本發(fā)明涉及電機(jī)調(diào)速技術(shù)，尤其涉及一種交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在國民生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中廣泛的使用著以電動機(jī)為原動機(jī)的電氣傳動裝置，如交通運(yùn)輸、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防航天等各個方面。電氣傳動裝置的廣泛應(yīng)用既提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，又減輕了勞動人民的工作強(qiáng)度。采用交流電機(jī)進(jìn)行可調(diào)速電氣傳動，不僅實(shí)現(xiàn)了較寬的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍，較高的控制精度，較快的動態(tài)響應(yīng)等特點(diǎn)，而且還克服了直流電機(jī)容量小、維護(hù)困難、換向存在火花等缺點(diǎn)。

三相異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)異步電機(jī)等效電路的參數(shù)不變時，在相同的轉(zhuǎn)速下，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，用改變定子外加電壓來改變機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系，從而改變電機(jī)在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)用方便、成本低廉、可靠性高、調(diào)速平滑等優(yōu)點(diǎn)。

采用三相異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速時，調(diào)節(jié)電機(jī)定子相電壓有效值時，電機(jī)的臨界轉(zhuǎn)差率s_m和同步轉(zhuǎn)速n₁都是恒定不變的，使電機(jī)在恒定負(fù)載下的調(diào)速范圍只能在0～s_m之間，調(diào)速范圍較窄，不夠?qū)拸V。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及方法，通過調(diào)節(jié)第一交流驅(qū)動電源和/或第二交流驅(qū)動電源的供電頻率來調(diào)節(jié)第一電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s1和/或第二電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s2，從而調(diào)節(jié)第一電機(jī)和第二電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n，能夠在第一電機(jī)和第二電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，任意調(diào)節(jié)第一電機(jī)和第二電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，調(diào)速范圍寬廣。

本發(fā)明第一方面提供一種交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，包括：整流單元、第一逆 變單元、第二逆變單元、第一電機(jī)和第二電機(jī)；

整流單元分別與第一逆變單元和第二逆變單元連接，第一逆變單元和第一電機(jī)連接，第二逆變單元和第二電機(jī)連接，第一電機(jī)和第二電機(jī)同軸連接；

整流單元用于將輸入的交流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為直流驅(qū)動電源并分別輸入至第一逆變單元和第二逆變單元；

第一逆變單元用于將直流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為驅(qū)動第一電機(jī)的第一交流驅(qū)動電源，第二逆變單元用于將直流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為驅(qū)動第二電機(jī)的第二交流驅(qū)動電源，第一交流驅(qū)動電源和第二交流驅(qū)動電源的供電相序相同，第一交流驅(qū)動電源的供電頻率為f₁，第二交流驅(qū)動電源的供電頻率為f₂，通過調(diào)節(jié)第一交流驅(qū)動電源和/或第二交流驅(qū)動電源的供電頻率來調(diào)節(jié)第一電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s1和/或所述第二電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s2，從而調(diào)節(jié)第一電機(jī)和第二電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n，|n_s1-n|＝|n-n_s2|。

本發(fā)明第二方面提供一種交流變頻調(diào)速方法，應(yīng)用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，交流變頻調(diào)速系統(tǒng)包括：整流單元、第一逆變單元、第二逆變單元、第一電機(jī)和第二電機(jī)；

整流單元分別與第一逆變單元和第二逆變單元連接，第一逆變單元和第一電機(jī)連接，第二逆變單元和第二電機(jī)連接，第一電機(jī)和第二電機(jī)同軸連接；

整流單元用于將輸入的交流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為直流驅(qū)動電源并分別輸入至第一逆變單元和第二逆變單元，第一逆變單元用于將直流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為驅(qū)動第一電機(jī)的第一交流驅(qū)動電源，第二逆變單元用于將直流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為驅(qū)動第二電機(jī)的第二交流驅(qū)動電源；

交流變頻調(diào)速方法包括：

將交流驅(qū)動電源輸入至整流單元，以使整流單元將交流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為直流驅(qū)動電源并分別輸入至第一逆變單元和第二逆變單元；

通過調(diào)節(jié)第一交流驅(qū)動電源和/或第二交流驅(qū)動電源的供電頻率來調(diào)節(jié)第一電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s1和/或第二電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s2，從而調(diào)節(jié)第一電機(jī)和第二電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n，|n_s1-n|＝|n-n_s2|，第一交流驅(qū)動電源的供電頻率為f₁，第二交流驅(qū)動電源的供電頻率為f₂，n_s1＝60f₁/p₁，n_s2＝60f₂/p₂，第一交流 驅(qū)動電源和第二交流驅(qū)動電源的供電相序相同。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速控制原理圖；

圖3為本發(fā)明的交流變頻調(diào)速方法的流程圖。

附圖標(biāo)記說明：

1：整流單元；

2：第一逆變單元；

3：第二逆變單元；

4：第一電機(jī)；

5：第二電機(jī)；

6：直流濾波單元；

7：聯(lián)軸器。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

現(xiàn)有的交流調(diào)速系統(tǒng)中，用改變異步電機(jī)定子電壓來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)稱為調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，這種調(diào)速系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)用方便、成本低廉、可靠性高、調(diào)速平滑等優(yōu)點(diǎn)。異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T_e表達(dá)式為：

式中，n_p為定子繞組極對數(shù)；U₁為定子相電壓有效值；f₁為定子電壓頻率；r₁為定子每相繞組內(nèi)阻；X₁為定子每相漏電抗；r′₂和X'₂₀為轉(zhuǎn)子折算到定子側(cè)的每相電阻和每相漏電抗；s為轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差率表達(dá)式為：

式中,n₁為電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，n為電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，在其他參數(shù)恒定的情況下電磁轉(zhuǎn)矩T_e與定子相電壓有效值U₁的平方成正比。在負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定的情況下，定子相電壓有效值U₁的變化引起電機(jī)轉(zhuǎn)差率s的變化，而同步轉(zhuǎn)速n₁未變，則電機(jī)轉(zhuǎn)速n發(fā)生變化。

實(shí)施例一

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，本實(shí)施例的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，包括：整流單元1、第一逆變單元2、第二逆變單元3、第一電機(jī)4和第二電機(jī)5；

整流單元1分別與第一逆變單元2和第二逆變單元3連接，第一逆變單元2和第一電機(jī)4連接，第二逆變單元2和第二電機(jī)5連接，第一電機(jī)4和第二電機(jī)5同軸連接；

整流單元1用于將輸入的交流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為直流驅(qū)動電源并分別輸入至第一逆變單元2和第二逆變單元3；

第一逆變單元2用于將直流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為驅(qū)動第一電機(jī)4的第一交流驅(qū)動電源，第二逆變單元3用于將直流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為驅(qū)動第二電機(jī)5的第二交流驅(qū)動電源，第一交流驅(qū)動電源和第二交流驅(qū)動電源的供電相序相同，第一交流驅(qū)動電源的供電頻率為f₁，第二交流驅(qū)動電源的供電頻率為f₂，通過調(diào)節(jié)所述第一交流驅(qū)動電源和/或所述第二交流驅(qū)動電源的供電頻率來調(diào)節(jié)所述第一電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s1和/或所述第二電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s2，從而調(diào)節(jié)所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n，|n_s1-n|＝|n-n_s2|。

具體地，整流單元1主要由IGBT和二極管組成，用于將輸入的交流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為直流驅(qū)動電源并分別輸入至第一逆變單元2和第二逆變單元3。

第一逆變單元2主要由IGBT和二極管組成，用于將直流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為驅(qū)動第一電機(jī)4的第一交流驅(qū)動電源，第二逆變單元3主要由IGBT和二極管組成，用于將直流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為驅(qū)動第二電機(jī)5的第二交流驅(qū)動電源，其中，第一交流驅(qū)動電源和第二交流驅(qū)動電源的供電相序相同，第一交流驅(qū)動電源的供電頻率為f₁，第二交流驅(qū)動電源的供電頻率為f₂，通過調(diào)節(jié)所述第一交流驅(qū)動電源和/或所述第二交流驅(qū)動電源的供電頻率來調(diào)節(jié)所述 第一電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s1和/或所述第二電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s2，從而調(diào)節(jié)所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n，|n_s1-n|＝|n-n_s2|。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速控制原理圖。

下面結(jié)合圖2，具體說明本發(fā)明實(shí)施例一的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速控制原理。

啟動第一電機(jī)和第二電機(jī)，通過第一逆變單元及第二逆變單元分別調(diào)節(jié)驅(qū)動第一電機(jī)的第一交流驅(qū)動電源及驅(qū)動第二電機(jī)的第二交流驅(qū)動電源的供電頻率，使第一電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在電動狀態(tài)，第二電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)。

在理論分析中假設(shè)第一電機(jī)和第二電機(jī)的參數(shù)相似，機(jī)械特性相似，因此，第一電機(jī)和第二電機(jī)的機(jī)械特性曲線的直線部分相互平行，如圖2所示出：

其中，直線A₁B₁為第一電機(jī)的機(jī)械特性曲線的直線部分，直線A₂B₂為第二電機(jī)的機(jī)械特性曲線的直線部分，此時，第一電機(jī)處于電動狀態(tài)，第二電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，在不考慮損耗的理想工況下，當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)與第二電機(jī)達(dá)到平衡，穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，第一電機(jī)與第二電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反。

如圖2，A₁和A₂分別為第一電機(jī)和第二電機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn)，T_e1和T_e2分別為第一電機(jī)和第二電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在工作點(diǎn)A₁和A₂時相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩，此時T_e1＝-T_e2，n_s1和n_s2分別為第一電機(jī)及第二電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，n_s1和n_s2分別取決于驅(qū)動第一電機(jī)的第一交流驅(qū)動電源的頻率及驅(qū)動第二電機(jī)的第二交流驅(qū)動電源的頻率；由于兩臺電機(jī)同軸連接，當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)和第二電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在工作點(diǎn)A₁和A₂時，第一電機(jī)和第二電機(jī)實(shí)際的轉(zhuǎn)速相等，均為n。

由于第一電機(jī)的機(jī)械特性曲線的直線部分A₁B₁與第二電機(jī)的機(jī)械特性曲線的直線部分A₂B₂相互平行，并且在不考慮損耗的理想工況下，第一電機(jī)及第二電機(jī)達(dá)到平衡，穩(wěn)定運(yùn)行時的電磁轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反。因此有，全等三角形對應(yīng)邊相等，從而有B₁O＝B₂O，即|n_s1-n|＝|n-n_s2|，結(jié)合s₁和s₂為第一電機(jī)M1和第二電機(jī)M2的轉(zhuǎn)差率，因此有：

|s₁n_s1|＝|s₂n_s2| (1)

公式(1)中，s₁和s₂為第一電機(jī)M1和第二電機(jī)M2的轉(zhuǎn)差率，n_s1，n_s2分別為第一電機(jī)在第一交流驅(qū)動電源及第二電機(jī)在第二交流驅(qū)動電源時的同步轉(zhuǎn)速，其中：n_s1＝60f₁/p₁；n_s2＝60f₂/p₂，其中：f₁、f₂分別為第一電機(jī)的第一交流驅(qū)動電源的供電頻率及第二電機(jī)的第二交流驅(qū)動電源的供電頻率，p₁、p₂分別為第一電機(jī)、第二電機(jī)的電機(jī)極對數(shù)，在下面的分析過程中，假設(shè)第一電機(jī)和第二電機(jī)的電機(jī)極對數(shù)相等，即p₁＝p₂。

將n_s1＝60f₁/p₁；n_s2＝60f₂/p₂代入公式(1)，并注意到s₂<0，則可以得到：

s₁f₁＝-s₂f₂ (2)

由于被測電機(jī)和負(fù)載電機(jī)同軸聯(lián)接，故兩臺電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速n相同，又由于n＝(1-s₁)n_s1＝(1-s₂)n_s2，n_s1＝60f₁/p₁，n_s2＝60f₂/p₂，所以：

60f₁(1-s₁)/p₁＝60f₂(1-s₂)/p₂ (3)

p₁＝p₂，經(jīng)過化簡得到：

(1-s₁)f₁＝(1-s₂)f₂ (4)

將公式(2)代入公式(4)，得到：

s₁＝f₁-f₂/2f₁＝Δf/2f₁ (5)

s₂＝f₂-f₁/2f₂＝-Δf/2f₂ (6)

其中：Δf＝f₁-f₂

進(jìn)一步地，由異步電機(jī)各參數(shù)的關(guān)系可以得到：

公式(7)中，I′₂為轉(zhuǎn)子電流折算值，A；E₁為定子相電動勢，V；ω₁、ω₂為定子、轉(zhuǎn)子電流角頻率，rad/s，R′₂為轉(zhuǎn)子電阻折算值，Ω；L′₂為轉(zhuǎn)子漏電感折算值，H；s為轉(zhuǎn)差率，無量綱，s＝ω₂/ω₁。

空載電流為：

I₀＝E₁/ω₁L_m＝E₁/2πf₁L_m (8)

公式(8)中，L_m為勵磁電感，H。

定子電流為：

在進(jìn)行變頻調(diào)速的過程中，維持電機(jī)定子鐵心的磁通量保持恒定，因此E₁與f₁的比值為恒定的常數(shù)C。令E₁/f₁＝C，C₁＝C/2πL_m，C₂＝C/2π，則公式(9)可以化簡為：

因此，可以得到第一電機(jī)的定子電流I₁₁，即

公式(11)中，ω₁₁為第一電機(jī)的定子電流角頻率，ω₁₁＝2πf₁，將公式(5)代入公式(11)，則可以得到：

同理可以求得第二電機(jī)的定子電流，即：

又由于電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T_e與電磁功率P_e和同步角速度Ω₁之間的關(guān)系為：

將公式(7)代入公式(14)則可以得到：

公式(15)中，

將公式(5)代入公式(15)，則可以得到第一電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，即：

同理可以求得第二電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，即：

進(jìn)一步地，根據(jù)公式(16)，求T_e1對Δf的導(dǎo)數(shù)，即：

令(T_e1)'<0，則有：

同理也可以求得T_e2對Δf的導(dǎo)數(shù)，即：

令(T_e2)'<0，則有：

因此，根據(jù)公式(19)和公式(21)，當(dāng)Δf在[0,R′₂/πL′₂]區(qū)間變化時，T_e1是Δf的單調(diào)增函數(shù)，T_e2是Δf的單調(diào)減函數(shù)，并且在變化過程中總能保持T_e1＝-T_e2。

經(jīng)過理論分析驗(yàn)證，根據(jù)公式(16)及公式(17)并結(jié)合圖2能夠看出，第一電機(jī)和第二電機(jī)達(dá)到平衡，穩(wěn)定運(yùn)行在A1點(diǎn)和A2點(diǎn)時，第一電機(jī)和第二電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反。并且第一電機(jī)M1、第二電機(jī)M2的電磁轉(zhuǎn)矩完全決定于Δf，通過調(diào)節(jié)所述第一交流驅(qū)動電源和/或所述第二交流驅(qū)動電源的供電頻率來調(diào)節(jié)所述第一電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s1和/或所述第二電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s2，從而調(diào)節(jié)所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n，|n_s1-n|＝|n-n_s2|。

例如：在不改變驅(qū)動第二電機(jī)的第二交流驅(qū)動電源的供電頻率f₂的情況下，通過第一逆變單元調(diào)節(jié)驅(qū)動第一電機(jī)的第一交流驅(qū)動電源的頻率f₁，若第一交流驅(qū)動電源的頻率f₁升高，第一電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s1隨之升高，第一電機(jī)的機(jī)械特性曲線將沿著y軸的正方向向上平移，即直線A₁B₁沿著y軸的正方向向上平移，第一電機(jī)與第二電機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn)隨之發(fā)生變化，當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)和第二電機(jī)達(dá)到下一個平衡，穩(wěn)定運(yùn)行時，在不考慮損耗的理想工況下，在此刻的穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，第一電機(jī)和第二電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的大小相等，方向相反；同時|n_s1-n|＝|n-n_s2|，由于第一電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速升高，第一電機(jī)的機(jī)械特性曲線上移，因此，第一電機(jī)和第二電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速相應(yīng)的升高，第一電機(jī)與第二電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩隨之變大。此時，在第一電機(jī)和第二電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩小于最大轉(zhuǎn)矩的情況下，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的任意調(diào)節(jié)，調(diào)速范圍較寬廣。

同樣的，在不改變驅(qū)動第二電機(jī)的第二交流驅(qū)動電源的供電頻率f₂的情況下，通過第一逆變單元調(diào)節(jié)驅(qū)動第一電機(jī)的第一交流驅(qū)動電源的頻率f₁，若第一電機(jī)頻率f₁降低，則第一電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s1隨之降低，第一電機(jī)的機(jī)械特性曲線將沿著y軸的負(fù)方向向下平移，即直線A₁B₁沿著y軸的負(fù)方向向下平移， 第一電機(jī)與第二電機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn)隨之發(fā)生變化，當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)和第二電機(jī)達(dá)到下一個平衡，穩(wěn)定運(yùn)行時，在不考慮損耗的理想工況下，在此刻的穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，第一電機(jī)和第二電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的大小相等，方向相反；同時|n_s1-n|＝|n-n_s2|，由于第一電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速降低，第一電機(jī)的機(jī)械特性曲線下移，因此，第一電機(jī)和第二電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速相應(yīng)的降低，第一電機(jī)與第二電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩隨之變小。此時，在第一電機(jī)和第二電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩小于最大轉(zhuǎn)矩的情況下，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的任意調(diào)節(jié)，調(diào)速范圍較寬廣。

例如，也可以在不改變驅(qū)動第一電機(jī)的第一交流驅(qū)動電源的供電頻率f₁的情況下，通過第二逆變單元調(diào)節(jié)驅(qū)動第二電機(jī)的第二交流驅(qū)動電源的頻率f₂，使f₂升高或者降低，第二電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s2相應(yīng)的增加或者減小，機(jī)械特性曲線相應(yīng)的沿著y軸的正方向平行上移或者沿著y軸的負(fù)方向平行下移，第一電機(jī)與第二電機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn)隨之發(fā)生變化，當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)和第二電機(jī)達(dá)到下一個平衡，穩(wěn)定運(yùn)行時，在不考慮損耗的理想工況下，在此刻的穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，第一電機(jī)和第二電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的大小相等，方向相反；同時|n_s1-n|＝|n-n_s2|，第一電機(jī)和第二電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速相應(yīng)的增大或減小，電磁轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的增大或減小。此時，在第一電機(jī)和第二電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩小于最大轉(zhuǎn)矩的情況下，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的任意調(diào)節(jié)，調(diào)速范圍較寬廣。

再例如，可以通過第一逆變單元和第二逆變單元同時調(diào)節(jié)f₁和f₂，此時，第一電機(jī)和第二電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s1、n_s2將隨著第一交流驅(qū)動電源的頻率f₁和第二交流電源的頻率f₁的變化而變化，這樣，第一電機(jī)和第二電機(jī)的機(jī)械特性曲線將分別沿著y軸平行上移或下移，第一電機(jī)與第二電機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn)隨之發(fā)生變化，當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)和第二電機(jī)達(dá)到下一個平衡，穩(wěn)定運(yùn)行時，在不考慮損耗的理想工況下，在此時的穩(wěn)定工作點(diǎn)，第一電機(jī)和第二電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的大小相等，方向相反；同時|n_s1-n|＝|n-n_s2|，第一電機(jī)和第二電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速相應(yīng)的增大或減小，電磁轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的增大或減小。此時，在第一電機(jī)和第二電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩小于最大轉(zhuǎn)矩的情況下，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的任意調(diào)節(jié)，調(diào)速范圍較寬廣

進(jìn)一步地，在上述情況下，還可以在通過第一逆變單元和第二逆變單元同時調(diào)節(jié)f₁和f₂時，保證Δf不變，這樣，第一電機(jī)和第二電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s1、n_s2將隨著第一交流驅(qū)動電源的頻率f₁和第二交流電源的頻率f₁的變化而變化， 但是第一電機(jī)和第二電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s1、n_s2的差值保持不變，第一電機(jī)和第二電機(jī)的機(jī)械特性曲線將整體沿著y軸平行上移或下移，第一電機(jī)與第二電機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn)隨之發(fā)生變化，當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)和第二電機(jī)達(dá)到下一個平衡，穩(wěn)定運(yùn)行時，第一電機(jī)與第二電機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn)相應(yīng)上移或下移，在不考慮損耗的理想工況下，在此時的穩(wěn)定工作點(diǎn)，第一電機(jī)和第二電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的大小相等，方向相反；同時|n_s1-n|＝|n-n_s2|，第一電機(jī)和第二電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速相應(yīng)的變化。在該種情形下，由于Δf不變，相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩不變。這樣，在電機(jī)允許的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的任意調(diào)節(jié)，調(diào)速范圍更加寬廣。

因此，本發(fā)明提供的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)所述第一交流驅(qū)動電源和/或所述第二交流驅(qū)動電源的供電頻率來調(diào)節(jié)所述第一電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s1和/或所述第二電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s2，從而調(diào)節(jié)所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n，|n_s1-n|＝|n-n_s2|?？梢栽陔姶呸D(zhuǎn)矩處于最大轉(zhuǎn)矩的范圍內(nèi)，通過調(diào)節(jié)第一電機(jī)和第二電機(jī)的供電頻率任意調(diào)節(jié)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，調(diào)速范圍較寬廣。

進(jìn)一步地，根據(jù)公式(16)和(17)，當(dāng)Δf＞0，即f₁>f₂時，T_e1>0，第一電機(jī)運(yùn)行第一象限，即第一電機(jī)處于電動狀態(tài)，此時，T_e2<0，第二電機(jī)運(yùn)行第二象限，即第二電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。

相應(yīng)地，當(dāng)Δf＜0，即f₁<f₂時，T_e1<0，第一電機(jī)運(yùn)行第二象限，即第一電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，此時，T_e2>0，第二電機(jī)運(yùn)行第一象限，即第二電機(jī)處于電動狀態(tài)。

例如，在圖2中，第一電機(jī)及第二電機(jī)啟動后，分別穩(wěn)定運(yùn)行在A1點(diǎn)和A2點(diǎn)，此時Δf＞0，即f₁>f₂時，T_e1>0，第一電機(jī)運(yùn)行第一象限，即第一電機(jī)處于電動狀態(tài)，T_e2<0，第二電機(jī)運(yùn)行第二象限，即第二電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。

在第一電機(jī)和第二電機(jī)分別穩(wěn)定運(yùn)行在A1點(diǎn)，A2的情況下，通過第一逆變單元調(diào)節(jié)驅(qū)動第一電機(jī)運(yùn)行的第一交流驅(qū)動電源的頻率，使f₁逐漸減小，第二逆變單元改變驅(qū)動第二電機(jī)運(yùn)行的第二交流驅(qū)動電源的頻率f₂，使f₂逐漸增大，使Δf減小，并且最終第一電機(jī)和第二電機(jī)達(dá)到平穩(wěn)，穩(wěn)定運(yùn)行時，使Δf＜0，結(jié)合圖2，在整個調(diào)速過程中，第一電機(jī)的機(jī)械特性曲線將逐漸向下移動，并逐漸像第二象限延伸，相應(yīng)地，第二電機(jī)的機(jī)械特性曲線 將逐漸向上移動，并向第一象限延伸，當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)和第二電機(jī)達(dá)到平穩(wěn)，穩(wěn)定運(yùn)行時，Δf＜0，相應(yīng)的T_e1<0，T_e2>0，這樣，第一電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在第二象限，第一電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在第一象限。

此外，還可以通過第一逆變單元及第二逆變單元改變驅(qū)動第一電機(jī)運(yùn)行的第一交流驅(qū)動電源及驅(qū)動第二電機(jī)運(yùn)行的第二交流驅(qū)動電源的供電相序，實(shí)現(xiàn)第一電機(jī)和第二電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，使第一電機(jī)和第二電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在第三象限或第四象限。例如，參照圖2，在第一電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在第一象限及第二電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在第二象限的情況下，通過第一逆變單元及第二逆變單元改變驅(qū)動第一電機(jī)運(yùn)行的第一交流驅(qū)動電源及驅(qū)動第二電機(jī)運(yùn)行的第二交流驅(qū)動電源的供電相序，使得第一電機(jī)及第二電機(jī)反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速小于0，第一電機(jī)運(yùn)行在第四象限，第二電機(jī)運(yùn)行在第三象限。再例如，在第一電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在第二象限及第二電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在第一象限的情況下，通過第一逆變單元及第二逆變單元改變驅(qū)動第一電機(jī)運(yùn)行的第一交流驅(qū)動電源及驅(qū)動第二電機(jī)運(yùn)行的第二交流驅(qū)動電源的供電相序，使得第一電機(jī)及第二電機(jī)反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速小于0，第一電機(jī)運(yùn)行在第三象限，第二電機(jī)運(yùn)行在第四象限。

因此，本實(shí)施例一提供的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行，并且調(diào)速范圍較寬。

本發(fā)明提供的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，包括：整流單元、第一逆變單元、第二逆變單元、第一電機(jī)和第二電機(jī)；

整流單元分別與第一逆變單元和第二逆變單元連接，第一逆變單元和第一電機(jī)連接，第二逆變單元和第二電機(jī)連接，第一電機(jī)和第二電機(jī)同軸連接；

整流單元用于將輸入的交流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為直流驅(qū)動電源并分別輸入至第一逆變單元和第二逆變單元；

第一逆變單元用于將所述直流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為驅(qū)動第一電機(jī)的第一交流驅(qū)動電源，第二逆變單元用于將直流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為驅(qū)動第二電機(jī)的第二交流驅(qū)動電源，第一交流驅(qū)動電源和第二交流驅(qū)動電源的供電相序相同，所述第一交流驅(qū)動電源的供電頻率為f₁，所述第二交流驅(qū)動電源的供電頻率為f₂，通過調(diào)節(jié)第一交流驅(qū)動電源和/或所述第二交流驅(qū)動電源的供電頻率來調(diào)節(jié)所述第一電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s1和/或所述第二電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s2，從而調(diào)節(jié) 所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n，|n_s1-n|＝|n-n_s2|。由于是通過調(diào)節(jié)供電頻率來進(jìn)一步調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，可以在最大轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，使得電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍更加寬廣。此外，通過調(diào)節(jié)第一交流驅(qū)動電源及第二交流驅(qū)動電源的供電相序，還可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，因此，也能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行。

可選地，本發(fā)明實(shí)施例一提供的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，整流單元與第一逆變單元和第二逆變單元之間還包括直流濾波單元6，直流濾波單元6用于濾除直流供電電源中的交流分量。

直流濾波單元6主要包括電容和電感，整流單元1將輸入的交流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為直流驅(qū)動電源，此時的直流驅(qū)動電源為脈動直流驅(qū)動電源，經(jīng)過直流濾波單元6后，直流濾波單元6濾除直流驅(qū)動電源中的交流分量，使得直流驅(qū)動電源更加平滑。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例一提供的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，第一逆變單元和第二逆變單元之間直流共母線連接；

當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)處于供電狀態(tài)時，第二電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，第二電機(jī)產(chǎn)生的電能通過第二逆變單元和直流母線輸送至第一逆變單元；

當(dāng)?shù)诙姍C(jī)處于供電狀態(tài)時，第一電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，第一電機(jī)產(chǎn)生的電能通過第一逆變單元和直流母線輸送至所述第二逆變單元。

基于上述分析，第一電機(jī)和第二電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩始終大小相等，方向相反，即當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)處于供電狀態(tài)時，第二電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，此時第二電機(jī)產(chǎn)生的電能就通過第二逆變單元和直流母線輸送至第一逆變單元。

或者是當(dāng)?shù)诙姍C(jī)處于供電狀態(tài)時，第一電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，第一電機(jī)產(chǎn)生的電能通過第一逆變單元和直流母線輸送至所述第二逆變單元。

這樣，通過將第一逆變單元和第二逆變單元之間直流共母線連接，實(shí)現(xiàn)了能量的雙向流動，使得處于發(fā)電狀態(tài)的電機(jī)產(chǎn)生的電能能夠通過逆變單元和直流母線輸送至與處于電動狀態(tài)相連的另一個逆變單元，實(shí)現(xiàn)了能量的雙向流動，使得本發(fā)明提供的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的能量利用率更高，更加的節(jié)能。

可選地，本發(fā)明實(shí)施例一提供的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，第一電機(jī)和第二電機(jī)通過聯(lián)軸器7同軸連接。

實(shí)施例二

圖3為本發(fā)明實(shí)施例二提供的交流變頻調(diào)速方法的流程圖。

請參照圖3，本發(fā)明實(shí)施例二提供一種交流變頻調(diào)速方法，應(yīng)用于本發(fā)明實(shí)施例一的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，上述交流變頻調(diào)速方法包括：

S1:將交流驅(qū)動電源輸入至整流單元，以使整流單元將交流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為直流驅(qū)動電源并分別輸入至第一逆變單元和第二逆變單元；

S2:通過調(diào)節(jié)第一交流驅(qū)動電源和/或第二交流驅(qū)動電源的供電頻率來調(diào)節(jié)第一電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s1和/或所述第二電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s2，從而調(diào)節(jié)第一電機(jī)和第二電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n，|n_s1-n|＝|n-n_s2|，第一交流驅(qū)動電源的供電頻率為f₁，第二交流驅(qū)動電源的供電頻率為f₂，n_s1＝60f₁/p₁，n_s2＝60f₂/p₂，第一交流驅(qū)動電源和第二交流驅(qū)動電源的供電相序相同。

具體的調(diào)速方法與調(diào)速控制的原理如實(shí)施例一描述的一樣，此處不再贅述。

本發(fā)明提供的交流變頻調(diào)速方法，通過調(diào)節(jié)所述第一交流驅(qū)動電源和/或所述第二交流驅(qū)動電源的供電頻率來調(diào)節(jié)所述第一電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s1和/或所述第二電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_s2，從而調(diào)節(jié)所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n，|n_s1-n|＝|n-n_s2|?？梢栽陔姶呸D(zhuǎn)矩處于最大轉(zhuǎn)矩的范圍內(nèi)，通過調(diào)節(jié)第一電機(jī)和第二電機(jī)的供電頻率任意調(diào)節(jié)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，調(diào)速范圍較寬廣。

此外，本發(fā)明提供的交流變頻調(diào)速方法，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例二提供的交流變頻調(diào)速方法，還包括：在整流單元與第一逆變單元和第二逆變單元之間設(shè)置直流濾波單元，直流濾波單元用于濾除直流供電電源中的交流分量。

整流單元將輸入的交流驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換為直流驅(qū)動電源，此時的直流驅(qū)動電源為脈動直流驅(qū)動電源，經(jīng)過直流濾波單元后，直流濾波單元濾除直流驅(qū)動電源中的交流分量，使得直流驅(qū)動電源更加平滑。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例二提供的交流變頻調(diào)速方法，還包括：將第一逆變單元和第二逆變單元之間進(jìn)行直流共母線連接；

當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)處于供電狀態(tài)時，第二電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，第二電機(jī)產(chǎn)生的電能通過第二逆變單元和直流母線輸送至第一逆變單元；

當(dāng)?shù)诙姍C(jī)處于供電狀態(tài)時，第一電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，第一電機(jī)產(chǎn)生的電能通過第一逆變單元和所述直流母線輸送至第二逆變單元。

這樣，通過將第一逆變單元和第二逆變單元之間直流共母線連接，實(shí)現(xiàn)了能量的雙向流動，使得處于發(fā)電狀態(tài)的電機(jī)產(chǎn)生的電能能夠通過逆變單元和直流母線輸送至與處于電動狀態(tài)相連的另一個逆變單元，實(shí)現(xiàn)了能量的雙向流動，使得本發(fā)明提供的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的能量利用率更高，更加的節(jié)能。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例二提供的交流變頻調(diào)速方法，第一電機(jī)和第二電機(jī)通過聯(lián)軸器同軸連接。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。