模块化励磁系统技术方案

本发明专利技术提供用于发电机或电动机的定子铁芯(5)的高能测试的励磁装置，该励磁装置包括一个或多个励磁模块，各励磁模块包括励磁绕组(1-4)和电源(10-13)，并且配置成驱动通过励磁绕组(1-4)的励磁电流，通过各励磁绕组(1-4)的励磁电流促成定子铁芯(50)的总励磁，其中，励磁模块还包括电容器(6-9)，以及所述励磁模块的电源(10-13)在其输出处充当电流源。

【技术实现步骤摘要】
模块化励磁系统
本公开涉及用于测试定子铁芯的叠层的模块化励磁系统。另外，本公开涉及发电机的定子铁芯的高能测试。
技术介绍
发电机的定子铁芯由大量层叠片组成。这些层叠片是具有定向晶体结构的薄铁片。它们相互绝缘，以降低因叠层之间的涡(傅科)电流引起的损耗。叠层的组件可通过经过定子磁轭以及环和压板的多个楔来机械加固。在组装以及还在操作期间，层叠片之间的绝缘的故障可因热和磁应力以及机械应变和振动而发生。这些故障使定子的叠片短路。它们可引起在出故障叠片之间循环的显著涡电流。因这类涡电流引起的损耗可引起芯铁熔化，以及甚至引起相邻定子线棒的电绝缘的热故障。存在称作高能和低能测试的两种已确立的测试方法。本公开集中于高能测试。高能测试要求在定子铁芯中感应大约1.0–1.5特斯拉的磁通量密度。通量密度按照与使用中的通量密度相似的方式随时间进行交变。由于具有短路的涡电流叠片将呈现温度的增加，其明显高于定子铁芯的平均温度。局部过热则通过温度测量来检测。为此，可使用红外照相装置。测试定子铁芯的高能方法具有多个缺点。它要求大功率电源和大功率励磁绕组。励磁绕组通常由电缆的若干绕组组成，并且充分确定尺寸，因此大功率电源能够驱动通过励磁绕组的足够的交变电流。为了获得通过定子铁芯的1.5特斯拉的磁通量密度，大功率电源必须提供相当大的电压和电流。电流通常在数kA的范围之内，以及电压在数kV的范围之内。因此，测试所需的感性无功功率量在数MVAr的范围之内。330MW涡轮发电机或者50MW水轮发电机的励磁通常要求采取4MVA、6.3kV变压器形式的大功率电源。在现场，没有电力网也没有任何其它源可以能够向4MVA、6.3kA变压器提供4MVA的主要无功功率。上述感应电流至少部分能够通过电容器来补偿。该电容器并联连接到励磁绕组。特别是当测试大型发电机时，励磁绕组的绕组可围绕定子铁芯对称地布置。励磁绕组的对称布置产生通过铁芯的磁通量密度的更均匀分布。在高能测试中施加的数kV的电压对测试附近的任何人员造成危险。这适用于励磁绕组以及还适用于为该绕组馈电的任何变压器。因此，高电压测试的预防措施、例如工作安全评估、任何高压设备周围具有联动装置的栅栏、紧急断开的开关等适用。所有那些预防措施使过程更加麻烦，并且增加高能测试的成本。另一个问题因定子芯铁的非线性饱和曲线而出现。定子铁芯中的磁通量密度B与通过具有N圈的绕组的励磁电流I之间的关系能够描述为但是，这个关系仅在线性区中才有效。随着通过励磁绕组的电流I增加，由铁叠层所组成的定子铁芯饱和。磁通量密度B与励磁电流I之间的关系则变为非线性。由于饱和，通过励磁绕组的电流I将随着B≥1.3特斯拉的磁通量密度B、比线性更快地增加。它实际上能够变成实际上不能完成提供无功电流，因为没有足够的感应电流源是可用的。另一种方式可利用功率电子转换器来提供励磁绕组。励磁绕组所需的无功功率至少部分能够由功率电子转换器中集成的用于能量存储的电路来提供。这种解决方案的优点在于，覆盖一直到最大无功功率的所有负载情况。这种解决方案的缺点在于，功率电子转换器需要设计用于最大负载。这又增加转换器的成本。另外，转换器内部的功率电子组件必须设计成耐受数kV的电压。由于诸如晶闸管和绝缘栅双极晶体管之类的功率电子组件的性质，高电压耐受的要求难以满足。EP2541751中陈述的方式通过提供各具有励磁绕组的多个励磁模块，部分克服了这些问题。励磁绕组围绕定子铁芯来布置，以及每一个励磁绕组提供总励磁的一部分。因此，如果仅存在一个励磁绕组，则各励磁绕组上的电压仅成为原会存在的电压的一部分。换言之，减轻上述高电压危害。如EP2541751中陈述的方式仍然达不到解决高电流问题。如上所述，当通过定子铁芯的磁通量密度变得饱和时，它可变成实际上不能完成提供全励磁电流。本公开面向提供上述需要以及面向克服上述困难。
技术实现思路
本公开针对用于测试定子铁芯的叠层的模块化励磁系统。按照本公开的励磁系统减轻上述高电压和高电流问题。为此，提供多个励磁模块。典型励磁模块包括AC电源、电容器和励磁绕组。但是，没有电容器的励磁模块或者仅具有电容器但是没有电源的励磁绕组也是可能的。励磁模块的数量取决于额定功率和发电机的类型。同步单元连接到各励磁模块。同步单元同步或者甚至设置通过各励磁绕组的电流值。在一个优选实施例中，所有这些电流是相同的并且经过同步，即，基本上具有相同的零交叉。电源的特征在于在其功率输出充当电流源的特征。术语“电流源”在这里用于其特定电工技术含意，从而表示实际输出电流基本上与实际输出电压无关。在等效电路图中，这个行为能够通过在电源的输出处布置高输出阻抗来建模。在上述意义上、在其输出具有高输出阻抗的电子功率转换器和变压器适合作为电源。由于电源输出的这个大输出阻抗，电源没有对应于例如输出电压的快速变化。当输出电压、即励磁电压因铁芯的饱和效应而遇到快速变化率、即具有其时间微分的高(绝对)值时，电源的输出电流将不会受到该快速变化率影响。励磁电流则将由电容器(其也是励磁模块的一部分)提供到高的程度。这个电容器优选地并联连接到励磁绕组。该电容器的输出阻抗理想地为零。实际上，将电容器连接到电路的任何引线的电感将在其输出引入寄生阻抗。在电容器输出处的这些电感阻抗肯定将低于电源的输出电感。因此，与电源不同，电容器能够产生励磁电流的快速增加和减少。模块化励磁系统原理上以通过定子铁芯的交变磁通量的任何基频进行工作。在预计用于具有50Hz输出的机器的一个优选实施例中，模块化励磁系统使用45Hz与55Hz之间的基频。在预计用于具有60Hz输出的发电机的一个优选实施例中，模块化励磁系统使用55Hz与65Hz之间的基频。当发电机处于正常操作时，这些优选频率允许接近交变磁通量的基频来执行测试。在这里应当注意，交变通量的时间形状将不一定是正弦的。本公开涉及发电机或电动机的定子铁芯的高能测试。为了执行高能测试，多个励磁绕组围绕定子铁芯来布置。各励磁绕组则连接到电容器以及连接到电源，以形成励磁模块。同步单元连接到所有电源。在作为电流源进行工作的电子电源的示范情况下，电源从同步单元接收信号，以设置其输出电流、其频率及其相对相位。在电源内部，控制模块接收这个信号。控制单元还从测量输出电流的电流传感器来接收输入。控制单元将设置点与在其输出处的实际电流进行比较。来自控制模块的信号用来调整输出电流。输出电流基于实际电流与设置点之间的比较的调整则重复进行。在一个具体实施例中，PID(比例、积分和微分)控制用于励磁电流的控制。在其它实施例中，控制基于神经网络或者基于模糊逻辑或者其它高级控制器拓扑。附图说明本专利技术的上述目的和许多伴随优点将变得更易于理解，因为通过结合附图参照以下详细描述，其变得更好理解，附图包括：图1是按照本公开的励磁装置的示意图。图2是按照本公开的励磁装置的另一个示意图。图3是励磁装置的第三变化。图4是具有电源细节的示意图。具体实施方式图1是励磁装置连同定子铁芯的示意图。图1示出围绕定子铁芯5对称布置的四个励磁绕组1-4。定子铁芯5通常由叠层片的堆叠组成。在高能测试之前，转子通常从通过定子中心的(圆柱)内孔14中被移除。如图1所示的定子铁芯5由磁性活性材料的闭合环(其对应于通过定子铁芯5的单独叠层和叠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于发电机或电动机的定子铁芯(5)的电磁励磁的励磁装置，所述励磁装置包括一个或多个励磁模块，各励磁模块包括励磁绕组(1‑4)和电源(10‑13)，所述电源(10‑13)配置成通过驱动经过所述励磁绕组(1‑4)的励磁电流来促成所述定子铁芯(5)的总励磁，其特征在于，励磁模块还包括电容器(6‑9)，所述励磁模块的所述电源(10‑13)在其输出处充当电流源。

【技术特征摘要】
2013.05.24 EP 13169080.21.一种用于发电机或电动机的定子铁芯(5)的电磁励磁的励磁装置，所述励磁装置包括一个或多个励磁模块，各励磁模块包括缠绕在所述定子铁芯上的励磁绕组(1-4)和电源(10-13)，所述电源(10-13)配置成通过驱动经过所述励磁绕组(1-4)的励磁电流来促成所述定子铁芯(5)的总励磁，其特征在于，励磁模块还包括与所述励磁绕组并联联接的电容器(6-9)，用于提供补偿感应电流以获得磁能量密度；所述励磁模块的所述电源(10-13)在其输出处通过与所述励磁绕组并联联接的所述电容器来充当电流源。2.如权利要求1所述的励磁装置，其中，省略所述电容器(6-9)的一个或多个。3.如权利要求1所述的励磁装置，其中，所述电源(10-13)的一个或多个被省略。4.如权利要求1所述的励磁装置，其中，电抗网络的一个或多个插入所述电容器(6-9)与所述电源(10-13)之间。5.如权利要求1所述的励磁装置，其中，所述电源(10-13)的输出阻抗至少是所述电容器(6-9)的感性输出阻抗的三倍。6.如权利要求1所述的励磁装置，包括配置成与所述电源(10-13)进行通信的同步单元(19)。7.如权利要求6所述的励磁装置，其中，所述同步单元(19)设置通过各励磁模块的所述励磁绕组(1-4)的所述励磁电流。8.如权利要求7所述的励...

【专利技术属性】
技术研发人员：M霍贝斯伯格，M夸德兰蒂，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH