專利名稱：一種數(shù)控起動的稀土永磁電機的制作方法
一種數(shù)控起動的稀土永磁電機，它適用于負載狀態(tài)變化很大，特別是周期性一半做負功一半做正功的機械裝置，如抽油機等。屬于一種具有電動機與發(fā)電機雙重功能的電機。
如象抽油機等機械裝置，它工作所帶負載是一種重力型負載。在負荷被提升時電機對負荷做功。這時電機做的功不僅被一些其它耗散力所消耗，而且還有一部分功(有時是一大部分功)，被負荷以自身的位能形式存貯。在負荷下降時，負荷把所存貯的位能釋放出來。由于普通電動機不具備電動機與發(fā)電機的雙重功能，因而負荷下降時所釋放的能量不能吸收。這樣總的系統(tǒng)效率很低，一般只有17%左右。使用變工況電動機，也只能是使做正功的半個周期中效率提高，而總的系統(tǒng)效率提高并不多。為了能吸收負荷下降時所釋放的位能，可以使用兩種電機;其中一種是直流電機，另一種是交流同步電機。直流電機在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過在定子線圈中產(chǎn)生平衡感生電動勢所需的額定的轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的機械能被轉(zhuǎn)換為電能反送入電網(wǎng)，因而有很較好的能量利用效率。但是直流電機的這種功能需要用直流電網(wǎng)對其供電，吸收所發(fā)電能也必須由直流電網(wǎng)來承受。直流電網(wǎng)由于自身的一些原因，使用有一定的困難，只能在一些特定場合(如城市公共交通、電氣化鐵路等)使用。而象油田等工礦企業(yè)，只能使用普通交流電網(wǎng)供電，因而使用普通直流電機來提高效率是不可能的。在交流電網(wǎng)中，當交流同步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速有超過電網(wǎng)頻率的同步轉(zhuǎn)速的趨勢時，轉(zhuǎn)子磁場在定子線圈中產(chǎn)生的電動勢反向拖動電網(wǎng)，把轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械能轉(zhuǎn)換為電能。只要電網(wǎng)有足夠的容量，就可以在不改變電網(wǎng)周波參數(shù)的條件下把轉(zhuǎn)換的電能吸收。因而使得在如象油田抽油機等負荷應用時總效率很高，可以利用油田的現(xiàn)有交流電網(wǎng)。但是普通交流同步電動機的起動很困難，起動過程長，而且要求操作人員有較高的操作水平和技巧，因而大規(guī)模使用是困難的。
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種數(shù)控起動的稀土永磁電機，它具有交流同步電機的性質(zhì)，并可以簡化起動程序，在交流電網(wǎng)供電的條件下可以吸收由于負載周期變化所產(chǎn)生的反向能量傳輸，大大提高整個系統(tǒng)的總效率。
本發(fā)明如附
圖1所示，它有定子1、定子線圈2、電機殼體3，轉(zhuǎn)子4，轉(zhuǎn)子4為稀土永磁材料制造的轉(zhuǎn)子，其特征在于在定子線圈2的端口接有雙擲開關5，雙擲開關5的一端與供電交流電網(wǎng)相連，另一端接有可變頻電源變換器6，在交流電網(wǎng)中接有電網(wǎng)頻率相位取樣裝置7，有標準工業(yè)控制介面8，在其中插有與電網(wǎng)頻率相位取樣裝置7相連的測量適配模塊9、與可變頻電源變換器6相連并對其進行控制的控制適配模塊10和與雙擲開關5相連并對其控制的控制適配模塊11，有可以和其它設備共用的中央控制計算機12，中央控制計算機12通過標準串行通訊接口與標準工業(yè)控制介面8相連。
附圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
本發(fā)明在正常工作時，雙擲開關5被控與交流電網(wǎng)接通。由定子1、定子線圈2，電機殼體3，稀土永磁材料制造的永磁轉(zhuǎn)子4構成了一臺稀土永磁轉(zhuǎn)子交流同步電機。它具有普通交流同步電機所具有的優(yōu)點。在轉(zhuǎn)子4由于負載阻力作用而有變慢的趨勢時，由交流電網(wǎng)供電做功，使負荷吸收電機所提供的能量。而當轉(zhuǎn)子4由于負荷向下運動釋放位能而使轉(zhuǎn)子4有轉(zhuǎn)快的趨勢時，又通過交流電網(wǎng)吸收這一部分電能，達到電動機/發(fā)電機雙功能的目的。而本發(fā)明在起動時，雙擲開關5被控與可變頻電源變換器6相連?？珊推渌O備共有的中央控制計算機12在起動指令的觸發(fā)下，進入起動程序。中央控制計算機12首先通過標準串行通訊接口發(fā)出選通與可變頻電源變換器6相連并對其進行控制的控制適配模塊10的地址選通信號。標準工業(yè)控制介面8根據(jù)地址選通信號的值選通控制適配模塊10。在控制適配模塊10被選通后，中央控制計算機12根據(jù)預先設定的起動要求，定時給出一串不同時刻所對應轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速所需的變頻交流電的頻率數(shù)值，由控制適配模塊10變?yōu)榭勺冾l電源變換器6所需要的輸入值，從而按要求提升可變頻電源變換器6的輸出頻率，使電機以同步方式起動。在中央控制計算機12的控制下，電機轉(zhuǎn)子4達到一轉(zhuǎn)速后，中央控制計算機12通過定時掃描中斷的方式，發(fā)出選通與電網(wǎng)頻率相位取樣裝置7相連的測量適配模塊9的地址選通信號。標準工業(yè)控制介面8根據(jù)地址選通信號值選通相應的測量適配模塊9，該測量適配模塊9被選通后，把由取樣裝置8測得的電網(wǎng)頻率與相位值經(jīng)數(shù)字轉(zhuǎn)換后返送回中央控制計算機12中。中央控制計算機12把測量數(shù)據(jù)與現(xiàn)在可變頻電源變換器6輸出鎖定值進行比較。當結果滿足并網(wǎng)條件時，中央控制計算機12通過標準串行通訊接口發(fā)出選通與雙擲開關5相連并對其進行控制的控制適配模塊11。標準工業(yè)控制介面8在收到地選信號后，選通控制適配模塊11?？刂七m配模塊11被選通后，中央控制計算機12發(fā)出切換命令，由控制適配模塊11接收鎖存后觸發(fā)雙擲開關5換向，使定子線圈的輸入切換到電網(wǎng)，完成起動程序。如果當中央控制計算機12比較后不滿足并網(wǎng)條件，但頻率值所差很小時，采用等待相位漂移的方法。中央控制計算機循環(huán)采集電網(wǎng)頻率相位值，并不斷比較，直到達到并網(wǎng)條件。而當中央控制計算機12比較后得出電網(wǎng)頻率值與可變頻電源變換器6的輸出頻率有一定差別后，中央控制計算機12通過標準串行通訊接口發(fā)出選通控制適配模塊10的地址選通信號?？刂七m配模塊10被選通后，接收并鎖存由中央控制計算機12發(fā)來的頻率改變值，然后控制可變頻電源變換器6改變輸出頻率。中央控制計算機12在完成上述改變可變頻電源變換器6輸出頻率后，再次進入測量電網(wǎng)頻率相位程序，直到滿足并網(wǎng)條件，并網(wǎng)為止。
本發(fā)明使用稀土永磁材料制造的永磁轉(zhuǎn)子交流同步電機。在工作時，可以在交流電網(wǎng)供電條件下吸收由于負載周期變化所產(chǎn)生的能量反向傳輸，大大提高了整個系統(tǒng)的總效率，另外由于稀土材料制造的永磁轉(zhuǎn)子有很大的剩余磁場強度和磁能積，因而有較好的同步電機性能，可以工作在大負荷下。使用可變頻電源變換器的變頻起動，起動容易，起動力很大，而且使用中央控制計算機測控進行起動后的入網(wǎng)切換，入網(wǎng)切換方便、簡單，可實現(xiàn)完全自動化，無需操作人員參與。
本發(fā)明中的由定子1、定子線圈2、電機殼體3、轉(zhuǎn)子4組成的稀土永磁同步電機可以如專利號為CN91203427的稀土永磁電機，其轉(zhuǎn)子4也可以使用如專利申請?zhí)枮镃N92104149的“一種鼠籠罩極式結構的永磁轉(zhuǎn)子”。還可以使用如專利申請?zhí)枮镃N92104199的“一種鼠籠埋極式結構的永磁轉(zhuǎn)子”。
本發(fā)明中的雙擲開關5應選用電控開關，并根據(jù)電機容量選用開關形式，在小功率時，可以使用普通交流接觸器，而在較大功率時，就應選用相應的空氣開關或油開關。上述開關應考慮三相聯(lián)動問題，如果大型開關不易用機械聯(lián)動，應增加三相開關之間動作的電保險。
本發(fā)明中的電網(wǎng)頻率相位取樣裝置7可以就是一個簡單的電流互感器，也可以采用如專利申請?zhí)枮镃N90100002的專利申請形式或?qū)＠暾執(zhí)枮镃N90100006的專利申請形式。
在本發(fā)明中，用來驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動的可變頻電源變換器8可以使用日本富士公司的G5系列或G7系列逆變器，也可以使用如專利號為CN89209067的“一種大功率數(shù)控調(diào)壓與交流裝置”。
在本發(fā)明中，標準工業(yè)控制介面8可以選用美國ME公司(MECHATRONICEQUIPMENTINC.)的I/O32，或是美國OPTO22公司的PB16AH。中央控制計算機12可以選用美國OPTO22公司的LC4控制器，也可以選用美國ME公司的PCS-1工業(yè)過程控制工作站，還可以選用普通PC計算機。適配模塊9可以采用OPTO22公司的AD3或類似的A/D轉(zhuǎn)換模塊。適配模塊10可選用OPTO22公司的DF3或類似的D/F轉(zhuǎn)換模塊。適配模塊11可選用OPTO22公司的DK3或類似的開關量轉(zhuǎn)換模塊。
權利要求
1.一種數(shù)控起動的稀土永磁電機，它有定子1、定子線圈2、電機殼體3，轉(zhuǎn)子4，轉(zhuǎn)子4為稀土永磁材料制造的轉(zhuǎn)子，其特征在于在定子線圈2的端口接有雙擲開關5，雙擲開關5的一端與供電交流電網(wǎng)相連，另一端接有可變頻電源變換器6，在交流電網(wǎng)中接有電網(wǎng)頻率相位取樣裝置7，有標準工業(yè)控制介面8，在其中插有與電網(wǎng)頻率相位取樣裝置7相連的測量適配模塊9、與可變頻電源變換器6相連并對其進行控制的控制適配模塊10和與雙擲開關5相連并對其控制的控制適配模塊11，有可以和其它設備共用的中央控制計算機12，中央控制計算機12通過標準串行通訊接口與標準工業(yè)控制介面8相連。
全文摘要
一種數(shù)控起動的稀土永磁電機。它有定子、稀土永磁材料制造的轉(zhuǎn)子等，其特征在于在定子線圈，有一端與供電交流電網(wǎng)相連，另一端接有可變頻電源變換器的接有雙擲開關，在電網(wǎng)中接有電網(wǎng)頻率相位取樣裝置，有標準工業(yè)控制介面，在其中插測量適配模塊、控制適配模塊，有可以和其它設備共用的中央控制計算機，通過串口與標準工業(yè)控制介面相連。使用中央控制計算機測控可變頻電源變換器的變頻起動，起動容易，入網(wǎng)切換方便。
文檔編號H02P7/00GK1080794SQ92104738
公開日1994年1月12日 申請日期1992年6月27日 優(yōu)先權日1992年6月27日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠