CN104145407A - 用于运行电机的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于运行电机的方法，所述电机具有定子1，所述定子具有由电导体制成的线圈，所述线圈具有两个相对置的线圈头部2，所述方法具有下述步骤：同时地检测振动测量值，借助所述振动测量值能够与时间相关地确定这两个线圈头部2的椭圆振动模式；确定这两个线圈头部2的椭圆振动模式的椭圆斜度和相位；确定电机的临界工作状态，在所述临界工作状态中，这两个线圈头部的椭圆振动模式的椭圆斜度和相位基本上是相同的；运行电机，使得借助于改变电机的无功功率来避免临界工作状态电机。

Description

用于运行电机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行电机的方法。
背景技术
在燃气发电厂或燃气和蒸汽组合发电厂中，为了产生电能，借助于燃气轮机或蒸汽轮机来驱动电气发电机。在燃气轮机中累积的废热在组合发电厂中用于驱动蒸汽轮机，所述蒸汽轮机能够驱动另一个电气发电机。发电机分别具有定子和转子，其中转子与相应的涡轮机的轴联接并且具有励磁线圈或永久磁体。定子具有电导体的线圈，所述线圈在定子的两个轴向端部上分别具有线圈头部。
由于更多地使用可再生能源、例如风能或太阳能，日益需要发电厂补偿可再生能源中的能量波动。对此，发电厂经常更换其工作状态，以便在不同的时间点提供高低不同的功率。这导致发电厂的部件承受高的负荷进而承受高的磨损。特别地，发电机的线圈头部经受不同的磨损过程，例如经受由于在发电机中出现的电流作用力或由于转子的振动而引起的振动。
发明内容
本发明的目的是，实现一种用于运行具有定子和转子的电机的方法，其中定子的线圈头部具有长的使用寿命。
如下执行根据本发明的用于运行具有定子的电机的方法，所述定子具有由电导体制成的线圈，所述线圈具有两个相对置的线圈头部电机：同时地检测振动测量值，借助于所述振动测量值能够与时间相关地确定这两个线圈头部的椭圆振动模式；确定这两个线圈头部的椭圆振动模式的椭圆斜度和相位；确定电机的临界工作状态，在所述临界工作状态中，这两个线圈头部的椭圆振动模式的椭圆斜度和相位基本上是相同的；运行电机，使得借助于改变电机的无功功率来避免临界工作状态。
电机能够为同步电动机和发电机。线圈头部的振动为受迫振动，所述受迫振动因周期性的激励而产生。线圈头部执行的运动称为运行振动形式。由于周期性的激励，运行振动形式不一定是线圈头部的本征形式。线圈头部的运行振动形式由不同的运行振动模式叠加而成。根据本发明，处理振动测量值，使得从不同的运行振动模式中提取椭圆振动模式。在双极型发电机中，椭圆振动模式是主要的运行振动模式、即最使线圈头部磨损的运行振动模式。椭圆振动模式分别通过振动频率和椭圆斜度来表征，所述椭圆斜度即椭圆的轴线在空间中的位置。在双极型发电机中，椭圆振动模式的振动频率是电网频率的两倍，与此相应地，特别是在50Hz的发电机中为100Hz，或者在60Hz的发电机中为120Hz。如果这两个线圈头部的相应的椭圆的轴线彼此以90°错开，那么振动是非临界的。在一些工作状态中，这两个椭圆振动模式基本上具有相同的椭圆斜度和相同的相位。如果是这种情况，那么由于两种不同的激励机制的激励力矢量的叠加、即电机的叠片组的椭圆化的和作用于线圈头部的电流作用力的激励力矢量的叠加，线圈头部经受高的机械负荷。通过识别出临界工作状态的方式，所述临界工作状态能够通过改变无功功率来避免，由此电机具有长的使用寿命。
改变无功功率能够通过提高或降低励磁电流来实现。励磁电流流经励磁线圈并且在电机中产生时间上恒定的磁场。如果电机为发电机，那么发电机的操作者同样能够用负载分配器来协调无功功率消耗或无功功率输出的改变。无功功率的降低例如能够通过借助另一个发电机提高无功功率来补偿。
优选在均匀地分布到每个线圈头部的环周上的并且分别设置在相同的轴向位置中的至少八个和至多十二个测量部位上检测线圈头部的振动测量值。
优选定子具有叠片组并且所述方法具有下述步骤：检测借助于其能够与时间相关地确定叠片组的椭圆振动模式的振动测量值，并且同时地一起检测借助于其能够确定这两个线圈头部的椭圆振动模式的振动测量值；确定电机的另外的临界工作状态，在所述另外的临界工作状态中，线圈头部中的至少一个和叠片组的椭圆振动模式的椭圆斜度和相位基本上是相同的；运行电机，使得借助于改变无功功率来避免另外的临界工作状态。线圈头部的振动是不同的激励机制的结果。通过记录线圈头部的和线圈芯的振动，有利的是，可以关于不同的激励机制进行分析。不同的激励机制能够是作用于线圈头部的电流作用力和线圈芯的椭圆化。另外的临界工作状态通过下述方式得出：这两种激励机制同时进行并且通过所述方法的优选的实施方式有利地避免。
优选在下述轴向位置中检测叠片组的振动测量值，所述轴向位置位于这两个线圈头部之间的中部中。在该位置上，叠片组的振动有利地受激励机制影响小，所述激励机制由作用于线圈头部的电流作用力引起进而基本上反映出叠片组的椭圆化。叠片组的振动测量值优选在均匀地分布到线圈芯的环周上的并且设置在相同的轴向位置中的至少八个和至多十二个测量部位上检测。
该方法优选具有下述步骤：检测电机的凸极转子角和相位角；建立特性曲线族，在所述特性曲线族中与凸极转子角和相位角相关地绘制电机的临界工作状态和另外的临界工作状态，并且根据特性曲线族来避免该工作状态。电机的工作状态的特征尤其在于凸极转子角和相位角。凸极转子角在此是用于电机的负荷状态的量度，相位角表示电机的电压和电流的相位差并且是用于无功功率的量度。
为了确定椭圆振动模式，所述方法优选具有下述步骤：将振动测量值变换成频谱。在此，为傅里叶变换。在傅里叶变换之后，有利地将椭圆振动模式简单地与其余的振动模式分离。
优选，振动测量值是测量部位的偏移、速度和/或加速度。加速度例如能够借助光纤加速度测量器来记录。加速度同样能够借助于压电晶体来测量。但是也能够考虑其他的测量方法、例如基于超声波或雷达的测量方法或借助于感应距离传感器的测量方法。
优选检测在径向方向上出现的偏移、在径向方向上出现的速度和/或在径向方向上出现的加速度。引起振动的力主要在径向方向上出现，使得定子的变形同样主要在径向方向上出现。
临界工作状态和/或另外的临界工作状态优选通过改变有功功率来避免。因此除了无功功率之外能够有利地得出第二自由度，所述第二自由度能够改变为，使得避免临界工作状态。因此，在运行电机时得到更高的灵活性。
附图说明
在下文中根据所附的示意图详细阐述根据本发明的方法。附图示出：
图1示出电机的定子的纵剖图，并且
图2至4根据各一个在复数平面中的矢量图和各两个贯穿转子的横截面分别示出电机的工作状态。
具体实施方式
如从图1中可见，电机具有定子1。电机同样具有机器轴线4和转子(在图1中未示出)，所述转子在电机运行时围绕机器轴线4旋转。定子1设置在转子的径向外部并且同样对称地围绕机器轴线4设置。定子1具有围绕叠片组3的电导体的线圈，其中线圈在定子1的两个端侧16上分别具有线圈头部2。
在电机运行时，在定子1上出现会引起定子1振动的力。在图1中示例性地示出不同的力矢量7，所述力矢量作用在定子1的不同位置上。在这两个线圈头部2的每一个上示出两个相对置地设置的力矢量7，所述力矢量在数值方面是相等的并且分别指向径向外部。然而同样能够考虑的是，一个线圈头部2的力矢量7指向径向外部并且另一个线圈头部2的力矢量7指向径向内部。在叠片组3上和在这两个线圈头部2之间的中部中同样示出两个相对置地设置的力矢量7，所述力矢量在数值方面是相等的并且指向径向外部。在此，同样可能的是，力矢量指向径向内部。
为了记录定子1的振动，在线圈头部2上设置至少八个均匀地分布到环周上的线圈头部振动传感器5。此外，在叠片组3的径向外侧17上，在两个这两个线圈头部2之间的中部中同样设置至少八个均匀地设置到叠片组3的环周上的叠片组振动传感器6。通过设有各八个振动传感器5、6，能够以足够的精度记录在定子1的相应的轴向位置中的振动的本征形式。原则上也可能的是，在定子1的其他的轴向位置上设置叠片组振动传感器。振动传感器5、6能够与时间相关地记录偏转、速度和/或加速度。根据本发明，振动传感器5、6同时记录振动测量值。优选分别记录在径向方向上出现的偏转、速度和/或加速度。基于这些数据，随后能够重建用于这两个线圈头部2和叠片组3的在设置有叠片组振动传感器6的轴向位置中的振动的运行振动模式和频率。
在图2至4中在电机的三个不同的工作状态下示出定子1的振动。振动的特征在于，在振动的过程中，定子1的初始的圆形的横截面椭圆化成椭圆形。图2至4分别在图1中设置有板组振动传感器6的轴向位置中示出贯穿这两个线圈头部2中的一个的线圈头部横截面14和叠片组横截面15。在振动的下述时间点记录横截面14、15，在所述时间点中，横截面14、15在图2至4中是椭圆形的。椭圆形的横截面14、15分别具有主轴线18和中心点，所述中心点位于机器轴线4上。
图2至4中的三个工作状态中的每一个分别通过矢量图19来描述。三个工作状态中的每一个通过磁极转子电压矢量8、定子电压矢量9和电流矢量10来描述特征，所述磁极转子电压矢量、定子电压矢量和电流矢量分别位于复数平面20中并且以复数平面20的原点21为出发点。在矢量图19中同样示出各一个电抗电流积矢量13，所述电抗电流积矢量将磁极转子电压矢量8的和定子电压矢量9的顶端彼此连接。电抗电流积矢量13是电抗(无功阻抗)和电流的乘积。
在磁极转子电压矢量8和定子电压矢量9之间构成凸极转子角11并且在定子电压矢量9和电流矢量之间构成相位角12。在电机处于空载的情况下，凸极转子角为零。在电机处于发电机工作方式的情况下，磁极转子电压矢量8先于定子电压矢量9转动，在电机处于电动机工作方式的情况下，磁极转子电压矢量8后于定子电压矢量9转动。在图2至4中示出发电机工作方式的情况，具有相对于定子电压矢量9顺时针转动的磁极转子电压矢量8和构成为锐角的凸极转子角11。凸极转子角11是用于电机的有功功率的量度。在电机为电感的或电容的负载提供电流的情况下，为零的相位角12采用不同的数值。这意味着，电流和电压相互间具有移动的相位。相位角12是用于电机的无功功率的量度。
图2至4中的三个工作状态的分别通过不同的凸极转子角11和相位角12来描述特征。三个工作状态在此表示在启动电机时所经历的工作状态。在图2中的第一工作状态中，两个椭圆形的横截面14、15的主轴线18夹有直角。在图3中的第二工作状态中，这两个椭圆形的横截面14、15夹有锐角。在图4中的第三工作状态中，这两个椭圆形的横截面14、15的主轴线彼此重合。该第三工作状态的特征在于，线圈芯3的振动和线圈头部的振动基本上具有相同的椭圆斜度并且相位是相同。该第三工作状态因此是临界工作状态并且通过根据本发明的方法通过改变无功功率来避免。如果两个线圈头部2的振动基本上具有相同的椭圆斜度并且相位是相同的，那么也得出临界工作状态。
优选如下执行根据本发明的用于运行具有定子1的电机的方法，所述定子具有由电导体制成的线圈，所述线圈具有两个相对置的线圈头部2电机：借助于十二个均匀地分布到每个线圈头部的环周上的并且分别设置在相同的轴向位置中的测量部位，同时地检测振动测量值，借助所述振动测量值能够与时间相关地确定这两个线圈头部2的椭圆振动模式；对此同时借助于十二个均匀地分布到叠片组的环周上的并且设置在这两个线圈头部2之间的中部中的测量部位，同时地测量振动测量值，借助所述振动测量值能够与时间相关地确定叠片组3的椭圆振动模式；确定这两个线圈头部2的和叠片组3的椭圆振动模式的椭圆斜度和相位；
-确定电机的临界工作状态，其中这两个线圈头部2的椭圆振动模式的椭圆斜度和相位基本上相同或者叠片组3的和线圈头部2中的至少一个的椭圆振动模式的椭圆斜度和相位基本上相同；运行电机，使得借助于改变电机的无功功率来避免临界工作状态电机。
虽然具体地通过优选的实施例详细图解说明并且描述了本发明，但是本发明不限制于所公开的实例并且本领域技术人员能够从中推导出其他的变型形式，而没有脱离本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于运行电机的方法，所述电机具有定子(1)，所述定子具有由电导体制成的线圈，所述线圈具有两个相对置的线圈头部(2)，所述方法具有下述步骤：
-同时地检测振动测量值，借助所述振动测量值能够与时间相关地确定两个所述线圈头部(2)的椭圆振动模式；
-确定两个所述线圈头部(2)的所述椭圆振动模式的椭圆斜度和相位；
-确定所述电机的临界工作状态，在所述临界工作状态中，两个所述线圈头部的所述椭圆振动模式的椭圆斜度和相位基本上是相同的；
-运行所述电机，使得借助于改变所述电机的无功功率来避免所述临界工作状态。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中在均匀地分布到每个所述线圈头部(2)的环周上的并且分别设置在相同的轴向位置中的至少八个和至多十二个测量部位(5)上检测所述线圈头部(2)的所述振动测量值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中所述定子(1)具有叠片组(3)并且所述方法具有下述步骤：
-检测能够与时间相关地确定所述叠片组(3)的所述椭圆振动模式的振动测量值，并且同时地检测能够确定两个所述线圈头部(2)的所述椭圆振动模式的所述振动测量值；
-确定所述电机的另外的临界工作状态，在所述另外的临界工作状态中，所述线圈头部(2)中的至少一个和所述叠片组(3)的所述椭圆振动模式的椭圆斜度和相位基本上是相同的；
-运行所述电机，使得借助于改变无功功率来避免所述另外的临界工作状态。
4.根据权利要求3所述的方法，
其中在位于两个所述线圈头部(2)之间的中部中的轴向位置中检测所述叠片组(3)的所述振动测量值。
5.根据权利要求3或4所述的方法，
其中在均匀地分布到所述线圈芯(3)的环周上的并且设置在相同的轴向位置中的至少八个和至多十二个测量部位(6)处检测所述叠片组(3)的所述振动测量值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，所述方法具有下述步骤：
-检测所述电机的凸极转子角(11)和相位角(12)；
-建立特性曲线族，在所述特性曲线族中与所述凸极转子角和所述相位角相关地绘制所述电机的所述临界工作状态和所述另外的临界工作状态，并且根据所述特性曲线族来避免所述临界工作状态和所述另外的临界工作状态。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，
其中，为了确定所述椭圆振动模式，所述方法具有下述步骤：
-将所述振动测量值变换成频谱。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，
其中所述振动测量值是所述测量部位(5，6)的偏移、速度和/或加速度。
9.根据权利要求8所述的方法，
其中检测在径向方向上出现的所述偏移、在径向方向上出现的所述速度和/或在径向方向上出现的所述加速度。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，
其中通过改变有功功率来避免所述临界工作状态和/或所述另外的临界工作状态。
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