專利名稱：電動機驅動系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及最適合防止由連接原動機及發(fā)電機的發(fā)電機軸、連接電動機及被驅動裝置的電動機軸的軸扭轉振動所引起的共振現(xiàn)象的電動機驅動系統(tǒng)及方法。
背景技術：
近些年，從節(jié)省能量的觀點出發(fā)，大多使用通過電力轉換器將發(fā)電機的發(fā)出電力轉換為可變頻率而對壓縮機、風扇、鼓風機等旋轉載荷進行電動機驅動的技術。例如，至今為止，進行通過電動機和電力轉換裝置對由蒸汽輪機或燃氣輪機直接驅動的系統(tǒng)進行可變速驅動的電動化，因系統(tǒng)不同，而存在設置汽輪發(fā)電機作為電源設備，將由其得到的電能通過電力轉換裝置和電動機再次轉換成機械能而進行可變速驅動的情況。但是，因系統(tǒng)的結構或控制條件的不同，而可能在汽輪發(fā)電機軸上產生軸扭轉振動，使發(fā)電機軸破損。
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關于汽輪發(fā)電機間的軸扭轉振動，大多在直流供電系統(tǒng)中進行研究，例如在日本特開2000-224896號公報中公開了在汽輪發(fā)電機與直流供電系統(tǒng)的直流變換所附近連接時，因直流變換所中進行的電力控制的條件的不同，而直流供電系統(tǒng)與汽輪發(fā)電機干涉，從而汽輪發(fā)電機的軸產生振動的情況。另外，公開了如下技術軸扭轉振動與作用在發(fā)電機的轉子上的轉矩的狀態(tài)有關，根據直流供電系統(tǒng)的直流變換所的母線電壓的頻率變動來檢測振動現(xiàn)象，并使控制角變化來抑制軸扭轉振動。另外，在直流供電系統(tǒng)以外，例如在日本特開平11-27993號公報中還公開了一種如下這樣的電力轉換裝置的控制技術在將由發(fā)動機與發(fā)電機的組合等構成的發(fā)電裝置作為電源的電力轉換裝置及電源系統(tǒng)中，通過檢測發(fā)電裝置的共振頻率成分，并利用共振頻率除去電路消除發(fā)電裝置的振動成分，從而抑制與發(fā)電裝置的機械系統(tǒng)的共振頻率干涉而使振動持續(xù)增加的情況。在先技術文獻專利文獻專利文獻I日本特開2000-224896號公報專利文獻2日本特開平11-27993號公報在上述發(fā)明中，存在如下問題即在發(fā)電機軸上產生軸扭轉振動，該振動成為發(fā)電機端子電壓變動而向電動機驅動用逆變器傳遞，使電動機端子電壓變動及使電動機軸振動，該振動進一步使發(fā)電機軸振動，這樣產生共振現(xiàn)象，這樣的共振現(xiàn)象必須利用使所述控制角變化的控制或消除所述發(fā)電裝置的振動成分的控制，來抑制所述振動，在進行所述控制的系統(tǒng)的精度上、在所述系統(tǒng)涉及的控制裝置發(fā)生誤動作、故障等情況下共振現(xiàn)象的抑制效果的可靠性較為欠缺。本發(fā)明的課題在于提供一種不依賴于基于上述系統(tǒng)等的特殊的控制，就能夠抑制所述振動的電動機驅動系統(tǒng)及方法。
發(fā)明內容
為了解決上述課題，在本發(fā)明中，提供一種電動機驅動系統(tǒng)，其具備原動機、通過所述原動機的驅動而進行發(fā)電的發(fā)電機、將由所述發(fā)電機發(fā)出的電力轉換成所期望的頻率的電力的轉換器、通過從所述轉換器供給的電力進行驅動的電動機、通過所述電動機進行驅動的被驅動裝置，所述電動機驅動系統(tǒng)的特征在于，將所述原動機的驅動力向所述發(fā)電機傳遞的發(fā)電機軸的軸共振頻率與將所述電動機的驅動力向所述被驅動裝置傳遞的電動機軸的軸共振頻率為不同的值。發(fā)明效果根據本發(fā)明，起到不依賴于特殊的控制，就可抑制發(fā)電機軸與電動機軸的共振頻率一致或近似的情況下的軸扭轉振動的共振現(xiàn)象這樣的效果。
圖I是本發(fā)明的實施方式I的電動機驅動裝置或系統(tǒng)的結構的圖。圖2是表示汽輪發(fā)電機的振動系統(tǒng)的雙質量(7 7 ^ j )模型框圖。
圖3是電系統(tǒng)阻尼系數(shù)De的算出模型圖。圖4是共振比h與電系統(tǒng)阻尼系數(shù)的關系的圖。圖5是軸共振頻率可變結構的電動機或發(fā)電機的圖。圖6是提高了通用性的軸共振頻率可變結構的電動機或發(fā)電機的圖。圖7是本發(fā)明的實施方式2的電動機驅動裝置或系統(tǒng)的結構的圖。圖8是本發(fā)明的實施方式3的電動機驅動裝置或系統(tǒng)結構的圖。圖9是能夠更換軸的電動機或發(fā)電機的圖。圖10是軸長可變結構的電動機或發(fā)電機的圖。圖11是在驅動軸上安裝了旋轉體的電動機或發(fā)電機的圖。符號說明I燃氣輪機(力' 7夕一匕' > )2發(fā)電機3、18發(fā)電機軸4、5變壓器6 系統(tǒng)7電力轉換器8電動機9、58被驅動裝置10、20、51、53、56 電動機軸11電力轉換器控制裝置12電力轉換器輸出電流檢測器13電力轉換器輸出電壓檢測器14燃料控制裝置15變換器16逆變器17平滑電容器19、21、52、54、60 慣性旋轉體
30電系統(tǒng)阻尼系數(shù)的算出部40發(fā)電機端子電壓的算出部41負載有效功率(有効電力)的算出部42發(fā)電機負載轉矩的算出部50電動機框體55、57 聯(lián)軸器59水平軌道100、101 切換開關 102電流控制器103信號發(fā)生源104電流偏差運算器105控制模式切換開關106電動機控制用常數(shù)107發(fā)電機控制用常數(shù)
具體實施例方式以下，利用附圖，對本發(fā)明的實施方式進行說明?！矊嵤┓绞絀〕圖I是本發(fā)明的整體結構圖。燃氣輪機I和將所述燃氣輪機I的機械能轉換為電能的發(fā)電機2通過發(fā)電機軸3結合。慣性旋轉體19是通過與所述發(fā)電機2成為一體而進行旋轉，來用于變更發(fā)電機軸3的軸扭轉共振頻率的慣性旋轉體19，其通過比發(fā)電機軸3剛性高的發(fā)電機軸18與發(fā)電機2結合。燃料控制裝置14對所述燃氣輪機I的旋轉力和轉速進行控制，變壓器4將所述發(fā)電機2的輸出電壓向系統(tǒng)電壓轉換，變壓器5將系統(tǒng)電壓轉換為電力轉換器的輸入電壓，變壓器4和變壓器5經由系統(tǒng)6而連接。電力轉換器7將從所述變壓器5輸出的電力轉換為所期望的電力，其包括由對三相受電交流進行整流的二極管電橋整流電路構成的變換器15 ;使所述變換器輸出平滑化的平滑電容器17 ;以及將所述平滑電容器電壓轉換成三相交流的逆變器16。電動機8由所述電力轉換器輸出的電力驅動，被驅動裝置9由所述電動機8驅動。另外，電動機8和被驅動裝置9通過電動機軸10結合。慣性旋轉體21通過與所述電動機8成為一體而進行旋轉，來變更電動機軸10的軸扭轉共振頻率,并通過比電動機軸10剛性高的電動機軸20與電動機8結合。并且，電力轉換器控制裝置11以使所述電動機8的輸出轉矩或速度滿足所期望的特性的方式來操作所述電力轉換器7。電力轉換器輸出電流檢測器(以下，記為電流檢測器12)對所述電力轉換器7的輸出電流進行檢測，電力轉換器輸出電壓檢測器(以下，記為電壓檢測器13)對所述電力轉換器7的輸出電壓進行檢測。所述電流檢測器12、電壓檢測器13的輸出信號向電力轉換器控制裝置11輸入，電力轉換器控制裝置11進行各種運算處理，并輸出操作所述電力轉換器7的信號。在此，對與電源側振動相關的關系式進行說明。圖2是以雙質量系統(tǒng)來表現(xiàn)汽輪機與發(fā)電機間的軸扭轉振動的圖，T ^為汽輪機轉矩，^為發(fā)電機負載轉矩，Ts為軸扭轉轉矩，O1為汽輪機速度，《2為發(fā)電機速度，K為彈簧常數(shù)(定數(shù))，Dm為機械系統(tǒng)的阻尼系數(shù)，隊為電系統(tǒng)的阻尼系數(shù)，單位都是額定點的標準化量p. u.。另外，Tal是汽輪機的慣性力矩(慣性*一> >卜)，Ta2是發(fā)電機的慣性力矩，單位都為秒。在圖2中，De表現(xiàn)出減少發(fā)電機的速度增加的轉矩通過與發(fā)電機連接的負載(包括控制裝置)而電氣性地產生的程度。根據從圖得到的二次振動系統(tǒng)的狀態(tài)方程式，系統(tǒng)的特征方程式成為(I)式。式I
權利要求
1.一種電動機驅動系統(tǒng)，其由如下構件構成即原動機、通過所述原動機的驅動而進行發(fā)電的發(fā)電機、將由所述發(fā)電機發(fā)出的電力轉換成所期望的頻率的電力的轉換器、利用從所述轉換器供給的電力進行驅動的電動機、利用所述電動機進行驅動的被驅動裝置，所述電動機驅動系統(tǒng)的特征在于， 將所述原動機的驅動力向所述發(fā)電機傳遞的發(fā)電機軸的軸共振頻率，與將所述電動機的驅動力向所述被驅動裝置傳遞的電動機軸的軸共振頻率為不同的值。
2.根據權利要求I所述的電動機驅動系統(tǒng)，其特征在于， 所述電動機軸的軸共振頻率除以所述發(fā)電機軸的軸共振頻率得到的值取O. 9以下或1.I以上的值。
3.根據權利要求I所述的電動機驅動系統(tǒng)，其特征在于， 調節(jié)所述電動機軸的長度，來變更所述電動機軸的軸共振頻率。
4.根據權利要求I所述的電動機驅動系統(tǒng)，其特征在于， 調整所述發(fā)電機軸的長度，來變更所述發(fā)電機軸的軸共振頻率。
5.根據權利要求I所述的電動機驅動系統(tǒng)，其特征在于， 在所述電動機軸上安裝一個或多個慣性旋轉體，來變更所述電動機軸的軸共振頻率。
6.根據權利要求I所述的電動機驅動系統(tǒng)，其特征在于， 在所述發(fā)電機軸上安裝一個或多個慣性旋轉體，來變更所述發(fā)電機軸的軸共振頻率。
7.根據權利要求I所述的電動機驅動系統(tǒng)，其特征在于， 通過變更所述電動機軸的材質或軸直徑，來變更所述電動機軸的軸共振頻率。
8.根據權利要求I所述的電動機驅動系統(tǒng)，其特征在于， 通過變更所述發(fā)電機軸的材質或軸直徑，來變更所述發(fā)電機軸的軸共振頻率。
9.根據權利要求I所述的電動機驅動系統(tǒng)，其特征在于， 具備推定所述發(fā)電機軸或電動機軸的軸共振頻率的電力轉換器控制裝置。
10.根據權利要求9所述的電動機驅動系統(tǒng)，其特征在于， 所述電力轉換器控制裝置對所述發(fā)電機軸或電動機軸施加包含M系列信號或白噪聲的寬頻帶的加振轉矩，來推定所述發(fā)電機軸或電動機軸的軸共振頻率。
11.根據權利要求9所述的電動機驅動系統(tǒng)，其特征在于， 所述電力轉換器控制裝置具備對所述逆變器進行電流指令的電流控制器；產生用于進行所述電流指令的電流信號的信號發(fā)生源；以及運算所述逆變器的輸出電流與所述電流 目號的偏差的偏差運算器。
12.—種電動機驅動方法，其包括 將原動機的驅動力經由發(fā)電機軸向發(fā)電機傳遞而使所述發(fā)電機發(fā)電的工序； 通過轉換器將由所述發(fā)電機發(fā)出的電力轉換成所期望的頻率的電力的工序； 通過從所述轉換器供給的電力來驅動電動機的工序； 將所述電動機的驅動力經由具有與所述發(fā)電機軸的軸共振頻率不同的值的軸共振頻率的電動機軸向被驅動裝置傳遞而驅動所述被驅動裝置的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種不依賴于特殊的控制，就能夠抑制共振現(xiàn)象的振動的電動機驅動系統(tǒng)，該共振現(xiàn)象為如下這樣的現(xiàn)象在發(fā)電機軸上產生軸扭轉振動，該振動成為發(fā)電機端子電壓變動而向電動機驅動用逆變器傳遞，使電動機端子電壓變動及使電動機軸振動，該振動進一步使發(fā)電機軸振動。電動機驅動系統(tǒng)具備原動機、通過所述原動機的驅動進行發(fā)電的發(fā)電機、將由所述發(fā)電機發(fā)出的電力轉換成所期望的頻率的電力的轉換器、通過從所述轉換器供給的電力進行驅動的電動機、通過所述電動機進行驅動的被驅動裝置，其中，將所述原動機的驅動力向所述發(fā)電機傳遞的發(fā)電機軸的軸共振頻率與將所述電動機的驅動力向所述被驅動裝置傳遞的電動機軸的軸共振頻率為不同的值。
文檔編號H02P5/74GK102801373SQ20121015987
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權日2011年5月25日
發(fā)明者名倉寬和, 永田浩一郎, 伊藤雄太, 秋田佳稔 申請人:株式會社日立制作所