用于确定磁极转子角的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于确定与供电网电连接的具有转子的同步发电机的磁极转子角的方法，其中，设有至少一个转数测量装置，该转数测量装置在转子转一转期间、尤其是在转每一圈期间向分析处理单元报告至少一个转数信号，其中，设有频率测量装置，该频率测量装置在供电网电压信号的每个周期时间向分析处理单元报告一个频率信号，由该分析处理单元确定在转数信号的报告与频率信号的报告之间的持续时间，根据所求得的持续时间推断出磁极转子角。本发明专利技术还涉及一种用于确定磁极转子角的系统。

【技术实现步骤摘要】
用于确定磁极转子角的方法和系统
本专利技术涉及一种用于确定与供电网电连接的具有转子的同步发电机的磁极转子角的方法，其中，设有至少一个转数测量装置，该转数测量装置在转子转一转期间、尤其是在转每一圈期间向分析处理单元报告至少一个转数信号，其中，设有频率测量装置，该频率测量装置在供电网电压信号的每个周期时间向分析处理单元报告一个频率信号，由该分析处理单元确定在转数信号的报告与频率信号的报告之间的持续时间，根据所求得的持续时间推断出磁极转子角。本专利技术还涉及一种用于确定磁极转子角的系统。
技术介绍
在使用与供电网电连接的同步发电机时往往要求同步发电机的电容性运行。在此应提高同步发电机所输出的电容性无功功率，从而例如可以实现cosφcap.<0.95的功率因数。电容性无功功率的提高可以通过同步发电机的励磁不足来实现，但在励磁不足时不得不接近同步发电机的稳定极限。在此众所周知，磁极转子角是用于同步发电机运行稳定性的尺度。在与供电网连接的同步发电机中磁极转子角或者负载角表示同步发电机转子上的磁极与同步发电机定子上的磁极的偏差。在此，转子上的磁极通常由转子上的被供应直流电的激励绕组产生而同步发电机定子上的磁极通过典型地构造为三相的供电网施加到定子的相应绕组上的电压产生。磁极转子角由此在矢量图中表示定子电压与转子电压或者磁极转子电压之间的角度，在此转子电压在同步发电机运行中超前于定子电压。在通过供电网使负载增加时、即在通过同步发电机使能量供应提高时，磁极转子角也增加。当磁极转子角过大时，这会导致同步发电机不稳定。为了测定磁极转子角，例如由DE102010001248A1已知：通过检测到的在同步发电机转子的转数信号的出现与供电网电压信号的电压过零点的出现之间的时间推断出磁极转子角。但在此描述的方法需要复杂的校准。这样必须将电压曲线内部的确定的重要点配置给转子的一个规定旋转位置并且接着必须将转数测量装置的传感器相应安置在转子上，使得该传感器在到达转子的规定旋转位置时发出输出信号。换言之，在每次校准时都必须将转数测量装置的传感器精确地定位在同步发电机中一个待确定的位置上，以便使该方法起作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提出一种相对于现有技术改进的用于测定磁极转子角的方法。尤其是应简化该方法的校准。根据本专利技术，该目的通过用于确定与供电网电连接的且具有转子的同步发电机的磁极转子角的方法得以实现，其中，设置有至少一个转数测量装置，该转数测量装置在转子转一圈期间、尤其是在每转一圈期间向分析处理单元报告至少一个转数信号；设有频率测量装置，该频率测量装置在供电网电压信号的每个周期时间向所述分析处理单元报告一个频率信号，由该分析处理单元确定转数信号的报告与频率信号的报告之间的持续时间，根据所确定的持续时间推断出磁极转子角，其特征在于，为了校准该方法，将在完成同步发电机与供电网的同步后并且在同步发电机基本上未被加载负载时所求得的持续时间作为空转持续时间存储于分析处理单元中，为了测定磁极转子角，用所求得的持续时间减去空转持续时间得到时间差，根据该时间差推断出磁极转子角。根据本专利技术，所述目的还通过用于确定与供电网电连接的且具有转子的同步发电机的磁极转子角的系统得以实现，其中，设置有至少一个转数测量装置，该转数测量装置在转子转一圈期间、尤其是在每转一圈期间向分析处理单元报告至少一个转数信号；设有频率测量装置，该频率测量装置在供电网电压信号的每个周期时间向所述分析处理单元报告一个频率信号，由该分析处理单元确定转数信号的报告与频率信号的报告之间的持续时间，根据所确定的持续时间推断出磁极转子角，其特征在于，将在完成同步发电机与供电网的同步后并且在同步发电机基本上未被加载负载时所求得的持续时间作为空转持续时间存储于分析处理单元中，其中，设置有用于测定磁极转子角的机构，该机构用所求得的持续时间减去空转持续时间得到时间差，根据该时间差推断出磁极转子角。根据本专利技术设定：为了校准该方法，将在完成同步发电机与供电网的同步后并且在同步发电机基本上未被加载负载时所求得的持续时间作为空转持续时间存储于分析处理单元中，并且为了测定磁极转子角，用所求得的持续时间减去空转持续时间得到时间差，根据该时间差推断出磁极转子角。在同步发电机未被加载负载时、即在同步发电机空转时，磁极转子角为0度。因此在空转时在完成同步发电机与供电网的同步后可以将所确定的在转数信号的报告与频率信号的报告之间的持续时间用作用于接下来在同步发电机被加载负载时确定磁极转子角的参考值。在空转时将所求得的持续时间作为空转持续时间存储于分析处理单元中。为了确定当前的磁极转子角相应地用所求得的持续时间减去所述参考时间或者空转持续时间，因此所建议的方法与转数测量装置的传感器的地理定位无关，也就是说，转数测量装置可以任意设置。换言之，在校准所建议的方法时，无须为了该方法奏效而确定转数测量装置的传感器应定位的精确位置。转数测量装置的传感器可以在任意位置定位，这是因为通过确定和使用用来测定磁极转子角的空转持续时间完成了该方法在传感器的定位方面的修正。频率信号可以是定子电压在电压信号每个周期时间的相应最大值或优选为相应的（例如正的）电压过零点。有利的是：在电压信号的每个周期时间正好向分析处理单元报告一个频率信号。在此情况下在工作频率为50Hz的供电网中每20毫秒（ms）向分析处理单元报告一个频率信号。所建议的方法也与同步发电机的极数无关地并且与转数测量装置的传感器数量无关地起作用，这是因为通过所建议的校准始终实施在现有条件方面的修正。这样例如在双极同步发电机中，其中具有定位在该同步发电机转子的任意位置上的转数传感器，在每个电压信号的周期时间确定一次磁极转子角。在四极同步发电机中，其中在转子上仅设有一个转数传感器，例如在每两个电压信号周期时间确定一次磁极转子角。如果为四极同步发电机中例如在转子上配备有两个以180度错开的转数传感器，那么又在电压信号的每个周期时间确定一次磁极转子角。在所有这些变型方案中，所建议的校准都导致在现有条件方面的自动修正。根据一种特别优选的实施方式可以设定：转子与内燃机、尤其是燃气发动机的发动机轴机械刚性连接，并且至少一个转数测量装置在内燃机的发动机轴或凸轮轴每转一圈时向分析处理单元报告至少一个转数信号。其优点在于：可以将通常已存在于内燃机中的转数测量装置用作用于转数信号的信号发送器。这样例如设置在内燃机曲轴或凸轮轴上的传感器可以向分析处理单元报告转数信号。在此通过所建议的校准也可以无须将相应的传感器定位于精确定义的位置上。换言之可以设定：所述至少一个转数测量装置包括传感器，该传感器可以沿转子的圆周或沿发动机轴的圆周任意设置，并且至少一个转数测量装置包括与传感器共同作用的信号发送器,该信号发送器可以沿同步发电机的定子的圆周或在内燃机的壳体上任意设置。此外，通过所建议的校准也可以将内燃机凸轮轴的传感器或者拾取器用作用于转数信号的信号发送器。电压信号的周期时间在工作频率为50Hz的供电网中为20ms。内燃机的凸轮轴例如可以以每分钟750圈来旋转。于是设置在凸轮轴上的传感器仅仅每80ms就发出一个转数信号。但由于可以设定：始终仅仅所报告的转数信号是用于确定在转数信号的报告与频率信号的报告之间的持本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于确定与供电网（1）电连接的且具有转子（3）的同步发电机（2）的磁极转子角（δ）的方法，其中，设置有至少一个转数测量装置（4），该转数测量装置在转子（3）转一圈期间、尤其是在每转一圈期间向分析处理单元（6）报告至少一个转数信号（5）；设有频率测量装置（7），该频率测量装置在供电网（1）电压信号（9）的每个周期时间（τ）向所述分析处理单元（6）报告一个频率信号（10），由该分析处理单元（6）确定转数信号（5）的报告与频率信号（10）的报告之间的持续时间（T），根据所确定的持续时间（T）推断出磁极转子角（δ），其特征在于，为了校准该方法，将在完成同步发电机（2）与供电网（1）的同步后并且在同步发电机（2）基本上未被加载负载时所求得的持续时间（T）作为空转持续时间（TL）存储于分析处理单元（6）中，为了测定磁极转子角（δ），用所求得的持续时间（T）减去空转持续时间（TL）得到时间差（TD），根据该时间差（TD）推断出磁极转子角（δ）。

【技术特征摘要】
2013.03.08 AT A183/20131.用于确定与供电网（1）电连接的且具有转子（3）的同步发电机（2）的磁极转子角（δ）的方法，其中，设置有至少一个转数测量装置（4），该转数测量装置在转子（3）转一圈期间向分析处理单元（6）报告至少一个转数信号（5）；设有频率测量装置（7），该频率测量装置在供电网（1）电压信号（9）的每个周期时间（τ）向所述分析处理单元（6）报告一个频率信号（10），由该分析处理单元（6）确定转数信号（5）的报告与频率信号（10）的报告之间的持续时间（T），根据所确定的持续时间（T）推断出磁极转子角（δ），其特征在于，为了校准该方法，在完成同步发电机（2）与供电网（1）的同步后并且在同步发电机（2）未被加载负载时将所求得的持续时间（T）作为空转持续时间（TL）存储于分析处理单元（6）中，为了测定磁极转子角（δ），用所求得的持续时间（T）减去空转持续时间（TL）得到时间差（TD），根据该时间差（TD）推断出磁极转子角（δ）。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述转子（3）与内燃机（12）的发动机轴（11）机械刚性连接，其中，所述至少一个转数测量装置（4）在内燃机（12）的发动机轴（11）或凸轮轴每转一圈向分析处理单元（6）报告所述至少一个转数信号（5）。3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述至少一个转数测量装置（4）具有传感器（4a），该传感器（4a）能沿转子（3）的圆周或沿该发动机轴（11）的圆周任意设置。4.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述至少一个转数测量装置（4）具有与传感器（4a）共同作用的信号发送器（4b），该信号发送器（4b）能沿同步发电机（2）的定子（15）的圆周或在该内燃机（12）的壳体上任意设置。5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述时间差（TD）成比例地换算为单位为度的磁极转子角（δ），并且值为0秒的时间差（TD）对应0度的磁极转子角（δ）而值为供电网（1）电压信号（9）的四分之一周期时间（τ）的时间差（TD）对应90度的磁极转子角（δ）。6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在所确定的磁极转子角（δ）大于5度时，由分析处理单元（6）发出报警信号（14）以便用信号通知即将出现的磁极转差。7.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，为了考虑供电网（1）的电压信号（9）的电网频率波动，在确定转数信号（5）的报告与频率信号（10）的报告之间的持续时间（T）时或期间确定电压信号（9）的实际周期时间，其中，通过用可预规定的理论周期时间除以该实际周期时间来确定至少一个修正因数，将所求得的持续时间（T）与所述至少一个修正因数相乘。8.根据权利要求7的方法，其特征在于，电压信号（9）的实际周期时间通过测量两个相继的频率信号（10）之间的时间差来确定。9.根据权利要求7的方法，其特征在于，在确定空转持续时间（TL）时或期间求出一个修正因数，其中，将空转持续时间（TL）与该修正因数相乘并且作为标准化的空转持续时间存储于分析处理单元（6）中。10.根据权利要求9的方法，其特征在于，在确定时间差（TD）时或期间求出一个修正因数，其中，通过将所求得的持续时间（T）与该修正因数相乘而得出标准化的持续时间，为了测定磁极转子角（δ），用标准化的持续时间减去标准化的空转持续时间而得出标准化的时间差，并且根据该标准化的时间差推断出磁极转子角（δ）。11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述转数测量装置在转子（3）每转一圈期间向分析处理单元（6）报告所述至少一个转数信号（5）。12.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述内燃机（12）是燃气发动机。13.根据权利要求6的方法，其特征在于，在所确定的磁极转子角（δ）大于7度时，由分析处理单元（6）发出报警信号（14）以便用信号通知...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·尼德里斯特，
申请(专利权)人：GE延巴赫两合无限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT