一种匹配一集流器以替换涡轮发电机驱动系中无刷式励磁机的方法技术

一种用一个静态激励系统（５８）来替换发电机的无刷式励磁机（１０）的方法，包括下列步骤：测量该无刷式励磁机的多个尺寸（４２）；测定该激励系统设计的转动部分的质量惯性矩（５２）；形成一个具有基本上与该无刷式励磁机相同的质量惯性矩的转动的静态激励系统（５６）；从该发电机移去无刷式励磁机（１０）；以及将该静态激励系统（５８）附接到该发电机上。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及用于工业涡轮发电机组件的发电机场直流(DC)励磁机，尤其涉及用静态直流激励系统来替换无刷式励磁机(BE)的技术。许多大型工业涡轮发电机系统如那些产生多于100兆瓦(＞100MW)的系统使用一台无刷式励磁机作为发电机电磁场绕组所需的直流电源。该直流电源通常称为发电机激励系统或简单地称为“励磁机”。发电机的场绕组通常安装在一个被定子围绕的转子上。该励磁机电连接在转子上的场绕组上。从转子场绕组中的励磁机来的直流电流形成一个围绕该转子的磁场。一台涡轮机转动地驱动该转子。当从该转子场绕组来的磁场通过该定子而转动时，在定子绕组中诱生电压。定子中的电流由发电机作为电力而输出。无刷式励磁机已有不可预测的故障和修理昂贵的历史。使用长久以后，无刷式励磁机往往更经常地出故障，而其故障更严重。当电力需求增多时，对用户互联电网的需求正在要求具有更快的动力学特性和更高功率的发电机激励系统。为了解决其问题，电力生产商常常选择用静态激励系统替换其无刷式激励系统。静态激励系统是众所周知的用于向较大的发电机涡轮组件中的发电机转子的场绕组提供直流电流的已证明有效的技术。一个静态激励系统通常包括一个直流电源和一个连接到发电机转子上的机械组件(常称为“集流器”)。已经知道如何用一个静态激励系统来替换一个无刷式激励系统。为了替换一台无刷式励磁机，该静态激励系统的集流器必须匹配于涡轮发电机转子系统。将该集流器匹配于涡轮发电机转子系统包括这样设计该集流器，使其在联接到发电机转子时具有像该无刷式励磁机一样的机械动力学特性和振动特性。通常，设计该集流器的工程师具有有关该涡轮发电机转子系统的结构、机械动力学特性和振动特性的广泛的信息。当设计该集流器的工程师不具有有关该涡轮发电机转子系统的广泛信息时，情况就会发生。如果不能利用有关涡轮发电机转子系统的结构和设计的详细信息，那么匹配该无刷式励磁机的机械动力学特性和振动特性就会成为问题。为了测定该较小的集流器转子对原先有一无刷式励磁机的涡轮发电机转子系统的转子动力学特性具有的影响，对于通常仅用于初始设备制造(OEM)的系统需要详细的设计信息。存在各种测定系统的转子动力学特性的方法，但这些方法很费钱。例如，许多有关涡轮发电机转子系统的所需机械信息可以通过拆卸、检查和测量涡轮发电机转子系统的部件来获得。拆卸涡轮发电机转子系统要求让发电机涡轮组件离线和停工。让涡轮发电机系统离线来测量和收集涡轮发电机转子系统的数据通常是不经济的。长期感觉需要一种设计一台集流器来替代一台无刷式励磁机而无需描述该涡轮发电机转子系统的详细的现有数据而同时该无刷式励磁机及其相关的涡轮发电机能继续操作和发电的系统和方法。专利技术概述本专利技术可以实施为一种用一静态激励系统来替换发电机的无刷式励磁机的方法，该方法包括测量该无刷式励磁机的多个尺寸；测定该激励系统设计的一转动部分的质量惯性矩；形成一个具有基本上像该无刷式励磁机一样的质量惯性矩的转动的静态激励系统；从发电机移去该无刷式励磁机；以及将该静态激励系统附接到发电机上。此外，本专利技术可以实施为一种用一静态激励系统来替换发电机的无刷式励磁机的方法，该方法包括测量该无刷式励磁机的多个尺寸；测定该无刷式励磁机的重量和体积；从该无刷式励磁机的重量和体积来测定该无刷式励磁机的转动质量惯性矩；根据测量的尺寸来测定该无刷式励磁机的重心并测定重量；根据该重心和重量来测定该无刷式励磁机的力矩；测定该无刷式励磁机的质量惯性矩；将该质量惯性矩匹配到一静态激励系统设计的质量惯性矩上；按照带有匹配的质量惯性矩的静态激励系统设计来制造该集流器；以及用制成的集流器来替换该无刷式励磁机。本专利技术也可以实施为一种用于发电机的静态激励系统的集流器，包括一个转子轴；一个适合于连接到一发电机上并向该发电机的场绕组提供直流电流的联轴器，以及一个与该转子轴同轴并具有一质量惯性矩的转子块，其构型做成使得该集流器的质量惯性矩基本上与原先联接到该发电机上的无刷式励磁机的质量惯性矩相等。附图简述附图说明图1是一种无刷式励磁机和转子组件的侧视透视图；图2和图3分别是一种标准的集流器的侧视图和端视图；图4和图5是用一集流器来替换该无刷式励磁机的方法步骤的流程图；图6和图7分别是一种带一匹配的转子块的集流器的侧视图和端视图。专利技术详述图1表示一种传统的无刷式励磁机10。无刷式励磁机10向发电机转子12的电场绕组提供直流(DC)电力。无刷式励磁机10的主要部件是一个副励磁机、一个交流(AC)励磁机和一个整流轮。一个无刷式励磁机激励系统10总的由两个主要部件即直流电源14和机械封装件19(附接于该涡轮发电机系统)组成。电源14提供直流电流和对该无刷式励磁机的相关控制。机械封装件19包括一个转动组件18和围绕该转动组件18的至少一部分的静止组件(未示出)。转动组件18通常包括一个或多个下列部件转子轴20、二极管整流系统16、电枢绕组和组芯17、轴承22、通风扇和永磁发电机。静止组件16可以设置在一个围绕该无刷式励磁机的转动组件18的外壳中。静止组件16通常包括一个或多个下列部件(未示出)底座组件、电场绕组和组芯、轴承组件、直接冷却空气的挡板、热交换器(如果是闭合环路冷却系统)与一个复盖其它静止部件和转动组件18的保护箱(用虚线表示)。无刷式励磁机转子组件18通常为8英尺长或更长，重量超过6000磅。相反，静态集流器较小较轻，如2000磅。由于尺寸和重量的这些差别，无刷式励磁机转子组件18具有不同的转子动力学特性，比起静态集流器来，以不同的方式影响总的涡轮发电机转子系统的动力学特性。尤其是，当一根较短较轻的集流器轴联接在一台原先具有无刷式励磁机的涡轮发电机的发电机转子驱动器上时，该系统的转子动力学特性和振动特性可以由于用集流器替代无刷式励磁机而显著变化。取决于该系统，激励转子的这种变化可以对整个发电机-涡轮机系统的操作具有负面影响。图2和图3是一种传统的静态激励系统30如集流器的侧视图和前视图。该系统由两个主要部件组成，一个直流电源(未示出)和一个附接在涡轮发电机系统的发电机转子上的机械封装件，后者在工业中通常称作“集流器”。该电源提供直流电流和集流器30用的相关控制器。该集流器的机械封装件由转子组件32和静止组件(未示出)组成。转子组件32通常包括一个或多个下列部件一根转子轴34、两个滑环36、一个通风扇38和轴承40。转动联轴器41将发电机转子连接在该集流器上。该静止组件为该转动组件提供一外壳和支承。该静止组件包括与滑环接触而将直流电力从该静止电源向集流环的转动组件输送的电连接器。集电器转子组件30通常长度小于8英尺而重量小于6000磅。该静止组件通常包括一个或多个下列部件一个底座组件、一个电刷装配组件、一个轴承组件、用于引导冷却空气的挡板和一个保护的包体(覆盖静止组件和转动组件)。图4和图5是一幅流程图，用于当涡轮发电机系统的细部不知道而该组件为了分析目的将作为“黑箱”而被处理。在步骤42中，测量一种现有的无刷式励磁机的尺寸。通过测量励磁器的磁场可以获得无刷式励磁器转子的尺寸和形状。当该无刷式励磁机连接在发电机转子或从该转子上折下时可以进行磁场测量。如图6和图7中所示，集流器转子包括通常在其上面找到的传统部件如转子轴、轴承、风扇和联本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用静态激励系统（５８）替换发电机用的无刷式励磁机（１０）的方法，包括：ａ．测量该无刷式励磁机的多个尺寸（４２）；ｂ．测定该无刷式励磁机的转动部分的质量惯性矩（５２）；ｃ．形成具有像步骤（ｂ）中测定的基本上像无刷式励磁机（１０）一样的质量惯性矩的静态激励系统（５８）（５６）；ｄ．从发电机上移去无刷式励磁机（１０）；以及ｅ．将静态激励系统（５８）附接到该发电机上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DN多尔西，KW索默拉特，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]