旋转电的制造方法
【专利摘要】一种旋转电机和一种对无刷旋转电机的转子进行磁化的方法，所述方法包括：形成静止磁场；使磁化机的转子在静止磁场中旋转以便产生交变电流；用位于转子中的可控桥来对交变电流进行整流；无线地接收控制指令到转子；基于控制指令、用可控桥控制电流的量值；以及将受控制的电流馈送到旋转电机的磁化绕组。
【专利说明】旋转电机
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及旋转电机，且特别地涉及对旋转电机的激励。
【背景技术】
[0002]诸如电动机和发电机的旋转电机的工作是基于电机的定子和转子之间的磁相互作用的。一般而言，定子和转子的极的磁化可通过使用永磁体片或者通过使用承载电流的绕组来进行。一般而言，在同步电机的情形中，定子包括绕组，且转子极通过使用永磁体或承载电流的绕组来被磁化。当同步电机被用作发电机时，转子通过机械动力旋转，且旋转磁场感生电压到定子绕组。当同步电机被用作电动机时，交变电流产生旋转磁场到定子中，且经磁化的转子跟随场的移动，并由此与旋转磁场一起旋转。
[0003]在转子中使用电磁化或场线圈具有如下优点:可通过控制馈送到转子极的电流来控制磁化。该电流被称为场磁化电流、激励电流或转子电流。该电流的目的是产生所需磁场到旋转转子。
[0004]传统上，使用无刷磁化或有刷磁化来产生场磁化。在有刷磁化中，通过使用将电流从静止侧运载到旋转转子的刷来将电流从静止电力源馈送到旋转转子。
[0005]图1示出了在无刷磁化中使用的基本结构。在无刷磁化中，磁化机或激励器被用于产生磁化电流Ik到主电机的场绕组3。磁化机的转子绕组I与主电机的转子一起旋转，而激励器的定子绕组2由激励电流Im赋能。被生成到旋转绕组的电流用二极管桥整流，且经整流的电流即转子电流Ik被进一步馈送到场绕组3。由此，通过控制激励电流Im间接地控制转子电流Ir。
[0006]图1还示出了如虚线框5的各旋转部分和用于控制磁化电流的器件6。该器件一般被称为AVR(自动电压调节器)。AVR接收多个输入(未示出)并根据所输入的信号控制电机的磁化。图1还示出了当所讨论的电机是发电机时可从其获得三相U、V、W电压的主电机的定子绕组7。
[0007]与上述无刷激励相关联的缺点之一是:归因于受控制的磁化电流，电机的结构颇为复杂。AVR包含能够产生在几十安培范围内的电流的功率级。功率级具有一定量的损耗并且整个AVR系统是大的。此外，AVR系统需要单独的电力供应，例如互感器、副激励机等，从而增大了系统所需的空间和复杂度。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种方法和一种用于实施该方法的电机以便减轻上述缺点。本发明的目的是通过特征在于独立权利要求中所述内容的方法和电机来实现的。在独立权利要求中公开了本发明的优选实施方式。
[0009]本发明基于如下构思:在电机的转子中使用受控制的桥，使得转子电流被直接控制。受控制的桥是用位于旋转转子中的控制单元来控制的，并且它从静止单元比如AVR无线地接收控制信息。[0010]本发明的方法和布置的优点是:无需单独的激励电流，并且避免了在AVR单元中使用功率级。这大大降低了 AVR单元的大小和额定功率。
[0011 ] 由于不使用受控制的激励电流，所以可使用激励器的定子中的永磁体来磁化激励器。可精确地设定永磁体的大小和量。
[0012]根据实施方式，转子控制单元与AVR单元之间的数据传输是双向的，S卩，转子控制单元也可与静止AVR单元无线地通信。这使得能够直接从旋转转子接收测量信息，这在先前是不可能的。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面将参照附图通过优选实施方式更详细地描述本发明，在附图中:
[0014]图1示出了用于对电机的转子进行磁化的已知系统；以及
[0015]图2示出了根据本发明的实施方式的磁化系统的基本结构。
【具体实施方式】
[0016]图2示出了根据实施方式的磁化系统的主要电路结构。旋转电机设有无刷激励。也就是说，该电机不具有使从静止电流源馈送的转子电流通过的滑环。在本公开中，主电机的磁化由与主电机的转子一起旋转的激励机或激励器的转子绕组21产生。转子以及各旋转部分在图2中如虚线框31所示。
[0017]来自激励机或激励器的转子绕组的电流被整流，使得DC电流即场磁化电流被馈送到转子绕组即主电机的场绕组。在本实施方式中，整流使用由晶闸管Tl至T6组成的受控制的整流桥22来进行。在本实施方式中，辅助电机的转子21具有三个相，因此整流桥具有三对整流部件。
[0018]电机的转子还包括控制桥的开关部件的转子控制单元24。转子控制单元连接到激励器的相，转子控制单元从所述相接收其工作电压。可替选地，控制单元由辅助线圈赋能。当电机的工作被启动时，转子控制单元是无电力的。在电机的转子开始旋转后，激励器产生电压，且该电压被用作转子控制单元的工作电压。
[0019]由于转子控制单元被布置在转子中，所以从AVR到转子控制单元的控制指令使用无线传输来传输。转子量例如转子电压Uk和电流Ik的实际值也被无线地发送回AVR。转子控制单元通过电流测量装置25来测量转子电流，电流测量装置25可以是例如分路测量或霍尔元件等。
[0020]借助于由转子控制单元根据从AVR单元26发送的信号而控制的晶闸管Tl至T6来调节电流Ικ。
[0021]除了在本发明中使用的AVR单元不具有用于产生实际激励电流的功率级之外，AVR单元26及其功能与已知结构类似。图2示出了连接到AVR单元的发射器件27。来自该发射器27的信号由转子控制单元24接收。转子控制单元包括用于接收所述信号的适当装置。无线传输可以使用任何已知的无线传输方法和设备来进行。适用的传输类型的例子包括蓝牙无线技术、红外技术、RF技术等的使用。信息的传输也可以使用完全特定于结构的布置来进行，该完全特定于结构的布置可以包括例如缠绕在激励器的极上的线圈的使用。
[0022]在本公开中，与传统的无刷激励中相比，激励响应和精确度更好。这是因为转子电流被直接控制而不是通过控制激励电流Im来被控制。激励响应被增大到所生成的电力能够比以前更精确地被稳定的程度。该特征也可以被用在所谓的电力稳定系统(PSS)中。
[0023]激励器的定子23优选地使用永磁体来被磁化。所需永磁体的量可在测试场中通过实验限定或者计算出。此外，可使得定子的设计与永磁体紧密。馈送到磁化绕组的所需转子电流是已知的，因此磁化电机可被设计成供应该电流。永磁体的量可被设定为使得可获得所需的短路电流。
[0024]永磁体的使用是优选的，因为不需要大的且特定的电压互感器。在传统的无刷激励中需要由电流互感器或由副激励器完成的电压互感器来向AVR单元供应电力。
[0025]另一种方式是通过使用经电磁化的定子来对激励器进行磁化。馈送到激励器的定子线圈的电流可以是恒定的，因为转子电流在转子电路中受控制。与如已知系统中的受控制的激励电流的使用中相比，恒定的电流使得磁化电路的设计更简单。
[0026]根据实施方式，转子控制单元24和静止AVR单元26以双向方式无线地连接。这意味着这两个单元都适于发送和接收信息。如上所述，转子控制单元向AVR传达例如场磁化电流或转子电流Ik的所测得的值。该反馈给出了与常规AVR系统相比在AVR中的额外的控制可能性，例如，对转子电流设定精确的时间依赖最大极限。此外，Ik的值可直接从AVR读取。例如，在测试磁场中无需测量滑环。
[0027]信息的双向传输具有许多其它用途。在现有技术系统中，转子电路中的电流和电压的实际值是未知的。信息的传输使得所测得的转子电流和电压能够从转子被传送到静止AVR单元。在已知系统中，大发电机的类型测试通过仅为了测试发电机的目的而在转子中放置滑环来进行。因此，双向数据传输在电机的实际使用之前也是有用的。
[0028]传达给静止单元26的所测得的值可以包括:从绕组或从桥测得的不同的温度值；用测量装置25测量的转子电流；以及磁化绕组上的电压，其可例如使用简单的分压器来测量。其它所传达的信号可以是例如接地故障信号和指示晶闸管或其它半导体部件中的故障的信号。
[0029]为了电机安全的目的，AVR单元可以重复地联系转子控制单元以便确保单元之间的通信路径处于良好状况。这可通过重复地发送转子控制单元所响应于的轮询、或者通过向转子控制单元发送参考值(尽管参考保持恒定)来进行。转子控制单元可以具有如下功能:根据该功能，如果在预定的时间间隔中未从AVR单元接收到发射，则关断电机。此外，可以进行保护，使得转子控制单元监管所接收到的指令。如果指令不满足特定的准则，则转子控制单元关断受控制的桥。
[0030]根据实施方式，转子电路还包括用于降低主电机的转子绕组的磁化的可控电路。图2示出了: 二极管Dl和电阻器Rl串联连接，该串联连接与磁化绕组并联连接并且与受控制的半导体部件T7并联连接。受控制的部件比如晶闸管T7由转子控制单元控制。当磁化绕组28的磁化将快速降低时，转子控制单元24将晶闸管T7设定成阻断状态。于是，当来自绕组的转子电流被迫使通过电阻器Rl和二极管Dl的串联连接时，绕组的磁场迅速减小。
[0031]图2还示出了主电机的定子绕组。当电机是发电机时，电压被感生到绕组，且该电压形成具有相U、V、W的三相电压。用于AVR26的电流测量29被布置成与定子绕组连接。图2还示出了通过使用电阻分压器来测量所述相的电压的电压传感器30。在AVR26中使用电流和电压信息来以期望的方式进一步控制电机。[0032]经无刷激励的电机通常被用作用于高功率的发电机，以便产生被供应给中压或高压电网的三相电压。然而，本文所描述的电机的额定功率不限于任何特定的功率。
[0033]技术人员明白，本文所公开的电机可以在转子电路中使用不同类型的半导体部件。图2示出了所述部件是晶闸管，但是类型不限于任何特定的类型。类似地，旋转转子控制单元与静止AVR之间的信息的无线传输不限于上述例子。可以使用适合于在该系统中使用的任何无线方法和协议来进行传输。
[0034]将对于本领域的技术人员明显的是，随着技术的进步，本发明构思能够以各种方式来实施。本发明及其实施方式不限于上述例子，而是可以在权利要求的范围内变化。
【权利要求】
1.一种设有无刷激励的旋转电机，包括: 主电机， 激励机，所述激励机的转子(21)适于与所述主电机的转子一起旋转并且产生磁化电力到所述主电机， 旋转整流器桥(22)，所述旋转整流器桥(22)电连接到所述激励机，以便将场磁化电流(Ir)馈送到所述主电机的转子绕组(28)， 其特征在于， 所述旋转整流器桥(22)是包括用于控制所述场磁化电流(Ik)的可控半导体部件(Tl至T6)的受控制的整流器桥， 其中，所述旋转电机还包括连接到所述旋转整流器桥的转子控制单元(24)，并且 所述转子控制单元适于控制可控半导体部件，并且 其中，所述转子控制单元适于无线地接收控制指令。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述激励机包括适于在静止磁场中旋转以便产生所述磁化电力到所述主电机的旋转绕组。
3.根据权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，所述静止磁场由永磁体产生。
4.根据权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，所述静止磁场用经DC电流磁化的线圈来产生。
5.根据前述权利要求1至4中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述旋转电机还包括适于降低所述主电机的所述转子绕组的磁化的可控电路。
6.根据权利要求5所述的旋转电机，其特征在于，所述可控电路包括二极管和电阻器的串联连接，所述串联连接并联连接有所述主电机的所述转子绕组并且并联连接有可控半导体部件(T7)，所述转子控制单元适于控制所述可控半导体部件。
7.根据前述权利要求1至6中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述转子控制单元适于发送和接收无线传输。
8.根据前述权利要求1至7中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述转子控制单元适于测量转子电路的一个或多个量，所述量包括场磁化绕组的电压、场磁化电流和各种温度。
9.根据权利要求8所述的旋转电机，其特征在于，所述转子控制单元适于将所测得的量中的一个或多个无线地传送到自动电压调节器。
10.一种对无刷旋转电机的转子进行磁化的方法，所述方法包括: 形成静止磁场， 使磁化机的转子在所述静止磁场中旋转以便产生交变电流， 用位于所述转子中的可控桥来对所述交变电流进行整流， 无线地接收控制指令到所述转子， 基于所述控制指令、用所述可控桥控制所述电流的量值，以及 将受控制的所述电流馈送到所述旋转电机的磁化绕组。
【文档编号】H02P9/30GK103988418SQ201180075098
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2011年11月28日 优先权日:2011年11月28日
【发明者】埃诺·西兰德 申请人:Abb技术有限公司