变频电源(3)发出指令，控制交交变频电源(3)工作方式：发电制动或调频、调幅。使交交变频电源(3)的输出满足设定减速度和不同爬行速度的要求。紧急情况时，司机脚踏，直接起动交交变频电源(3)。

2、工作原理：本电控装置主电机(8)转子控制系统的可控硅二进制编码切换回路(5)及可控硅二进制编码分级转子控制回路(6)的工作原理，已在上述图7实施例作了说明(在此省略)。下面结合图1、3、4、5说明交交变频电源定子控制系统中的交交变频电源(3)的工作原理。

提升机进入减速爬行时(见图3、4、5所示)，微机(1)发出爬行指令，速度信号比较器(10)，将速度给定与测速发电机(7)的信号及经电流传感器(15)的电源电流I_D进行综合比较，经电流调节器(11)调节6相变频信号发生器(12)的变频信号发电机DPF(19)的励磁电流Im大小，从而达到调节变频信号发电机DPF(19)输出电压幅值，即调幅，以满足闭环调节之要求。

微机(1)控制6相变频信号发生器(12)的正、反相序调整器(16)和爬行频率调整器(17)，控制伺服电机SD(18)拖动DPF(19)的转速，从而实现改变变频信号发电机DPF(19)转速即调频。如图5所示，接通SZJ则发出正相序低频信号，接通SFJ则发出反相序低频信号。这样可以减少两台高压换向器。调整Rt₁(Rt₂)，则可以根据提升机的参数整定好爬行频率；断开YSJ则可整定验绳频率；接通KPJ则可整定好初爬行频率，同时以满足调频时相应调压(幅值)的要求。变频信号发电机DPF(19)由伺服电机SD(18)拖动，使变频信号发电机DPF(19)转动发电输出信号，经触发器(13)触发可控硅交交变频主回路(14)，输出三相2～5赫芝低频电源，实现发电制动及满足主电机(8)爬行运行中不同速度要求。所以本装置的变频信号电源(3)，具有发电制动或调频、调幅的功能。

本实用新型主要优点：

1、电机转子控制回路由于采用可控硅二进制编码切换回路(5)及可控硅二进制编码分级控制回路(6)，它只用少量可控硅开关完成多级起动。如图7实施例，只用四组可控硅能够完成15级起动，起动平稳，减少电气及机械冲击。另外可控硅二进制编码分级控制回路(6)接在主电机(8)转子的短路开关KD上，使主电机(8)转子三相平衡，不影响转子的转矩和转速，能够满足大型设备调速需要。

2、电机定子控制回路(4)的交交变频电源(3)，采用6相变频信号发生器(12)，能够发电制动、调频、调幅，能够满足设定减速度和不同爬行速度的要求。设备简单不需要增设一套动力制动电源和两台高压换向器，从而节省投资，耗电少。

3、交交变频电源器(3)设计了三种低频频率，能够满足验绳速度0.3m/s、爬行速度0.5m/s的设计规范要求，并且针对钢绳软罐道井筒爬行时间过长、影响提升效率的问题，增设了初爬速度1m/s的功能，从而提高效率。例如9.7m高箕斗，需要爬行11m，采用本装置初爬10m，未爬1m，只用12s时间。而用背景技术则需要22s时间。这样每提升1箕斗，可节省时间10s，提高工作效率。

4、采用一台微机(1)，控制主电机(8)的转子和定子的调速，使本装置一机能够完成被控设备(9)运行过程中，起动和爬行时调速的双重功能。

Claims (5)

1、可控硅编码及变频电源电控装置，主要包括微机(1)、速度调节机构(2)、交交变频电源(3)、电机定子控制回路(4)及电机转子控制回路，构成交交变频电源电机定子控制系统及电机转子控制系统，其特征在于：

1)交交变频电源电机定子控制系统的交交变频电源(3)，设有6相变频信号发生器(12)，由交交变频主回路(14)输出三相低频电源；

2)电机转子控制系统，设有可控硅二进制编码切换回路(5)及可控硅二进制编码分级转子控制回路(6)，可控硅二进制编码分级转子控制回路(6)接在主电机(8)转子的短路开关KD上。

2、根据权利要求1所述的电控装置，其特征在于：交交变频电源(3)的6相变频信号发生器(12)，采用伺服电机SD(18)拖动6相有0线变频信号发电机DPF(19)转动。

3、根据权利要求1或2所述的电控装置，其特征在于：伺服电机SD(18)一端设有正、反相序调整器(16)，另一端设有爬行频率调节器(17)。

4、根据权利要求3所述的电控装置，其特征在于：正、反相序调整器(16)，主要由线圈L，正、反相序继电器SZJ、SFJ及爬行速度调整电位器Rt₁、Rt₂组成，Rt₁、Rt₂串联后，并联在线圈L两端，Rt₁、Rt₂的调节点分别接SZJ、SFJ一端，Rt₁、Rt₂串联点①接伺服电机SD(18)的一端。

5、根据权利要求3所述的电控装置，其特征在于：爬行频率调整器(17)由验绳继电器YSJ与验绳速度调整电位器RtY并联及初爬行继电器KPJ与初爬行调整电位器RtK并联，再将上述二者串联组成，②点接伺服电机SD(18)一端，爬行频率调整器(17)的另一端分别接正、反相序调整器(16)的SZJ、SFJ接点。

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