用于同步機的控制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于同步機的控制裝置，其中所述同步機是他勵的，所述控制裝置具有：以能連接到同步機的定子上的方式設置的第一轉換單元，和以能連接到同步機的轉子上的方式設置的第二轉換單元，以便激勵所述裝置，其中第一轉換單元具有設置為用于產生或接收交流電壓的逆變器。第二轉換單元可選地以可配置的方式設置為，使得所述第二轉換單元產生交流電流或者產生直流電流以用于激勵同步機的轉子，并且所述裝置此外具有可編程邏輯控制器，所述可編程邏輯控制器連接到第一轉換單元和第二轉換單元上，以便將所述第一轉換單元和第二轉換單元作為同步機驅動器來控制以及對所述第一轉換單元和第二轉換單元進行配置。
【專利說明】用于同步機的控制裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種同步機以及尤其涉及借助于簡單的機構對他勵同步機進行控制。
【背景技術】
[0002]同步機通常使用在工業的、需要高功率的驅動器中，例如在水泥廠、礦井、拆卸廠中的馬達和作為能量獲取設備中的發電機。典型地，以下述方式使用同步機，使得同步機以恒定的速度旋轉并且通過變速器控制作業輸出或以其它方式，例如借助于調節閥來調節作業。
[0003]同步機的運行也能夠借助于頻率轉換器來控制。與他勵同步機相關地實現頻率轉換驅動器，使得單獨的轉換單元連接到同步機的激勵回路和定子回路上。連接到激勵回路上的轉換單元的目的是提供轉子的激勵，以至于所述轉換單元對提供激勵的磁極繞組饋送電流。當同步機作用為馬達時，連接到定子回路上的變頻器在其一側上對定子饋送功率，以便構成以期望的方式轉動的磁場；以及當與此相應地同步機作用為發電機時，連接到定子回路上的變頻器用作功率變壓器并且以已知的方式接收借助于發電機產生的能量。
[0004]圖1示出用于根據現有技術的他勵同步機的控制裝置的原理，其中同步機I由變頻器2和激勵變壓器3控制。變頻器2和激勵變壓器3都連接到三相供電網4上。三相變頻器2連接到機器的定子上，而激勵變壓器產生用于機器的轉子的直流電流，以便激勵所述機器。
[0005]將直流電流饋入轉子的磁極繞組中，其中轉子設有隨著轉子轉動的磁極。將直流饋入轉子中能夠借助于電刷執行，或者通過無電刷激勵執行。當使用電刷時，在轉子外產生整個激勵繞組電流并且要為激勵而消耗的能量被傳輸給旋轉的轉子，以至于經由設置在轉子上的匯流環和摩擦所述環的炭刷輸送電流。
[0006]在無電刷激勵中，磁極繞組所需要的電流借助于設置在轉子上的激勵機產生。在這種情況下，與同步機的轉子同軸地定位激勵機的轉子繞組，并且定子包圍激勵機的磁極繞組。當激勵機的轉子繞組隨著主機的轉子旋轉時，在轉子繞組中感生借助于設置在轉子上的整流器而被整流的電壓。整流器輸出端被進一步連接到主機的磁極繞組上，因此對磁極繞組饋送直流電流，并且提供用于同步機的磁極。
[0007]目前的用于控制同步機的設備的缺點是，為了控制需要兩個不同類型的變頻器，更確切地說連接在定子上的變頻器和用于激勵轉子的激勵變壓器。兩個不同的機構的保養和維護以及所述機構的成本是在已知的解決方案中的顯著缺點。
實用新型內容
[0008]本實用新型的基本目的是，提供一種能夠消除上文提出的缺點的裝置。本實用新型的目的借助于在本文中所述的特征的裝置來實現。本實用新型的優選實施形式是下文的主題。
[0009]本實用新型基于的思想是，使用變頻單元以產生用于他勵同步機的激勵電流。因此，連接到定子回路上的和連接到轉子回路上的轉換器能夠是類似的。為轉子產生激勵電流的變頻單元以適當的方式進行配置，使得可以借助于變頻器根據轉子的激勵方式產生交流電壓或者產生直流電壓。此外，在本實用新型中控制具有共同的控制裝置的兩個轉換單元，其中同步機驅動器的控制是簡單的，并且用戶將轉換單元視為唯一的可控設備。
[0010]下面，以編號的形式列舉本實用新型的特征:
[0011]方面1.用于同步機(21)的控制裝置，其中所述同步機(21)是他勵的，所述控制裝置具有:以能連接到所述同步機的定子上的方式設置的第一轉換單元(22)，和以能連接到所述同步機的轉子上的方式設置的第二轉換單元(24)，以便激勵所述裝置，其中所述第一轉換單元(21)具有設置為用于產生或接收交流電壓的逆變器，其特征在于，
[0012]所述第二轉換單元(24)能選擇地以能配置的方式設置為，使得所述第二轉換單元產生交流電流或者產生直流電流以用于所述同步機的所述轉子的激勵，并且所述裝置還具有可編程邏輯控制器(PLC)，所述可編程邏輯控制器連接到所述第一轉換單元(21)和所述第二轉換單元(24)上，以便將所述第一轉換單元和所述第二轉換單元作為同步機驅動器來控制以及將所述第一轉換單元和所述第二轉換單元進行配置。
[0013]方面2.根據方面I所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述第二轉換單元(24)的結構相應于所述第一轉換單元(21)的結構。
[0014]方面3.根據方面I或2所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述第二轉換單元(24)具有逆變器。
[0015]方面4.根據方面3所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述可編程邏輯控制器(PLC)設置為調節所述第二轉換單元(24)的參數，使得所述第二轉換單元的所述逆變器產生用于所述他勵同步機的所述轉子的直流電流。
[0016]方面5.根據方面3所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述可編程邏輯控制器(PLC)設置為將為其給定的電流參考值轉換為饋入到所述第二轉換單元(24)的所述逆變器中的頻率參考值和通量參考值。
[0017]方面6.根據方面I或2所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述裝置此外具有網逆變器(25)和直流電壓中間回路(23)，其中所述網逆變器以能連接的形式設置在電網(26)和所述直流電壓中間回路(23)之間，其中所述第一轉換單元(21)和所述第二轉換單元(24)都是連接到相同的直流電壓中間回路上的逆變器。
[0018]方面7.根據方面I或2所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述第一轉換單元(21)和所述第二轉換單元(24)是包括逆變器的頻率轉換器，其中所述頻率轉換器以能連接到電網的方式設置。
[0019]方面8.根據方面I或2所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述可編程邏輯控制器(PLC)設置為，為用戶提供所述同步機驅動器，使得提供唯一的頻率轉換驅動器。
[0020]方面9.根據方面I或2所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述可編程邏輯控制器是連接到所述第一轉換單元和所述第二轉換單元的單獨的可編程邏輯控制器(PLC)0
[0021]方面10.根據方面I或2所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述可編程邏輯控制器是所述第一轉換單元和所述第二轉換單元中的一個的內部的可編程邏輯控制器。
[0022]本實用新型的機構的優點是，能夠顯著節省機構的保養和維護成本，因為在同步機驅動器中需要的變流裝置是類似的或甚至是完全相同的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]現在，參考附上的附圖結合優選的實施形式詳細地描述本實用新型，附圖示出:
[0024]圖1示出根據現有技術的同步機驅動器；以及
[0025]圖2示出根據本實用新型的機構的原理結構。
【具體實施方式】
[0026]圖2示出根據本實用新型的機構的原理結構。第一轉換單元22連接到同步機21上，所述第一轉換單元是逆變器并且當機器是馬達時，借助于所述第一轉換單元產生同步機的定子電流，以及當與此相應地機器是發電機時，轉換單元作用為沿朝電網方向饋入功率的整流器。逆變器連接到具有中間回路的由一個或多個電容器組成的電容單元23的直流電壓中間回路上。逆變器，也就是說反相器包括多個具有可控開關的串聯電路的相位輸出端。所述串聯電路連接在直流電壓中間回路的正電源軌和負電源軌之間。當交替地控制上部的和下部的串聯的可控開關時，能夠在相位輸出端上施加中間回路的正電壓或者負電壓。當延長或縮短以這種方式構成的脈沖的持續時間時，能夠在相位輸出端上平均地產生期望的電壓。當產生用于用作馬達的同步機的定子電壓或定子電流時，典型地調制可控開關，使得定子設有正弦變化的電流。在圖2中，用于逆變器的控制裝置不被更準確地示出，因為所述控制裝置是對于本領域技術人員是顯而易見的。
[0027]圖2也示出與第一轉換單元相同地連接到直流電壓中間回路上的第二轉換單元24。轉換單元在圖2中被示出使得用于同步機的轉子回路的輸出不是交流電壓或直流電壓。根據本實用新型的思想，第二轉換單元的結構相應于第一轉換單元、也就是說反相器的結構。因此，第二轉換單元在結構上構造為逆變器，但是通過設定設備的參數能夠將所述設備用作為代替標準逆變器的直流電流源。根據他勵同步機的激勵方式進行第二轉換單元的參數的設定。如果借助于電刷激勵同步機，那么設置有用作可控直流電流源的第二轉換單元，如果同步機中不應用無電刷的激勵，那么第二轉換單元作用為使得其產生交流電流。
[0028]圖2示出第一和第二轉換單元作為連接到共同的電壓中間回路上的逆變器。然而，轉換單元也能夠是頻率轉換單元，并且在此情況下，兩個轉換單元具有其自身的整流器和直流電壓中間回路。在圖2中示出的實施形式中，共同的整流單元25產生從電網26到直流電壓中間回路的直流電壓。在兩個轉換單元具有其自身的整流器的實施形式中，所述整流器以相應的方式連接到交流電壓網上。
[0029]在圖2的實施形式中，可編程邏輯控制器PLC或相應的過程控制裝置與兩個轉換單元連接。所述可編程邏輯控制器將用戶界面以下述方式構成為由轉換器組成的整體，使得可以借助于可編程邏輯控制器管理同步機驅動器。可編程邏輯控制器將單獨的變頻器的功能組合，其中以相同的方式實現在變流器上的由可編程邏輯控制器設置的控制器。因此，用戶不需要控制兩個單獨的變流器，以便控制同步機驅動器。
[0030]可編程邏輯控制器包括具有為根據本實用新型的同步機驅動器設置的功能的程序以執行期望的控制單獨的轉換單元的功能，例如開始、停止、將轉速控制到特定值或緊急停止。例如由可編程的邏輯裝置給定的開始命令在兩個變流器上開始作業，所述作業的目的是起動同步機驅動器。根據所述命令，借助于第二轉換單元執行轉子的激勵，以及當激勵完成時，借助于第一轉換單兀將定子電流傳導給機器的定子。
[0031]通過使用可編程邏輯控制器也能夠快速地更換轉換單元。如果轉換器在同步機驅動器中是能更換的標準單元，那么借助于可編程邏輯控制器能夠為轉換單元確定所需的參數變化。
[0032]圖2示出作為單獨的設備的、借助于適合的總線連接到轉換單元上的可編程邏輯控制器。可編程邏輯控制器也能夠是第一或第二轉換單元的功能的一部分。已知的是，逆變器具有作為標準的或替選的單元的可編程邏輯控制器，利用這些所述可編程邏輯控制器具有相同的功能和單元，利用這些可編程邏輯控制器與利用單獨的可編程邏輯控制器一樣能夠執行相同的功能和程序。因此，轉換單元中的一個能夠用作主設備，通過所述轉換單元以相應的方式如與單獨的可編程邏輯控制器相關地執行同步機驅動器的控制。
[0033]圖2示出，同步機驅動器此外如何能夠與過程控制系統27經由可編程邏輯控制器連接。過程控制系統能夠是過程計算器或相應的更上一級的控制裝置，同步機驅動器經由所述控制裝置受到控制。
[0034]如果同步機的激勵借助于電刷來實施，那么典型地轉子必須饋入有直流電流。通過參數化能夠調節逆變器以作用為直流調節器。也就是說，在結構上是逆變器的第二轉換單元引起，為同步機的轉子產生所需的激勵電流。一些逆變器例如具有設置用于激勵旁路馬達的DC激勵特性，因此在啟動馬達的同時實現盡可能大的轉矩。在本實用新型中充分利用逆變器的這種DC激勵或類似的功能，并且由于所述特性能夠將單獨的激勵變壓器通過常規的逆變器來代替。
[0035]在逆變器中，開始運行具有逆變器的可變化的參數的DC激勵。借助于所述參數，能夠設定激勵電流的大小和方向，即激勵電流應流過逆變器的哪個輸出相位。典型地，標準的逆變器是三相設備，進而輸出相位中的僅兩個連接到激勵繞組上，并且激勵電流的通流經由所述相位被導向穿過激勵繞組，即次磁極繞組。能夠調節激勵電流的大小，以至于逆變器的開關的通流時間變化，而饋入電流的中間回路的電壓保持基本恒定。
[0036]如果同步機的激勵在沒有炭刷的情況下進行，那么激勵機的轉子連接到同步機的轉子上，在所述激勵機的轉子上以上文描述的方式形生激勵電流。整流器也連接到轉子上，以便對由激勵機產生的交流電流整流。這種激勵系統典型地饋入有交流電流，所述交流電流被整流并且饋入到激勵機的定子中。因此，由第二轉換單元包括逆變器將交流電流或交流電壓饋入同步機的激勵回路。所述交流電流在同步機中借助于整流器被整流，饋入到激勵機的定子繞組中，所述定子繞組在激勵機的轉子繞組中感生交流電壓，所述交流電壓再被整流并且饋入到同步機的磁極繞組中，以便激勵同步機的轉子。
[0037]與無電刷激勵相關地，能夠將逆變器或頻率轉換器配置為在等級調節模式中工作，其中允許對饋入到激勵回路中的電壓進行調節。為用于調節磁極繞組電流的可編程邏輯控制器進行編程，使得改變在可編程邏輯控制器中的磁極繞組電流的參考值，以用于為逆變器產生頻率參考值或速度參考值和通量參考值。換言之，可編程邏輯控制器給定涉及磁極繞組電流或激勵電流的參考值，可編程邏輯控制器將所述參考值轉換為針對逆變器的參考值，以便實現期望的磁極繞組電流。
[0038]也可設想的是，用作第二轉換單元的逆變器為整流器饋入直流電流以用于激勵機的激勵，因為直流電流可不變地流過整流電橋。在此情況下，如上文中與激勵相關地，能夠借助于電刷調節激勵機的定子電流。
[0039]上述激勵方式和涉及形成要用于激勵的電流的途徑不是唯一執行激勵的可能性，并且所述途徑能夠被理解為帶來根據本實用新型的解決方案的可能性。當本實用新型涉及同步機的下述應用設計時，不詳細描述與同步機的應用、保護和功能相關的測量和調節，在所述應用設計中借助于如可編程邏輯控制器的共同的調節驅動器來控制兩個單獨的優選具有逆變器的設備的轉換器。
[0040]對于本領域技術人員顯而易見的是，當工藝進步時，本實用新型的基本思想能夠以不同的方式實現。因此，本實用新型及其實施形式不受限于上文描述的實例，而是能夠在權利要求的范圍內進行變化。
【權利要求】
1.用于同步機(21)的控制裝置，其中所述同步機(21)是他勵的，所述控制裝置具有:以能連接到所述同步機的定子上的方式設置的第一轉換單元(22)，和以能連接到所述同步機的轉子上的方式設置的第二轉換單元(24)，以便激勵所述裝置，其中所述第一轉換單元(21)具有設置為用于產生或接收交流電壓的逆變器，其特征在于， 所述第二轉換單元(24)能選擇地以能配置的方式設置為，使得所述第二轉換單元產生交流電流或者產生直流電流以用于所述同步機的所述轉子的激勵，并且所述裝置還具有可編程邏輯控制器(PLC)，所述可編程邏輯控制器連接到所述第一轉換單元(21)和所述第二轉換單元(24)上，以便將所述第一轉換單元和所述第二轉換單元作為同步機驅動器來控制以及將所述第一轉換單元和所述第二轉換單元進行配置。
2.根據權利要求1所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述第二轉換單元(24)的結構相應于所述第一轉換單元(21)的結構。
3.根據權利要求1或2所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述第二轉換單元(24)具有逆變器。
4.根據權利要求3所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述可編程邏輯控制器(PLC)設置為調節所述第二轉換單元(24)的參數，使得所述第二轉換單元的所述逆變器產生用于所述他勵同步機的所述轉子的直流電流。
5.根據權利要求3所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述可編程邏輯控制器(PLC)設置為將為其給定的電流參考值轉換為饋入到所述第二轉換單元(24)的所述逆變器中的頻率參考值和通量參考值。
6.根據權利要求1或2所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述裝置此外具有網逆變器(25)和直流電壓中間回路(23)，其中所述網逆變器以能連接的形式設置在電網(26)和所述直流電壓中間回路(23)之間，其中所述第一轉換單元(21)和所述第二轉換單元(24 )都是連接到相同的直流電壓中間回路上的逆變器。
7.根據權利要求1或2所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述第一轉換單元(21)和所述第二轉換單元(24)是包括逆變器的頻率轉換器，其中所述頻率轉換器以能連接到電網的方式設置。
8.根據權利要求1或2所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述可編程邏輯控制器(PLC)設置為，為用戶提供所述同步機驅動器，使得提供唯一的頻率轉換驅動器。
9.根據權利要求1或2所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述可編程邏輯控制器是連接到所述第一轉換單元和所述第二轉換單元的單獨的可編程邏輯控制器(PLC)。
10.根據權利要求1或2所述的用于同步機的控制裝置，其特征在于，所述可編程邏輯控制器是所述第一轉換單元和所述第二轉換單元中的一個的內部的可編程邏輯控制器。
【文檔編號】H02P6/08GK203859713SQ201320412693
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年7月11日 優先權日:2013年4月23日
【發明者】泰羅·阿霍寧, 尤卡·考科寧, 米科·科斯蒂艾寧, 維萊-馬蒂·帕塔里 申請人:Abb公司