CN107005130B - 具有对绕组系统进行短路识别的报告系统的机电机器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机电机器(1)，具有定子叠片组(3)和转子叠片组(4)，其中定子叠片组(3)和/或转子叠片组(4)分别具有一个或多个绕组系统，该绕组系统在定子叠片组(3)和/或转子叠片组(4)的相应的端侧形成有绕组头(8、9)，其中，在绕组系统中，尤其是在绕组头(8、9)中或者处设置有至少一个报告线路(10)，用于检测绕组短路。
Description
技术领域
本发明涉及一种机电机器，具有定子叠片组和转子叠片组以及一个或者多个绕组系统。
背景技术
由于绕组系统通常布置在叠片组的槽中，机电机器在定子叠片组和/或转子叠片组的端侧处具有绕组头。该绕组头通过绕组系统的电导体在定子叠片组和/或转子叠片组的端侧处的偏转获得。首要的是，在绕组头的区域中，电导体与相邻的电相位的电导体通过绝缘体接触。通过例如由于温度过高或者过压造成的绝缘故障会损坏该绝缘体，并在绕组头和/或槽区域中出现绕组短路。
由绕组短路导致的温度和/或噪音的上升以及例如电机的进一步产生的转矩会表现为对于操作人员和机电机器的可能的危险。因此，绕组短路必须被及时地识别出来，从而必要时能够引入合适的措施。
例如，在电驱动的交通工具中，利用多个电动机对交通工具进行驱动，即使在驱动装置或者电动机存在故障时。在此，发生故障的电机通常与能量供给断开。如果在故障的电机的情况中出现绕组短路，那么此外通过交通工具的速度或者故障的电机的由此存在的转数继续将电能发电机式地输送到故障位置中。但是，通过与电供给的分离也使得绕组短路的识别和发现变得困难。被识别到的绕组短路视可能的故障的严重程度而定可能对这类交通工具的运行引导有巨大影响。
在此，交通工具的速度可能降低或者交通工具可能停止。绕组短路的识别因此必须非常可靠，首要的是不允许导致错误触发。也应当仅仅识别具有严重的影响的严重绕组短路，从而不干扰行驶运行。
接下来的方法至今为止被已知用于识别绕组短路。温度传感器的使用具有以下缺点，即绕组短路必须在传感器的很近的位置处发生。如果电机被相对良好地冷却，那么通过温度传感器也许就不能识别出绕组短路。
同样，经由变流器电流进行诊断也是可行的，在此由变流器的控制软件识别出电机电流的接地识别或者非对称性并且推导出绕组短路。
在此，缺点在于，在该保护方案中变流器在电动机故障时与电动机断开。然而当变流器与电动机断开时，电动机的绕组短路就不再能通过控制软件识别出。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于提出一种机电机器，其具有报告系统，该报告系统可靠地识别出绕组短路。在此，在其中安装有机电机器的驱动系统也应该被监控。
该目的通过一种机电机器实现，该机电机器具有定子叠片组和转子叠片组，其中定子叠片组和/或转子叠片组分别具有一个或多个绕组系统，该绕组系统在定子叠片组和/或转子叠片组的相应的端侧形成有绕组头，其中，在绕组系统中，尤其是在绕组头中或者绕组头处设置有至少一个报告线路，用于检测绕组短路。
所提出的目的同样通过一种驱动系统实现，其具有至少一个变流器和至少一个机电机器，其中，报告线路引入到变流器中，并且在那里集成到评估系统中。
对此可替换的是，评估系统也能够相关于机电机器和/或变流器在电学上和/或空间上分开地布置。
所提出的目的还通过具有至少一个驱动系统的电驱动的交通工具实现。
根据本发明，报告线路、例如电缆使用两个捻合的彼此绝缘的导线。在线路的端部处优选地安装有定义的终端电阻。这简化了绕组短路识别并简化了绕组短路的空间定位。
报告线路在此优选地设置在定子的绕组头处和/或转子的绕组头处，因为在那里各个相位重叠或者交叉地布置并由此使得绝缘体承受相应的应力负荷。但是报告线路也可以在绕组系统中或者绕组系统处在相应的叠片组的一个或者多个槽中延伸，从而实现了对机电机器的绕组短路的整体监控。
在本发明的另一个设计方案中，报告线路设计成同轴电缆，其中内部导体处于空心圆柱形的外部导体中并且在内部导体和外部导体之间可选地同样设置有终端电阻。在此，温度敏感的绝缘体处于该同轴电缆的内部导体与外部导体之间。
如在报告线路具有捻合的线路的设计方案中，绕组短路或者通过在内部和外部导体之间的电接触产生或者通过两个导体的分离识别。
在机电机器的运行期间的或者出于维护目的的测量方法和对所记录的数据的相应评估也可以利用更高频率的测量信号，也就是直至几千赫兹(KHz)范围的测量信号实现。
替代当前的解决方案，也可以考虑在绕组系统中的非绝缘的报告线路，其导体由具有较低熔点的金属，如锌或铅制成。由此并不依赖于绝缘体的熔化。这种例如由铅制成的报告导线在327℃时熔化并且通过其导线的分离指示出绕组短路。该非绝缘的报告线路如此地布置或者铺设，使得在这些线路之间没有直接接触并进而没有在各个报告线路之间的短路的风险。
在所有上述的设计方案中，绝缘体或者及导线的熔化以有利的方式高于机电机器的相应的温度级别大约30开尔文，从而不会由错误触发对机器的按照规定的运行造成风险。
由此，现在排除了温度过高的干扰和错误触发，并且其仅仅可能-如果该报告被发布(abgesetzt)-是绕组短路。
此外可以考虑这样的设计方案，其已经将一个报告线路或者多个报告线路集成到电力电缆中，该电力电缆将变流器与机电机器连接。然后通过变流器的合适的测试信号实现报告线路的状态评估。该信号不仅可以在行驶时而且也在交通工具停止时产生和评估。在停止时，在此机电机器能够再次短时地与变流器连接。
在另一个设计方案中，这种类型的测量也直接在机电机器处实现，这由此实现，即在那里补充性地设置有测量插座，通过该测量插座即使在机电机器的运行期间也能够执行测量。
有利的是，通过取决于位置布置在报告线路中的电阻将故障在机电机器的区域中进行地点归属。例如，由此能够确定，绕组短路是否存在于槽中、绕组头中，在绕组头中的哪里等等。
同样，由此也识别出供应线路中的故障以用于评估。报告线路的响应首先在绕组头中有足够高的热量发展并且其导致绝缘体或者导线的熔化时实现。由此识别出严重的绕组短路，其导致运行损害。通过报告线路的响应的位置相关性，能够识别出在机电机器的绕组系统的整个周向和/或轴向长度处的在绕组系统中的、尤其是绕组头中导致绕组短路的加热。
因此实现了故障位置的界定并且根据本发明实现了在驱动系统的存在的保护功能中的简单集成。不需要机电机器的尤其是用于绕组系统的复杂的算法、例如温度模型，这些算法仅仅能够不充分地展示出真实情况。
与防火保护线路相比，根据本发明利用报告线路提前地可靠地识别出绕组短路以及通过严重的绕组短路造成的绕组头的损坏。防火保护线路相反首先为了识别燃烧而应用到电动交通工具的另外组件中。通常，防火保护线路的绝缘体也不适合于电动机中的高电压。
附图说明
本发明以及本发明的有利的设计方案根据接下来的实施例进一步描述。其中示出：
图1是机电机器的部分纵向截面，
图2是在火车头中的驱动系统的应用，
图3、4是报告线路。
具体实施方式
图1示出了机电机器1的部段式的纵向截面，其安装在壳体2中。在轴5上，转子叠片组4抗扭地与轴5连接。设计具有转子叠片组4的转子具有永磁铁或者电自激励装置来作为激励部件，其通过集电环提供给转子的绕组系统。然而出于简明起见，仅仅详细地看到定子的绕组系统。定子叠片组3的绕组系统布置在没有进一步示出的槽中并且在定子叠片组3的端侧处存在驱动侧上的绕组头8和在非驱动侧上的绕组头9。同样出于简明起见，报告线路10在图示上超尺寸地布置在绕组头8、9上；其当然也能够在绕组头8、9的内部和/或在绕组系统的一个或者多个槽中延伸。
报告线路19布置在一个相位的导体之间和/或布置在导体和接地的叠片组之间和/或布置在不同相位的导体之间。
在驱动侧上，接线器处于绕组头8上，该接线器将相同类型的电相位的线圈组在定子的周向方向上分散并且彼此电连接。通过与变流器15连接的电力电缆对机电机器1供电。
轴5通过轴承12和相应的轴承端盖6和7支承在壳体上。变流器15通过供电网路17或者通过滑接线获得电压，该电压通过变流器15被电匹配于机电机器1并且通过电力电缆18提供给机电机器1。
报告线路10在变流器15和机电机器1之间或者单独地铺设或者与电力电缆一同在机电机器1的线缆外罩中通过相应的插头提供。相应的报告/数据序列/关于在绕组系统中的干扰的评估以及进而运行流程的干扰的评估可以在变流器15处的显示装置16中和/或在不同位置处的一个或者多个单独的显示装置中显示。
对此替代和/或补充的是，数据也可以被传输给监控装置，其自动地导入另外的动作，例如断开电机、降低驱动装置的功率，等等。
不仅可以有线地将数据传输至显示装置和/或监控装置，而且也可以无线地将数据传输至显示装置和/或监控装置。
这种类型的机电机器1的使用形成了驱动系统，其具有变流器15和机电机器1并且其例如布置在根据图2的火车头14中。在此，火车头14具有两个转向架20，其分别具有两个轮组轴。每个轮组轴通过一个机电机器1和一个所属的变流器15驱动。
对报告线路10的状态的测量以及进而对相应的绕组系统或者绕组头8、9的状态的测量例如通过相应的变流器15的合适的测试信号实现。该信号可以在行驶时也可以在交通工具停止时产生并被评估。测量结果的评估直接在火车头14中实现并且可以传输给火车司机、列车长或者在火车头或车厢外的中央监控装置。
根据本发明的构思的应用当然并不限于火车头14，更多地延伸到电驱动交通工具中，如矿用卡车、有轨电车、电动轿车、电动飞行器的应用中等等。
报告线路10根据图3例如设计成捻合的绝缘电缆，其中为了能够执行绕组短路的地点归属，以能预设的间距设置集中的电阻R1、R2等。因此，利用加载所使用的信号-直流电压信号或者交流电压信号(AC直至KHz范围)识别出绕组短路。通过评估单元19因此能够在机电机器1的内部按地点确定出绕组短路。
图4示例性地以预设的电阻R3的形式示出了捻合的绝缘报告线路10的具体连接。
Claims (11)
1.一种机电机器(1)，具有定子叠片组(3)和转子叠片组(4)，其中，所述定子叠片组(3)和/或所述转子叠片组(4)分别具有一个或多个绕组系统，所述绕组系统在所述定子叠片组(3)的和/或所述转子叠片组(4)的相应的端侧处形成绕组头(8、9)，其中，在所述绕组系统中设置有至少一个报告线路(10)，用于检测绕组短路，其中，所述报告线路(10)的绝缘体或者所述报告线路(10)的导线设计为温度敏感的，使得所述绝缘体的或者所述导线的熔点高于所述机电机器(1)的温度等级大约30开尔文。
2.根据权利要求1所述的机电机器(1)，其特征在于，所述报告线路设置在所述绕组头(8、9)中或者所述绕组头处。
3.根据权利要求1所述的机电机器(1)，其特征在于，所述报告线路(10)通过两个捻合的彼此绝缘的导线形成。
4.根据权利要求1所述的机电机器(1)，其特征在于，所述报告线路(10)设计成同轴电缆，其中，在所述同轴电缆的内部导体和外部导体之间布置有温度敏感的绝缘体。
5.根据权利要求1所述的机电机器(1)，其特征在于，所述报告线路(10)由具有较低熔点的非绝缘金属线制成。
6.根据权利要求5所述的机电机器(1)，其特征在于，所述报告线路由铅或锌制成。
7.一种驱动系统，具有至少一个变流器(15)和至少一个根据前述权利要求1至6中任一项所述的机电机器，其特征在于，所述报告线路(10)引入到所述变流器(15)中，并且在该变流器中集成到评估系统(19)中。
8.根据权利要求7所述的驱动系统，其特征在于，所述报告线路集成到电力电缆(18)中，所述电力电缆连接了所述变流器(15)与所述机电机器(1)。
9.一种电驱动的交通工具，具有至少一个根据权利要求7或8所述的驱动系统。
10.一种用于确定机电机器(1)的绕组短路的方法，其中，所述机电机器具有定子叠片组(3)和转子叠片组(4)，其中，所述定子叠片组(3)和/或所述转子叠片组(4)分别具有一个或多个绕组系统，所述绕组系统在所述定子叠片组(3)的和/或所述转子叠片组(4)的相应的端侧形成绕组头(8、9)，其中，在所述绕组系统中设置有至少一个报告线路(10)，从而检测由于高的温度发展造成的绕组短路，其中，所述报告线路(10)的绝缘体或者所述报告线路(10)的导线设计为温度敏感的，使得所述绝缘体的或者所述导线的熔点高于所述机电机器(1)的温度等级大约30开尔文，所述方法通过以下步骤实现：
-将合适的测量信号加载到所述测量线路(10)上；
-直接在所述机电机器(1)处和/或通过在变流器(15)处的显示装置(16)和/或一个或者多个单独的显示装置评估和/或显示反馈信号。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述报告线路设置在所述绕组头(8、9)中或者所述绕组头处。
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