CN102291069B - 一种同步电机复合励磁同步启动系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种同步电机复合励磁同步启动系统及方法，包括主电机、励磁机、旋转整流盘及第一励磁系统，主电机转子、励磁机转子及旋转整流盘同步，励磁机转子通过旋转整流盘向主电机转子提供励磁电流；第一励磁系统向励磁机定子提供励磁电流；同步启动系统还包括第二励磁系统，旋转整流盘与所述主电机转子之间设有同步的滑环，滑环上设有碳刷，第二励磁系统通过所述碳刷、滑环向主电机转子提供励磁电流。启动时先依靠第二励磁系统建立主电机转子磁场，使主电机能够启动，然后启动第一励磁系统，并逐渐与第二励磁系统切换，本发明通过第二励磁系统给主电机转子建立磁场，解决了同步无刷电机两次电气隔离而无法直接将励磁电流导通至主电机转子建立磁场的问题。
Description
技术领域
本发明涉及同步电机的启动，尤其是同步无刷电励磁电机的启动系统及方法。
背景技术
同步无刷电励磁电机因为励磁机定转子实现了电的隔离，励磁机和主电机之间由于旋转整流盘（需要一定的工作电压才能导通）实现了电的隔离，因此，要成功启动同步电机就必须建立主转子磁场，以利于转子磁场和定子磁场的耦合产生足够的启动力矩，实现电机同步转动。
目前不少特殊场合需要同步无刷电励磁电机以同步电动机的方式运行，同步无刷电励磁发电机在启动的时候存在启动困难、启动电流大甚至无法启动的时候。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种同步电机复合励磁同步启动系统，解决了同步无刷电励磁电机启动难的问题。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种风力发电机的同步启动系统，解决了同步无刷电励磁发电机启动难的问题。
本发明所要解决的技术问题之三是提供一种同步电机复合励磁同步启动方法，解决了同步无刷电励磁电机启动难的问题。
为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案是：一种同步电机复合励磁同步启动系统，包括主电机、励磁机、旋转整流盘及第一励磁系统，所述主电机转子、励磁机转子及旋转整流盘同步，所述励磁机转子通过所述旋转整流盘向所述主电机转子提供励磁电流；所述第一励磁系统向所述励磁机定子提供励磁电流；所述同步启动系统还包括第二励磁系统，所述旋转整流盘与所述主电机转子之间设有同步的滑环，所述滑环上设有碳刷，所述第二励磁系统通过所述碳刷、滑环向主电机转子提供励磁电流。启动时，由于励磁机与主电机电隔离，第一励磁系统无法实现对主电机转子提供励磁电流，只能依靠第二励磁系统向主电机的转子提供励磁电流建立转子磁场；然后通过外部电源给主电机建立定子磁场，转子磁场和定子磁场的耦合产生足够的启动力矩使主电机启动；第一励磁系统向励磁机提供励磁电流，主电机的旋转带动励磁机旋转，使励磁机处于发电状态，励磁机的发电电流足够使旋转整流盘导通，此后，第二励磁系统和励磁机共同向主电机转子提供励磁电流；逐渐增大第一励磁系统的励磁电流大小，同时减少第二励磁系统的励磁电流大小，最后断开第二励磁系统的连接，主电机转子励磁电流完全由第一励磁系统控制，完成同步电机的同步启动。
作为改进，所述第二励磁系统与所述碳刷之间设有开关连接，利用开关接通或断开，方便第二励磁系统随时切换工作状态。
作为改进，所述第一励磁系统和第二励磁系统均为励磁柜。
为解决上述技术问题之二，本发明的技术方案是：一种风力发电机的同步启动系统，包括主电机、励磁机、旋转整流装置及第一励磁系统，所述主电机转子、励磁机转子及旋转整流装置同步，所述励磁机转子通过所述旋转整流装置向所述主电机转子提供励磁电流；所述第一励磁系统向所述励磁机定子提供励磁电流；所述同步启动系统还包括第二励磁系统，所述旋转整流装置与所述主电机转子之间设有同步的滑环，所述滑环上设有碳刷，所述第二励磁系统通过所述碳刷、滑环向主电机转子提供励磁电流。对于大型风力发电机来说，风轮的负载比较大，在较低风速时，风轮往往难以带动主电机转子旋转发电，为了使主电机能够在低风速时也能启动，主电机需要运行在电动机模式。启动时，由于励磁机与主电机电隔离，第一励磁系统无法实现对主电机转子提供励磁电流，只能依靠第二励磁系统向主电机的转子提供励磁电流建立转子磁场；然后通过外部电源给主电机建立定子磁场，转子磁场和定子磁场的耦合产生足够的启动力矩使主电机启动；第一励磁系统向励磁机提供励磁电流，主电机的旋转带动励磁机旋转，使励磁机处于发电状态，励磁机的发电电流足够使旋转整流装置导通，此后，第二励磁系统和励磁机共同向主电机转子提供励磁电流；逐渐增大第一励磁系统的励磁电流大小，同时减少第二励磁系统的励磁电流大小，最后断开第二励磁系统的连接，主电机转子励磁电流完全由第一励磁系统控制，完成同步电机的同步启动。当风速增大，主电机转速满足切入风速时，使主电机运行在发电状态。
作为改进，所述第二励磁系统与所述碳刷之间设有开关连接，利用开关接通或断开，方便第二励磁系统随时切换工作状态。
作为改进，所述第一励磁系统和第二励磁系统均为励磁柜。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种同步电机复合励磁同步启动方法，其中包括主电机、励磁机、旋转整流盘及第一励磁系统，所述主电机转子、励磁机转子及旋转整流盘同步，所述励磁机转子通过所述旋转整流盘向所述主电机转子提供励磁电流；所述第一励磁系统向所述励磁机定子提供励磁电流；还包括第二励磁系统，所述旋转整流盘与所述主电机转子之间设有同步的滑环，所述滑环上设有碳刷，所述第二励磁系统通过所述碳刷、滑环向主电机转子提供励磁电流；所述启动方法如下：
（1）先使第二励磁系统接通碳刷和滑环；
（2）调节第二励磁系统的励磁电流大小，使励磁电流经过碳刷和滑环与所述主电机转子导通并建立电机转子磁场；
（3）调节第一励磁系统的励磁电流大小，励磁电流经过励磁电机定子并建立励磁机定子磁场；
（4）将主电机与外部电源导通，使主电机定子建立磁场，主电机转子磁场与定子磁场耦合，逐步调整外部电源频率使主电机转子产生足够的启动力矩；
（5）通过调节第一励磁系统的励磁电流是旋转整流装盘导通，励磁机开始为主电机转子建立转子磁场提供励磁电流；
（6）主电机运行的时候需要的主磁场一定，随着主电机转速的提高，励磁机对主电机运行磁场的电流提供越多，因此逐渐减少第二励磁系统的励磁电流，最后第二励磁系统与碳刷断开连接，完成主电机的启动。
作为改进，主电机运行在同步电动状态下，通过调整外部电源改变主电机的驱动能力。
作为改进，所述第二励磁系统与所述碳刷之间设有开关连接，第二励磁系统通过所述开关连接碳刷或与碳刷断开。
作为改进，所述旋转整流装置为旋转整流盘，所述第一励磁系统和第二励磁系统均为励磁柜。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
1、通过第二励磁系统、碳刷及滑环给主电机转子建立磁场，解决了同步无刷电机两次电气隔离而无法直接将励磁电流导通至主电机转子建立磁场的问题；
2、碳刷及滑环只在电机启动初始状态使用，对碳刷及滑环的要求较低，而不需要使用交流变频励磁技术，降低了启动成本；
3、励磁电流的平滑切换使得对电机磁场的改变及对电机的冲击减少，保证电机输出功率平滑连续；
4、旋转整流盘的电流导通能力受到可控硅导通角的影响，在启动前或多次启动后可以调整可控硅导通角大小，以便在同样的运行环境中获得较大的励磁电流调节范围；
5、同步无刷电励磁电机改成电动机运行，可以实现不需要重大改造就可以完成平滑调速电动机状态运行；
6、本发明适合两台以上的同类型同步电机对拖试验的进行，试验中可以节约一台拖动电机费用，使得对拖试验设备更简化。
附图说明
图1为本发明电气连接图。
图2为本发明控制流程图。
图3为实施例2垂直风力发电机结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
实施例1
一种同步电机复合励磁同步启动系统，包括主电机1、励磁机2、旋转整流盘3、第一励磁系统5及第二励磁系统4；所述主电机转子11、励磁机转子21及旋转整流盘3同步。本实施例中，所述第一励磁系统5和第二励磁系统4为励磁柜，方便运输和调用。所述旋转整流盘3由可控硅控制二极管的导通角，从而改变二极管的过电流能力；所述第一励磁系统5向所述励磁机2定子提供励磁电流；所述励磁机2转子通过所述旋转整流盘3向所述主电机1转子提供励磁电流。所述旋转整流盘3与所述主电机1转子之间设有同步的滑环6，滑环6跟随主电机转子11和励磁机转子21一起旋转，所述滑环6上设有碳刷7，所述第二励磁系统4通过所述碳刷7、滑环6向主电机转子11提供励磁电流。为了方便第二励磁系统4随时切换工作状态，所述第二励磁系统4与所述碳刷7之间设有开关8连接。
启动方法如下：
（1）闭合开关8，使第二励磁系统4接通碳刷7和滑环6；
（2）调节第二励磁系统4的励磁电流大小，使励磁电流经过碳刷7和滑环6与所述主电机转子11导通并建立电机转子磁场；
（3）调节第一励磁系统5的励磁电流大小，励磁电流经过励磁电机定子22并建立励磁机定子磁场；
（4）将主电机1与外部电源即变频器导通，使主电机定子12建立磁场，主电机转子磁场与定子磁场耦合，逐步调整外部电源频率使主电机转子11产生足够的启动力矩；
（5）通过调节第一励磁系统5的励磁电流使旋转整流装盘3导通，主电机1的旋转带动励磁机2旋转，使励磁机2处于发电状态，励磁机2的发电电流足够使旋转整流盘3导通，励磁机2开始为主电机转子11建立转子磁场提供励磁电流；
（6）主电机1运行的时候需要的主磁场一定，随着主电机1转速的提高，励磁机2对主电机1运行磁场的电流提供越多，因此逐渐减少第二励磁系统4的励磁电流，最后第二励磁系统4与碳刷7断开连接，完成主电机1的启动；
（7）主电机1运行在同步电动状态下，通过调整外部电源改变主电机1的驱动能力。
本发明通过第二励磁系统4、碳刷7及滑环6给主电机转子11建立磁场，解决了同步无刷电机两次电气隔离而无法直接将励磁电流导通至主电机转子11建立磁场的问题；碳刷7及滑环6只在电机启动初始状态使用，对碳刷7及滑环6的要求较低，而不需要使用交流变频励磁技术，降低了启动成本；励磁电流的平滑切换使得对电机磁场的改变及对电机的冲击减少，保证电机输出功率平滑连续；旋转整流盘3的电流导通能力受到可控硅导通角的影响，在启动前或多次启动后可以调整可控硅导通角大小，以便在同样的运行环境中获得较大的励磁电流调节范围；同步无刷电励磁电机改成电动机运行，可以实现不需要重大改造就可以完成平滑调速电动机状态运行；本发明适合两台以上的同类型同步电机对拖试验的进行，试验中可以节约一台拖动电机费用，使得对拖试验设备更简化。
实施例2
如图1、3所示，一种垂直轴风力发电机，包括塔柱9，设在塔柱9上的风轮10、主电机1和励磁机2，主电机1和励磁机2均为外转子结构，主电机定子12和励磁机定子22抱紧所述塔柱9，风轮10、主电机转子11和励磁机转子21连接成一体，并可以绕塔柱9一起同步旋转。主电机1与励磁机2之间设有旋转整流装置，本实施例为旋转整流盘3，旋转整流装置由可控硅控制二极管的导通角，从而改变二极管的过电流能力，旋转整流装置与主电机,转子11和励磁机转子21同步。励磁机2由第一励磁系统5控制，第一励磁系统5向励磁机定子22提供励磁电流。所述旋转整流装置与所述主电机1转子之间设有同步的滑环6，滑环6跟随主电机转子11和励磁机转子21一起旋转，所述滑环6上设有碳刷7，碳刷7接外部的第二励磁系统4，所述第二励磁系统4通过开关8与所述碳刷7连接，第二励磁系统4通过碳刷7和滑环6向主电机转子11提供励磁电流。
对于大型风力发电机来说，风轮10的负载比较大，在较低风速时，风轮10往往难以带动主电机1转子旋转发电，为了使主电机1能够在低风速时也能启动，主电机1需要运行在电动机模式。启动时，由于励磁机2与主电机1电隔离，第一励磁系统5无法实现对主电机转子11提供励磁电流，只能依靠第二励磁系统4向主电机转子11提供励磁电流建立转子磁场；然后通过外部电源给主电机1建立定子磁场，转子磁场和定子磁场的耦合产生足够的启动力矩使主电机1启动；第一励磁系统5向励磁机2提供励磁电流，主电机1的旋转带动励磁机2旋转，使励磁机2处于发电状态，励磁机2的发电电流足够使旋转整流装置导通，此后，第二励磁系统4和励磁机2共同向主电机转子11提供励磁电流；逐渐增大第一励磁系统5的励磁电流大小，同时减少第二励磁系统4的励磁电流大小，最后断开第二励磁系统4的连接，主电机转子11励磁电流完全由第一励磁系统5控制，完成同步电机的同步启动。当风速增大，主电机1转速满足切入风速时，使主电机1运行在发电状态。
本发明通过第二励磁系统4、碳刷7及滑环6给主电机1转子建立磁场，解决了同步无刷电机两次电气隔离而无法直接将励磁电流导通至主电机1转子建立磁场的问题。
Claims (7)
1.一种同步电机复合励磁同步启动系统，包括主电机、励磁机、旋转整流盘及第一励磁系统，所述主电机转子、励磁机转子及旋转整流盘同步，所述励磁机转子通过所述旋转整流盘向所述主电机转子提供励磁电流；所述第一励磁系统向所述励磁机定子提供励磁电流；其特征在于：所述同步启动系统还包括第二励磁系统，所述旋转整流盘与所述主电机转子之间设有同步的滑环，所述滑环上设有碳刷，所述第二励磁系统通过所述碳刷、滑环向主电机转子提供励磁电流；所述第二励磁系统与所述碳刷之间设有开关连接。
2.根据权利要求1所述的一种同步电机复合励磁同步启动系统，其特征在于：所述第一励磁系统和第二励磁系统均为励磁柜。
3.一种风力发电机的同步启动系统，包括主电机、励磁机、旋转整流装置及第一励磁系统，所述主电机转子、励磁机转子及旋转整流装置同步，所述励磁机转子通过所述旋转整流装置向所述主电机转子提供励磁电流；所述第一励磁系统向所述励磁机定子提供励磁电流；其特征在于：所述同步启动系统还包括第二励磁系统，所述旋转整流装置与所述主电机转子之间设有同步的滑环，所述滑环上设有碳刷，所述第二励磁系统通过所述碳刷、滑环向主电机转子提供励磁电流；所述第二励磁系统与所述碳刷之间设有开关连接。
4.根据权利要求3所述的一种风力发电机的同步启动系统，其特征在于：所述第一励磁系统和第二励磁系统均为励磁柜。
5.一种同步电机复合励磁同步启动方法，其中包括主电机、励磁机、旋转整流盘及第一励磁系统，所述主电机转子、励磁机转子及旋转整流盘同步，所述励磁机转子通过所述旋转整流盘向所述主电机转子提供励磁电流；所述第一励磁系统向所述励磁机定子提供励磁电流；其特征在于：还包括第二励磁系统，所述旋转整流盘与所述主电机转子之间设有同步的滑环，所述滑环上设有碳刷，所述第二励磁系统通过所述碳刷、滑环向主电机转子提供励磁电流；所述启动方法如下：
（1）先使第二励磁系统接通碳刷和滑环；
（2）调节第二励磁系统的励磁电流大小，使励磁电流经过碳刷和滑环与所述主电机转子导通并建立电机转子磁场；
（3）调节第一励磁系统的励磁电流大小，励磁电流经过励磁电机定子并建立励磁机定子磁场；
（4）将主电机与外部电源导通，使主电机定子建立磁场，主电机转子磁场与定子磁场耦合，逐步调整外部电源频率使主电机转子产生足够的启动力矩；
（5）通过调节第一励磁系统的励磁电流使旋转整流装盘导通，励磁机开始为主电机转子建立转子磁场提供励磁电流；
（6）主电机运行的时候需要的主磁场一定，随着主电机转速的提高，励磁机对主电机运行磁场的电流提供越多，因此逐渐减少第二励磁系统的励磁电流，最后第二励磁系统与碳刷断开连接，完成主电机的启动。
6.根据权利要求5所述的一种同步电机复合励磁同步启动方法，其特征在于：主电机运行在同步电动状态下，通过调整外部电源改变主电机的驱动能力。
7.根据权利要求5所述的一种同步电机复合励磁同步启动方法，其特征在于：所述第二励磁系统与所述碳刷之间设有开关连接，第二励磁系统通过所述开关连接碳刷或与碳刷断开。
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