[发明专利]一种变频调速电磁式转矩耦合器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力传动装置，特别是关于一种电力传动与能量转换的变频调速电磁式转矩耦合器及其应用。

背景技术

传动技术是工农业生产、能源开采、交通运输和国防装备等众多应用领域的基础技术之一。为了尽量发挥各应用领域中相关设备的工作性能，往往需要在其动力传输过程中实现无级调速。例如，在输入轴转速基本不变的前提下，希望传动装置的输出轴转速可以在一定的范围内任意调节，或者反过来当输入轴转速在一定范围内变化时，输出轴的转速能够基本维持恒定。

传动技术一般可分为机械传动和电力传动两大类。传统的机械传动如齿轮箱和皮带等通常具有固定的输入/输出速比，难以直接满足无级调速的要求。液力耦合器通过调节液体的压力与流量，可以平滑地改变传动速比，但在传动速比较大时，该类装置的工作效率显著降低，而且液力耦合器使用的机械和液压部件数目较多，涉及到高压液压系统的旋转密封问题，对材料和工作环境比较敏感，运行寿命短，维护工作量相对较大；复合电力传动系统，实质上由两台电机组成，其中一台作为发电机，将输入轴的机械功率全部或部分转换为电功率，而另一台电机再将该电功率转换为机械功率，这两台电机之间可以存在某种形式机械连接，传递部分机械功率，以减小需要转换的电功率量，但是复合电力传动系统的机械与电气结构比较复杂，体积大、成本高，在实际使用中都受到一定的限制；简单电力传动系统，例如电磁转差离合器，具有较软的机械特性，通过调节其励磁电流的幅值，可改变负载的转速，但与液力耦合器相似，当调速范围较大时，其工作效率显著降低。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种高效率、结构简单及可靠性高的变频调速电磁式转矩耦合器及其应用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种变频调速电磁式转矩耦合器，其特征在于：它包括一壳体，所述壳体中设置有一内转子机械轴和一外转子机械轴，所述内转子机械轴与一内转子连接，所述内转子被支撑在一内转子静止轴承支架上，所述外转子机械轴与一外转子连接，所述外转子被支撑在外转子静止轴承支架上，在所述内转子和所述外转子之间形成一电磁耦合工作气隙，所述外转子内含有一个电枢绕组，所述电枢绕组通过三个引流滑环与一组三相静止电刷连接，所述三相静止电刷与一变频器的输出端连接，所述变频器的输入端与三相交流电网连接。

所述电枢绕组中的电流的频率、幅值和相位通过所述变频器的调节，来控制电磁耦合器的电磁转矩，从而改变所述内、外转子之间的相对转速；所述内、外转子机械轴之间通过所述内转子和所述外转子之间的所述电磁转矩传递转矩和功率，所述电磁转矩由所述变频器输出的电流加以控制。

当所述内、外转子机械轴的相对转速改变时，则所述变频器输出的电流跟随改变。

所述内转子机械轴转速与所述外转子机械轴的转速之间具有转速差，当所述内转子机械轴转速大于所述外转子机械轴的转速时，所述电枢绕组向所述变频器馈出电功率；当所述内转子机械轴转速小于等于所述外转子机械轴的转速时，所述电枢绕组从所述变频器吸收电功率。

当所述内转子机械轴转速大于等于所述外转子机械轴的转速时，所述变频器是一个电功率双向流动的电力电子变换装置；当所述内转子机械轴转速小于所述外转子机械轴的转速时，所述变频器是一个电功率单向流动的电力电子变换装置。

所述内转子的结构采用永磁、凸极铁心、感应鼠笼中的一种。

所述变频调速电磁式转矩耦合器应用于变速恒频风力发电机组中，所述内转子机械轴的输入端通过一升速齿轮箱与一变速风力机的转子连接，所述外转子机械轴的输出端与一台同步发电机的转子轴连接，所述同步发电机通过变压器与交流电力网连接。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于引入变频调速技术，因此该变频调速电磁式转矩耦合器具有较硬的机械特性，从而提高了装置的运行效率，实现了两根旋转机械轴之间非接触转矩传递和无级调速。2、本发明由于只含有一个电磁耦合工作气隙，因此具有结构简单、运行可靠性高等优点。3、本发明装置由于应用在变速恒频风力发电机组中，当风力机的转子跟随风速变化时，通过该变频调速电磁式转矩耦合器调节，可以使发电机始终处于恒定转速下运行，因此可以使用成熟可靠的直接并网电励磁同步发电机，彻底解决了风电机组低电压穿越能力较弱的问题。本发明可以广泛应用于各种传动系统中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明应用于风力发电机组的原理示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。