CN100454723C - 同步电机及其监测方法以及包括该同步电机的风力设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种优选地具有凸极的同步电机，该凸极具有电连接在一起的磁极线圈。本发明还涉及一种风力设备和一种监测风力设备的同步电机的方法。本发明的目的是改进同步电机和操作同步电机的方法，以使得可以降低发生火灾的风险。所述同步电机包括具有多个磁极的转子，每个磁极装配有至少一个相应的磁极线圈，其中，多个磁极的磁极线圈借助于第一导线电连接在一起，励磁电流流过该第一导线，其中，一监测导线大致平行于第一导线布置，该监测导线通过一预定信号而受到作用或者可受到作用，所述监测导线耦合或连接到一用于检测该信号的装置上，在所述第一导线中出现中断时，通过所述监测导线中的信号变化，该中断被检测到或者可被检测到，并且用于检测所述信号的装置耦合到一控制装置上，该控制装置至少可降低或切断通过所述第一导线的励磁电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种同步电机，优选地该同步电机具有凸极，该凸极具有电连接在一起的磁极线圈。本发明还涉及一种风力设备以及一种监测风力设备的同步电机的方法。
背景技术
同步电机通常是众所周知的。一种类型的结构是：形成具有(凸出的)磁极的转子或者定子，每一个磁极具有至少一个磁极线圈，励磁电流通过该磁极线圈流动。在同步电机中该励磁电流总是直流。
在这个方面，所有或者几个单个凸极的磁极线圈是电连接在一起的。但是，由于磁极线圈是被单个制造和装配的，所以利用合适的连接装置，例如夹具、焊接连接结构等等，可实现该连接。具体来说，这些连接位置以及例如其它绕组线受到损坏的位置存在电接头受到中断的风险，例如，由于在机器的运行中发生了振动而中断。
在所述中断处，由于高的电流强度的存在，形成了电弧，由于材料的移除，这增大了中断，并且因此电弧本身也变得更大且可变得有几厘米长。在这个方面，存在周围的材料被点燃并且因此着火毁坏机器的风险。
发明内容
因此，本发明的目的是研制一种同步电机和一种操作同步电机的方法，以使得可减少火灾发生的风险。
在说明书的开头部分阐述的同步电机和方法中，上述目的通过监测磁极线圈(至少一个磁极线圈)的电接头并且在所述电接头中断时至少减少励磁电流而实现。由于对电接头的监测，故可适时地识别出中断。随后，励磁电流的减少可防止电弧的产生，所以可有效地降低周围材料着火的风险。
根据本发明的第一方面，提供了一种同步电机，其包括一具有多个磁极的转子，每一个磁极都装配有至少一个相应的磁极线圈，其中，多个磁极的磁极线圈借助于一第一导线电连接在一起，励磁电流流过该第一导线，其特征在于：一监测导线大致平行于第一导线布置，该监测导线通过一预定信号而受到作用或者可受到作用，所述监测导线耦合或者连接到一用于检测该信号的装置上，在所述第一导线中出现中断时，通过所述监测导线中的信号变化，该中断被检测到或者可被检测到，并且所述用于检测信号的装置耦合到一控制装置上，然后，该控制装置降低或切断通过所述第一导线的励磁电流。
根据本发明的第二方面，提供了一种风力设备，其具有如前所述的同步电机。
根据本发明的第三方面，提供了一种监测同步电机操作的方法，该同步电机具有一转子，该转子包括多个具有磁极线圈的磁极，其中，多个磁极的磁极线圈电连接在一起，并且励磁电流流过所述磁极线圈，其中，具备用于监测所述磁极线圈的电接头的装置，并且在所述电接头中发生中断时，减少或切断所述励磁电流。
根据本发明的第四方面，提供了一种风力设备，其包括一转子和一结合在其上的发电机，在风力设备的操作中，发电机产生电能，借助于电流母线，该电能从吊舱区域的发电机处传输到塔架基部区域，并且在该处进行处理，用以供应到电力供应网上，其中，一监测导线大致平行于所述母线设置，该监测导线通过一预定的信号而受到作用或者可受到作用，其中，所述监测导线耦合到或者连接到一用于检测所述信号的装置上，当在所述母线中发生中断时，该中断通过或者可通过所述监测导线中的信号变化检测到，并且用于检测所述信号的装置耦合到一控制装置上，随后，该控制装置减少或切断通过上述母线的电流。
在本发明的一较佳实施例中，为了确保熄灭可能存在的电弧，励磁电流被完全切断。那样，在适时地识别中断的基础上，能够可靠地排除由于电弧所引发的火灾。
在本发明的一具体的较佳实施例中，例如，在磁极线圈组被并联地连接在一起的情况下，仅仅其中发生了中断的组被切断。该操作程序规定的仅是该组的磁极线圈不再被供以电流，而励磁电流仍然可流过其它的组，所以同步电机能继续运转。
为了能以一种简单的方式识别出中断，尤其是电弧，非常接近电接头的导线通过一预定的信号而起作用，并且该信号的存在受到监测。如果电弧产生，那么邻近的导线也由于该电弧而中断。这样，该信号被中断，并且按照本发明的方法，同步电机可受到适当地控制。
为了使该机械结构为一种最简单可行的设计构造，可提供一导线(监测导线)，该导线平行于或者呈螺旋状绕该电接头延伸，或者该导线缠绕在电接头的周围，或者被安装或胶粘到电接头上。
在本发明的一具体的较佳实施例中，所述监测导线是一导电体，例如，是一种传统的绝缘铜线。这种导线的获得并不昂贵而且根据本发明其可以简单的方式进行安装。另外，当应用导电体时，可以复杂程度低且花费少的方式引入一预定的信号。在一可选择的实施例中，所述监测导线是一种导光体。在该情况下，给所述导体提供信号无可否认地涉及较高的复杂程度，但是，在另一方面，该信号对电磁影响并不灵敏，因此具有较高免受干扰的能力。
为了增强根据本发明的方法和同步电机的操作可靠性，具体来说，为所述监测导线提供信号的第一设备和用于监测所述信号的第二设备可以冗余的形式提供。那样，在部件发生故障的情况下，其职能可由冗余的现有部件接替。
附图说明
通过参考附图，在下文中将对本发明进行更详细地描述，其中：
图1所示为极轮(pole wheel)的一扇形部分；
图2所示为图1中一放大的零件示意图；
图3所示为在本发明的第一实施例中具有导电体的导线的简化示意图；
图4所示为具有导光体的监测系统的一可选择的实施例；
图5所示为没有附加导体的监测系统；和
图6所示为具有电流母线的风力设备的示意图，其中保险丝缠绕在电流母线的周围。
具体实施方式
图1是一简化示意图，所示为同步电机(发电机)的极轮的一部分。参考标记10指代为凸极的单个极靴，而参考标记12指代排列在凸极上的磁极线圈。
磁极线圈12通过电接头14连接在一起，从而磁极线圈12以串联的形式连接，并因此所有的磁极线圈都具有相同的流经它们的电流。由于磁极线圈12是一个一个单独制造的，所以所述接头例如通过接线套管16连接在一起。
图2是由图1放大比例的零件示意图，示出两个极靴10，这两个极靴10具有排布在其后的磁极线圈12。在所述磁极线圈12之间有电接头14。该接头由导体14制成，磁极线圈12从导体14处缠绕，在连接位置16处例如以接线套管或者通过焊接连接或另外合适的连接而连接到邻近的磁极线圈12的导体上。此种连接位置16也可依次位于所示附图中示出的两个磁极线圈12之间和它们各自邻近的磁极线圈12(未图示)之间。然而，具体来说在该电接头14中，那些连接位置16是结构弱点，所以在该处会发生中断，例如，当在同步电机的运行中的产生振动的时候。
图示中环绕着电接头14和连接位置16的是导线18，它以螺旋状的方式卷绕，并作为监测装置或者监测导线。
如果中断发生，例如由于在连接位置16处产生振动而发生中断，则将在该处形成电弧，这是因为中断最初非常小而励磁电流相对较高。材料由于电弧而被移除，并因此引起中断在规模上的增加。但是，材料由电弧的移除也可中断导线18，使得通过对导线18的适当监测可以检测到这样的中断，并因此可以得出电接头14现在被中断并且形成了电弧的结论。于是，可以采取合适的措施，例如，切断励磁电流以便熄灭电弧，并由此防止火灾的发生。
图3以简化的形式图示了一种利用导线18监测该状况的可能的方法。导线18的一侧处于地电位。假定导线的另一侧是一开关装置20，在本例中是一继电器，其被供以足够的电压，使其能够止动。该继电器有一打开装置22，因此，当所述继电器20被操作时，该打开装置可被开启。如果现在在导线18中发生一中断，则继电器20释放，并且所述打开装置22关闭。该关闭动作可被检测到，例如，通过下游连接的装置在接线端子24处检测到，并且可作适当地评估。
可以理解的是，所述继电器也可排布在导线18的另一侧上。然后，所述导线被供以合适的可使继电器20运转的电压，并且在这种情况下，所述导线18一发生中断，继电器20也就自然地被释放了，这可直接导致励磁电流的切断。
图4所示为图3所示的监测系统的可选择的实施例。图4中的导线18是光波导线或者光导纤维。光信号通过光源30被接入光波导线18中，在此以发光二极管的形式说明。在另一端处，光信号由一接收器32接收，而该接收器32又可是桥接电路的组成部分，在本例中该接收器为光敏电阻器。
因此，由光源30发出的光只要通过导线18进行传输，接收器32就具有一给定电阻的性质。如果在导线18中存在一中断，则从光源30处传入的光就不再会到达接收器32，所述接收器32在其电阻方面经历一个变化，以此方式，导线18中的中断可被识别到。
可以理解的是，所述接收器也可是例如光电晶体管或者任何其它的光敏元件的形式。
图5所示为用于监测所述电接头14的系统的一种可选择的形式。在这种情况下，在耦合接入点36处，除了有励磁电流的流过，还叠加有一小幅值和预定频率的交流电压。该交流电压在耦合输出点38处被监测。在此方面，例如，可实现电容或者电感耦合输出。在这点上，附图所示为电容器的一板极40。另一个板极例如可通过所述电接头14本身来形成。
通过电容器40耦合输出的交流电压可再次由合适的下游连接的电路监测到。如果在电接头14中发生中断，那么励磁电流无可否认地仍然通过电弧传输，但是所叠加的交流电压不再这样传输，从而该叠加的交流电压也不再于耦合输出点38处耦合输出。这就使得可在电接头14中检测到中断。
如果多个磁极线圈被集合在一起而组成一个组，并且有多个这种磁极线圈的组，那么对每一个组而言，包含其自身特定预备好的保险丝是适当的，因此，当保险丝中出现中断时，只有受到影响的组的励磁电流会减少或者被切断，从而其它的组可照常继续运转而使发电机能继续运转。
所以，如果每一个磁极线圈组都具有它们自己的保险丝(当然具有适当的馈入和监测装置)，这使得磁极线圈组和其各自的保险丝无阻碍的结合，进而，当保险丝被切断时，磁极线圈组的接通可适宜地中断。一种另外的可能的选择方案包括：利用一种用于整个极轮的磁极线圈的单个保险丝，并且在保险丝中出现中断的情况下切断励磁电流。当该中断被再次恢复时，适当的励磁电流能再次流过，其中，为了确信熄灭了电弧，所述中断必须被保持一预定的时间段。然后，只有其中产生了中断的磁极线圈组被从中排除出去。但是，在某些情况下，这种排布会受到不利条件的影响，即保险丝被中断，以致要么操作是在没有保险丝的情况下继续进行，要么操作因为操作安全的原因不能继续进行。
本发明并不局限于例如仅监测风力设备的发电机，它还可以应用在风力设备的其它部件中。因此，例如电弧形成的问题不仅仅发生在磁极线圈中的中断时，还会发生在直流母线中的中断时，由发电机产生的电能通过该直流母线从机器吊舱传输到电源配电盒，所述电源配电盒通常排布在塔架的基部或者在塔架的外部。那些直流母线通常由金属(例如铝)构成，并在塔架内部固定塔架壁上，并在其中向下保持。由于塔架也会依靠加载在风力设备上的整体风力负载而移动(在所述吊舱区域中，该移动可轻易地达到0.5米至2米的幅度范围)，所以电流母线也相应地移动和加载，如果所述移动太大，或者如果所述电流母线没有整齐地布线，那么在最糟的情况下，这将导致在电流母线中产生中断，因此在独立的各部件之间也将会形成电弧，并且由于在该位置上存在有很高的能量流，其将导致对风力设备十分严重的损坏，尤其是，由于所产生的电弧也有某种可能会跳回到接地的塔架，从而也不能排除发生火灾的情况。
图6中图示说明的结构示出部分缠绕有保险丝的三线电流母线的示意图，在这种情况下，可使用图3-图5中所示的用于监测保险丝的监测设备。如果在电流母线中产生了中断，这也将导致在保险丝中产生中断，并且，在这种情况下，整个设备将停止而不能进一步运转，出于自我保护的目的，母线(电流母线)不仅在任何情况下都必须进行修理维护，而且在某些情况下还不得不进行更换，以便确保此后可靠的继续运转。图示实例中的电流母线通常用来将电能从风力设备的吊舱中的发电机处传输到塔架的基部或者布置在该处的电气装置处，例如，反相器或者变压器处。
Claims (12)
1.一种同步电机，其包括一具有多个磁极的转子，每一个磁极都装配有至少一个相应的磁极线圈，其中，多个磁极的磁极线圈借助于一第一导线电连接在一起，励磁电流流过该第一导线，其特征在于：一监测导线大致平行于第一导线布置，该监测导线通过一预定信号而受到作用或者可受到作用，所述监测导线耦合或者连接到一用于检测该信号的装置上，在所述第一导线中出现中断时，通过所述监测导线中的信号变化，该中断被检测到或者可被检测到，并且所述用于检测信号的装置耦合到一控制装置上，然后，该控制装置降低或切断通过所述第一导线的励磁电流。
2.如权利要求1所述的同步电机，其特征在于：所述监测导线呈螺旋状绕电接头而延伸。
3.如权利要求1所述的同步电机，其特征在于：所述监测导线是导电体和导光体中的至少一个的形式。
4.如权利要求1所述的同步电机，其特征在于：用于通过信号作用于监测导线的装置包括为所述监测导线提供信号的第一装置和用于监测所述信号的第二装置，所述第一装置和第二装置冗余地设置，使得在部件发生故障的情况下所述第一装置和第二装置由冗余的现有部件接替。
5.如权利要求4所述的同步电机，其特征在于：所述第一和第二装置形成一结构单元。
6.一种风力设备，其具有如前述权利要求中的任一项所述的同步电机。
7.一种监测同步电机操作的方法，该同步电机具有一转子，该转子包括多个具有磁极线圈的磁极，其中，多个磁极的磁极线圈电连接在一起，并且励磁电流流过所述磁极线圈，其中，具备用于监测所述磁极线圈的电接头的装置，并且在所述电接头中发生中断时，减少或切断所述励磁电流。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：当具有多个并联的磁极线圈组时，在发生电中断的磁极线圈组中切断励磁电流，但是相反在其它组中保持励磁电流。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于：为了识别电中断，一具有预定频率和/或幅值的交流电压在所述电接头的至少一个预定的第一位置处与励磁电流叠加，并且上述交流电压的存在借助于适当的监测装置在至少一个第二预定位置处监测。
10.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于：为了识别电中断，一非常接近所述电接头的监测导线通过一预定信号而受到作用，且所述预定信号的存在是可监测的，并且在预定信号中出现故障或者大的变化时，一控制装置可被用来减少或完全切断励磁电流。
11.一种风力设备，其包括一转子和一结合在其上的发电机，在风力设备的操作中，发电机产生电能，借助于电流母线，该电能从吊舱区域的发电机处传输到塔架基部区域，并且在该处进行处理，用以供应到电力供应网上，其中，一监测导线大致平行于所述母线设置，该监测导线通过一预定的信号而受到作用或者可受到作用，其中，所述监测导线耦合到或者连接到一用于检测所述信号的装置上，当在所述母线中发生中断时，该中断通过或者可通过所述监测导线中的信号变化检测到，并且用于检测所述信号的装置耦合到一控制装置上，随后，该控制装置减少或切断通过上述母线的电流。
12.如权利要求11所述的风力设备，其特征在于：所述监测导线缠绕在一单个的电流母线或者一组电流母线的周围，并且基本上平行地从所述电流母线的起点延伸到其末端处。
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