一种大功率直流电机双并驱动的可控硅整流装置

摘要

本发明公开了一种大功率直流电机双并驱动的可控硅整流装置，其特点是，它由整流变压器ZB1（5）、整流变压器ZB2（8）、第一主传动直流调速器（2）、第二主传动直流调速器（4）、可控硅功率单元KK1（7）、可控硅功率单元KK2（10）、直流电机M1（13）、直流电机M2（15）以及励磁整流变压器ZBL（12）、励磁整流装置（11）组成，组成独立的转速、电流双闭环系统，2套系统采用相同的主传动速度给定Vg（1），速度反馈分别采用各自的速度反馈；通过调节第二主传动直流调速器（4）的速度实现两台电机的负荷平衡；如果两台电机电流相差较大时，采用对从电机进行速度增快或者速度降低方式进行转矩补偿；由于主、从装置各自都有速度环，可以减弱齿隙在系统中的影响，保证了电机的正常启动。

说明书

技术领域：

本发明涉及电气自动化专业技术领域，具体地讲是一种大功率直流电机双并驱动的可控硅整流装置；适用于利用现有电机、可控硅整流装置双倍扩容改造，两台电机刚性连接间隙较大的场合。

背景技术：

对于需要传动力矩很大的大功率直流电机传动设备，为了减少电机的转动惯量以及制造上的困难，通常选用两台电机双并驱动方式，或是两台电机轴头尾串联通过一个减速机驱动同一负载，或是两台电机并列分布分别通过两个减速机（也可以是一个双输入、单输出减速机）驱动同一负载。对于大功率直流电机双并驱动的可控硅整流装置，常见的控制方式：

1、两台直流电机电枢串联，由一套可控硅整流装置单独供电或是由两套相同可控硅整流装置串联供电。两台电机电枢串联，从根本上保证了两台电机转矩（电流）同步一致。但同样规格型号的两台电机参数不可能完全相同，电枢串联工作电压会稍有差别。

相同功率的两套可控硅整流装置在整流输出侧可以串联连接向直流电机供电，参数设置为一个12 脉冲串联主动整流器和一个12 脉冲串联从动整流器的两套装置，通过并行接口耦合并且用电气上隔离但彼此相差30°的电源供电。

不管采用一套可控硅整流装置单独供电还是采用两套相同可控硅整流装置串联供电，均能解决两台电机的电流平衡问题，但电机、电缆以及整流装置元器件承受的电压等级需要增加一倍。因现有设备电压等级已经固定，不适合于利用现有直流电机、整流变压器、可控硅整流装置进行扩容改造的场合。

2、两台直流电机电枢并联，由一套单独可控硅整流装置供电或是由两套相同可控硅整流装置并联供电。

主要问题是很难把握两台电机的电流平衡问题，由于电机内阻很少，两台电机的电动势稍有偏差就会造成两台电机电流相差很大，严重时会出现一台电机电动运行、一台电机发电运行的情况。为此需增加两个电流平衡调节器，整个系统采用一个电压环外加两个励磁电流环的方式，电流平衡调节器的输出分别迭加在两个励磁电流环的给定上作为励磁系统的一个补偿量，以达到两台直流电流平衡的目的。但不管采用一套可控硅整流装置单独供电还是采用两套相同可控硅整流装置并联供电，都存在控制回路繁琐、参数匹配复杂问题。且由于磁场惯性大、响应慢、消除动态电流偏差时响应慢，不适合于弱磁调速以及频繁启制动、正反转场合。

3、两台直流电机电枢相互独立，采用两套相同的可控硅整流装置分别驱动不同电机，两套装置控制系统采用主从控制，采用6相整流，或是采用12相整流。采用6相整流方式，两套装置其中1套被设置为主装置，具有电流、速度双环的完整凋节系统，另一套设置为从装置，采用主装置的脉冲方式工作。主装置接受速度给定及各种控制指令后，经过处理，通过并行通信接口，向从装置实时传递脉冲角度信号及各相关控制信号，使从装置能同步触发与主装置相同位置的晶闸管；采用12相整流方式，两套装置通过整流变压器并联后组成12相整流，其中一套为主、一套为从，两套装置分别采用各自的电流环，共用1个速度环，2个电流环的参数设置相同，接受相同的电流给定指令。

主从控制的方式非常适合于两台电机轴头尾串联驱动同一负载或是通过一个双输入、单输出减速机驱动同一负载等刚性连接间隙较少场合；但对于两台电机并列分布分别通过两个减速机驱动同一负载等刚性连接间隙较大的场合，当间隙大到一定程度，主从电机转速无法同步，主从控制方式又无法保证电机转矩同步，因启动瞬间超调问题主从电机转矩相互排斥，无法正常启动。

发明内容：

　　本发明的目的是克服上已有技术的不足，而提供一种大功率直流电机双并驱动的可控硅整流装置；主要解决现有的两台直流电机电枢串联供电存在的电机、整流变压器、电缆、整流装置元器件电压等级成倍增加，两台直流电机电枢并联供电存在的控制回路繁琐、参数匹配复杂、动态响应速度慢，及主从控制当两台电机刚性连接间隙较大，因启动瞬间无法保证电机转矩同步，主从电机转矩相互排斥无法正常启动等问题。

本发明的技术方案是：一种大功率直流电机双并驱动的可控硅整流装置，其特征在于，它由整流变压器ZB1、整流变压器ZB2、第一主传动直流调速器、第二主传动直流调速器、可控硅功率单元KK1、可控硅功率单元KK2、直流电机M1、直流电机M2以及励磁整流变压器ZBL、励磁整流装置组成，整流变压器ZB1、整流变压器ZB2分别给可控硅功率单元KK1、可控硅功率单元KK2提供电源，第一主传动直流调速器、第二主传动直流调速器分别控制可控硅功率单元KK1、可控硅功率单元KK2触发脉冲，可控硅功率单元KK1、可控硅功率单元KK2整流输出分别通过平波电抗器PK1、平波电抗器PK2与直流电机M1、直流电机M2连接，第一主传动直流调速器、第二主传动直流调速器电流反馈信号分别取自主回路电流互感器LH1、电流互感器LH2；励磁整流装置电源由励磁整流变压器ZBL提供，其输出与串联后的直流电机M1、直流电机M2励磁绕组相连；第一主传动直流调速器、可控硅功率单元KK1、直流电机M1以及第二主传动直流调速器、可控硅功率单元KK2、直流电机M2分别组成独立的两套转速、电流双闭环系统，并分别通过整流变压器ZB1、整流变压器ZB2和平波电抗器PK1、平波电抗器PK2组成十二相整流；两套系统采用相同的主传动速度给定Vg，速度反馈分别采用各自的速度反馈；第一主传动直流调速器、第二主传动直流调速器电流反馈信号分别接至电流平衡调节器LPT的正、负输入端，电流平衡调节器LPT输出经限幅后作为第二主传动直流调速器附加速度给定，通过调节第二主传动直流调速器的速度实现两台电机的负荷平衡。

如果两台电机电流相差较大时，采用对直流电机M2进行速度增快或者速度降低方式进行转矩补偿；由于两套装置各自都有速度环，可以减弱齿隙在系统中的影响，保证了电机的正常启动。

为保证两台直流电机的转矩一致，两台电机励磁连接采用串联；为保证弱磁效果，励磁采用强触发。

本发明所述的一种大功率直流电机双并驱动的可控硅整流装置与已有技术相比具有突出的实质性特点和显著进步，解决了大功率直流电机双并驱动的可控硅整流装置控制方式问题，既克服了两台直流电机电枢串联供电存在的电机、电缆、整流变压器、整流装置元器件电压等级成倍增加问题，又克服了了两台直流电机电枢并联供电存在的控制回路繁琐、参数匹配复杂、动态响应速度慢问题，同时克服了主从控制当两台电机刚性连接间隙较大，因启动瞬间无法保证电机转矩同步，主从电机转矩相互排斥无法正常启动的问题。

附图说明：

　　图1是本发明的连接示意图。

图中，1主传动速度给定Vg、2第一主传动直流调速器、3电流平衡调节器LPT、4第二主传动直流调速器、5整流变压器ZB1、6电流互感器LH1、7可控硅功率单元KK1、8整流变压器ZB2、9电流互感器LH2、10可控硅功率单元KK2、11励磁整流装置、12励磁整流变压器ZBL、13直流电机M1、14平波电抗器PK1、15直流电机M2、16平波电抗器PK2。

具体实施方式：

　　为了更好地理解与实施，下面结合附图给出具体实施例详细说明本发明；所举实施例仅用于解释本发明，并非用于限制本发明的范围。

实施例1，参见图1，以提高平整机芯棒限动力为例；通过整流变压器ZB1　5、整流变压器ZB2　8分别给可控硅功率单元KK1　7、可控硅功率单元KK2　10提供电源，由第一主传动直流调速器2、第二主传动直流调速器4分别控制可控硅功率单元KK1　7、可控硅功率单元KK2　10触发脉冲，可控硅功率单元KK1　7、可控硅功率单元KK2　10整流输出分别通过平波电抗器PK1　14、平波电抗器PK2　16与直流电机M1　13、直流电机M2　15连接，第一主传动直流调速器2、第二主传动直流调速器4电流反馈信号分别取自主回路电流互感器LH1　6、电流互感器LH2　9；励磁整流装置11电源由励磁整流变压器ZBL　12提供，其输出与串联后的直流电机M1　13、直流电机M2　15励磁绕组相连；第一主传动直流调速器2、可控硅功率单元KK1　7、直流电机M1　13以及第二主传动直流调速器4、可控硅功率单元KK2　10、直流电机M2　15分别组成独立的两套转速、电流双闭环系统，并分别通过整流变压器ZB1　5、整流变压器ZB2　8和平波电抗器PK1　14、平波电抗器PK2　16组成十二相整流；功率单元采用国产大容量可控硅，由进口小容量直流调速器触发控制，俗称“小触大”；两套系统采用相同的主传动速度给定Vg　1，速度反馈分别采用各自的速度反馈；第一主传动直流调速器2、第二主传动直流调速器4电流反馈信号分别接至电流平衡调节器LPT　3的正、负输入端，电流平衡调节器LPT　3输出经限幅后作为第二主传动直流调速器4附加速度给定，通过调节第二主传动直流调速器4的速度实现两台电机的负荷平衡。

本发明所述的一种大功率直流电机双并驱动的可控硅整流装置，用于提高平整机芯棒限动力，通过增加一台整流变压器、增加一套和原芯棒电气系统一样的电控装置，采用2台373kw直流电机驱动两个减速机，两减速机上下叠放通过上下双齿轮驱动中间齿条传动，使平整机芯棒限动力由27吨提高到50吨。两套整流装置通过整流变压器、平衡电抗器组成12相整流。控制方式采用主从控制，老的芯棒装置调速器为主，新的芯棒装置调速器为从，主调速器的给定及速度环通道共用，主电流给定同时送主、从电流环，以保证两套装置电流一致且平衡。采用两台电机、两套整流装置分别组成各自转速、电流双闭环系统并联使用，两台电机分别使用自己的速度反馈，新电机、老电机电流送入一电流平衡调节器进行比较放大，将调节器的输出经限幅作为新电机附加速度给定，通过调节新电机的速度实现两台电机的负荷平衡。既解决了薄壁管生产中遇到的平整机芯棒传动限动力矩不足的瓶颈问题，也解决了芯棒电机小马拉大车的问题，取得了较好效果。