[发明专利]一种全范围调速的机电一体化行星调速装置

说明书

本发明涉及调速领域，具体为一种全范围调速的机电一体化行星调速装置，包括太阳轮、行星轮、内齿圈、行星架、多个平行轴齿轮、同步自动离合器、调速电机、四象限变频器、两象限变频器、多个开关等，太阳轮、行星轮、内齿圈、行星架按照行星齿轮箱方式连接，内齿圈的输入轴通过两级平行轴齿轮与同步自动离合器的输出轴连接，行星架通过两级平行轴齿轮与变频电机连接，其中的惰轮与离合器输入轴连接；四象限变频器驱动调速电机，两象限变频器和旁路开关驱动主驱电机。本发明可以实现0～100%范围调速。

技术领域

本发明涉及调速领域，具体为一种全范围调速的机电一体化行星调速装置，适用于工业调速驱动领域，如电站锅炉给水泵、石油石化及天然气行业压缩机设备的驱动等。

背景技术

大功率调速设备的驱动一般采用小汽轮机、液力偶合器、变频器的方式调速，但不同程度存在效率或可靠性问题，因此研发一种高效率高可靠性的大功率调速设备意义重大，把差速行星齿轮箱和变频器相结合实施机电一体化是一个重要的方向，德国福伊特公司于2020年在华润广州南海电厂投运了全球首例两套机电一体化调速装置，功率为5MW，用于锅炉给水泵调速，山西漳电大唐塔山发电有限公司与中船重工七〇三所联合研发的国产首台套10MW机电一体化调速装置与2021年1月投运，也用于锅炉给水泵调速，其均是基于公知的行星差速原理和变频调速原理，各自提出了不同的具体技术方案。本发明也基于公知的行星差速原理和变频调速原理提出一种有别于上述两种方案的机电一体化调速装置。以电力行业为例，火电厂今后要承担日益繁重的调峰任务，调峰深度不断增加，给水泵也需要运行到更低转速和更低出力，目前公开的两种机电一体化行星调速装置在兼顾了效率和可靠性问题以后，但面临转速调节范围的制约，不利于发电机组的深度调峰。

发明内容

本发明提供了一种全范围调速的机电一体化行星调速装置，可以实现0～100%范围调速。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种全范围调速的机电一体化行星调速装置，包括主驱电机、主驱端齿轮、差速行星机构（太阳轮、行星轮、内齿圈、行星架按照行星齿轮箱方式连接）、调速端惰轮、调速端齿轮、同步自动离合器、离合器输出端齿轮、离合器输出端惰轮、调速电机、四象限变频器、两象限变频器、旁路开关、厂用电系统、调速电机开关和主驱电机开关，差速行星机构的内齿圈输入轴连接主驱端齿轮，主驱端齿轮通过离合器输出端惰轮与离合器输出端齿轮连接，离合器输出端齿轮与同步自动离合器的输出轴连接，主驱电机连接主驱端齿轮，差速行星机构的行星架连接调速端惰轮，调速端惰轮和调速端齿轮啮合，调速端齿轮和调速电机连接，调速端惰轮与同步自动离合器的输入轴连接，四象限变频器一端连接厂用电系统，另一端通过调速电机开关连接调速电机，两象限变频器一端连接厂用电系统，另一端通过主驱电机开关连接主驱电机，主驱电机还通过旁路开关直接连接厂用电系统。

上述方案中差速行星机构的太阳轮连接被驱动设备。

工作原理：当调速装置启动时，两象限变频器驱动主驱电机进行变频调速启动，主驱电机带动内齿圈升速，从而带动太阳轮和行星架升速，升速过程中太阳轮受到被驱动设备的阻力矩，行星架升速会带动与之啮合的两级齿轮升速，由于调速电机此时不带电，为被动空转状态，与之相连的两级齿轮会持续升速，直到与惰轮连接的同步自动离合器接合，此时功率输入和功率调节完全依靠两象限变频器驱动主驱电机在变频方式下完成，继续提高两象限变频器输出频率和功率，当变频器输出频率达到50Hz时，变频器锁频锁相，旁路开关合闸，变频器退出运行，此时空转的调速电机达到最高转速，被驱设备达到调速工作范围的最低转速。启动四象限变频器，逐步提高输出频率至当前变频电机转速对应频率，将输出电压调至较低电压，以保证电机回路接通瞬间激磁时，合闸电流不超变频器额定电流，然后逐步提高电压至调速电机额定电压，完成装置模式切换，逐渐降低四象限变频器输出频率，随着调速电机转速降低，同步自动离合器脱开，太阳轮转速升高，带动被驱动设备机械升速。