无速度传感器的中压电动机转差率控制数字智能调速装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术为一种无速度传感器的中压电动机转差率控制数字智能调速装置，包括电动机软启动设备、转差率控制调速、转差功率回馈和可编程控制器，其特征在于：所述的转差率控制调速包括转子整流器、斩波器和数字信号处理器ＤＳＰ１，实施无速度传感器速度测量、电机速度电流双环控制与负载工艺外环控制；所述的转差功率回馈包括逆变器、滤波器和数字信号处理器ＤＳＰ２，实施回馈电路电压外环电流内环双环矢量控制；可编程控制器实施整体调速系统的程序控制、故障综合与处理。整体调速系统为两级管理模式。本实用新型专利技术特点是装置容量小于电动机容量，用低压器件控制中压电动机，具有电路简单、功能完善、操作方便等优点。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术公开一种无速度传感器的中压电动机转差率控制数字智能调速装置，是一 种供中压普通绕线异步电动机或内馈式绕线异步电动机使用的转子转差率控制数字智能调 速装置，属于中压(3千伏，6千伏，IO千伏)大容量电动机调速领域。
技术介绍
节能减排优化环境是实现我国国民经济持续稳定发展的重要任务，是目前社会的主旋 律。推广用电量最大的中压电动机调速节能是节能降排的重大举措之一。随着全民节能意 识的增强，性能优良、安全可靠、价格较低的中压交流电动机调速节能产品的需求量在迅速增加。目前，中压交流电动机高效调速装置主要有两种中压变频调速与串级调速。中压变频调速是在中压交流电动机的定子侧施加中压变频器电源，改变定子侧电压和频率来调节电动机转速。中压变频器容量通常为交流电动机容量的1.2 1.3倍。变换电压 高(6千伏，10千伏)，需要多功率单元串联，电源侧还需要一台多副绕组的大容量移相变 压器(容量为电动机容量的1.4 1.5倍)给各个功率单元供电。因此，系统结构复杂，装 置体积庞大，总体造价高。对于现场工艺要求电动机不能停车的使用场合，还必须增加旁 路设备，在中压变频器出现故障时，将电动机与中压变频器断开，再将电动机直接接入中 压电网(6千伏，10千伏)，直接起动电动机到全速，启动电流很大，电动机加速很快，不 仅对电网冲击大，生产工艺上也难于应对这种突加局面(如关风门)，致使生产受到影响。 在中压变频器修复后，还必须先将电动机从电网上断开，在电动机停车过程中，与中压变 频器接通，变频器必须试探性的测定电动机停车过程中的速度，给出与该速度相适应的频 率与电压，如果配合不好，会造成大电流冲击，甚至高压开关分闸使电动机停车，这样会 给生产带来巨大损失。串级调速是一种古老的调速方式，由于功率因数太差，外馈变压器体积大，逆变电路 在突发停电时出现颠覆，致使设备故障，因此很难推广。但这种调速方式，是在电动机转 子电路中控制转差率调速，转子电路电压低(一般在1000伏左右)，避开了高压引起的麻 烦；在调速范围不高时(风机水泵要求的调速范围都小)，装置容量通常只有电动机容量的 60% 70%左右；主电路简单，只有不控整流器、平波电抗器、晶闸管逆变器、外馈变压 器，因此造价低；又能实现无级调速。所以人们一直在探索改进这种调速方式。早在上世 纪80年代，出现内馈绕线电动机，取消了外馈变压器，减少了设备。90年代，又出现了 斩波串级调速。使用斩波(用晶闸管构成斩波电路)，将较低的转子整流电压(其值随转差率在变)升高到最大的固定直流逆变电压，使晶闸管逆变器的功率因数有一定提高(0.866)，但系统总体功率因数在电动机高速运行时仍低于电动机本身功率因数，随着转速降低，功率因数仍降到较低值(0.4 0.5)。晶闸管斩波电路工作频率低(600周)，线路复杂工作不 可靠。采用晶闸管逆变器，电流谐波也较大。同样存在着突发停电致使逆变颠覆问题。由 于采用斩波，原来采用整流桥电压当作实际速度构建速度闭环的方法，因为误差太大不能 再使用，所以，有些产品采用开环控制斩波占空比调速，调速性能自然很差；有些产品采 用外加简易脉冲测速的方法构建速度闭环，不仅安装麻烦，运行中还常出现脉冲丢失造成 速度失控问题。这些问题影响了斩波串调装置的进一步推广应用。
技术实现思路
本技术采用当前先进的电力电子器件与数字控制技术相结合的技术手段，解决了 现有技术中上述串级调速装置存在的问题，公开一种无速度传感器的中压电动机转差率控 制数字智能调速装置，它是一种无速度传感器测速、主电路构成简单、数字化程度高、安 全可靠、操作方便、性能优良、功能完善、功率因数高、人机界面友好、可实现远程控制 与管理的数字智能调速装置。本技术所述的无速度传感器中压电动机转差率控制数字智能调速装置包括电动机 M、软启动RQD设备、转子转差率控制调速SKT部分，转差功率回馈SGH部分及可编 程控制器PLC组成。各部分功能明晰、完善，相互通信协调，整体由PLC统一管理。其 中，转子转差率控制调速SKT电路包括转子整流器ZR、斩波器CH、数字信号处理器 DSP1， DSP1硬件电路采用电流霍尔元件检测电动机转子电流Ir，用于计算电动机启动过 程与全速运转中的速度，检测转子整流电流Ic用于电流环的电流反馈，采用电压霍尔元件 检测直流逆变电压Uc与外加斩波电感电压用于计算电动机调速过程中的实际速度， 该速度用于速度环的速度反馈，DSP1还采集工艺量的值用于工艺环的工艺反馈，通过编制 DSP1程序构建工艺环、速度环、电流环实现转差率控制与电动机速度调节，同时将交流转 差功率转换为直流电功率，送入电容器存储；转差功率回馈SGH电路包括逆变器INV、 滤波器LCL与数字信号处理器DSP2， DSP2采用电压霍尔元件检测直流逆变电压Uc， 采用隔离降压变压器检测交流电源电压(e。，^A)，用于计算电源电势矢量E，采用电流 霍尔元件检测逆变器INV电流(Ht)，用于计算逆变器INV电流矢量I，通过编制 DSP2程序实施回馈电路的电压外环电流内环双环矢量控制SVPWM，送出逆变器INV的 脉宽调制PWM控制脉冲，控制逆变器运行，将能量回馈电网，回馈电流是正弦波；通过 设定容性无功电流值的改变，如随着转速降低增加容性无功电流值，将有效的提高系统整体功率因数。滤波器LCL滤去高频谐波，使注入电网的电流无谐波。PLC实施整体调速 系统的程序控制，故障综合与处理，保证系统正常运行。本系统采用两级控制与管理方式。 其控制步骤如下1、 控制电源送电后，DSP1与DSP2自检并初始化，PLC巡检整体调速系统状态。 在第1次起动电动机之前，需要在触摸屏上输入电动机参数与工艺要求参数。之后，首先 判别是否存在与软启动电路相关的报警与故障，若存在，PLC在触摸屏上送出禁止合闸信号并显示出报警与故障类别，若无报警与故障，PLC送出允许电动机启动信号；然后再判别转差率控制调速SKT部分与转差功率回馈SGH部分是否存在报警与故障，若存在， PLC在触摸屏上送出禁止调速信号并显示出报警与故障类别，若无报警与故障，送出允许 调速信号。在触摸屏上显示信息的同时，也告知远方集散型控制系统DCS中控室。2、 在触摸屏上或在远方DCS中控室按下合闸按钮，PLC控制电动机启动；DSP1 检测电动机运转速度，如果系统允许进调速，则在电动机速度等于或大于设定速度时转入 调速运转；如果系统不允许进调速，或者触摸屏上设定直接启动到全速，则在启动到接近 全速时转入全速运转；在电动机启动过程中，转差功率回馈SGH调节系统被使能，双环 矢量控制投入工作，为回馈能量做好准备。3、 启动过程中进入调速，或在全速时在触摸屏上或在远方DCS中控室按下调速按钮 进入调速，DSP1调速系统立即被使能，速度电流双环调速系统进入正常工作，经历过渡过 程之后，电动机稳定在设定速度下运转。调速系统工作过程中，回馈的转差能量由转差功 率回馈系统回馈电网。如果需要，可以通过手动/自动转换开关转入工艺闭环(压力，流 量等)工作。4、 PLC巡检所述转差率控制调速SKT系统与转差功率回馈SGH系统，在触摸屏 上显示电动机运行速度、转子整流电流、转子整流电压、直流逆变电压、逆变电路有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无速度传感器的中压电动机转差率控制数字智能调速装置，包括电动机软启动设备、转差率控制调速部分、转差功率回馈部分与可编程控制器，其特征在于：所述的转差率控制调速部分包括转子整流器、斩波器与数字信号处理器（ＤＳＰ１），实施无速度传感器速度测量、电动机速度外环电流内环双环控制与负载工艺外环控制，同时将交流转差功率转换为直流电功率，送入电容器存储；所述的转差功率回馈部分包括逆变器、滤波器与数字信号处理器（ＤＳＰ２），实施回馈电路的电压外环电流内环双环矢量控制，将转差功率回馈电网；可编程控制器实施整体调速系统的程序控制、故障综合与处理；整体调速系统为两级控制模式。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张振武，
申请(专利权)人：上海普电节能科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]