[发明专利]电液式异步电动机无级调速系统

说明书

本发明涉及一种异步电动机只工作在工频电源下的电气液压式异步电动机无级调速系统。

能进行无级调速运行是对电动机的一项重要性能要求，很多生产工艺流程要求电动机能进行较大范围的无级调速运行。由于直流电动机具有优良的调速性能，因此，在以前是采用以直流电动机为主构成直流调速系统。这种直流调速系统至今仍在一些场合采用。但因为直流电动机结构复杂，具有机械式换向器，故其运行可靠性差，维护困难且容量很难做得太大。因此，人们转向对以异步电动机为主构成的交流无级调速系统的研究。在电力电子技术和控制技术的推动下，以变频调速和串级调速为主要方向的交流无级调速系统发展十分迅速。目前，以异步电动机和变频器为主构成的交流无级调速系统在技术上已比较成熟，控制方式也趋多样化。

但由于传统结构的异步电动机无级调速系统原理本身的原因，目前所知的各种交流无级调速系统具有明显的缺点，因而难以大面积推广。这些缺点是：1)调速系统的价格不可能大幅度地降低。由于变频调速方法是用电力电子器件将工频电源整成直流、再逆变成可调频率的交流电源，串级调速方法是将绕线式异步电动机的转子电压整成直流再逆变成工频交流后接于电网中，因而所用的大功率元器件很多，结构和控制都很复杂，价格很高，如再加上平波电抗器和补偿电容器时，体积也很庞大；2)推广困难。由于这类交流调速系统的结构和控制都很复杂，因而在使用现场需由受过专门训练的技术人员进行管理维护，工矿企业一般的电工胜任不了这一工作，因而限制了其应用。特别是当调速运行不是由于生产工艺流程的需要而只是起节电作用的场合(压缩机、风机和水泵等)，由于设备造价和维护管理这两个原因使得节电在经济上不合算而放弃使用异步电动机调速运行的方式；3)对电网产生谐波污染。由于在整流和逆变过程中会产生高次谐波注入电网，因而对电网产生谐波污染。如要减轻这种污染就要加装不同谐波次数的滤波器，这就更增大了装置的体积和造价；4)高转速时特性变软。受电动机额定容量的限制，变频调速当电动机运行于额定转速以上时只能进行恒功率调速而不能进行恒转矩调速，使电动机的机械特性变软；5)一套变频调速装置不能在同一工作现场对不同转速的多台电动机同时进行调速。

本发明的目的是以新的技术方案的实施，使异步电动机在定子绕组只接入工频交流电源的情况下就可使其进行恒速和无级调速运行；当对异步电动机进行无级调速时，不论异步电动机运行在何种转速下其机械特性都保持硬度很高的固有特性。而且，使得这种新的交流无级调速系统的结构和控制都比较简单，价格便宜，管理和维修容易，又可使这种调速系统在同一工作现场同时调节多台异步电动机的不同转速，以实现异步电动机之间的转速互调。

实现本发明的技术方案如下：在传统的三相异步电动机的转子结构、定子铁芯及定子三相绕组的结构不变的前提下，取消需调速运行的异步电动机定子部分固定在机座中的传统结构方式，而改成如说明书附图2所示的方式，即将定子部分改为具有转轴并使定子转轴在两端有轴承支撑的结构形式。在定子转轴中有三个彼此绝缘的导电滑环，定子绕组原来的三个电源接线端现改接到三个导电滑环中。电网的三相工频交流电源通过三个与导电滑环滑动接触的电刷引入三相定子绕组中，如说明书附图1所示。这样，本来定子固定在机座中不能转动的传统三相异步电动机就变成了定子可以转动的调速异步电动机了，在这种调速异步电动机的定子转轴的一端通过联轴器3接入一台液压马达5，液压马达通过液压管路6与一液压控制系统7联接，这样就组成电液式异步电动机无级调速系统。

当只对一台调速异步电动机进行恒速运行和无级调速运行控制时，液压系统的组成及控制方式如说明书附图3所示。当调速异步电动机只需进行恒速运行时，调速电动机的定子应在空间不转动，液压系统不需对液压马达进行调速，因此，说明书附图3中的液压马达14应处于锁定状态。此时，只须使附图3中的三位四通电磁换向阀7处于中位即可将液压马达14锁定。而附图3中的液压泵电动机4可处于断电停机状态或空载运行状态。此时调速电动机13定子转轴所接的液压马达14的泄漏补油由单向阀15实现。