[发明专利]可以回收能量的数控电力拖动装置

说明书

本发明涉及一种全数控电力拖动装置，特别涉及一种在其运动的逆过程中可以回收能量的数控电力拖动装置，属于电动机及其拖动控制技术领域。

现有的电动机，主要分为感应电动机和励磁电动机两大类。前者工作原理简单、制造方便，被广泛应用在工业生产的各个行业中。后者结构复杂、维护量大，虽然可以适当调节其运转工况，但控制精度低，负载特性软。两者都不可直接采用数字控制。为此，申请人研制了一种结构原理简单、有较高效率，又可直接采用数字控制，特别适合各种变工况场合使用的全数控电力拖动装置（专利申请号CN92100001.4）。该装置可以对拖动对象的速度、加速度、方向、扭矩、行程等五个运动参数进行实时数控，可以用作各种机械的动力源。但是，在一些与起重有关的装置中，在它的工作过程中，有些时候装置从电流中获取能量做功（即：吊起重物）的同时，其所输入的能量有相当一部分以势能的方式被贮存到装置的机械运动部件中去了，这个过程可以称为储能过程;而在其逆过程（即卸下重物）中，这一部分储存的能量并没有得到很好地合理有效应用，常常白白消耗掉了。在传统常规装置中，通常是利用一套制动系统装置，利用机械摩擦方法把储存的势能转换成热能，再通过空气热交换，把这部分能量从装置中消耗出去。这种传统方法，从节能观点来看极不合理，而且制动装置工作条件恶劣，极易磨损，维护工作量大。

本发明的目的是在原来发明的基础上加以改进而设计一种可以回收能量的数控电力拖动装置。

本发明的结构如附图1所示，它包括有由定子1、定子线圈2、转子3、转子支承4组成的电机装置和数字控制装置，其特征在于：在转子3的外缘有用稀土永磁材料制成的磁极5，在磁极5的外围包有护环6，在定子线圈2外接有可变频逆变电源7，该逆变电源7还通过一个大功率电力电子开关组件9和滤波电容器组10与直流负载11相接，有对可变频逆变电源7，电力电子开关组件9进行控制的，并可以和其他设备共有的可编程控制器8。

附图2表明了电机部分的剖视结构原理图。

本发明由定子1、定子线圈2、转子3和转子支承4组成了电能与机械能的动力转换装置，它的作用原理与同步电机是相同的：由于转子外缘固装有稀土永磁材料制成的磁极5，使转子3成为永磁转子。当在定子线圈2中馈入交变电流时，此电流会产生一个旋转磁场，该旋转磁场与转子的永磁场相互作用，从而带动转子3旋转，产生输出扭矩。转子的旋转速度与交变电流产生的旋转速度是相同的。本发明使用可变频逆变电源7给定子线圈2馈电，可变频逆变电源7把普通工频交流电或直流电变成频率和相位都可变的交流电输出，它不仅可以被控改变输出电流的频率和相位关系，还可被控改变输出电流的大小。通过控制改变可变频逆变电源7的输出电流频率和相位，就可控制转子3的转动速度、加速度和转动方向，通过控制改变可变频逆变电源7的输出电流大小，可以调节转子3的输出扭矩，还可通过可编程控制器8对其所控的可变频逆变电源7的输出电流，频率进行积分，实现对行程的控制。总之，可以通过数字控制的方法，籍助可编程控制器8对本发明的输出转速、加速度、运动方向、扭矩和行程都实现精确的实时控制。当本发明用于起重机械时，在其举起重物的工作行程中，本发明可如上述利用可编程控制器根据当时的工况和输出要求，对可变频逆变电源发出控制信号，对转速、加速度、运动方向、扭矩和行程进行控制;而在卸下重物负载的逆过程中，也就是装置释放势能的过程中，会有一部分势能转换成机械能并通过电机转换成三相交流电。换言之，在逆过程中，由定子、定子线圈、转子和转子支承构成的机械能与电能转换装置，是处于典型的同步发电机状态工作中，因而在其电源线中会有三相交流电输出。此三相交流电进入可调频逆变电源7中，由其内部的三相全波整流桥组件整流转换成直流电，再经一个大功率电力电子开关组件9和滤波电容器组10，就可馈送到一个直流耗能负载11上去输出作功，该直流负载可以根据具体情况确定之。大功率电力电子开关组件9的作用是：本发明在工作过程中它处于截止状态，使得其后的装置都处在关断状态，不影响本发明正常工作;只有逆向过程中，它才处于导通状态，使得电机部分产生的交流电才能够向辅助的直流负载馈电。电机产生的三相交流电被转换成直流电之后，也可以由可调频逆变电源7内部的与三相交流电网同步的直流-交流逆变器再逆变成三相交流电，馈送回供电电网。这些过程都是由可编程控制器8发出相应指令来协调、均衡和控制相关装置动作而完成的。而可编程控制器8的控制策略和要求可以预存在它的存储器中，也可以使用其他上层控制计算机通过串行通讯接口给可编程控制器8输入符合设计要求的各种数字指令，再由可编程控制器8根据工况要求，对可变频逆变电源7，电力电子开关组件9给出相应控制信号，来完成全数控的可回收能量的电力拖动装置的操作运行。