CN1684345B - 同步电动机系统及同步电动机失磁恢复方法 - Google Patents
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Abstract
一种同步电动机系统，其中自动实现由于故障励磁源的恢复，而不借助于电动机的异步操作或通过使电动机的异步操作的时间长度最小。采用检测系统以提供一种偏离参考值预定的数量的检测信号，该信号由故障励磁源产生。控制单元通过自动将电动机的励磁绕组系统从故障励磁源转换到备用励磁源来响应于检测的故障。备用电源可以由若干同步电动机共用。
Description
技术领域
本发明涉及同步电动机。更准确地说，本发明涉及电动机的励磁单元断开的恢复。
背景技术
当同步电动机失去了它的励磁源时，它在修复励磁源的时间或者被关闭或者以异步模式运行。但是，在异步模式中的同步电动机的扩展操作会导致过热，并且其需要特大型的电动机以及电源系统。而且，当以异步模式操作时，同步电动机通常仅能驱动相对于同步模式操作中的满载减小的负载。
因此，需要解决这个问题，即怎样恢复同步电动机的励磁源断开，从而使电动机恢复到满载同步操作，同时使异步运行的时间最小或者不借助于异步操作。
发明内容
技术效果是前述问题的解决方案，其基于检测故障的普通励磁供电单元，自动转换同步电动机的励磁绕组系统到备用励磁供电单元，从而释放用于维修的故障单元，而不中断电动机的满载操作，或者使花在电动机的减小的负载上的时间最小。
根据本发明的一个方面，一种同步电动机系统，包括：
至少一个同步电动机，包括励磁绕组系统；
普通励磁供电单元和备用励磁供电单元；以及
控制单元，连接电路中的所述普通励磁供电单元和所述励磁绕组系统，并且响应于所述普通励磁供电单元的故障，自动将所述励磁绕组系统从所述普通励磁供电单元转换到所述备用励磁供电单元；
其中所述同步电动机是多个同步电机之一，其中多个同步电机各自具有励 磁绕组系统，其中所述普通励磁供电单元是多个普通励磁供电单元之一，每个单元与所述同步电动机中的不同电动机相关联，其中所述控制单元响应于任何一个所述普通励磁供电单元的故障，以转换所关联的同步电动机的所述励磁绕组系统到所述备用励磁供电单元。
在一个系统实施例中，同步电动机系统包括至少一个同步电动机，该同步电动机包括励磁绕组系统、普通励磁供电单元、备用励磁供电单元以及控制单元。控制单元通常连接电路中的普通励磁供电单元和励磁绕组系统，并且响应于普通励磁供电单元的故障，自动将励磁绕组系统从普通励磁供电单元转换到备用励磁供电单元。
根据本发明的另一个方面，一种使同步电动机从失去普通励磁供电单元中恢复的方法，包括：
连接电路中的所述普通励磁供电单元与所述同步电动机的励磁绕组系统；
检测所述普通励磁供电单元的故障；以及
响应于所述检测到的故障，自动将所述励磁绕组系统从所述励磁普通供电单元转换到备用励磁供电单元；其中
对多个同步电动机中每个均执行连接、检测和自动转换的所述步骤，并且其中所述备用励磁单元由所有的所述同步电动机共用。
在一个方法实施例中，该方法通过连接电路中的普通励磁供电单元到同步电动机的励磁绕组系统，来恢复同步电动机的励磁供电单元的断开。普通励磁供电单元的故障被检测出，并且响应于被检测的故障，励磁绕组系统自动从普通励磁供电单元转换到备用励磁供电单元。
附图说明
唯一的附图是同步电动机系统的方框图。
具体实施方式
参考附图，同步电动机系统由参考标记20表示。同步电动机系统20包括多个同步电动机30和50。尽管两个同步电动机30和50被示出，同步电动机系统20可以包括多于或少于2个同步电动机对于本领域的技术人员来说将是 明显的。
同步电动机30包括转子32，定子34，励磁绕组系统36以及电动机启动/运行设备80。同步电动机50包括转子52，定子54，励磁绕组系统56以及电动机启动/运行设备82。
同步电动机系统20还包括控制单元22、输入电源24以及输入电源26、普通励磁供电单元40、普通励磁供电单元60以及备用励磁供电单元70。尽管电源24在图中示出为单个电源，它可以多于一个以提供单独电源给普通和备用励磁供电单元40、60和70。同样地，尽管图中示出为单个电源，但是电源26可以多于一个电源以提供单独电源给同步电动机定子34和54。电源24是相对低的电压。电源24包括开关25，当闭合时，其连接电源24到普通和备用励磁供电单元40、60和70，以用作励磁电压。电源26包括开关27，当闭合时，其连接电源26到一个电源，该电源给电动机启动/运行设备80和82提供一个相对高的电压用作电动机定子电压电源。作为在北美应用的大型电动机一个例子，相对高的电压可以是13.8千伏并且相对低的电压可以是460伏。开关25和27可以手动操作或者可以自动操作，作为整个控制序列的部分。
普通励磁供电单元40和普通励磁供电单元60在电路中分别与同步电动机30和50连接，并与电源24连接。因此，普通励磁供电单元40包括输入开关42机构、普通励磁源44、电流传感器45、以及输出开关机构46。当输入开关42机构和输出开关机构46都闭合时，励磁电压被施加到同步电动机30的励磁绕组系统36。普通励磁供电单元60包括输入开关62机构、普通励磁源64、电流传感器65、以及输出开关机构66。当输入开关62机构和输出开关机构66都闭合时，励磁电压被施加到同步电动机50的励磁绕组系统56。
同步电动机系统20还包括备用励磁供电单元70，该单元是同步电动机30和50所共用的。备用励磁源单元70在电路中与电源单元24连接并与同步电动机30的励磁绕组系统36和同步电动机50的励磁绕组系统56连接。备用励磁供电单元70包括输入开关72机构、备用励磁源74、电流传感器75、输出开关机构76以及输出开关机构78。将对于本领域技术人员明显的是，输入开关机构42、62和72以及输出开关机构46、66、76和78可以是任何合适的开关机构，例如，断路器、接触器、电源继电器、电动开关和类似物。
电动机启动/运行设备80和电动机启动/运行设备82分别在电路中与电源26以及在电路中与同步电动机30和50的电动机定子34和54的绕组连接。电动机启动/运行设备80和82可以是简单的开关设备，该开关设备通过施加额定电压到定子34和54来启动和运行同步电动机30和50，以使电动机30和50加速到同步速度，在该速度点，施加电动机磁场以将电动机30和50拉入同步。可选的是，电动机启动/运行设备80和82可以是辅助启动系统，例如电抗器辅助、自耦变压器辅助、电容器辅助、电容器-电抗器辅助、电控制启动器、或者类似的方案。这些方案被设计用来加速同步电动机到同步速度(并随后通过施加电动机磁场来拉入到同步操作)，而使在电源系统26上启动电动机的影响最小。可选的是，电动机启动/运行设备80和82可以是可变电压或者可变速驱动系统，具有在变速下启动和运行电动机的能力。
控制单元22具有到输出开关机构46、66、76和78的连接线，以控制其打开和闭合。控制单元22还具有到输入开关机构42、62和72的连接线，以控制其打开和闭合，在此可以期望实现操作策略的正确动作。控制单元22还具有到普通励磁源44、普通励磁源64和备用励磁源74的连接线，以在操作和转换期间适当地协调这些设备的动作。
在正常操作模式中，普通励磁供电单元40和60可操作分别提供电压给同步电动机30和50的励磁绕组系统36和56。为此，控制单元22控制输出开关机构46和66闭合并且控制输出开关机构76和78打开。因此，普通励磁供电单元40和60被连接到同步电动机30和50，但是备用励磁供电单元70不连接到同步电动机30或50。
在一个实施例中，可以操作控制单元22来控制输出开关机构46以连接普通励磁供电单元40到所述励磁绕组系统36和自所述励磁绕组系统36断开所述普通励磁供电单元40，并控制备用输出开关机构76以连接所述备用励磁供电单元70到所述励磁绕组系统36和自所述励磁绕组系统36断开所述备用励磁供电单元70。
励磁源40、60和70的电流传感器45、65和75检测各自的励磁负载电流，并且提供这些检测到的电流(例如电参数的信号表示)给控制单元22。如果普通励磁供电单元40故障或者误操作，同步电动机30励磁系统的负载电流将偏 离参考值。如果这个偏离超过了预定的数量，将会检测到故障。响应于检测到的故障，控制单元22自动将励磁绕组系统36由普通励磁供电单元40转换到备用励磁供电单元70。为完成这个操作，控制单元22打开普通励磁供电单元40的输出开关机构46，并且闭合备用励磁供电单元70的输出开关机构76。在这个情况下，同步电动机30立即接收来自备用励磁供电单元70的励磁电压，并且同步电动机50继续接收来自普通励磁供电单元60的励磁电压。故障普通励磁供电单元40不与同步电动机30连接，并且，因此可用于维修。
另一方面，如果普通励磁供电单元60故障或者误操作，同步电动机50励磁系统的负载电流将偏离参考值。如果这个偏离超过了预定的数量，将会检测到故障。响应于检测到的故障，控制单元22自动将励磁绕组系统56从普通励磁供电单元60切换到备用励磁供电单元70。为了完成这个操作，控制单元22打开普通励磁供电单元60的输出开关66并且闭合备用励磁供电单元70的输出开关78。在这个情况下，同步电动机50立即接收来自备用励磁供电单元70的励磁电压，并且同步电动机30继续接收来自普通励磁供电单元40的励磁电压。故障普通励磁供电单元60不与同步电动机50连接，并且，因此可用于维修。
该参考值可以被确定为期望的励磁电流的百分数或绝对值。期望的励磁电流源自电动机励磁调节系统，该系统是控制单元22的一部分。在DC反馈励磁机的情况中，例如在恒速电动机应用上通常可找到，其中电动机被同步到固定频率电源，该参考值可与电动机励磁系统中的DC线电流比较。可选的是，在ac反馈励磁系统的情况中，例如在变速电动机驱动应用上通常可找到，该参考值可与到电动机励磁系统的单相电流的平均值比较。
将对于本领域的技术人员明显的是，尽管励磁绕组电流在所示的示例性实施例中被检测，其它的电参数也可以被检测，只要它们响应于普通励磁供电单元的故障而改变。
在上述任一个情况中，具有未发生故障的励磁电源的电动机将继续以可获得的满载额定值操作。具有故障的励磁电源的电动机可以继续以额定功率操作，或者可以暂时异步运行直到负载转矩被减小到允许发生再同步。负载减小启动和再同步过程通常在控制单元22的自动控制下执行。在两个普通励磁电 源单元同时发生故障时的情况下，并且当仅有一个备用单元被安装时，一个电动机会停止运行，并且备用单元被转换到另一电动机以使能它的后续的操作。
对本领域的技术人员明显的是，电流传感器45、65和75可以被组装在励磁供电单元中、安装在同步电动机30和50中或者可以是单独的单元。将对本领域的技术人员更明显的是，备用励磁供电单元70可以为超过两个的同步电动机所共用。将更明显的是，在一些同步电动机系统实施例中，超过一个的备用励磁供电单元可以被两个或更多电动机使用和共用。
对本领域的技术人员也明显的是，这里描述的本发明应用于同步电动机，不论全压启动(直接在线)，通过“软”启动器的辅助，还是当在驱动系统下以变速运行。
对本领域的技术人员也明显的是，这里描述的本发明应用于不同类型的励磁供电单元。例如，励磁供电单元可以是用于固定速度操作的无刷DC励磁或者滑环DC励磁。可选的并且作为例子，励磁供电单元可以是用于变速操作的无刷ac励磁或者是用于变速操作的滑环DC励磁。
对本领域的技术人员也明显的是，这里描述的本发明应用于不同的电源，例如，对所有励磁供电单元采用一个电源、对于每个励磁供电单元采用各自的电源、对于所有电动机定子采用一个电源或者是对于每个电动机定子采用各自的电源。
也应当注意到，术语“第一”、“第二”、“第三”、“上部”、“下部”，以及类似的术语在这里可以被使用来修饰不同的元件。除非特别声明，这些修饰语不隐含所修饰的元件的空间、时序或者分级顺序。
虽然本发明参考一个或更多示例性实施例被描述，本领域的技术人员将会理解，可以进行不同的改变并且等效的元件可以代替其元件而不脱离本发明的范围。另外，，许多修改可以进行以使特定的情形或者材料适应本发明的教学，而不脱离其范围。因此，这意味着，本发明不限制在作为预期用于执行该发明的最好的模式公开的特定实施例，而是本发明将包括落在附属权利要求的范围内的所有实施例。
配件表
| 20 | 同步电动机系统 |
| 22 | 控制单元 |
| 24 | 输入电源 |
| 25 | 开关 |
| 26 | 输入电源 |
| 27 | 开关 |
| 30 | 同步电动机 |
| 32 | 转子 |
| 34 | 定子 |
| 36 | 励磁绕组 |
| 40 | 普通励磁供电单元 |
| 42 | 输入开关机构 |
| 44 | 普通励磁源 |
| 45 | 电流传感器 |
| 46 | 输出开关机构 |
| 50 | 同步电动机 |
| 52 | 转子 |
| 54 | 定子 |
| 56 | 励磁绕组 |
| 60 | 普通励磁供电单元 |
| 62 | 输入开关机构 |
| 64 | 普通励磁源 |
| 65 | 电流传感器 |
| 66 | 输出开关机构 |
| 70 | 备用励磁供电单元 |
| 72 | 输入开关机构 |
| 74 | 备用励磁源 |
| 75 | 电流传感器 |
| 76 | 输出开关机构 |
| 78 | 输出开关机构 |
| 80 | 电动机启动/运行设备 |
| 82 | 电动机启动/运行设备 |
Claims (5)
1.一种同步电动机系统(20)，包括：
至少一个同步电动机(30)，包括励磁绕组系统(36)；
普通励磁供电单元(40)和备用励磁供电单元(70)；以及
控制单元(22)，连接电路中的所述普通励磁供电单元(40)和所述励磁绕组系统(36)，并且响应于所述普通励磁供电单元(40)的故障，自动将所述励磁绕组系统(36)从所述普通励磁供电单元(40)转换到所述备用励磁供电单元(70)；
其中所述同步电动机是多个同步电机之一，其中所述多个同步电机各自具有励磁绕组系统(36、56)，其中所述普通励磁供电单元(40、60)是多个普通励磁供电单元之一，每个单元与所述同步电动机(30、50)中的不同电动机相关联，其中所述控制单元(22)响应于任何一个所述普通励磁供电单元(40、60)的故障，以转换所关联的同步电动机(30、50)的所述励磁绕组系统(36、56)到所述备用励磁供电单元(70)。
2.如权利要求1所述的同步电动机系统，还包括：
传感器(45)，在电路中与所述普通励磁供电单元(40)以及所述同步电动机(30)连接，从而提供表示电参数的信号，并且其中所述控制单元(22)响应于从所述参数的参考值偏离预定的数量的所述信号，以自动将所述励磁绕组系统(36)转换到所述备用励磁供电单元(70)。
3.如权利要求1所述的同步电动机系统，其中所述控制单元(22)控制普通输出开关机构(46)，以连接所述普通励磁供电单元(40)到所述励磁绕组系统(36)和自所述励磁绕组系统(36)断开所述普通励磁供电单元(40)，以及控制备用输出开关机构(76)以连接所述备用励磁供电单元(70)到所述励磁绕组系统(36)和自所述励磁绕组系统(36)断开所述备用励磁供电单元(70)。
4.一种使同步电动机(30)从失去普通励磁供电单元(40)中恢复的方法，包括以下连接、检测和自动转换的步骤：
连接电路中的所述普通励磁供电单元(40)与所述同步电动机(30)的励磁绕组系统(36)；
检测所述普通励磁供电单元(40)的故障；以及
响应于所述检测到的故障，自动将所述励磁绕组系统(36)从所述励磁普通供电单元(40)转换到备用励磁供电单元(70)；其中
对多个同步电动机(30、50)中每个均执行连接、检测和自动转换的所述步骤，并且其中所述备用励磁单元(70)由所有的所述同步电动机(30、50)共用。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述故障对应于从信号的参考值偏离预定的数量，所述信号从所述同步电动机励磁绕组系统(36)中检测。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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