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一种机电一体化集成调速系统及其软启动方法.pdf

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一种 机电 一体化 集成 调速 系统 及其 启动 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910032997

申请日:

20190114

公开号:

CN109450167A

公开日:

20190308

当前法律状态:

实质审查的生效

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效
IPC分类号: H02K7/116 主分类号: H02K7/116
申请人: 中国船舶重工集团公司第七0三研究所
发明人: 岳彦炯;李超;杨龙;栾圣罡;王迪;宋大维;王春玲
地址: 150000 黑龙江省哈尔滨市道里区洪湖路35号
优先权:
专利代理机构: 23208 代理人: 朱士文;杨晓梅
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910032997

授权公告号:

法律状态公告日:

20190402

法律状态类型:

实质审查的生效

摘要

本发明涉及一种调速系统,具体涉及一种机电一体化集成调速系统及其软启动方法,包括主电机、第一联轴器、差动行星齿轮箱内齿圈、差动行星齿轮箱行星架、差动行星齿轮箱太阳轮、防反转机构、第二联轴器、减速齿轮、输入齿轮、第三联轴器、小容量变频电机、四象限变频器;主电机通过第一联轴器与内齿圈联接并驱动;太阳轮与第二联轴器联接并输出;小容量变频电机通过第三联轴器、输入齿轮、减速齿轮与行星架?#31995;?#40831;啮合;四象限变频器与控制小容量变频电机连接,并控制其转速变化该系统能够?#36842;?#22312;全部转速调节范围内的传递效率均超过高压变频调速系统,应用范围广,效率高,性能稳定,可靠性高。

权利要求书

1.一种机电一体化集成调速系统,其特征在于:包括主电机(1)、第一联轴器(2)、差动行星齿轮箱内齿圈(3)、差动行星齿轮箱行星架(4)、差动行星齿轮箱太阳轮(5)、防反转机构(6)、第二联轴器(7)、减速齿轮(8)、输入齿轮(9)、第三联轴器(10)、小容量变频电机(11)、四象限变频器(12);所述主电机(1)通过第一联轴器(2)与差动行星齿轮箱内齿圈(3)联接并驱动;所述差动行星齿轮箱行星架(5)与第二联轴器(7)联接并输出;所述小容量变频电机(11)通过第三联轴器(10)、输入齿轮(9)、减速齿轮(8)与差动行星齿轮箱行星架(4)?#31995;?#40831;啮合;所述四象限变频器(12)与控制小容量变频电机(11)连接,并控制其转速变化。 2.根据权利要求1所述的一种机电一体化集成调速系统,其特征在于:所述防反转机构(6)包括棘轮(13)、棘爪(14)和棘爪弹簧(15),所述棘轮(13)安装于差动行星齿轮箱行星架(5)的传动轴上,差动行星齿轮箱行星架(5)有反向运转趋势时,棘爪(14)在棘爪弹簧(15)的作用下与棘轮(13)棘合,阻止其反转。 3.一种权利要求1所述的机电一体化集成调速系统的软启动方法,其特征在于:所述软启动方法为:主电机(1)先不通电,小容量变频电机(11)通电工作,四象限变频器(12)控制小容量变频电机(11)逐步升速,此时,设置于太阳轮输出轴系?#31995;?#38450;反转机构(6)阻?#20849;?#21160;行星齿轮箱行星架(5)轴系的反向运转,差动行星齿轮箱行星架(4)驱动差动行星齿轮箱内齿圈(3)空转启动,达到合理转速后,主电机(1)通电启动,系统即进入正常工作状态。

说明书


一种机电一体化集成调速系统及其软启动方法



技术领域:


本发明涉及一种调速系统,具体涉及一种机电一体化集成调速系统及其软启动方法。


背景技术:


环境问题日益成为我国经济社会发展的突出问题,因此更高的能源利用效率和更经济
的节能方式是目前科技装备发展的重要方向。能源生产各领域都需要新型的科技装备来改
善运行状况。


火电厂节能是我国节能减排的主阵地之一。目前,随着电网峰谷差的增大以及大
量新能源的接入,火力发电厂日益?#26800;?#32321;重的调峰和调频任务,导致辅机更多时间偏离设
计工况运行,且频繁波动,效率?#26723;汀?#23588;其是锅炉给水泵、风机等大?#36879;?#26426;的能耗水平对机
组的效率影响较大,需要新型的调速驱动方式来有效提高辅机驱动效?#30465;?br>

另一方面,从节能角度考虑,工艺气体和管道输送压缩机采用变转速控制?#36842;?#26080;
级调速,可扩大稳定运行工况区,不引起附加损失,也不附加其它机构,对压缩机性能控制
调节十分有利。


目前多采用全容量变频电机(VFD)和液力耦合器两种调速方式,两者特点如下:


液力耦合器调速优点是技术成熟稳定,可靠性高,调速控制简单,调速范围较大且由于
自身的特性可?#36842;?#26426;组的软启动。液力耦合器调速突出缺点是低工况区效?#23454;停?#21151;率损失
较多,能量损失以热能?#38382;较?#32791;,耗电量较大,是电厂辅机中主要耗电机组。高压全容量变
频调速采用高压变频器+增速齿轮箱的模式,具有较好的节能效果。但高压变频方案明显的
不足在于其可靠性问题、谐波问题和交变应力问题。


发明内容:


本发明的目的是提供一种机电一体化集成调速系统及其软启动方法,该调速系统根据
功率分流原理,?#36842;?#20102;电传动与机械传动的完美结合,结合了机械调速的高可靠性和电子
调速的高效率,能够?#36842;?#22312;全部转速调节范围内的传递效率均超过高压变频调速系统,是
目前为止传动效?#39318;罡?#33410;能效果最好的解决方案,且具备可控软启动功能。应用范围广,效
率高,性能稳定,可靠性高,能够满足上述技术领域装备发展的迫切需求。


本发明采用的技术方案为:一种机电一体化集成调速系统及其软启动方法,包括
主电机、第一联轴器、差动行星齿轮箱内齿圈、差动行星齿轮箱行星架、差动行星齿轮箱太
阳轮、防反转机构、第二联轴器、减速齿轮、输入齿轮、第三联轴器、小容量变频电机、四象限
变频器;所述主电机通过第一联轴器与差动行星齿轮箱内齿圈联接并驱动;所述差动行星
齿轮箱太阳轮与第二联轴器联接并输出;所述小容量变频电机通过第三联轴器、输入齿轮、
减速齿轮与差动行星齿轮箱行星架?#31995;?#40831;啮合;主电机恒速运转,所述四象限变频器与控
制小容量变频电机连接,并控制其转速变化,即行星架的转速变化,根据差动行星传动速度
叠加原理达到控制太阳轮转速变化的目的。


进一步地,所述防反转机构包括棘轮、棘爪和棘爪弹簧,所述棘轮安装于差动行星
齿轮箱太阳轮的传动轴上,差动行星齿轮箱太阳轮可按工作转向正常运转,差动行星齿轮
箱太阳轮有反向运转趋势时,棘爪在棘爪弹簧的作用下与棘轮棘合,阻止其反转。


一种机电一体化集成调速系统的软启动方法,所述软启动方法为:主电机先不通
电,小容量变频电机通电工作,四象限变频器控制小容量变频电机逐步升速,此时,设置于
差动行星齿轮箱太阳轮输出轴系?#31995;?#38450;反转机构阻?#20849;?#21160;行星齿轮箱太阳?#31181;?#31995;的反向
运转,行星架驱动内齿圈空转启动,达到合理转速后,主电机通电启动,系统即进入正常工
作状态。


本发明的有益效果:机电一体化集成调速系统由小容量变频电机及变频器、行星
差动齿轮箱、控制器等组成。系统根据功率分流原理,?#36842;?#20102;电传动与机械传动的完美结
合,结合了机械调速的高可靠性和电子调速的高效率,能够?#36842;?#22312;全部转速调节范围内的
传递效率均超过高压变频调速系统,是目前为止传动效?#39318;罡?#33410;能效果最好的解决方案,
且具备可控软启动功能。是一项应用范围广,效率高,性能稳定,可靠性高,传递功率大的新
技术,能够满足上述技术领域装备发展的迫切需求。


附图说明:


图1为实施例一的机电一体化无极调速系统的原理示意图;


图2为实施例一中高负荷工作时的功率流向示意图;


图3为实施例一中?#36879;?#33655;工作时的功率流向示意图;


图4为实施例一中系统启动时的功率流向示意图;


图5为实施例一中防反转机构的结构示意图。


具体实施方式:


实施例一


参照图1、2、3和5,一种机电一体化集成调速系统,包括主电机1、第一联轴器2、差动行
星齿轮箱内齿圈3、差动行星齿轮箱行星架4、差动行星齿轮箱太阳轮5、防反转机构6、第二
联轴器7、减速齿轮8、输入齿轮9、第三联轴器10、小容量变频电机11、四象限变频器12;所述
防反转机构6包括棘轮13、棘爪14和棘爪弹簧15,所述棘轮13安装于差动行星齿轮箱行星架
5的传动轴上,差动行星齿轮箱行星架5有反向运转趋势时,棘爪14在棘爪弹簧15的作用下
与棘轮13棘合,阻止其反转。


正常工作时,主电机通过第一联轴器驱动差动行星齿轮箱内齿圈,主电机恒速运
转;差动行星齿轮箱太阳轮通过第二联轴器输出;小容量变频电机通过第三联轴器、输入齿
轮、减速齿轮与差动行星齿轮箱行星架?#31995;?#40831;啮合。四象限变频器用来控制小容量变频电
机的转速变化,即差动行星齿轮箱行星架的转速变化,根据差动行星传动速度叠加原理达
到控制差动行星齿轮箱太阳轮转速变化的目的。并且四象限变频器能够根据差动行星传动
实际功率流需要自适应改变功率流向:变频电机发电或电动。系统高负荷运行时,差动行星
传动内齿圈和行星架作为主动件共同驱动太阳轮,此时,小容量变频电机作为电动机工作,
功率流向见附图2。系统?#36879;?#33655;运行时,差动行星传动的内齿圈和同时驱动行星架和太阳
轮,此时,小容量变频电机作为发电机工作,产生的电能经四象限变频器调频后回馈到电
网,功率流向见附图3。


实施例二


参照图4,系统启动时,主电机先不通电,小容量变频电机通电工作,四象限变频器控制
小容量变频电机逐步升速。此时,设置于太阳轮输出轴系?#31995;?#38450;反转机构阻?#22266;?#38451;?#31181;?#31995;
的反向运转,行星架驱动内齿圈空转启动,功率流向见附图4。达到合理转速后,主电机通电
启动,系统即进入正常工作状态。


无级调速系统结合了机械调速的高可靠性和电子调速的高效率,能够将?#36879;?#33655;运
行时的调速负载转化为电能回收利用,是目前为止传动效?#39318;罡?#33410;能效果最好的调速解决
方案,同?#26412;?#22791;软启动功能,具有很强的工程适用性。


本系统基于差动行星齿轮传动功率分流原理设计,可以有机利用行星齿轮传动太
阳轮、行星架和内齿圈三者的主从动关系得到合理的配置方案。主动力通过联轴器驱动内
齿圈恒速运转,太阳轮通过联轴器输出动力驱动锅炉给水泵或离心压缩机,小容量变频电
机通过联轴器、减速传动齿轮驱动控制行星架运转,通过变频器调节小容量变频电机的转
速,最终控制太阳轮的输出转速。通过合理齿数配比,可以控制小容量变频电机最大功率为
系统传递总功率的20%左右。系统在高负荷区工作时,四象限变频器驱动变频电机?#24230;?#21151;
率,变频电机作为电动机使用;而在?#36879;?#33655;区工作时,变频电机作为发电负载使用,四象限
变频器可以将电能回馈至电网,提高了能源利用?#30465;?br>

系统在启动时,通过齿?#31181;?#38450;反转装置限制太阳轮的转向,先通过四象限变频器
控制小容量变频电机可控启动,主电机被正向拖转至合理转速,而后锁定变频器频率,主电
机上电启动,减轻了对电网的冲击。装置结合了机械调速的高可靠性和电子调速的高效率,
能够?#36842;?#22312;全部转速调节范围内的传递效率均超过高压变频调速系统,是目前为止传动效
?#39318;罡?#33410;能效果最好的解决方案。


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