CN107588175A - 差动行星齿轮并联四象限电机大功率节能调速系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种差动行星齿轮并联四象限电机大功率节能调速系统及方法，包括差动行星齿轮、四象限电机、四象限逆变器、驱动电机和负载；差动行星齿轮包括主动锥齿轮、差动内锥齿轮组、被动锥齿轮和差动外齿轮；差动内锥齿轮组包括若干个内锥齿轮，每个内锥齿轮均设置在差动外齿轮的内圆周面上；每个内锥齿轮均与主动锥齿轮和被动锥齿轮相啮合；主动锥齿轮与驱动电机相连接，被动锥齿轮与负载相连接；差动外齿轮与四象限电机中的电机齿轮啮合；四象限逆变器的一端与四象限电机相连接，四象限逆变器的另一端与电网相连接，电网还与驱动电机相连接。本发明无转差损耗、能实现升降速调速、实现负载快速制动以及驱动电机故障状态下的备用功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种调速系统及方法，特别是一种差动行星齿轮并联四象限电机大功率节能调速系统及方法。
背景技术
现有节能调速系统主要有变频调速、液偶调速、永磁调速以及行星齿轮调速。然而，上述调速系统还存在着如下问题：
1.变频调速为电子调速，对环境要求较高，并且在大功率（MW级）传动系统中造价较高。
2.液偶调速为液力调速，与永磁调速以及行星齿轮调速类似，均属于传动系统调速。其中，液力调速和永磁调速为无级调速系统，但是存在转差损耗。行星齿轮调速为有级调速，调速范围受到限制。
因此，通过现有调速机构的分析，亟待解决以下技术问题：
1.提供一种基于传动系统的无转差损耗的无极调速机构。
2.相对现有调速机构，该机构不仅要实现降速调速的目的，还要能够在特殊情况下，实现系统的升速调速，具有过负荷运行能力。
3.相对现有调速机构，该机构要能实现负载快速制动功能。
4.相对现有调速机构，该机构要能实现驱动电机故障状态下的备用功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种差动行星齿轮并联四象限电机大功率节能调速系统，该差动行星齿轮并联四象限电机大功率节能调速系统无转差损耗、能实现升降速调速、实现负载快速制动以及驱动电机故障状态下的备用功能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种差动行星齿轮并联四象限电机大功率节能调速系统，包括差动行星齿轮、四象限电机、四象限逆变器、驱动电机和负载。
差动行星齿轮包括主动锥齿轮、差动内锥齿轮组、被动锥齿轮和差动外齿轮。
差动内锥齿轮组包括若干个内锥齿轮，每个内锥齿轮均设置在差动外齿轮的内圆周面上。
每个内锥齿轮均与主动锥齿轮和被动锥齿轮相啮合。
主动锥齿轮与驱动电机相连接，被动锥齿轮与负载相连接。
差动外齿轮与四象限电机中的电机齿轮啮合。
四象限逆变器的一端与四象限电机相连接，四象限逆变器的另一端与电网相连接，电网还与驱动电机相连接。
差动外齿轮为呈锥形的差动外锥齿轮，电机齿轮为呈锥形的电机锥齿轮。
还包括主动轴，主动锥齿轮固定套装在主动轴的一端，主动轴的另一端与驱动电机相连接。
还包括被动轴，被动锥齿轮固定套装在被动轴的一端，被动轴的另一端与负载相连接。
还包括连杆，每个内锥齿轮均通过连杆设置在差动外齿轮的内圆周面上，每个内锥齿轮均能以连杆为旋转轴实现自转。
本发明还提供一种差动行星齿轮并联四象限电机大功率节能调速方法，该差动行星齿轮并联四象限电机大功率节能调速方法无转差损耗、能实现升降速调速、实现负载快速制动以及驱动电机故障状态下的备用功能。
一种差动行星齿轮并联四象限运行电机大功率节能调速方法，包括如下步骤：
步骤1，转速设定：驱动电机驱动主动锥齿轮转动，假设主动锥齿轮或主动轴的转速为n1，假设与负载相连接的被动锥齿轮或被动轴的转速为n2，四象限电机中电机齿轮的转速为n3。
步骤2，通过对转速n1、n2和n3的合理调节控制，能够实现扭矩全传递、发电反馈、负载增速调节、负载堵转保护以及负载反馈制动功能；转速n1、n2和n3的具体控制方法如下。
步骤21，扭矩全传递：使四象限电机中电机齿轮的转速n3=0，则n1=n2，驱动电机的扭矩即能完全传递给负载。
步骤22，发电反馈：使n1=n2+2*n3，四象限电机处于发电状态，也即通过改变四象限电机的电能输出，控制电机齿轮上的扭矩，改变差动外齿轮与被动锥齿轮之间的扭矩分配，实现负载减速节能，同时四象限电机发电反馈电能。
步骤23，负载增速调节：使n1+2*n3=n2，四象限电机处于电动状态，也即通过改变四象限电机的电能输入，控制电机齿轮上的扭矩，改变差动外齿轮与被动锥齿轮之间的扭矩分配，实现负载增速增功能。
步骤24，负载堵转保护：当负载堵转时，使n1=2*n3，则驱动电机的电能输出通过四象限电机完全回收，实现负载堵转状态下的保护。
步骤25，负载反馈制动：使n2=2*n3，驱动电机无输入，四象限电机处于发电状态，负载的残余能量通过四象限电机回收，实现负载的反馈制动，快速停机。
所述步骤25中，当n2=2*n3，驱动电机无输入或驱动电机故障时，使四象限电机处于发电状态，此时，四象限电机能作为电动机驱动负载。
本发明具有如下有益效果：通过调节四象限电机的工作状态，调节差动外齿轮上的扭矩，通过差动行星齿轮实现四象限电机和负载的转矩分配，调节负载系统的能量输出。另外，本发明为基于传动系统的无转差损耗的无极调速机构；能实现降速调速的目的，还能够在特殊情况下，实现系统的升速调速，过负荷运行能力；能实现负载快速制动功能；能实现驱动电机故障状态下的备用功能。
附图说明
图1显示了实施例1中差动行星齿轮并联四象限电机大功率节能调速系统的示意图。
图2显示了实施例1中差动行星齿轮的示意图。
图3显示了实施例1中差动外齿轮与电机齿轮的连接示意图。
图4显示了实施例2中差动行星齿轮并联四象限电机大功率节能调速系统的示意图。
图5显示了实施例2中差动外锥齿轮与电机锥齿轮的连接示意图。
其中有：
1.差动行星齿轮；
11.主动轴；12.主动锥齿轮；13.差动内锥齿轮；14.被动锥齿轮；15.被动轴；16.差动外齿轮；17.连杆；18.差动外锥齿轮；
2.四象限电机；21.电机齿轮；22.电机锥齿轮；
3.四象逆变器；
4.驱动电机；
5.负载。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，一种差动行星齿轮并联四象限电机大功率节能调速系统，包括差动行星齿轮1、四象限电机2、四象限逆变器3、驱动电机4和负载5。
如图2所示，差动行星齿轮包括主动轴11、主动锥齿轮12、差动内锥齿轮组、被动锥齿轮14、被动轴15和差动外齿轮16。
差动内锥齿轮组包括若干个内锥齿轮13，如图3所示，每个内锥齿轮均优选通过连杆17设置在差动外齿轮的内圆周面上，每个内锥齿轮均能以连杆为旋转轴实现自转。
每个内锥齿轮均与主动锥齿轮和被动锥齿轮相啮合。
主动锥齿轮优选通过主动轴与驱动电机相连接，也即主动锥齿轮优选固定套装在主动轴的一端，主动轴的另一端优选与驱动电机相连接。
被动锥齿轮优选通过被动轴与负载相连接，也即被动锥齿轮优选固定套装在被动轴的一端，被动轴的另一端优选与负载相连接。
差动外齿轮与四象限电机中的电机齿轮21啮合，因而，差动内锥齿轮能随差动外齿轮进行公转。
本实施例中，差动外齿轮与电机齿轮均为圆形结构。
四象限逆变器的一端与四象限电机相连接，四象限逆变器的另一端与电网相连接，电网还与驱动电机相连接。
一种差动行星齿轮并联四象限运行电机大功率节能调速方法，包括如下步骤：
步骤1，转速设定：驱动电机驱动主动锥齿轮转动，假设主动锥齿轮或主动轴的转速为n1，假设与负载相连接的被动锥齿轮或被动轴的转速为n2，四象限电机中电机齿轮的转速为n3。
步骤2，通过对转速n1、n2和n3的合理调节控制，能够实现扭矩全传递、发电反馈、负载增速调节、负载堵转保护以及负载反馈制动功能。
转速n1、n2和n3的具体控制方法如下。
步骤21，扭矩全传递：使四象限电机中电机齿轮的转速n3=0，则n1=n2，驱动电机的扭矩即能完全传递给负载，从而无转差损耗。
步骤22，发电反馈：使n1=n2+2*n3，四象限电机处于发电状态，也即通过改变四象限电机的电能输出，控制电机齿轮上的扭矩，改变差动外齿轮与被动锥齿轮之间的扭矩分配，实现负载减速节能，同时四象限电机发电反馈电能。
步骤23，负载增速调节：使n1+2*n3=n2，四象限电机处于电动状态，也即通过改变四象限电机的电能输入，控制电机齿轮上的扭矩，改变差动外齿轮与被动锥齿轮之间的扭矩分配，实现负载增速增功能。
步骤24，负载堵转保护：当负载堵转时，使n1=2*n3，则驱动电机的电能输出通过四象限电机完全回收，实现负载堵转状态下的保护。
步骤25，负载反馈制动：使n2=2*n3，驱动电机无输入，四象限电机处于发电状态，负载的残余能量通过四象限电机回收，实现负载的反馈制动，快速停机。
本步骤25中，当n2=2*n3，驱动电机无输入或驱动电机故障时，使四象限电机处于发电状态，此时，四象限电机能作为电动机驱动负载。
实施例2
如图4和图5所示，上述差动外齿轮为呈锥形的差动外锥齿轮18，电机齿轮为呈锥形的电机锥齿轮22，其余与实施1相同。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种差动行星齿轮并联四象限运行电机大功率节能调速系统，其特征在于：包括差动行星齿轮、四象限电机、四象限逆变器、驱动电机和负载；
差动行星齿轮包括主动锥齿轮、差动内锥齿轮组、被动锥齿轮和差动外齿轮；
差动内锥齿轮组包括若干个内锥齿轮，每个内锥齿轮均设置在差动外齿轮的内圆周面上；
每个内锥齿轮均与主动锥齿轮和被动锥齿轮相啮合；
主动锥齿轮与驱动电机相连接，被动锥齿轮与负载相连接；
差动外齿轮与四象限电机中的电机齿轮啮合；
四象限逆变器的一端与四象限电机相连接，四象限逆变器的另一端与电网相连接，电网还与驱动电机相连接。
2.根据权利要求1所述的差动行星齿轮并联四象限运行电机大功率节能调速系统，其特征在于：差动外齿轮为呈锥形的差动外锥齿轮，电机齿轮为呈锥形的电机锥齿轮。
3.根据权利要求1所述的差动行星齿轮并联四象限运行电机大功率节能调速系统，其特征在于：还包括主动轴，主动锥齿轮固定套装在主动轴的一端，主动轴的另一端与驱动电机相连接。
4.根据权利要求1所述的差动行星齿轮并联四象限运行电机大功率节能调速系统，其特征在于：还包括被动轴，被动锥齿轮固定套装在被动轴的一端，被动轴的另一端与负载相连接。
5.根据权利要求1所述的差动行星齿轮并联四象限运行电机大功率节能调速系统，其特征在于：还包括连杆，每个内锥齿轮均通过连杆设置在差动外齿轮的内圆周面上，每个内锥齿轮均能以连杆为旋转轴实现自转。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的差动行星齿轮并联四象限运行电机大功率节能调速方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，转速设定：驱动电机驱动主动锥齿轮转动，假设主动锥齿轮或主动轴的转速为n1，假设与负载相连接的被动锥齿轮或被动轴的转速为n2，四象限电机中电机齿轮的转速为n3；
步骤2，通过对转速n1、n2和n3的合理调节控制，能够实现扭矩全传递、发电反馈、负载增速调节、负载堵转保护以及负载反馈制动功能；转速n1、n2和n3的具体控制方法如下：
步骤21，扭矩全传递：使四象限电机中电机齿轮的转速n3=0，则n1=n2，驱动电机的扭矩即能完全传递给负载；
步骤22，发电反馈：使n1=n2+2*n3，四象限电机处于发电状态，也即通过改变四象限电机的电能输出，控制电机齿轮上的扭矩，改变差动外齿轮与被动锥齿轮之间的扭矩分配，实现负载减速节能，同时四象限电机发电反馈电能；
步骤23，负载增速调节：使n1+2*n3=n2，四象限电机处于电动状态，也即通过改变四象限电机的电能输入，控制电机齿轮上的扭矩，改变差动外齿轮与被动锥齿轮之间的扭矩分配，实现负载增速增功能；
步骤24，负载堵转保护：当负载堵转时，使n1=2*n3，则驱动电机的电能输出通过四象限电机完全回收，实现负载堵转状态下的保护；
步骤25，负载反馈制动：使n2=2*n3，驱动电机无输入，四象限电机处于发电状态，负载的残余能量通过四象限电机回收，实现负载的反馈制动，快速停机。
7.根据权利要求6所述的差动行星齿轮并联四象限运行电机大功率节能调速方法，其特征在于：所述步骤25中，当n2=2*n3，驱动电机无输入或驱动电机故障时，使四象限电机处于发电状态，此时，四象限电机能作为电动机驱动负载。
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