SE513465C2 - Förfarande för varvtalsreglering av roterande elektrisk maskin samt system för utförande av förfarandet - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 513 465 2 Den isolerade ledaren eller högspänningskabeln som används vid föreliggande uppfinning är flexibel och böjlig och av det slag som närmare beskrivs i PCT ansökan SE 97/00874 och SE 97/00875. Ytterligare beskrivning av den isolerade ledaren eller kabeln finns i PCT ansökningarna SE 97/00901, SE 97/00902 Och SE 97/00903.

Vid anordningen enligt uppfinningen är lindningarna företrädesvis av ett slag motsvarande kablar med fast extru- derad isolation som i dag används för kraftdistribution, t.ex. s.k. PEX-kablar eller kablar med EPR-isolation. En sådan innefattar en inre ledare sammansatt av en eller flera kardeler, ett ledaren omgivande inre halvledande skikt, ett detta omgivande fast isoleringsskikt och ett isoleringsskiktet omgivande yttre halvledande skikt. Dylika kablar är böjliga vilket är en väsentlig egenskap i samman- hanget eftersom tekniken för anordningen enligt uppfinningen i första hand baserar sig på ett lindningssystem där lindningen görs med ledningar som dras fram och åter en mångfald varv, dvs. utan de skarvar i härvändarna som erford- ras då lindningen i kärnan utgöres av stela ledare. En PEX- kabel har normalt en böjlighet motsvarande en krökningsradie på ca 20 cm för en kabel med 30 mm diameter och en krökningsradie på ca 65 cm för en kabel med 80 mm diameter.

Med uttrycket böjlig avses i denna ansökan således att lindningen är böjlig ned till en krökningsradie i storleksordningen 8 - 25 gånger kabeldiametern.

Lindningen bör vara utförd så att den kan bibehålla sina egenskaper även när den böjs och när den under drift utsättes för termiska påkänningar. Att skikten bibehåller sin vidhäftning vid varandra är av stor betydelse i detta samman- hang. Avgörande är här skiktens materialegenskaper, framför allt deras elasticitet och deras relativa värmeutvidg- ningskoefficienter. För exempelvis en PEX-kabel är det isolerande skiktet av tvärbunden lågdensitetspolyeten och de halvledande skikten av polyeten med inblandade sot- och metallpartiklar Volymförändringar till följd av tempera- turförändringar upptas helt som radieförändringar i kabeln 10 15 20 25 30 35 513 465 3 och tack vare den jämförelsevis ringa skillnaden hos skikfens värmeutvidgningskoefficienter i förhållande till den elasticitet som dessa material har, så kommer kabelns radiella expansion att kunna ske utan att skikten lossnar från varandra. _ _ Ovan angivna materialkombinationer är endast att ses som exempel. Inom uppfinningens ram faller naturligtvis även andra kombinationer som uppfyller de nämnda villkoren och uppfyller villkoren att vara halvledande, dvs. med en ledningsförmåga i området 1-105 ohm-cm respektive isolerande, dvs. med en ledningsförmåga mindre än 105 ohm-cm.

Det isolerande skiktet kan exempelvis utgöras av ett fast termoplastiskt material såsom lågdensitetspolyeten (LDPE), högdensitetspolyeten (HDPE), polypropylen (PP), poly- butylen (PB), polymetylpenten (PMP), tvärbundna material såsom tvärbunden polyeten (XLPE) eller gummi såsom etylen- propylengummi (EPR) eller silikongummi.

De inre och yttre halvledande skikten kan ha samma basmaterial men med inblandning av partiklar av ledande material såsom sot eller metallpulver.

De mekaniska egenskaperna hos dessa material, framför allt deras värmeutvidgningskoefficienter, påverkas ganska ringa av om det är inblandat med sot eller metallpulver eller ej. Det isolerande skiktet och de halvledande skikten får därmed i stort sett samma värmeutvidgningskoefficienter.

För de halvledande skikten kan även etylenvinylacetat- sampolymer/nitrilgummi, butylymppolyeten, etylen-akrylat- sampolymer och etylenetylakrylat-sampolymer utgöra lämpliga polymerer. Även då olika slag av material användes som bas i respektive skikt år det_önskvärt att deras värmedutvidg- ningskoefficient är avflsamma storleksordning. För kombina- tionen av de ovan uppräknade materialen förhåller det sig på detta sätt.

De ovan uppråknade materialen har en elasticitet som är tillräcklig för att eventuella smärre avvikelser hos värmeutvidgningskoefficienterna för materialen i skikten 10 15 20 25 30 35 513 465 4 kommer att upptas i radialriktningen av elasticiteten så :tt ej sprickor eller andra skador uppstår och så att skikten ej släpper från varandra.

Ledningsförmågan hos de båda halvledande skikten är tillräckligt stor för att i huvudsak utjämna potentialen längs respektive skikt. Samtidigt är ledningsförmågan så pass liten att det yttre halvledande skiktet har tillräcklig resistivitet för att innesluta det elektriska fältet i kabeln.

Vardera av de båda halvledande skikten utgör således väsentligen en ekvipotentialyta och lindningen med dessa skikt kommer att i huvudsak innesluta det elektriska fältet inom sig.

Det utesluts naturligtvis inte att ytterligare ett eller flera halvledande skikt kan vara anordnade i det isolerande skiktet.

Det är tidigare känt att effektivare och mer flexibel drift av Vattenkraftverk/pumpdriftanläggningar kan åstad- kommas med t.ex. VARSPEED-generatorer och att varje turbin har en optimal arbetspunkt, vid vilken varvtal, fallhöjd och vattenflöde är anpassade till varandra för att ge maximal verkningsgrad. För stora maskiner kan varvtalet regleras på flera sätt, t.ex. polomkoppling, statormatning och frekvens- anpassning via frekvensomriktare eller via en under- och översynkron strömriktarkaskad som matar en asynkronmaskin från två håll, dvs. via såväl stator som rotor. Den roterande trefasiga rotorlindningen och den stationära frekvens- omriktarutrustningen för styrning av rotorflödet och därmed slipfrekvensen för varvtalsoptimering sker via släpringar.

Användning av släpringar vid varvtalsoptimering medför ett antal nackdelar såsom slitage, nedsmutsning och därmed ökade underhållskostnader.

E . j E. _ Föreliggande uppfinning syftar till att lösa de ovan nämnda problemen. Detta åstadkommes med ett system för anpassning/optimering av en i systemet ingående roterande 10 15 20 25 30 35 515 465 5 elektrisk maskins varvtal enligt patentkraven 1 och 9, samt med ett förfarande för varvtalsreglering av en roterande elektrisk maskin enligt patentkraven 18 och 19. Maskinen ingående i systemet enligt en första utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar minst två elektriska lindningar, vilka vardera innefattar minst en elektrisk ledare, ett omgivande ledaren anordnat första halvledande skikt, ett omgivande det första halvledande skiktet anordnat isolationsskikt, och ett omgivande isolationsskiktet anordnat andra halvledande skikt. Systemet innefattar dessutom organ som genererar maskinens resulterande stator- och luftgaps- flöde i drift, vilka flöden vartdera är sammansatt av minst två vektoriella storheter.

En fördel med systemet enligt föreliggande uppfinning är att inga släpringar förekommer, vilket bland annat medför enklare underhåll, samt inga förluster på grund av borst- spänningsfall. Dessutom kan snabb avmagnetisering vid fel erhållas.

En fördelaktig utföringsform av systemet erhålles i enlighet med uppfinningen genom att potentialen på det första halvledande skiktet är väsentligen lika med potentialen på ledaren.

Det är i anslutning till detta en fördel om det andra halvledande skiktet är anordnat att bilda väsentligen en ekvipotentialyta, omgivande ledaren.

En ytterligare fördel i anslutning till detta är om det andra halvledande skiktet är anslutet till en förutbestämd potential.

Det är i anslutning till detta en fördel om den förut- bestämda potentialen är jordpotential.

En ytterligare fördel i anslutning till detta år om åtminstone två närbelägna skikt hos maskinens lindningar har väsentligen lika stora värmeutvidgningskoefficienter_ Det är i anslutning till detta en fördel om ledaren innefattar ett antal kardeler, av vilka åtminstone några är i elektrisk kontakt med varandra. 10 15 20 25 30 35 513 465 6 En ytterligare fördel i anslutning till detta är om¿_ vart och ett av nämnda tre skikten är fast förbundet med närbelägna skikt längs väsentligen hela anliggningsytan.

Enligt en andra utföringsform av systemet enligt före- liggande uppfinning innefattar maskinen ingàende i systemet minst tvà elektriska lindningar, vilka vardera är bildade av en högspänningskabel innefattande en eller flera strömförande ledare, varvid varje ledare uppvisar ett antal kardeler, ett första halvledande skikt anordnat runt varje ledare, ett isolerande skikt av fast isolationsmaterial anordnat runt nämnda första halvledande skikt, och ett andra halvledande skikt anordnat runt det isolerande skiktet. Systemet inne- fattar dessutom organ som genererar maskinens resulterande stator- och luftgapsflöde i drift, vilka flöden vartdera är sammansatt av minst tvà vektoriella storheter.

En fördel med systemet enligt den andra utföringsformen av föreliggande uppfinning är att inga släpringar förekommer, Vilket bland annat medför enklare underhåll, samt inga för- luster pà grund av borstspänningsfall. Dessutom kan snabb avmagnetisering vid fel erhållas.

Det är i anslutning till detta en fördel om nämnda högspänningskabel innefattar en metallskärm eller mantel.

En ytterligare fördel i anslutning till detta är om den isolerande ledaren eller högspänningskabeln är flexibel.

Det är i anslutning till detta en fördel om skikten är anordnade att vidhäfta varandra även om den isolerade ledaren eller högspänningskabeln böjes.

En ytterligare fördel i anslutning till detta är att flödesgenereringsorganet innefattar en pà maskinens stator anordnad extralindning och en till maskinen ansluten magneti- seringsutrustning, varvid en flödesvektor genereras via extralindningen och magnetiseringsutrustningen och en flödes- vektor genereras via maskinens ordinarie lindning.

Det är i anslutning till detta en fördel om magnetise- ringsutrustningen utgöres av en första frekvensomriktare. lO 15 20 25 30 35 513 465 . i«>f 7 ih; En ytterligare fördel i anslutning till detta är om- systemet dessutom innefattar en till den första frekvens- omriktaren och maskinen ansluten hjälpmatare.

Det i anslutning till detta en fördel om maskinen innefattar en asynkronrotor, samt om hjälpmataren innefattar en statorlindning och en med asynkronrotorn förbunden permanentmagnetrotor.

En ytterligare fördel i anslutning till detta är om systemet dessutom innefattar en till den första frekvens- omriktaren och hjälpmataren ansluten transformator, vilken via en första brytare är ansluten till en fördelningsskena, samt en till transformatorn ansluten andra frekvensomriktare, vilken via en andra brytare är ansluten till fördelnings- skenan.

Det är i anslutning till detta en fördel om lindningar- na är böjliga och om nämnda skikt anligger mot varandra.

En ytterligare fördel i anslutning till detta är om de nämnda skikten är av material med sådan elasticitet och sådan relation mellan materialens värmeutvidgningskoefficienter att de under drift, av temperaturvariationer orsakade volymför- ändringarna hos skikten förmås upptas av materialens elasti- citet så att skikten bibehåller sin anliggning mot varandra vid de temperaturvariationer som uppträder under drift.

Det är i anslutning till detta en fördel om materialen i de nämnda skikten har hög elasticitet.

En ytterligare fördel i anslutning till detta är om vartdera halvledande skikt utgör väsentligen en ekvi- potentialyta.

Förfarandet enligt en första utföringsform av före- liggande uppfinning för varvtalsreglering av en roterande elektrisk maskin är tillämpligt på en maskin vilken är avsedd att direkt anslutas till ett distributions- eller trans- missionsnàt. Maskinen innefattar minst två elektriska lindningar, vilka vardera innefattar minst en elektrisk ledare, ett omgivande ledaren anordnat första halvledande skikt, ett omgivande det första halvledande skiktet anordat isolationsskikt, och ett omgivande isolationsskiktet anordnat l0 15 20 25 30 35 513 465 8 andra halvledande skikt. Förfarandet innefattar steget att generera minst tvà vektoriella storheter vilka utgör maski- nens resulterande stator- och luftgapsflöde i drift.

Förfarandet enligt en andra utföringsform av förelig- gande uppfinning för varvtalsreglering av en roterande elektrisk maskin är tillämpligt på en maskin vilken är avsedd att direkt anslutas till ett distributions- eller trans- missionsnät. Maskinen innefattar minst två elektriska lindningar, vilka vardera är bildade av en högspänningskabel innefattande en eller flera strömförande ledare, varvid varje ledare uppvisar ett antal kardeler, ett första halvledande skikt anordnat runt varje ledare, ett isolerande skikt av fast isolationsmaterial anordnat runt nämnda första halv- ledande skikt och ett andra halvledande skikt anordnat runt det isolerande skiktet. Förfarandet innefattar steget att generera minst två vektoriella storheter vilka utgör maski- nens resulterande stator- och luftgapsflöde i drift.

En fördel med förfarande enligt de två utföringsformer- na av föreliggande uppfinning är att inga släpringar före- kommer, vilket bland annat medför enklare underhåll, samt inga förluster pà grund av borstspänningsfall. Dessutom kan snabb avmagnetisering vid fel erhållas.

I anslutning till detta erhålles en fördel om förfaran- det innefattar det ytterligare steget: - att styra minst ett av de vektoriella flödena med avseende pà såväl fasläge som amplitud och rotationshastighet relativt det av det anslutande nätet genererade och roterade flödet.

En ytterligare fördel i anslutning till detta är om förfarandet innefattar stegen: - att generera en flödesvektor via en på maskinens stator anordnad extralindning och en till maskinen ansluten magnetiseringsutrustning, och - att generera en flödesvektor via maskinens ordinarie lindning.

Enligt en första aspekt av uppfinningen innefattar den roterande elektriska maskinen dessutom en asynkronrotor, 10 15 20 25 30 35 513 465 9 varvid flödesstyrningen används för att varvtalsreglera maskinen i generatordriftmod.

Enligt en andra aspekt av uppfinningen innefattar den roterande elektriska maskinen dessutom en asynkronrotor varvid flödesstyrningen används för att varvtalsreglera maskinen i motordriftmod.

Enligt en tredje aspekt av föreliggande uppfinning används flödesstyrningen för att dämpa övertonshalten hos statorspänningen i maskinens ordinarie statorlindning.

Enligt en fjärde aspekt av föreliggande uppfinning injiceras maskinens reaktiva magnetiseringsström via extralindningen varvid möjliggöres styrning av maskinens spänning pá maskinens ordinarie lindning vid såväl icke nätansluten som nätansluten maskin.

Det är i anslutning till detta en fördel om den roterande elektriska maskinen dessutom innefattar en med asynkronrotorn förbunden permanentmagnetrotor för generering av magnetiseringsström och övrig hjälpkraft.

Enligt ytterligare en aspekt av föreliggande uppfinning används flödesstyrningen för avbrottsfri övergång frán gene- ratordriftsmod till motordriftsmod och vice versa.

Det är i anslutning till detta en fördel om det resulterande flödet i maskinen är: 4> 411 +4>2 där $1är det roterande flödet på maskinens statorsida och $2 är av rotorströmmen genererat flöde, varvid $1 èlmägfl + *ISEECOI där $mwUn är det av strömmen i den ordinarie lindningen genererade, roterande flödet, varvid rotationshastigheten på èwmnx beror pà nätets frekvens och antalet polpar i maskinen, och $muw är det av strömmen i extralindningen genererade roterande flödet, vilket är reglerbart med avseende på såväl 10 15 20 25 30 35 513 465 10 ||| 4 fasläge, amplitud och frekvens relativt den ordinarie lindningens flödesvektor.

En ytterligare fördel i anslutning till detta är om det vektoriellt skapade flödet i maskinen styrs med hjälp av dels det relativa fasläget och dels det relativa amplitudvärdet mellan den ordinarie lindningens (54) och extralindningens (56) aktiva och reaktiva strömvärden.

Uppfinningen kommer nu att förklaras närmare genom efterföljande beskrivning av föredragna utföringsformer av densamma under hänvisning till medföljande ritningar.

KQrL_beskriyning_ay_ritningarna Figur 1 visar en tvärsnittsvy pà en högspänningskabel; Figur 2 är ett schema vilket visar ett system enligt föreliggande uppfinning för anpassning/optimering av en i systemet ingående roterande elektrisk maskíns varvtal; Figurerna 3a, och 3b, är schematiska figurer vilka tydligare visar principlösningen för det i figur 2 visade systemet; Figurerna 4a, och 4b, är schematiska figurer vilka i förtydligande syfte visar de roterande flödena respektive den inducerade emkzn i rotordelen i det i figur 2 visade systemet; Figurerna 5a, 5b, och 5c, är tre st. diagram vilka illustrerar principen för styrning/ändring av rotations- hastigheten för det resulterande flödet i maskinen i det i figur 2 visade systemet; och Figur 6 visar ett flödesschema pà förfarandet enligt föreliggande uppfinning för varvtalsreglering av en roterande elektrisk maskin.

Detaljerad beskrivningray utföringsformer av föreliggande E. .

I figur 1 visas en tvärsnittsvy pà en högspänningskabel 10 vilken traditionellt användes för överföring av elektrisk kraft. Den visade högspänningskabeln 10 kan t.ex. vara en standard PEX-kabel 145 kV men utan mantel och skärm.

Högspänningskabeln 10 innefattar en elektrisk ledare, som kan 10 15 20 25 30 35 513 465 ll innefatta en eller flera kardeler 12 med cirkulärt tvärsnitt av exempelvis koppar (Cu). Dessa kardeler 12 är anordnade i mitten av högspänningskabeln 10. Runt kardelerna 12 finns anordnat ett första halvledande skikt 14. Runt det första halvledande skiktet 14 finns anordnat ett isolationsksikt 16, t.ex. PEX-isolation. Runt isolationsskiktet 16 finns anordnat ett andra halvledande skikt 18. I den visade högspännings- kabeln 10 är de tre skikten 14, 16, 18 utförda så att de vidhäftar varandra även då kabeln 10 böjes. Den visade kabeln 10 är flexibel och denna egenskap bibehàlles vid kabeln 10 under dess livslängd.

I figur 2 visas ett schema pà ett system enligt före- liggande uppfinning för anpassning/optimering av en i syste- met ingående roterande elektrisk maskins varvtal. Systemet 20 innefattar en roterande elektrisk maskin 22, vilken är direkt ansluten till ett distributions- eller transmissionsnät 24.

Den roterande elektriska maskinen 24 innefattar minst två lindningar, varvid varje lindning i en första utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar minst en ledare, ett omgivande ledaren anordnat första halvledande skikt, ett omgivande det första halvledande skiktet anordnat isola- tionsskikt, och ett omgivande isolationsskiktet anordnat andra halvledande skikt. Enligt en andra utföringsform av systemet 20 enligt föreliggande uppfinning är lindningarna vardera bildade av den i figur 1 visade högspänningskabeln 10. Systemet 20 innefattar dessutom ett organ 26 vilket genererar maskinens 22 resulterande stator- och luftgapsflöde i drift, vilket flöde är sammansatt av minst tvà vektoriella storheter. Systemet 20 innefattar dessutom en till den roterande elektriska maskinen 22 ansluten magnetiserings- utrustning 28 vilken i det visade exemplet utgöres av en första frekvensomriktare 28. Ansluten till den roterande elektriska maskinen 22 finns en hjälpmatare 30. Systemet 20 innefattar dessutom en till den första frekvensomriktaren 28 och hjälpmataren 30 ansluten transformator 32 för spänningsanpassning. Transformatorn 32 är i sin tur via en första brytare 34 ansluten till en fördelningsskena 36. l0 15 20 25 30 35 515 465 12 Systemet 20 innefattar dessutom en andra frekvensomriktar:-38 för hjâlpkraftsgenerering, vilken andra frekvensomriktare 38 à ena sidan är ansluten till transformatorn 32 och å andra sidan via en andra brytare 40 är ansluten till fördelningsskenan 36.

I figurerna 3a, och 3b, visas schematiskt princip- lösningen för det i figur 2 visade systemet 20. I figur 3a, visas den roterande elektriska maskinens 22 rotor 50 respek- tive stator 52. Statorn 52 är på traditionellt sätt försedd med en trefaslindning 54, också kallad ordinarie lindning 54 eller huvudlindning 54. Statorn 52 är dessutom försedd med en extralindning 56. När den roterande elektriska maskinen 22 är i drift genereras bland annat ett roterande flöde Q pà statorsidan, vilket flöde @_roterar i den streckade pilens riktning. I figur 3b, visas en för föreliggande uppfinning väsentlig del av det i figur 2 visade systemet 20. Ãnyo visas statorns huvudlindning 54 (trefas) samt statorns extra lindning 56 (trefas), varvid extralindningen 56 är ansluten till den första frekvensomriktaren 28. Dessutom visas hjälp- matarens 30 (jämför figur 2) statorlindning 58 (trefas), vilken också är ansluten till den första frekvensomriktaren 28. Den roterande elektriska maskinen 22 (jämför figur 2) innefattar dessutom en asynkronrotor 60 för statorns huvud- lindning 54 samt extralindning 56. I figuren 3b, visas dessutom en permanentmagnetrotor 62 ingående i hjälpmataren 30 (jämför figur 2). Permanentmagnetrotorn 62 är förbunden med asynkronrotorn 60 så att dessa roterar gemensamt. Syste- met 20 kan användas för anpassning/optimering av en i syste- met 20 ingående roterande elektrisk maskins 22 varvtal genom flödesstyrning. Detta àstadkommes genom att det roterande flödet Q pà statorsidan 52 (jämför figur 3) uppbyggs av minst två flödesvektorer. En flödesvektor genereras på tradi- tionellt sätt via statorns 52 huvudlindning 54 och en flödes- vektor genereras via statorns 52 extralindning 56 och den första frekvensomriktaren 28. Genom styrning av den via extralindningen 56 och den första frekvensomriktaren 28 genererade flödesvektorn med avseende pà såväl fasläge, 10 15 20 25 30 35 515 465 13 amplitud och frekvens relativt den via huvudlindningen 54:~ genererade flödesvektorn kan vinkelhastigheten hos den totala flödesvektorn rotera såväl översynkront som undersynkront relaterat till den via huvudlindningen 54 genererade flödesvektorn.

I figurerna 4a, och 4b, visas schematiskt de roterande flödena respektive den inducerade emk n i rotordelen i det i figur 2 visade systemet. I figur 4a, visas ånyo delar av den roterande elektriska maskinen 22 (jämför figur 2) i form av rotorn 50 och statorn 52. Såsom även framgår i figur 3a, är statorn 52 försedd med en huvudlindning 54 samt en extralindning 56. Rotorn 50 roterar i pilen Azs riktning.

Statorns 52 roterande totala flöde @_roterar i pilen Bzs riktning med varvtalet nw. Det totala alstrade flödet för maskinen 22 i drift är *b <1>1+<|>2 där Qpär roterande flöde pá statorsidan, och Q är flöde som genereras av rotorströmmen. Det roterande flödet ölpá statorsidan kan uttryckas såsom $1 (blmagn + (blstator där èmmmr är roterande flöde som genereras av strömmen i huvudlindningen 54, och ömuw är roterande och reglerbart flöde. ömww genereras via statorns 52 extralindning 56 och den första frekvensomriktaren 28. I figur 4b, visas schema- tiskt rotorn 50. Det roterande luftgapsflödet inducerar en lindningsemk, emwr, i rotorlindningen. Den av emk:n e YOCOY drivna rotorströmmen, I ger upphov till ett vridmoment rotor I Mv. Lindningsemkzn Em¿¿ kan utryckas som erocor = k1*$1*(nro:or'n$1) Vridmomentet Mv kan uttryckas såsom Mv = k2x$fiI där kl, k2 är konstanter, nmmr är rotorns 50 varvtal, vilket IOCDI kan ändras och anpassas för optimering av t.ex. turbinens lO 15 220 25 30 35 513 465 14 verkningsgrad, och nw är varvtalet hos det roterande flödet Q pà statorsidan, varvid varvtalet nm kan ändras och anpassas för eftersläpningsoptimering.

I figurerna 5a, 5b, och 5c, visas tre olika diagram som illustrerar principen för styrning/ändring av rotations- hastigheten för det resulterande flödet %_pà statorsidan i maskinen 22 i det i figur 2 visade systemet 20. I figur Sa, visas hur ömma” varierar med tiden t. Rotationshastigheten hos óßüuu beror på nätets 24 frekvens (jämför figur 2) och antalet polpar i den roterande elektriska maskinen 22. I figur 5b, visas hur ömæn varierar med tiden t. Amplitud, frekvens och fasläge hos ömwfl bestämmes med avseende på önskvärd rotationshastighet hos Q. I figur Sc, visas hur det resulterande roterande flödet Qgi statorn 52 varierar med tiden t.

I figur 6 visas ett flödesschema på förfarandet enligt föreliggande uppfinning för varvtalsreglering av en roterande elektrisk maskin. Förfarandet enligt föreliggande uppfinning innefattar ett antal steg vilka kommer att beskrivas nedan.

Flödesschemat startar vid blocket 70. Nästa steg, vid blocket 72, är att starta och ansluta den roterande elektriska maskinen 22 till nätet (jämför figur 2). Därefter, vid blocket 74, genereras minst tvá vektoriella storheter vilka utgör maskinens resulterande stator- och luftgapsflöde i drift. Förutsatt att det är två vektoriella storheter genereras en flödesvektor ömmmrvia statorns 52 huvudlindning 54 och en flödesvektor èmßw genereras via statorns 52 extralindning 56 och den första frekvensomriktaren 28.

Därefter, vid blocket 76, efterfrågas huruvida maskinens varvtal är lämpligt. Vid ett jakande svar pà frågan áterupprepas blocket 76. Om svaret däremot är nekande fortsätter förfarandet till blocket 78. I blocket 78 utföres steget att styra minst ett av de vektoriella flödena med avseende på såväl fasläge som amplitud och frekvens (rotationshastighet) relativt det av det anslutande nätet genererade och roterande flödet. Denna styrning innebär att maskinen har önskat/lämpligt varvtal. Därefter, vid blocket 10 15 20 25 30 513 465 15 80, efterfrågas huruvida maskinen skall vara i drift. Vidáett jakande svar på frågan återupprepas blocket 76. Om svaret däremot är nekande fortsätter förfarandet till blocket 82. I blocket 82 stoppas driften av maskinen. Vid blocket 84 avslutas förfarandet.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade utfö- ringsekemplen utan ett flertal modifikationer är tänkbara inom uppfinningstankens ram. Således kan anpassning av slip- frekvensen ske vid såväl motor- som generatordrift och genom lämplig dimensionering av frekvensomriktarutrustningen kan i princip alla driftsformer bemötas.

Dessutom kan principen användas för snabb avbrottsfri växling från motordrift till generatordrift i exempelvis industritillämpningar.

Vidare kan principen användas för reducering/elimine- ring av övertonshalten i en maskins statorspänning. Principen kan tillämpas på såväl synkron- som asynkronmaskiner.

Dessutom kan frekvensomriktarutrustningen och statorns extralindning användas för såväl start av maskinen vid start som för inbromsning av maskinen vid stopp.

Vidare är vinkelhastigheten hos den via extralindningen genererade flödesvektorn styrbar via den stationära frekvens- omriktarutrustningen och därmed kan optimalt driftläge för anpassning till ändrat turbinvarvtal orsakad av ändrad fall- höjd alltid ske.

Dessutom kan det vektoriellt skapade flödet i maskinen styras med hjälp av dels det relativa fasläget och dels det relativa amplitudvärdet mellan den ordinarie lindningens och extralindningens aktiva och reaktiva strömvärden.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade utfö- ringsformerna, utan flera variationer är möjliga inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (33)

lO 15 20 25 30 513 465 16 PATENTKRAV å

1. System (20) för anpassning/optimering av en i systemet (20) ingående roterande elektrisk maskins (22) varvtal, vilken maskin (22) är avsedd att direkt anslutas till ett distributions- eller transmissionsnät (24) och innefattande minst två elektriska lindningar, kânnetecknat av att lind- ningarna vardera innefattar minst en elektrisk ledare, ett omgivande ledaren anordnat första halvledande skikt (14), ett omgivande det första halvledande skiktet (14) anordnat isola- tionsskikt (16), och ett omgivande isolationsskiktet (16) anordnat andra halvledande skikt (18), samt av att systemet (20) innefattar organ (26) som genererar maskinens (22) resulterande stator- och luftgapsflöde i drift, vilka flöden vartdera är sammansatt av minst två vektoriella storheter.

2. System (20) enligt patentkrav 1, kännetecknat av att potentialen pà det första halvledande skiktet (14) är väsent- ligen lika med potentialen på ledaren.

3. System (20) enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att det andra halvledande skiktet (18) är anordnat att bilda väsentligen en ekvipotentialyta, omgivande ledaren.

4. System (20) enligt patentkrav 3, kännetecknat av att det andra halvledande skiktet (18) är anslutet till en förutbestämd potential.

5. System (20) enligt patentkrav 4, kännetecknat av att nämnda förutbestämda potential är jordpotential.

6. System (20) enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att åtminstone två närbelägna skikt hos maskinens lindningar har väsentligen lika stora vârmeutvidg- ningskoefficienter.

7. System (20) enligt något av föregående patentkrav kännetecknat av att ledaren innefattar ett antal kardeler 10 15 20 25 30 513 465 17 (12), av vilka åtminstone några är i elektrisk kontakt meál varandra.

8. System (20) enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att vart och ett av nämnda tre skikt är fast förbundet med närbelägna skikt längs väsentligen hela anliggningsytan.

9. System (20) för anpassning/optimering av en i systemet ingående roterande elektrisk maskins (22) varvtal, vilken maskin (22) är avsedd att direkt anslutas till ett distri- butions- eller transmissionsnät (24) och innefattande minst två elektriska lindningar, kännetecknat av att lindningarna vardera är bildade av en högspänningskabel (10) innefattande en eller flera strömförande ledare, varvid varje ledare upp- visar ett antal kardeler (12), ett första halvledande skikt (14) anordnat runt varje ledare, ett isolerande skikt (16) av fast isolationsmaterial anordnat runt nämnda första halv- ledande skikt (14), och ett andra halvledande skikt (18) anordnat runt det isolerande skiktet (16), samt av att systemet (20) innefattar organ (26) som genererar maskinens (22) resulterande stator- och luftgapsflöde i drift, vilka flöden vartdera är sammansatt av minst två vektoriella storheter.

10. System (20) enligt patentkrav 9, kännetecknat av att nämnda högspänningskabel (10) innefattar en metallskärm eller mantel.

11. System (20) enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att den isolerande ledaren eller högspän- ningskabeln (10) är flexibel.

12. System (20) enligt patentkrav ll, kânnetecknat av att skikten är anordnade att vidhäfta varandra även då den isole- rade ledaren eller högspänningskabeln (10) böjes.

13. System (20) enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att flödesgenereringsorganet (26) innefattar 10 15 20 25 30 513 465 18 en pà maskinens (22) stator (52) anordnad extralindning (Så) och en till maskinen (22) ansluten magnetiseringsutrustning (28), varvid en flödesvektor genereras via extralindningen (56) och magnetiseringsutrustningen (28) och en flödesvektor genereras via maskinens (22) ordinarie lindning (54).

14. System (20) enligt patentkrav 13, kännetecknat av att magnetiseringsutrustningen (28) utgöres av en första frekvensomriktare (28).

15. System (20) enligt patentkrav 14, kånnetecknat av att systemet (20) dessutom innefattar en till den första frekvensomriktaren (28) och maskinen (22) ansluten hjälp- matare (30).

16. System (20)enligt patentkrav 15, kännetecknat av att maskinen (22) innefattar en asynkronrotor (60), samt av att hjälpmataren (30) innefattar en statorlindning (58) och en med asynkronrotorn (60) förbunden permanentmagnetrotor (62).

17. System (20) enligt något av patentkraven 15 eller 16, kännetecknat av att systemet (20) dessutom innefattar en till den första frekvensomriktaren (28) och hjälpmataren (30) ansluten transformator (32), vilken via en första brytare (34) är ansluten till en fördelningsskena (36), samt en till transformatorn (32) ansluten andra frekvensomriktare (38), vilken via en andra brytare (40) är ansluten till fördel- ningsskenan (36).

18. System (20) enligt patentkrav 1, kännetecknat av att lindningarna är böjliga och av att nämnda skikt anligger mot varandra.

19. System (20) enligt patentkravet 18, kännetecknat av att de nämnda skikten är av material med sådan elasticitet och sådan relation mellan materialens vârmeutvidgningskoefficien- ter att de under drift, av temperaturvariationer orsakade volymförändringarna hos skikten förmàs upptas av materialen elasticitet sà att skikten bibehàller sin anliggning mot 10 15 20 25 30 513 465 19 varandra vid de temperaturvariationer som uppträder under¿_ drift.

20. System (20) enligt patentkravet 19, kännetecknat av att materialen i de nämnda skikten har hög elasticitet.

21. 2l.System (20) enligt patentkravet 19, kännetecknat av att vardera halvledande skikt utgör väsentligen en ekvipotential- yta.

22. Förfarande för varvtalsreglering av en roterande elektrisk maskin (22), vilken maskin (22) är avsedd att direkt anslutas till ett distributions- eller transmissions- nät (24) och innefattande minst tvà elektriska lindningar, vilka vardera innefattar minst en elektrisk ledare, ett omgivande ledaren anordnat första halvledande skikt (14), ett omgivande det första halvledande skiktet (14) anordnat isola- tionsskikt (16), och ett omgivande isolationsskiktet (16) anordnat andra halvledande skikt (18), vilket förfarande innefattar steget: - att generera minst tvà vektoriella storheter vilka utgör maskinens (22) resulterande stator- och luftgapsflöde i drift.

23. Förfarande för varvtalsreglering av en roterande elek- trisk maskin (22), vilken maskin (22) är avsedd att direkt anslutas till ett distributions- eller transmissionsnät (24) och innefattande minst två elektriska lindningar, vilka vardera är bildade av en högspänningskabel (10) innefattande en eller flera strömförande ledare, varvid varje ledare upp- visar ett antal kardeler (12), ett första halvledande skikt (14) anordnat runt varje ledare, ett isolerande skikt (16) av fast isolationsmaterial anordnat runt nämnda första halv- ledande skikt (14), och ett andra halvledande sikt (18) anordnat runt det isolerande skiktet (16), vilket förfarande innefattar steget: 10 15 20 25 30 513 465 20 - att generera minst tvà vektoriella storheter vilka utgörå maskinens (22) resulterande stator- och luftgapsflöde i drift.

24. Förfarande enligt något av patentkraven 22 eller 23, vilket förfarande kännetecknas av det ytterligare steget: - att styra minst ett av de vektoriella flödena med avseende pà sàväl fasläge som amplitud och rotationshastighet relativt det av det anslutande nätet (24) genererade och roterande flödet.

25. Förfarande enligt patentkrav 24, kännetecknat av stegen: - att generera en flödesvektor via en pà maskinens (22) stator (52) anordnad extralindning (56) och en till maskinen (22) ansluten magnetiseringsutrustning (28); och - att generera en flödesvektor via maskinens (22) ordinarie lindning (54).

26. Förfarande enligt nàgot av patentkraven 24-25, känne- tecknat av att den roterande elektriska maskinen (22) dess- utom innefattar en asynkronrotor (60), varvid flödesstyr- ningen används för att varvtalsreglera maskinen (22) i generatordriftmod.

27. Förfarande enligt något av patentkraven 24-25, känne- tecknat av att den roterande elektriska maskinen (22) dessutom innefattar en asynkronrotor (60), varvid flödes- styrningen används för att varvtalsreglera maskinen (22) i motordriftmod.

28. Förfarande enligt nàgot av patentkraven 24-25, känne- tecknat av att flödesstyrningen används för att dämpa över- tonshalten hos statorspänningen i maskinens (22) ordinarie statorlindning (54).

29. Förfarande enligt patentkrav 25, kännetecknat av att maskinens (22) reaktiva magnetiseringsström injiceras via 10 15 20 25 30 513 465 21 extralindningen (56) varvid möjliggöres styrning av maskiñåns (22) spänning pà maskinens (22) ordinarie lindning (54) vid sáväl icke nätansluten som nätansluten maskin (22).

30. Förfarande enligt patentkrav 26, kännetecknat av att den roterande elektriska maskinen (22) dessutom innefattar en med asynkronrotorn (60) förbunden permanentmagnetrotor (62) för generering av magnetiseringsström och övrig hjälpkraft.

31. Förfarande enligt något av patentkraven 24-25, känne- tecknat av att flödesstyrningen används för avbrottsfri övergàng fràn generatordriftmod till motordriftmod och vice VerSa .

32. Förfarande enligt något av patentkraven 25-31, känne- tecknat av att det resulterande flödet i maskinen (22) är: Ö Öl + Ö2 där %_är det roterande flödet pà maskinens statorsida och $2 är av rotorströmmen genererat flöde, varvid Öl Öimagn + Öistator där èmtaorär det av strömmen i den ordinarie lindningen (54) genererade roterande flödet, varvid rotationshastigheten pà èlmaaw beror pà nätets frekvens och antalet polpar i maskinen (22), och $ua¶,är det av strömmen i extralindningen (56) genererade roterande flödet, vilket är reglerbart med avseende pà såväl fasläge, amplitud och frekvens relativt den ordinarie lindningens (54) flödesvektor.

33. Förfarande enligt patentkrav 25, kännetecknat av att det vektoriellt skapade flödet i maskinen (22) styrs med hjälp av dels det relativa fasläget och dels det relativa amplitudvärdet mellan den ordinarie lindningens (54) och extralindningens (56) aktiva och reaktiva strömvärden.