基于雙PWM變頻式雙饋電機的升降機構制造技術

本實用新型專利技術屬于升降機控制技術領域，特別涉及一種基于雙PWM變頻式雙饋電機的升降機構。雙饋電機的定子繞組通過電機定子側三相端子與三相的工頻交流電源連接，雙饋電機的轉子繞組通過電機轉子側三相端子與雙PWM變頻器連接后，再與工頻交流電源連接；雙饋電機的輸出端通過測速器與齒輪減速器連接，再通過齒輪減速器與升降機構連接。能量可由電網經雙PWM變頻器流入雙饋電機轉子，亦可由雙饋電機轉子經雙PWM變頻器回饋電網。雙饋電機定、轉子繞組與電網之間均有能量可雙向流動的通道，將升降機構減速時的動能、下降時的重力勢能轉化而來的電能回饋電網，實現節能效果。經仿真和實驗驗證，節能效益可達到28.8%。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

基于雙PWM變頻式雙饋電機的升降機構
本技術屬于升降機控制
，特別涉及一種基于雙PWM變頻式雙饋電機的升降機構，適用于升降式電梯、礦井提升機領域。
技術介紹
目前，絕大多數升降式電梯、礦井提升機均采用變壓變頻(VVVF)調速技術，即由二極管等不可控整流器件對交流電源進行整流，經過中間電容的濾波穩壓，最后通過PWM控制逆變器輸出電壓頻率可變的交流電給電梯曳引機，從而控制電梯運行，是一種單PWM控制方式。這導致在制動、下降等狀態下，由電梯的動能和重力勢能轉化的電能只能消耗在電機電阻和外接耗能電阻上以熱能形式散失，造成能源浪費，且因此而引入的降溫設備又將帶來附加能耗。此外，精確變頻調速須保證定子感應電動勢與頻率比值相同，但在實際中定子感應電動勢難以獲得，通常以定子電壓代替，由此使得轉矩特性變軟，速度控制性能變差。已有的改進方案有:1.在變頻器穩壓電容處并聯另一逆變器，在電機處于發電狀態時通過此逆變器將能量經定子繞組回饋電網；2.將雙PWM變頻器接于電機轉子繞組，定子繞組短接，電機處于發電狀態時可直接從轉子繞組將能量回饋電網。
技術實現思路
為克服現有技術設備及節能方案的不足，本技術提供一種基于雙PWM變頻式雙饋電機的升降機構。該機構不僅能實現能量的雙向流動，而且能實現轉矩的直接控制，并改善定子側功率因數。本技術采用的技術方案為:雙饋電機的定子繞組通過電機定子側三相端子與三相的工頻交流電源連接，雙饋電機的轉子繞組通過電機轉子側三相端子與雙PWM變頻器連接后，再與工頻交流電源連接；雙PWM變頻器輸出幅值連續可調的電壓接于雙饋電機的轉子端，與定子端電壓共同作用形成旋轉磁場，通過直接轉矩控制實現雙饋電機四象限運行，從而調節其轉速。雙饋電機的輸出端通過測速器與齒輪減速器連接，再通過齒輪減速器與升降機構連接。所述雙PWM變頻器的結構為:第二濾波器與轉子側變流器串聯后，經滑環與具有雙PWM變頻器的矢量控制模塊的一側連接，矢量控制模塊的另一側經滑環與電網側變流器連接，再與第一濾波器串聯；電網側變流器和轉子側變流器之間并聯均壓電容。所述電網側變流器和轉子側變流器均采用IGBT三相橋結構形式。通過改變IGBT三相橋的觸發脈沖，使雙饋電機正轉、反轉的不同運行狀態下工作在整流或逆變狀態。所述雙饋電機轉速滿足以下關系:轉速的折合頻率等于定子電流頻率與轉子電流頻率之差。定子電流頻率為50HZ，轉子電流頻率可通過雙PWM變頻器改變，以適應調速需求。 所述雙饋電機定、轉子均外接三相電源，為能量提供雙向流動通道，從而將電梯減速時的動能、下降時的重力勢能回饋電網。本技術的有益效果是:雙饋電機定子、轉子繞組均可實現能量由電網流向電機或由電機流向電網的雙向流動；電機在正、反轉狀態加速、勻速、減速時分別具有不同能量流動方向，將原來耗散在電阻上的由電梯動能、重力勢能轉化而來的電能回饋給電網，經仿真和實驗驗證，節能效益可達28.8% ;通過直接改變轉子電壓調節電機轉速，進行直接轉矩控制，縮短電機動態響應時間，實現電機轉速精確調節；可調節定子側無功功率，改善功率因數。附圖說明圖1是本技術的整體結構圖。圖2是本技術的矢量控制圖。圖中標號:1-工頻交流電源；2_第一濾波器；3_電網側變流器；4_矢量控制模塊；5_均圧電容；6.轉子側變流器；7_第二濾波器；8_補償鏈；9-轎廂；10_配重；11_滑輪；12-齒輪減速器；13_測速器；14_雙饋電機；15_電機定子側三相端子；16_電機轉子側三相端子。具體實施方式本技術提供了一種基于雙PWM變頻式雙饋電機的升降機構，以下結合附圖和具體實施方式對本技術做進一步說明。如圖1所示:雙饋電機14的定子繞組通過電機定子側三相端子15與三相的工頻交流電源I連接，雙饋電機14的轉子繞組通過電機轉子側三相端子16與雙PWM變頻器連接后，再與工頻交流電源I連接。雙PWM變頻器的結構為:第二濾波器7與轉子側變流器6串聯后，經滑環與具有雙PWM變頻器的矢量控制模塊4的一側連接，矢量控制模塊4的另一側經滑環與電網側變流器3連接，再與第一濾波器2串聯；電網側變流器3和轉子側變流器6之間并聯均壓電容5 ;其中，電網側變流器3和轉子側變流器6均采用IGBT三相橋結構形式。雙饋電機14的輸出端通過測速器13與齒輪減速器12連接，再通過齒輪減速器12與升降機構的滑輪11連接，纜繩掛于滑輪11上，帶動轎廂9、配重10及補償鏈8運動。雙PWM變頻器可生成觸發脈沖，通過觸發脈沖控制12個IGBT導通或關斷，使兩組三相橋可分別工作于整流或逆變狀態，在轉子側變流器端口輸出三相幅值、頻率可調的電壓，從而調節電機轉速。第一濾波器2和第二濾波器7可過濾PWM波中的高頻諧波，降低電機噪音，減少對電網的諧波污染。測速器13測量電機實際轉速并轉化為電信號輸送至矢量控制模塊4，經矢量控制算法生成PWM參考波的頻率，進而改變輸出電壓的頻率f2，適應調速要求。在圖2所示矢量控制模塊4中，包含了生成IGBT觸發脈沖的矢量控制算法及脈沖生成模塊。雙饋電機可以實現有功、無功功率的調節，按照發電機的轉速功率輸出曲線，給定不同的電機轉速情況下的功率輸出目標。有功功率決定于轉子側勵磁電流q軸分量大小，無功功率決定于轉子側勵磁電流d軸分量大小，經過控制算法，給定轉子側勵磁電流、電壓的d、q軸分量,經過旋轉坐標系變換后,變換為精制坐標系下的a、b、c分量,再通過PWM輸出滿足要求的IGBT觸發脈沖，控制轉子側和電網側的變流器運行狀態，具體控制框圖如圖2所示。當轉子側變流器6輸出電壓U2=UN/n (UN為雙饋電機額定電壓，η為其變比)，頻率為50Hz時，雙饋電機轉軸上定轉子磁場所施加轉矩平衡，電機不轉。電機正轉以帶動電梯上升時，應減小U2，使轉子磁場施加于電機轉軸的轉矩減小，同時通過矢量控制算法將測速器所給的轉速信號，自動生成所需轉子電壓頻率，通過PWM調制改變實際頻率，使電機穩定正向加速運行。轉速達到預設轉速時，U2、f2均不再改變，電機以預設轉速穩定運行。增大U2、f2，使電機正向減速至停止。電機反轉以帶動電梯下降時，應增大U2，使轉子磁場施加于電機轉軸的轉矩增大，同時通過矢量控制算法將測速器所給的轉速信號，自動生成所需轉子電壓頻率，通過PWM調制改變實際頻率，使電機穩定反向加速運行。轉速達到預設轉速時，U2、f2均不再改變，電機以預設轉速穩定運行。減小U2、f2，使電機反向減速至停止。正轉的加速及勻速階段，能量由定子流入，一部分用于電梯加速及上升，一部分從轉子流出，回饋電網。此時，轉子側變流器6工作在整流狀態，電網側變流器3工作在逆變狀態，輸出為與電源幅值、頻率均相同的電壓波。正轉的減速階段，能量改由轉子流入，且轎廂9的動能轉化為電能，從轉軸流入雙饋電機14，兩部分能量共同經定子流出，回饋電網。此時，轉子側變流器6工作在逆變狀態，電網側變流器3工作在整流狀態。反轉的加速階段，能量由轉子流入，一部分用于電梯加速，一部分從定子流出，回饋電網。此時，轉子側變流器6工作在逆變狀態，電網側變流器3工作在整流狀態。反轉的勻速和減速階段，能量改由定子流入，且轎廂9下降的重力勢能和減速時的動能轉化為電能，從轉軸流入雙饋電機14，兩部分能量共同本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于雙PWM變頻式雙饋電機的升降機構，其特征在于，雙饋電機（14）的定子繞組通過電機定子側三相端子（15）與三相的工頻交流電源（1）連接，雙饋電機（14）的轉子繞組通過電機轉子側三相端子（16）與雙PWM變頻器連接后，再與工頻交流電源（1）連接；?雙饋電機（14）的輸出端通過測速器（13）與齒輪減速器（12）連接，再通過齒輪減速器（12）與升降機構連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱永強，邱楊，李巖松，帥旗，徐延明，金穎，王治宇，
申請(專利權)人：華北電力大學，
類型：實用新型
國別省市：