单馈式转子脉冲调速控制柜
专利汇可以提供单馈式转子脉冲调速控制柜专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且实用新型单馈式 转子 脉冲调速控制柜，属电 力 电子 学及 电机 传动技术领域，本实用新型在 电路 结构中专 门 设计了关断电抗L1和 二极管 D1，D1阻止了电容在KP1导通前的放电，使电路的关断能力大大提高；其电容的预充电通过R3、D3、JC由市电 电网 完成，待充满后，此电路即可脱离电网；在转子整流的交流侧串入RL并联网络，进一步改善了系统的性能。适用于 风 机、 水 泵 节能传动，也适用于 起重机 电梯 的调速。，下面是单馈式转子脉冲调速控制柜专利的具体信息内容。
本实用新型名称为单馈式转子脉冲调速控制柜，（转子脉冲调速又称转子斩波调速）属于电力电子学及电机传动技术领域。
在现有技术中，转子斩波调速是一种简易可靠、成本低廉的异步电动机的调速方式，尤其适用于小容量（大约75KW以下）的风机、水泵等节能传动。目前国内外转子斩波调速系统为双馈式的结构，其构成如附图1，并可从以下文献中看到：
（1）IEEE Trans. Ind. Appl. Vol. IA-11pp43-49 Jan/Feb 1975
（2）中国科学技术情报研究所与国家科委成果管理办公室编《电机与传动节能技术》P309～P316
（3）《电气传动》1986年第六期P9～P17
（4）中国电工技术学会电控系统与装置专业委员会《风机水泵交流调速节能技术》P57～P59，P203。
这种双馈式电路结构特点有二：
1.如附图1中所示，L为平波电感，其电感量为足够大（理论上为无限大），转子整流电流Id为恒定直流；
2.如附图1所示设有三个可控硅元件，其中KP1为主可控硅， 控制主电路的关断，KP2、KP3为辅助可控硅，KP3、KP1导通，保证KP2截止，KP3导通时，专置的辅助电源U2（极性如图1）对电容充电。当使KP2导通时，电容器通过KP2，给KP1加上了一个反向电压，使KP1关断。
这种电路的缺点有：
1.理论上要求KP2、KP3不能同时导通，但实际上不易保证。当KP2、KP3同时导通时，Ed和U2通过KP2、KP3短路，而烧毁KP2、KP3；
2.L设计为足够大，则大大增加了铜铁的用量，因而增加了装置的成本；
3.U2为专用辅助电源，增加了该系统的复杂性和成本。
总之，由于上述问题的存在，使这种斩波器的简单可靠、价格低廉的优点大为逊色。
本实用新型的目的：鉴于现有的双馈式转子斩波调速系统的缺点，我们研制了单馈式转子斩波调速控制柜，并通过工业试运行和测试，现已达到了设计要求，单馈式转子斩波调速控制柜的电路结构如附图2，其特征如下：
1.设置二极管D1，阻止了电容在KP1导通前的放电，使电路的关断能力提高一倍以上；
2.单馈式设置KP1、KP2两只可控硅，其电容的预充电通过R3、D3、JC（常闭触点）由市电电网预充电，很快充满后，此电 路就可以脱离电网；
3.附图2中的L1与附图1中的L从电路的位置上相对应，但其作用和设计方法却有根本的不同，附图1中的L为平波电抗，它用来维持转子电流Id为常数，故电感中储能不变，与系统无能量交换；附图2中的L1为关断电抗，它的作用是延缓C的正向充电，以维持C上的反电压时间to＞2tg（tg为可控硅关断时间），计算从关断时间出发，实际计算表明，L1的数值远比L小，例如对30KW电机平波电抗从平滑电流（电流为60A）的角度设计，其计算结果为数拾毫亨，从关断时间计算，只需10毫亨（样机工业运行用的12毫亨详细分析见《转子斩波调速系统关断电路的分析和主要元件的选择》一文。
4.在转子整流电路前串入RL并联网络（附图3），大大改善了系统的调速性能，适用于风机、水泵、起重机及电梯等小容量电机的传动。
本实用新型的电路工作原理如下：
在接触器JC未通电以前，市电（220V或380V）通过D3和限流电阻R3给电容器C预充电，电容上电压Uc的极性为下正上负，称为反向电压。
接触器JC通电，其常闭触点断开，斩波器脱离市电电网，其常开触点闭合，斩波器与转子整流电路接通，斩波器开始工作，如果KP1先导通，Uc保持反向电压不变，经过t1时间，KP2导通，将反向电压Uc加至KP1上，使KP1关断。与此同时，转子整流电势Ed通过KP2向电容正向充电，电容器上的电压逐渐由反向变为正向。关 断电抗L1的作用在于延缓这个正向充电过程，而使电容器的反向电压维持时间to大于KP1的关断时间tg（一般to≥2tg），电容器正向电压峰值取决于换向电感L1储能和转子整流电势Ed，而换向电感L1与系统之间的能量交换，大大增大了电容器的正向电压，实质上这是换向电感L1中磁场能量转化为电容器的电场能量的结果。
D1的作用是阻止在KP1导通前发生的电容通过R、L2、D2的衰减振荡放电过程，因为这一过程的出现将消耗了电容上的储能。
当KP1再次导通时，电容上的电压通过KP1、L2、D2进行单方向的理论上是无损耗的振荡放电，放电的结果将使电容器的电压改变为负极性，为关断KP1作好准备。
附图4、5分别为未设置D1和设置D1的两种情况下，KP1电压（亦即电容器上电压的一部分）波形的示波照，从图中可以看到，由于设置了D1，使D1的关断能力比未设置D1时增加了一倍以上。这样就大大扩大了单馈式斩波调速系统的调速范围。
如果JC通电斩波器投入时KP2先导通，其分析过程亦与上述类似。
当电机低速时，转子整流电势大，KP1突然导通必然对KP1的冲击电流很大，为减小冲击电流则必须提高KP1的定额或串以电阻，但随之而来的是电阻损耗，为了减小KP1的定额和减小电阻的消耗，可以采用附图3所示的电路（图中未画出电容预充电电路）。
附图3中转子绕阻串入了三相对称的R、L并联网络。当转子转速较低时，转子频率f2＝sf1（s为转差率，f1为定子频率）比较大， L的电抗大，R接入转子电路，限制了KP1导通瞬间的冲击电流，当转子转速高时，f2很小，L的电抗很小以至接近短接线，将电阻R切除，RL并联网络由于频率不同，成为一个能自动调节大小的电阻。
附图3中的电路结构对用于水泵风机的节能传动性能效果更优，因为带水泵风机负载的电动机，其特点是转速高，转子整流电势小，电流大，希望R小；转速低时，转子整流电势大，电流小，则希望串入较大电阻，限制对KP1的冲击电流，而引起的损耗又不太大。RL并联网络正具备此功能。
附图3中的电路结构对用于起重机、电梯等位能性负载，此时电动机起动电流小，起动转矩大，待到了速度较高时，RL并联络表现的电阻已经较小，亦可提高系统的效率。
单馈式转子脉冲调速控制柜具有的优点或者积极效果如下：
（一）电路简单、成本低廉、可靠性高、维护方便，特别适用于75KW以下的风机、水泵的节能传动，综合经济效益优于串级调速。
本控制柜从实验室研究到工业运行及现场调试，从正式投入运行至今（已有2500小时），没有发生烧毁可控硅元件的事件，运行良好，受到工厂的欢迎（用户已写有使用报告）。
（二）调速范围宽，用现有的样机控制一台30KW4极电动机（带风机），从600转到1200转无级可调，（这两个转速是用户提出的要求），理论上可以更低的速度至接近同步速度无级可调。其最低速度受到KP1最小导通时间，即电容器从正向电压半波振荡放电到反向电压所需的时间，主要取决于L2、C。此外，最低速还取决于附 图2中的电阻R，R愈大，则速度愈低。附图2的转速的上限可以达到接近同步转速。
（三）节能性能优良，据用户（某棉纺厂）节能办公室测试，其节电率与理论分析吻合，据该棉纺厂的工况，对机组（电机功率30KW，风机功率22.7KW）节电计算并与棉纺厂传统的调换皮带盘调速相比，年节电3.59万度，年节电率达26％，该厂23台机组若全部采用本装置，则每年节电可达到80万度。如在社会上推广本装置，必将对节能工作带来显著的效益。
附图说明：附图1为现有技术，其电路结构为双馈式转子斩波调速系统；附图2为单馈式转子斩波调速控制柜电路结构图，为本实用新型的特有设计，附图3为转子绕组串入三相对称的RL并联网络图，亦为本实用新型的特有设计，附图4为未设置D1时KP1的电压波形的示波照，附图5为设置D1后KP1上的电压波形的示波照。
实现本实用新型的最好方式，可按施工图加工成为控制柜（由电子线路板、二极管、可控硅、继电器、接触器等构成）配电机使用，具有一般电工技术的人员均可完成。
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