旋轉(zhuǎn)電的制造方法
【專利摘要】一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)和一種對(duì)無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行磁化的方法，所述方法包括：形成靜止磁場(chǎng)；使磁化機(jī)的轉(zhuǎn)子在靜止磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)以便產(chǎn)生交變電流；用位于轉(zhuǎn)子中的可控橋來對(duì)交變電流進(jìn)行整流；無線地接收控制指令到轉(zhuǎn)子；基于控制指令、用可控橋控制電流的量值；以及將受控制的電流饋送到旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁化繞組。
【專利說明】旋轉(zhuǎn)電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)電機(jī)，且特別地涉及對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的激勵(lì)。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的工作是基于電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子之間的磁相互作用的。一般而言，定子和轉(zhuǎn)子的極的磁化可通過使用永磁體片或者通過使用承載電流的繞組來進(jìn)行。一般而言，在同步電機(jī)的情形中，定子包括繞組，且轉(zhuǎn)子極通過使用永磁體或承載電流的繞組來被磁化。當(dāng)同步電機(jī)被用作發(fā)電機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子通過機(jī)械動(dòng)力旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感生電壓到定子繞組。當(dāng)同步電機(jī)被用作電動(dòng)機(jī)時(shí)，交變電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)到定子中，且經(jīng)磁化的轉(zhuǎn)子跟隨場(chǎng)的移動(dòng)，并由此與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一起旋轉(zhuǎn)。
[0003]在轉(zhuǎn)子中使用電磁化或場(chǎng)線圈具有如下優(yōu)點(diǎn):可通過控制饋送到轉(zhuǎn)子極的電流來控制磁化。該電流被稱為場(chǎng)磁化電流、激勵(lì)電流或轉(zhuǎn)子電流。該電流的目的是產(chǎn)生所需磁場(chǎng)到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。
[0004]傳統(tǒng)上，使用無刷磁化或有刷磁化來產(chǎn)生場(chǎng)磁化。在有刷磁化中，通過使用將電流從靜止側(cè)運(yùn)載到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的刷來將電流從靜止電力源饋送到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。
[0005]圖1示出了在無刷磁化中使用的基本結(jié)構(gòu)。在無刷磁化中，磁化機(jī)或激勵(lì)器被用于產(chǎn)生磁化電流Ik到主電機(jī)的場(chǎng)繞組3。磁化機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組I與主電機(jī)的轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，而激勵(lì)器的定子繞組2由激勵(lì)電流Im賦能。被生成到旋轉(zhuǎn)繞組的電流用二極管橋整流，且經(jīng)整流的電流即轉(zhuǎn)子電流Ik被進(jìn)一步饋送到場(chǎng)繞組3。由此，通過控制激勵(lì)電流Im間接地控制轉(zhuǎn)子電流Ir。
[0006]圖1還示出了如虛線框5的各旋轉(zhuǎn)部分和用于控制磁化電流的器件6。該器件一般被稱為AVR(自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器)。AVR接收多個(gè)輸入(未示出)并根據(jù)所輸入的信號(hào)控制電機(jī)的磁化。圖1還示出了當(dāng)所討論的電機(jī)是發(fā)電機(jī)時(shí)可從其獲得三相U、V、W電壓的主電機(jī)的定子繞組7。
[0007]與上述無刷激勵(lì)相關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)之一是:歸因于受控制的磁化電流，電機(jī)的結(jié)構(gòu)頗為復(fù)雜。AVR包含能夠產(chǎn)生在幾十安培范圍內(nèi)的電流的功率級(jí)。功率級(jí)具有一定量的損耗并且整個(gè)AVR系統(tǒng)是大的。此外，AVR系統(tǒng)需要單獨(dú)的電力供應(yīng)，例如互感器、副激勵(lì)機(jī)等，從而增大了系統(tǒng)所需的空間和復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種方法和一種用于實(shí)施該方法的電機(jī)以便減輕上述缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的是通過特征在于獨(dú)立權(quán)利要求中所述內(nèi)容的方法和電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。在獨(dú)立權(quán)利要求中公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
[0009]本發(fā)明基于如下構(gòu)思:在電機(jī)的轉(zhuǎn)子中使用受控制的橋，使得轉(zhuǎn)子電流被直接控制。受控制的橋是用位于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子中的控制單元來控制的，并且它從靜止單元比如AVR無線地接收控制信息。[0010]本發(fā)明的方法和布置的優(yōu)點(diǎn)是:無需單獨(dú)的激勵(lì)電流，并且避免了在AVR單元中使用功率級(jí)。這大大降低了 AVR單元的大小和額定功率。
[0011 ] 由于不使用受控制的激勵(lì)電流，所以可使用激勵(lì)器的定子中的永磁體來磁化激勵(lì)器?？删_地設(shè)定永磁體的大小和量。
[0012]根據(jù)實(shí)施方式，轉(zhuǎn)子控制單元與AVR單元之間的數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，S卩，轉(zhuǎn)子控制單元也可與靜止AVR單元無線地通信。這使得能夠直接從旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子接收測(cè)量信息，這在先前是不可能的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面將參照附圖通過優(yōu)選實(shí)施方式更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中:
[0014]圖1示出了用于對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行磁化的已知系統(tǒng)；以及
[0015]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的磁化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖2示出了根據(jù)實(shí)施方式的磁化系統(tǒng)的主要電路結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)有無刷激勵(lì)。也就是說，該電機(jī)不具有使從靜止電流源饋送的轉(zhuǎn)子電流通過的滑環(huán)。在本公開中，主電機(jī)的磁化由與主電機(jī)的轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的激勵(lì)機(jī)或激勵(lì)器的轉(zhuǎn)子繞組21產(chǎn)生。轉(zhuǎn)子以及各旋轉(zhuǎn)部分在圖2中如虛線框31所示。
[0017]來自激勵(lì)機(jī)或激勵(lì)器的轉(zhuǎn)子繞組的電流被整流，使得DC電流即場(chǎng)磁化電流被饋送到轉(zhuǎn)子繞組即主電機(jī)的場(chǎng)繞組。在本實(shí)施方式中，整流使用由晶閘管Tl至T6組成的受控制的整流橋22來進(jìn)行。在本實(shí)施方式中，輔助電機(jī)的轉(zhuǎn)子21具有三個(gè)相，因此整流橋具有三對(duì)整流部件。
[0018]電機(jī)的轉(zhuǎn)子還包括控制橋的開關(guān)部件的轉(zhuǎn)子控制單元24。轉(zhuǎn)子控制單元連接到激勵(lì)器的相，轉(zhuǎn)子控制單元從所述相接收其工作電壓。可替選地，控制單元由輔助線圈賦能。當(dāng)電機(jī)的工作被啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子控制單元是無電力的。在電機(jī)的轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)后，激勵(lì)器產(chǎn)生電壓，且該電壓被用作轉(zhuǎn)子控制單元的工作電壓。
[0019]由于轉(zhuǎn)子控制單元被布置在轉(zhuǎn)子中，所以從AVR到轉(zhuǎn)子控制單元的控制指令使用無線傳輸來傳輸。轉(zhuǎn)子量例如轉(zhuǎn)子電壓Uk和電流Ik的實(shí)際值也被無線地發(fā)送回AVR。轉(zhuǎn)子控制單元通過電流測(cè)量裝置25來測(cè)量轉(zhuǎn)子電流，電流測(cè)量裝置25可以是例如分路測(cè)量或霍爾元件等。
[0020]借助于由轉(zhuǎn)子控制單元根據(jù)從AVR單元26發(fā)送的信號(hào)而控制的晶閘管Tl至T6來調(diào)節(jié)電流Ικ。
[0021]除了在本發(fā)明中使用的AVR單元不具有用于產(chǎn)生實(shí)際激勵(lì)電流的功率級(jí)之外，AVR單元26及其功能與已知結(jié)構(gòu)類似。圖2示出了連接到AVR單元的發(fā)射器件27。來自該發(fā)射器27的信號(hào)由轉(zhuǎn)子控制單元24接收。轉(zhuǎn)子控制單元包括用于接收所述信號(hào)的適當(dāng)裝置。無線傳輸可以使用任何已知的無線傳輸方法和設(shè)備來進(jìn)行。適用的傳輸類型的例子包括藍(lán)牙無線技術(shù)、紅外技術(shù)、RF技術(shù)等的使用。信息的傳輸也可以使用完全特定于結(jié)構(gòu)的布置來進(jìn)行，該完全特定于結(jié)構(gòu)的布置可以包括例如纏繞在激勵(lì)器的極上的線圈的使用。
[0022]在本公開中，與傳統(tǒng)的無刷激勵(lì)中相比，激勵(lì)響應(yīng)和精確度更好。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子電流被直接控制而不是通過控制激勵(lì)電流Im來被控制。激勵(lì)響應(yīng)被增大到所生成的電力能夠比以前更精確地被穩(wěn)定的程度。該特征也可以被用在所謂的電力穩(wěn)定系統(tǒng)(PSS)中。
[0023]激勵(lì)器的定子23優(yōu)選地使用永磁體來被磁化。所需永磁體的量可在測(cè)試場(chǎng)中通過實(shí)驗(yàn)限定或者計(jì)算出。此外，可使得定子的設(shè)計(jì)與永磁體緊密。饋送到磁化繞組的所需轉(zhuǎn)子電流是已知的，因此磁化電機(jī)可被設(shè)計(jì)成供應(yīng)該電流。永磁體的量可被設(shè)定為使得可獲得所需的短路電流。
[0024]永磁體的使用是優(yōu)選的，因?yàn)椴恍枰蟮那姨囟ǖ碾妷夯ジ衅?。在傳統(tǒng)的無刷激勵(lì)中需要由電流互感器或由副激勵(lì)器完成的電壓互感器來向AVR單元供應(yīng)電力。
[0025]另一種方式是通過使用經(jīng)電磁化的定子來對(duì)激勵(lì)器進(jìn)行磁化。饋送到激勵(lì)器的定子線圈的電流可以是恒定的，因?yàn)檗D(zhuǎn)子電流在轉(zhuǎn)子電路中受控制。與如已知系統(tǒng)中的受控制的激勵(lì)電流的使用中相比，恒定的電流使得磁化電路的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。
[0026]根據(jù)實(shí)施方式，轉(zhuǎn)子控制單元24和靜止AVR單元26以雙向方式無線地連接。這意味著這兩個(gè)單元都適于發(fā)送和接收信息。如上所述，轉(zhuǎn)子控制單元向AVR傳達(dá)例如場(chǎng)磁化電流或轉(zhuǎn)子電流Ik的所測(cè)得的值。該反饋給出了與常規(guī)AVR系統(tǒng)相比在AVR中的額外的控制可能性，例如，對(duì)轉(zhuǎn)子電流設(shè)定精確的時(shí)間依賴最大極限。此外，Ik的值可直接從AVR讀取。例如，在測(cè)試磁場(chǎng)中無需測(cè)量滑環(huán)。
[0027]信息的雙向傳輸具有許多其它用途。在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子電路中的電流和電壓的實(shí)際值是未知的。信息的傳輸使得所測(cè)得的轉(zhuǎn)子電流和電壓能夠從轉(zhuǎn)子被傳送到靜止AVR單元。在已知系統(tǒng)中，大發(fā)電機(jī)的類型測(cè)試通過僅為了測(cè)試發(fā)電機(jī)的目的而在轉(zhuǎn)子中放置滑環(huán)來進(jìn)行。因此，雙向數(shù)據(jù)傳輸在電機(jī)的實(shí)際使用之前也是有用的。
[0028]傳達(dá)給靜止單元26的所測(cè)得的值可以包括:從繞組或從橋測(cè)得的不同的溫度值；用測(cè)量裝置25測(cè)量的轉(zhuǎn)子電流；以及磁化繞組上的電壓，其可例如使用簡(jiǎn)單的分壓器來測(cè)量。其它所傳達(dá)的信號(hào)可以是例如接地故障信號(hào)和指示晶閘管或其它半導(dǎo)體部件中的故障的信號(hào)。
[0029]為了電機(jī)安全的目的，AVR單元可以重復(fù)地聯(lián)系轉(zhuǎn)子控制單元以便確保單元之間的通信路徑處于良好狀況。這可通過重復(fù)地發(fā)送轉(zhuǎn)子控制單元所響應(yīng)于的輪詢、或者通過向轉(zhuǎn)子控制單元發(fā)送參考值(盡管參考保持恒定)來進(jìn)行。轉(zhuǎn)子控制單元可以具有如下功能:根據(jù)該功能，如果在預(yù)定的時(shí)間間隔中未從AVR單元接收到發(fā)射，則關(guān)斷電機(jī)。此外，可以進(jìn)行保護(hù)，使得轉(zhuǎn)子控制單元監(jiān)管所接收到的指令。如果指令不滿足特定的準(zhǔn)則，則轉(zhuǎn)子控制單元關(guān)斷受控制的橋。
[0030]根據(jù)實(shí)施方式，轉(zhuǎn)子電路還包括用于降低主電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組的磁化的可控電路。圖2示出了: 二極管Dl和電阻器Rl串聯(lián)連接，該串聯(lián)連接與磁化繞組并聯(lián)連接并且與受控制的半導(dǎo)體部件T7并聯(lián)連接。受控制的部件比如晶閘管T7由轉(zhuǎn)子控制單元控制。當(dāng)磁化繞組28的磁化將快速降低時(shí)，轉(zhuǎn)子控制單元24將晶閘管T7設(shè)定成阻斷狀態(tài)。于是，當(dāng)來自繞組的轉(zhuǎn)子電流被迫使通過電阻器Rl和二極管Dl的串聯(lián)連接時(shí)，繞組的磁場(chǎng)迅速減小。
[0031]圖2還示出了主電機(jī)的定子繞組。當(dāng)電機(jī)是發(fā)電機(jī)時(shí)，電壓被感生到繞組，且該電壓形成具有相U、V、W的三相電壓。用于AVR26的電流測(cè)量29被布置成與定子繞組連接。圖2還示出了通過使用電阻分壓器來測(cè)量所述相的電壓的電壓傳感器30。在AVR26中使用電流和電壓信息來以期望的方式進(jìn)一步控制電機(jī)。[0032]經(jīng)無刷激勵(lì)的電機(jī)通常被用作用于高功率的發(fā)電機(jī)，以便產(chǎn)生被供應(yīng)給中壓或高壓電網(wǎng)的三相電壓。然而，本文所描述的電機(jī)的額定功率不限于任何特定的功率。
[0033]技術(shù)人員明白，本文所公開的電機(jī)可以在轉(zhuǎn)子電路中使用不同類型的半導(dǎo)體部件。圖2示出了所述部件是晶閘管，但是類型不限于任何特定的類型。類似地，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子控制單元與靜止AVR之間的信息的無線傳輸不限于上述例子。可以使用適合于在該系統(tǒng)中使用的任何無線方法和協(xié)議來進(jìn)行傳輸。
[0034]將對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員明顯的是，隨著技術(shù)的進(jìn)步，本發(fā)明構(gòu)思能夠以各種方式來實(shí)施。本發(fā)明及其實(shí)施方式不限于上述例子，而是可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。
【權(quán)利要求】
1.一種設(shè)有無刷激勵(lì)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括: 主電機(jī)， 激勵(lì)機(jī)，所述激勵(lì)機(jī)的轉(zhuǎn)子(21)適于與所述主電機(jī)的轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)并且產(chǎn)生磁化電力到所述主電機(jī)， 旋轉(zhuǎn)整流器橋(22)，所述旋轉(zhuǎn)整流器橋(22)電連接到所述激勵(lì)機(jī)，以便將場(chǎng)磁化電流(Ir)饋送到所述主電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組(28)， 其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)整流器橋(22)是包括用于控制所述場(chǎng)磁化電流(Ik)的可控半導(dǎo)體部件(Tl至T6)的受控制的整流器橋， 其中，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)還包括連接到所述旋轉(zhuǎn)整流器橋的轉(zhuǎn)子控制單元(24)，并且 所述轉(zhuǎn)子控制單元適于控制可控半導(dǎo)體部件，并且 其中，所述轉(zhuǎn)子控制單元適于無線地接收控制指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述激勵(lì)機(jī)包括適于在靜止磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)以便產(chǎn)生所述磁化電力到所述主電機(jī)的旋轉(zhuǎn)繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述靜止磁場(chǎng)由永磁體產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述靜止磁場(chǎng)用經(jīng)DC電流磁化的線圈來產(chǎn)生。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)還包括適于降低所述主電機(jī)的所述轉(zhuǎn)子繞組的磁化的可控電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述可控電路包括二極管和電阻器的串聯(lián)連接，所述串聯(lián)連接并聯(lián)連接有所述主電機(jī)的所述轉(zhuǎn)子繞組并且并聯(lián)連接有可控半導(dǎo)體部件(T7)，所述轉(zhuǎn)子控制單元適于控制所述可控半導(dǎo)體部件。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子控制單元適于發(fā)送和接收無線傳輸。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子控制單元適于測(cè)量轉(zhuǎn)子電路的一個(gè)或多個(gè)量，所述量包括場(chǎng)磁化繞組的電壓、場(chǎng)磁化電流和各種溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子控制單元適于將所測(cè)得的量中的一個(gè)或多個(gè)無線地傳送到自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。
10.一種對(duì)無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行磁化的方法，所述方法包括: 形成靜止磁場(chǎng)， 使磁化機(jī)的轉(zhuǎn)子在所述靜止磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)以便產(chǎn)生交變電流， 用位于所述轉(zhuǎn)子中的可控橋來對(duì)所述交變電流進(jìn)行整流， 無線地接收控制指令到所述轉(zhuǎn)子， 基于所述控制指令、用所述可控橋控制所述電流的量值，以及 將受控制的所述電流饋送到所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁化繞組。
【文檔編號(hào)】H02P9/30GK103988418SQ201180075098
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月28日
【發(fā)明者】埃諾·西蘭德 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司