專利名稱：同步電動(dòng)機(jī)失磁恢復(fù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同步電動(dòng)機(jī)。更準(zhǔn)確地說(shuō)，本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁單元斷開(kāi)的恢復(fù)。
背景技術(shù)：
當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)失去了它的勵(lì)磁源時(shí)，它在修復(fù)勵(lì)磁源的時(shí)間或者被關(guān)閉或者以異步模式運(yùn)行。但是，在異步模式中的同步電動(dòng)機(jī)的擴(kuò)展操作會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱，并且其需要特大型的電動(dòng)機(jī)以及電源系統(tǒng)。而且，當(dāng)以異步模式操作時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)通常僅能驅(qū)動(dòng)相對(duì)于同步模式操作中的滿載減小的負(fù)載。
因此，需要解決這個(gè)問(wèn)題，即怎樣恢復(fù)同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁源斷開(kāi)，從而使電動(dòng)機(jī)恢復(fù)到滿載同步操作，同時(shí)使異步運(yùn)行的時(shí)間最小或者不借助于異步操作。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)效果是前述問(wèn)題的解決方案，其基于檢測(cè)故障的普通勵(lì)磁供電單元，自動(dòng)轉(zhuǎn)換同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組系統(tǒng)到備用勵(lì)磁供電單元，從而釋放用于維修的故障單元，而不中斷電動(dòng)機(jī)的滿載操作，或者使花在電動(dòng)機(jī)的減小的負(fù)載上的時(shí)間最小。
在一個(gè)系統(tǒng)實(shí)施例中，同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括至少一個(gè)同步電動(dòng)機(jī)，該同步電動(dòng)機(jī)包括勵(lì)磁繞組系統(tǒng)、普通勵(lì)磁供電單元、備用勵(lì)磁供電單元以及控制單元。控制單元通常連接電路中的普通勵(lì)磁供電單元和勵(lì)磁繞組系統(tǒng)，并且響應(yīng)于普通勵(lì)磁供電單元的故障，自動(dòng)將勵(lì)磁繞組系統(tǒng)從普通勵(lì)磁供電單元轉(zhuǎn)換到備用勵(lì)磁供電單元。
在一個(gè)方法實(shí)施例中，該方法通過(guò)連接電路中的普通勵(lì)磁供電單元到同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組系統(tǒng)，來(lái)恢復(fù)同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁供電單元的斷開(kāi)。普通勵(lì)磁供電單元的故障被檢測(cè)出，并且響應(yīng)于被檢測(cè)的故障，勵(lì)磁繞組系統(tǒng)自動(dòng)從普通勵(lì)磁供電單元轉(zhuǎn)換到備用勵(lì)磁供電單元。
唯一的附圖是同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的方框圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)由參考標(biāo)記20表示。同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)20包括多個(gè)同步電動(dòng)機(jī)30和50。盡管兩個(gè)同步電動(dòng)機(jī)30和50被示出，同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)20可以包括多于或少于2個(gè)同步電動(dòng)機(jī)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是明顯的。
同步電動(dòng)機(jī)30包括轉(zhuǎn)子32，定子34，勵(lì)磁繞組系統(tǒng)36以及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/運(yùn)行設(shè)備80。同步電動(dòng)機(jī)50包括轉(zhuǎn)子52，定子54，勵(lì)磁繞組系統(tǒng)56以及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/運(yùn)行設(shè)備82。
同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)20還包括控制單元22、輸入電源24以及輸入電源26、普通勵(lì)磁供電單元40、普通勵(lì)磁供電單元60以及備用勵(lì)磁供電單元70。盡管電源24在圖中示出為單個(gè)電源，它可以多于一個(gè)以提供單獨(dú)電源給普通和備用勵(lì)磁供電單元40、60和70。同樣地，盡管圖中示出為單個(gè)電源，但是電源26可以多于一個(gè)電源以提供單獨(dú)電源給同步電動(dòng)機(jī)定子34和54。電源24是相對(duì)低的電壓。電源24包括開(kāi)關(guān)25，當(dāng)閉合時(shí)，其連接電源24到普通備用勵(lì)磁供電單元40、60和70，以用作勵(lì)磁電壓。電源26包括開(kāi)關(guān)27，當(dāng)閉合時(shí)，其連接電源26到一個(gè)電源，該電源給電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/運(yùn)行設(shè)備80和82提供一個(gè)相對(duì)高的電壓用作電動(dòng)機(jī)定子電壓電源。作為在北美應(yīng)用的大型電動(dòng)機(jī)一個(gè)例子，相對(duì)高的電壓可以是13.8千伏并且相對(duì)低的電壓可以是460伏。開(kāi)關(guān)25和27可以手動(dòng)操作或者可以自動(dòng)操作，作為整個(gè)控制序列的部分。
普通勵(lì)磁供電單元40和普通勵(lì)磁供電單元60在電路中分別與同步電動(dòng)機(jī)30和50連接，并與電源24連接。因此，普通勵(lì)磁供電單元40包括輸入開(kāi)關(guān)42機(jī)構(gòu)、普通勵(lì)磁源44、電流傳感器45、以及輸出開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)46。當(dāng)輸入開(kāi)關(guān)42機(jī)構(gòu)和輸出開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)46都閉合時(shí)，勵(lì)磁電壓被施加到同步電動(dòng)機(jī)30的勵(lì)磁繞組系統(tǒng)36。普通勵(lì)磁供電單元60包括輸入開(kāi)關(guān)62機(jī)構(gòu)、普通勵(lì)磁源64、電流傳感器65、以及輸出開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)66。當(dāng)輸入開(kāi)關(guān)62機(jī)構(gòu)和輸出開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)66都閉合時(shí)，勵(lì)磁電壓被施加到同步電動(dòng)機(jī)50的勵(lì)磁繞組系統(tǒng)56。
同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)20還包括備用勵(lì)磁供電單元70，該單元是同步電動(dòng)機(jī)30和50所共用的。備用勵(lì)磁源單元70在電路中與電源單元24連接并與同步電動(dòng)機(jī)30的勵(lì)磁繞組系統(tǒng)36和同步電動(dòng)機(jī)50的勵(lì)磁繞組系統(tǒng)56連接。備用勵(lì)磁供電單元70包括輸入開(kāi)關(guān)72機(jī)構(gòu)、備用勵(lì)磁源74、電流傳感器75、輸出開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)76以及輸出開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)78。將對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，輸入開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)42、62和72以及輸出開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)46、66、76和78可以是任何合適的開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)，例如，斷路器、接觸器、電源繼電器、電動(dòng)開(kāi)關(guān)和類似物。
電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/運(yùn)行設(shè)備80和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/運(yùn)行設(shè)備82分別在電路中與電源26以及在電路中與同步電動(dòng)機(jī)30和50的電動(dòng)機(jī)定子34和54的繞組連接。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/運(yùn)行設(shè)備80和82可以是簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)設(shè)備，該開(kāi)關(guān)設(shè)備通過(guò)施加額定電壓到定子34和54來(lái)啟動(dòng)和運(yùn)行同步電動(dòng)機(jī)30和50，以使電動(dòng)機(jī)30和50加速到同步速度，在該速度點(diǎn)，施加電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)以將電動(dòng)機(jī)30和50拉入同步。可選的是，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/運(yùn)行設(shè)備80和82可以是輔助啟動(dòng)系統(tǒng)，例如電抗器輔助、自耦變壓器輔助、電容器輔助、電容器-電抗器輔助、電控制啟動(dòng)器、或者類似的方案。這些方案被設(shè)計(jì)用來(lái)加速同步電動(dòng)機(jī)到同步速度(并隨后通過(guò)施加電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)來(lái)拉入到同步操作)，而使在電源系統(tǒng)26上啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的影響最小?？蛇x的是，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/運(yùn)行設(shè)備80和82可以是可變電壓或者可變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有在變速下啟動(dòng)和運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的能力。
控制單元22具有到輸出開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)46、66、76和78的連接線，以控制其打開(kāi)和閉合?？刂茊卧?2還具有到輸入開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)42、62和72的連接線，以控制其打開(kāi)和閉合，在此可以期望實(shí)現(xiàn)操作策略的正確動(dòng)作?？刂茊卧?2還具有到普通勵(lì)磁源44、普通勵(lì)磁源64和備用勵(lì)磁源74的連接線，以在操作和轉(zhuǎn)換期間適當(dāng)?shù)貐f(xié)調(diào)這些設(shè)備的動(dòng)作。
在正常操作模式中，普通勵(lì)磁供電單元40和60可操作分別提供電壓給同步電動(dòng)機(jī)30和50的勵(lì)磁繞組系統(tǒng)36和56。為此，控制單元22控制輸出開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)46和66閉合并且控制輸出開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)76和78打開(kāi)。因此，普通勵(lì)磁供電單元40和60被連接到同步電動(dòng)機(jī)30和50，但是備用勵(lì)磁供電單元70不連接到同步電動(dòng)機(jī)30或50。
勵(lì)磁源40、60和70的電流傳感器45、65和75檢測(cè)各自的勵(lì)磁負(fù)載電流，并且提供這些檢測(cè)到的電流給控制單元22。如果普通勵(lì)磁供電單元40故障或者誤操作，同步電動(dòng)機(jī)30勵(lì)磁系統(tǒng)的負(fù)載電流將偏離參考值。如果這個(gè)偏離超過(guò)了預(yù)定的數(shù)量，將會(huì)檢測(cè)到故障。響應(yīng)于檢測(cè)到的故障，控制單元22自動(dòng)將勵(lì)磁繞組系統(tǒng)36由普通勵(lì)磁供電單元40轉(zhuǎn)換到備用勵(lì)磁供電單元70。為完成這個(gè)操作，控制單元22打開(kāi)普通勵(lì)磁供電單元40的輸出開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)46，并且閉合備用勵(lì)磁供電單元70的輸出開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)76。在這個(gè)情況下，同步電動(dòng)機(jī)30立即接收來(lái)自備用勵(lì)磁供電單元70的勵(lì)磁電壓，并且同步電動(dòng)機(jī)50繼續(xù)接收來(lái)自普通勵(lì)磁供電單元60的勵(lì)磁電壓。故障普通勵(lì)磁供電單元40不與同步電動(dòng)機(jī)30連接，并且，因此可用于維修。
另一方面，如果普通勵(lì)磁供電單元60故障或者誤操作，同步電動(dòng)機(jī)50勵(lì)磁系統(tǒng)的負(fù)載電流將偏離參考值。如果這個(gè)偏離超過(guò)了預(yù)定的數(shù)量，將會(huì)檢測(cè)到故障。響應(yīng)于檢測(cè)到的故障，控制單元22自動(dòng)將勵(lì)磁繞組系統(tǒng)56從普通勵(lì)磁供電單元60切換到備用勵(lì)磁供電單元70。為了完成這個(gè)操作，控制單元22打開(kāi)普通勵(lì)磁供電單元60的輸出開(kāi)關(guān)66并且閉合備用勵(lì)磁供電單元70的輸出開(kāi)關(guān)78。在這個(gè)情況下，同步電動(dòng)機(jī)50立即接收來(lái)自備用勵(lì)磁供電單元70的勵(lì)磁電壓，并且同步電動(dòng)機(jī)30繼續(xù)接收來(lái)自普通勵(lì)磁供電單元40的勵(lì)磁電壓。故障普通勵(lì)磁供電單元60不與同步電動(dòng)機(jī)50連接，并且，因此可用于維修。
該參考值可以被確定為期望的勵(lì)磁電流的百分?jǐn)?shù)或絕對(duì)值。期望的勵(lì)磁電流源自電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是控制單元22的一部分。在DC反饋勵(lì)磁機(jī)的情況中，例如在恒速電動(dòng)機(jī)應(yīng)用上通?？烧业剑渲须妱?dòng)機(jī)被同步到固定頻率電源，該參考值可與電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中的DC線電流比較?？蛇x的是，在ac反饋勵(lì)磁系統(tǒng)的情況中，例如在變速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用上通?？烧业?，該參考值可與到電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的單相電流的平均值比較。
將對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員明顯的是，盡管勵(lì)磁繞組電流在所示的示例性實(shí)施例中被檢測(cè)，其它的電參數(shù)也可以被檢測(cè)，只要它們響應(yīng)于普通勵(lì)磁供電單元的故障而改變。
在上述任一個(gè)情況中，具有未發(fā)生故障的勵(lì)磁電源的電動(dòng)機(jī)將繼續(xù)以可獲得的滿載額定值操作。具有故障的勵(lì)磁電源的電動(dòng)機(jī)可以繼續(xù)以額定功率操作，或者可以暫時(shí)異步運(yùn)行直到負(fù)載轉(zhuǎn)矩被減小到允許發(fā)生再同步。負(fù)載減小啟動(dòng)和再同步過(guò)程通常在控制單元22的自動(dòng)控制下執(zhí)行。在兩個(gè)普通勵(lì)磁電源單元同時(shí)發(fā)生故障時(shí)的情況下，并且當(dāng)僅有一個(gè)備用單元被安裝時(shí)，一個(gè)電動(dòng)機(jī)會(huì)停止運(yùn)行，并且備用單元被轉(zhuǎn)換到另一電動(dòng)機(jī)以使能它的后續(xù)的操作。
對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員明顯的是，電流傳感器45、65和75可以被組裝在勵(lì)磁供電單元中、安裝在同步電動(dòng)機(jī)30和50中或者可以是單獨(dú)的單元。將對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員更明顯的是，備用勵(lì)磁供電單元70可以為超過(guò)兩個(gè)的同步電動(dòng)機(jī)所共用。將更明顯的是，在一些同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)實(shí)施例中，超過(guò)一個(gè)的備用勵(lì)磁供電單元可以被兩個(gè)或更多電動(dòng)機(jī)使用和共用。
對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員也明顯的是，這里描述的本發(fā)明應(yīng)用于同步電動(dòng)機(jī)，不論全壓?jiǎn)?dòng)(直接在線)，通過(guò)“軟”啟動(dòng)器的輔助，還是當(dāng)在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)下以變速運(yùn)行。
對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員也明顯的是，這里描述的本發(fā)明應(yīng)用于不同類型的勵(lì)磁供電單元。例如，勵(lì)磁供電單元可以是用于固定速度操作的無(wú)刷DC勵(lì)磁或者滑環(huán)DC勵(lì)磁。可選的并且作為例子，勵(lì)磁供電單元可以是用于變速操作的無(wú)刷ac勵(lì)磁或者是用于變速操作的滑環(huán)DC勵(lì)磁。
對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員也明顯的是，這里描述的本發(fā)明應(yīng)用于不同的電源，例如，對(duì)所有勵(lì)磁供電單元采用一個(gè)電源、對(duì)于每個(gè)勵(lì)磁供電單元采用各自的電源、對(duì)于所有電動(dòng)機(jī)定子采用一個(gè)電源或者是對(duì)于每個(gè)電動(dòng)機(jī)定子采用各自的電源。
也應(yīng)當(dāng)注意到，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”、“上部”、“下部”，以及類似的術(shù)語(yǔ)在這里可以被使用來(lái)修飾不同的元件。除非特別聲明，這些修飾語(yǔ)不隱含所修飾的元件的空間、時(shí)序或者分級(jí)順序。
雖然本發(fā)明參考一個(gè)或更多示例性實(shí)施例被描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，可以進(jìn)行不同的改變并且等效的元件可以代替其元件而不脫離本發(fā)明的范圍。另外，，許多修改可以進(jìn)行以使特定的情形或者材料適應(yīng)本發(fā)明的教學(xué)，而不脫離其范圍。因此，這意味著，本發(fā)明不限制在作為預(yù)期用于執(zhí)行該發(fā)明的最好的模式公開(kāi)的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落在附屬權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
配件表
權(quán)利要求
1.一種同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(20)，包括至少一個(gè)同步電動(dòng)機(jī)(30)，包括勵(lì)磁繞組系統(tǒng)(36)；普通勵(lì)磁供電單元(40)和備用勵(lì)磁供電單元(70)；以及控制單元(22)，通常連接電路中的所述普通勵(lì)磁供電單元(40)和所述勵(lì)磁繞組系統(tǒng)(36)，并且響應(yīng)于所述普通勵(lì)磁供電單元(40)的故障，自動(dòng)將所述勵(lì)磁繞組系統(tǒng)(36)從所述普通勵(lì)磁供電單元(40)轉(zhuǎn)換到所述備用勵(lì)磁供電單元(70)。
2.如權(quán)利要求1所述的同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，還包括傳感器(45)，在電路中與所述普通勵(lì)磁供電單元(40)以及所述同步電動(dòng)機(jī)(30)連接，從而提供表示電參數(shù)的信號(hào)，并且其中所述控制單元(22)響應(yīng)于從所述參數(shù)的參考值偏離預(yù)定的數(shù)量的所述信號(hào)，以自動(dòng)將所述勵(lì)磁繞組系統(tǒng)(36)轉(zhuǎn)換到所述備用勵(lì)磁供電單元(70)。
3.如權(quán)利要求1所述的同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述控制單元(22)控制普通輸出開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)(46)以連接所述普通勵(lì)磁供電單元(40)到所述勵(lì)磁繞組系統(tǒng)(36)和自所述勵(lì)磁繞組系統(tǒng)(36)斷開(kāi)所述普通勵(lì)磁供電單元(40)并控制備用輸出開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)(76)以連接所述備用勵(lì)磁供電單元(70)到所述勵(lì)磁繞組系統(tǒng)(36)和自所述勵(lì)磁繞組系統(tǒng)(36)斷開(kāi)所述備用勵(lì)磁供電單元(70)。
4.如權(quán)利要求1所述的同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述同步電動(dòng)機(jī)(30)是多個(gè)同步電動(dòng)機(jī)(30、50)之一，其中多個(gè)同步電動(dòng)機(jī)均具有勵(lì)磁繞組系統(tǒng)(36、56)，其中所述普通勵(lì)磁供電單元(40)是多個(gè)普通勵(lì)磁供電單元(40、60)之一，每個(gè)單元與所述同步電動(dòng)機(jī)(30、50)中的不同電動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)，其中所述控制單元(22)響應(yīng)于任何一個(gè)所述普通勵(lì)磁供電單元(40、60)的故障，以轉(zhuǎn)換所關(guān)聯(lián)的同步電動(dòng)機(jī)(30、50)的所述勵(lì)磁繞組系統(tǒng)(36、56)到所述備用勵(lì)磁供電單元(7 0)。
5.一種用于恢復(fù)同步電動(dòng)機(jī)(30)的普通勵(lì)磁供電單元(40)的斷開(kāi)的方法，包括通常連接電路中的所述普通勵(lì)磁供電單元(40)與所述同步電動(dòng)機(jī)(30)的勵(lì)磁繞組系統(tǒng)(36)；檢測(cè)所述普通勵(lì)磁供電單元(40)的故障；以及響應(yīng)于所述檢測(cè)到的故障，自動(dòng)將所述勵(lì)磁繞組系統(tǒng)(36)從所述勵(lì)磁普通供電單元(40)轉(zhuǎn)換到備用勵(lì)磁供電單元(70)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述故障對(duì)應(yīng)于從信號(hào)的參考值的預(yù)定偏離，從所述同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組系統(tǒng)(36)檢測(cè)。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中多個(gè)同步電動(dòng)機(jī)(30、50)中每個(gè)均執(zhí)行連接、檢測(cè)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換的所述步驟，并且其中所述備用勵(lì)磁單元(70)由所有的所述同步電動(dòng)機(jī)(30、50)共用。
全文摘要
一種同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中自動(dòng)實(shí)現(xiàn)由于故障勵(lì)磁源的恢復(fù)，而不借助于電動(dòng)機(jī)的異步操作或通過(guò)使電動(dòng)機(jī)的異步操作的時(shí)間長(zhǎng)度最小。采用檢測(cè)系統(tǒng)以提供一種偏離參考值預(yù)定的數(shù)量的檢測(cè)信號(hào)，該信號(hào)由故障勵(lì)磁源產(chǎn)生?？刂茊卧ㄟ^(guò)自動(dòng)將電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組系統(tǒng)從故障勵(lì)磁源轉(zhuǎn)換到備用勵(lì)磁源來(lái)響應(yīng)于檢測(cè)的故障。備用電源可以由若干同步電動(dòng)機(jī)共用。
文檔編號(hào)H02K11/00GK1684345SQ20051007169
公開(kāi)日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月25日
發(fā)明者D·J·彼得斯, J·L·龍多 申請(qǐng)人:通用電氣公司