[实用新型]数控全速电力/动力装置

说明书

本实用新型涉及一种全数控电力拖动及发电装置，特别涉及一种可根据随机条件的不同，而随时成为电力拖动状态或者发电状态的新型电机及其控制设备。

现有的电机，可分为感应电机和励磁电机两大类，前者工作原理简单、制造方便，被广泛应用于工业生产的各个行业中。后者结构复杂、维护量大，虽然可以适当调节其运转工况，但控制精度低，负载特性软。两者都不能直接采用数字控制。为此，申请人研制了一种结构原理简单、有较高效率，又可直接采用数字控制、特别适宜各种变工况场合使用的全数控电力拖动装置（专利申请号：CN92100001.4）。该装置可以对拖动对象的速度、加速度、方向、扭矩、行程等五个运动参数进行实时数控，可以用作各种机械的动力源，并优化其工况。但是，工业上的许多拖动牵引装置都具有双向往复运动的特征，这种往复运动又往往具有双向吞吐能量的特点：即在其工作过程中，某一方向运动时装置从电流中获取能量做功的同时，所输入的能量有相当一部分以势能或其他方式被贮存到装置的机械运动部件中去，而在另一方向运动（即逆过程）中，这一部分储存的能量并没有得到很好的合理应用，而常常利用制动装置白白消耗掉了。例如起重机、电梯、抽油机等工作机械都具有上述运动特征。长久以来，人们一直在寻求找到一种能在装置不同运动状态时，具有可逆的电力／动力转换功能的设备，即在某一状态，当机械装置处于被动时，该设备能从电流输入能量成为电力拖动装置，而在其逆状态，当机械装置处于主动时，该设备能成为发电装置。

普通的直流电机可以用作电力／动力转换的可逆设备，但当其处于逆向工作状态时效率很低，且控制复杂，故目前还是只以某一种状态运转：或者用作电动机，或者用作发电机。交流同步电机虽然在符合并网条件下理论上也是可逆向运转发电的，但是实际运行的设备很难实现上述并网条件，所以，也几乎没有使用交流电机用作电力／动力装置的。由于没有合适的具有双重转换功能的电力／动力换能装置，因此，在一些双向往复运动的工业设备中，为解决逆向功率输入时的能量平衡，往往采取附加的制动装置，把本可以重复利用的机械能通过机械摩擦转换成没有任何有效价值的热能，或者以无功电流形式通过导线和绕组以发热方式挥发耗散到大气中，白白浪费宝贵能源，还造成大气环境中的温室效应污染。而且，会造成电网功率因素降低，使电网供电质量下降。

本实用新型的目的是在原来发明的基础上继续改进而设计一种能兼作电力／动力转换能量的数控全速电力设备。

本实用新型是这样实现的：它由定子1、定子线圈2、转子3、转子支承4组成的电机和数字控制装置组成，其特征在于：该电机是具备在全矢量条件下可以高效实现机－电双向转换功能的稀土全速同步电机，在转子3的外缘有用稀土永磁材料制成的磁极5，在磁极5的外围包有护环6，在定子线圈2外接有双向可变频逆变器7，该双向逆变器还分别与供电网12和通过大功率电力电子开关组件9、滤波电容器组10与直流负载11相连接，有对双向可变频逆变器7，电力电子开关组件9进行控制、并可与其他设备共有的可编程控制器8。

本实用新型是继全数控电力拖动装置之后的又一创新，也是基于申请人的另一专利：全速稀土同步电机具有电力－动力转换特点的再创造。本实用新型充分利用稀土同步电机的优良特性，再辅以双向可逆逆变器、大功率电力电子组件、微型计算机和相应的软件系统等高科技术产品及手段，把原先牵引工作机械中用机械刹车、电阻、无功电流等热耗损手段白白消耗的能量再次开发转换成电能，成为新一代的具有双向功能的电力／动力转换装置。本实用新型不同于传统的交流电机或直流电机，它可以在全速范围中功率因素始终高于0.95，双向效率均可高于0.9以上。它将广泛应用于机器人动力、电动汽车、各类牵引电机、航空全电控伺服系统、风力发电装置等领域。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中电机部分的剖视结构原理图。