[发明专利]大功率机电液复合软启动无级调速器

说明书

技术领域

本发明涉及一种大功率机电液复合软启动无级调速器。

背景技术

电动机在负载启动时，会产生5～7倍额定电流强度的启动 电流，对大功率电动机来说，大启动电流会对电机和电网产生很 大的冲击；而在停机时通过瞬时断电使转速速降至零的控制方式 也会给设备带来冲击，降低使用寿命，故在很多工况下不允许大 功率机械设备瞬时关机，需要平稳减速的停机；在工作中，同样 需要考虑工况变化所引起的大功率机械设备的平稳无级调速问 题。要解决上述技术问题，就需要对大功率设备采用软启动/无 级调速技术，使其能够实现可控的软启动、软停机、无级调速， 过载自动保护及多驱动功率平衡等功能。

国内外在机械、电机和电子、液力和液压等多学科领域对软 启动/无级调速技术开展了深入和广泛的研究，开发出了多种多样 的软启动/调速装置或设备，大体可归结为：液力偶合器软启动/调 速、液体粘性软启动/调速、变频调速软启动、直流调速软启动、 变电阻调速、摩擦调速、液压调速等。这些软启动/调速传动装置 或系统虽各有特点，但也都有某些无法令用户完全接受的缺点。 调速型液力偶合器可通过调节工作腔液体的充满度来改变输出转 速和转矩，具有一定软启动功能和调速能力。但长期的理论研究 和应用实践表明，其在软启动/调速的功能和性能上远远无法满 足现实要求。液体粘性软启动/调速装置利用存在于主、从动摩擦 片之间油膜的粘性剪切作用力来传递动力。该装置在一定范围内 能够实现主、从动轴之间的无级调速和同步运行，能对传动系统进 行过载保护。但在软启动时，电动机处于负载启动状态，启动电流 大，电流冲击时间长，不是真正的空载启动，传动效率较低，功率 损失大，发热严重，且装置比较复杂，制造和维护成本较高。变 频调速软启动、直流调速软启动、变电阻调速、摩擦调速和液压 调速等在电器控制上一般均采用控制主驱动电机转速或转矩差以 达到双向无级调速，保证机械传动系统平滑过渡。但是，变频调速 装置虽然实现了软启动，然大功率的变频控制器价格极为昂贵， 且其中的电路和电子元器件维修困难，维护成本高；直流无级调 速/软启动的主要问题在于：大功率直流电动机体积庞大，且价 格昂贵，特别是变电站的投资往往很大，系统复杂。在潮湿或多 尘的环境下，直流电动机的整流子、电刷装置及可控硅的控制部 分需要经常维护，维护费用也很高。目前，大功率直流调速系统 的价格与大功率变频器的价格相当。变电阻调速虽说也能实现软 启动，但电能消耗大，功率越大则使用成本越高，控制系统也越 复杂，占用空间也越大；摩擦调速只适用于小功率，当使用在大 功率时，摩擦制动力矩大，摩擦发热问题无法解决，摩擦调速方 式对于大中型功率主电机来说，还谈不上软启动；现有的液压调 速，虽说能实现软启动/无级调速，但设备易泄漏、噪声大、温度 高、对环境有污染，且效率低、故障多，因而整体工作性能不佳。 此外，还有一些软启动器装置，主要用于电动机的启动过程，其 输出只改变电压而不改变频率，不具备无级调速和功率平衡等功 能，主要应用于非重要的中小功率传动场合。

大功率重载设备工作时，还必须解决一个对输出过载进行限 矩保护的问题。许多大型设备(如大功率皮带输送机)是由多台 电动机驱动，在实际工作时，多驱动传动系统中各个电动机的负 载情况可能不一样。怎样在多驱动传动系统中采用无级调速减速 传动装置保证多驱动功率平衡，从而保障设备平稳工作也是一个 问题。

综观上述各种软启动调速装置，没有一种既可做到在保持主 电机转速不变的情况下，实现输出转速双向无级调速且平滑过渡； 又能使大功率机械设备主电机启动电流小于额定电流而实现软启 动；同时具备输出过载限矩保护和多驱动功率平衡等功能；并且 还能做到结构简单、工作性能可靠、制造和使用维护成本低廉。 对于一些用于井下及易爆场所的大功率设备，传动装置还必须能 容易实现防爆功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提 供一种结构简单、工作性能可靠、制造和使用维护成本较低的大 功率机电液复合软启动无级调速器，以小功率辅助电机实现大功 率主电机的机械软启动，解决大功率设备启动时的大启动电流对 电网产生冲击的问题；以流体传动的连续可控性实现对机械传动 连续控制，实现大功率设备工作中的频繁双向平滑无级调速、软 停机、输出过载限矩保护及多驱动功率平衡。