用于同步机的控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于同步机的控制装置，其中所述同步机是他励的，所述控制装置具有：以能连接到同步机的定子上的方式设置的第一转换单元，和以能连接到同步机的转子上的方式设置的第二转换单元，以便激励所述装置，其中第一转换单元具有设置为用于产生或接收交流电压的逆变器。第二转换单元可选地以可配置的方式设置为，使得所述第二转换单元产生交流电流或者产生直流电流以用于激励同步机的转子，并且所述装置此外具有可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器连接到第一转换单元和第二转换单元上，以便将所述第一转换单元和第二转换单元作为同步机驱动器来控制以及对所述第一转换单元和第二转换单元进行配置。
【专利说明】用于同步机的控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种同步机以及尤其涉及借助于简单的机构对他励同步机进行控制。
【背景技术】
[0002]同步机通常使用在工业的、需要高功率的驱动器中，例如在水泥厂、矿井、拆卸厂中的马达和作为能量获取设备中的发电机。典型地，以下述方式使用同步机，使得同步机以恒定的速度旋转并且通过变速器控制作业输出或以其它方式，例如借助于调节阀来调节作业。
[0003]同步机的运行也能够借助于频率转换器来控制。与他励同步机相关地实现频率转换驱动器，使得单独的转换单元连接到同步机的激励回路和定子回路上。连接到激励回路上的转换单元的目的是提供转子的激励，以至于所述转换单元对提供激励的磁极绕组馈送电流。当同步机作用为马达时，连接到定子回路上的变频器在其一侧上对定子馈送功率，以便构成以期望的方式转动的磁场；以及当与此相应地同步机作用为发电机时，连接到定子回路上的变频器用作功率变压器并且以已知的方式接收借助于发电机产生的能量。
[0004]图1示出用于根据现有技术的他励同步机的控制装置的原理，其中同步机I由变频器2和激励变压器3控制。变频器2和激励变压器3都连接到三相供电网4上。三相变频器2连接到机器的定子上，而激励变压器产生用于机器的转子的直流电流，以便激励所述机器。
[0005]将直流电流馈入转子的磁极绕组中，其中转子设有随着转子转动的磁极。将直流馈入转子中能够借助于电刷执行，或者通过无电刷激励执行。当使用电刷时，在转子外产生整个激励绕组电流并且要为激励而消耗的能量被传输给旋转的转子，以至于经由设置在转子上的汇流环和摩擦所述环的炭刷输送电流。
[0006]在无电刷激励中，磁极绕组所需要的电流借助于设置在转子上的激励机产生。在这种情况下，与同步机的转子同轴地定位激励机的转子绕组，并且定子包围激励机的磁极绕组。当激励机的转子绕组随着主机的转子旋转时，在转子绕组中感生借助于设置在转子上的整流器而被整流的电压。整流器输出端被进一步连接到主机的磁极绕组上，因此对磁极绕组馈送直流电流，并且提供用于同步机的磁极。
[0007]目前的用于控制同步机的设备的缺点是，为了控制需要两个不同类型的变频器，更确切地说连接在定子上的变频器和用于激励转子的激励变压器。两个不同的机构的保养和维护以及所述机构的成本是在已知的解决方案中的显著缺点。
实用新型内容
[0008]本实用新型的基本目的是，提供一种能够消除上文提出的缺点的装置。本实用新型的目的借助于在本文中所述的特征的装置来实现。本实用新型的优选实施形式是下文的主题。
[0009]本实用新型基于的思想是，使用变频单元以产生用于他励同步机的激励电流。因此，连接到定子回路上的和连接到转子回路上的转换器能够是类似的。为转子产生激励电流的变频单元以适当的方式进行配置，使得可以借助于变频器根据转子的激励方式产生交流电压或者产生直流电压。此外，在本实用新型中控制具有共同的控制装置的两个转换单元，其中同步机驱动器的控制是简单的，并且用户将转换单元视为唯一的可控设备。
[0010]下面，以编号的形式列举本实用新型的特征:
[0011]方面1.用于同步机(21)的控制装置，其中所述同步机(21)是他励的，所述控制装置具有:以能连接到所述同步机的定子上的方式设置的第一转换单元(22)，和以能连接到所述同步机的转子上的方式设置的第二转换单元(24)，以便激励所述装置，其中所述第一转换单元(21)具有设置为用于产生或接收交流电压的逆变器，其特征在于，
[0012]所述第二转换单元(24)能选择地以能配置的方式设置为，使得所述第二转换单元产生交流电流或者产生直流电流以用于所述同步机的所述转子的激励，并且所述装置还具有可编程逻辑控制器(PLC)，所述可编程逻辑控制器连接到所述第一转换单元(21)和所述第二转换单元(24)上，以便将所述第一转换单元和所述第二转换单元作为同步机驱动器来控制以及将所述第一转换单元和所述第二转换单元进行配置。
[0013]方面2.根据方面I所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述第二转换单元(24)的结构相应于所述第一转换单元(21)的结构。
[0014]方面3.根据方面I或2所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述第二转换单元(24)具有逆变器。
[0015]方面4.根据方面3所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器(PLC)设置为调节所述第二转换单元(24)的参数，使得所述第二转换单元的所述逆变器产生用于所述他励同步机的所述转子的直流电流。
[0016]方面5.根据方面3所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器(PLC)设置为将为其给定的电流参考值转换为馈入到所述第二转换单元(24)的所述逆变器中的频率参考值和通量参考值。
[0017]方面6.根据方面I或2所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述装置此外具有网逆变器(25)和直流电压中间回路(23)，其中所述网逆变器以能连接的形式设置在电网(26)和所述直流电压中间回路(23)之间，其中所述第一转换单元(21)和所述第二转换单元(24)都是连接到相同的直流电压中间回路上的逆变器。
[0018]方面7.根据方面I或2所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述第一转换单元(21)和所述第二转换单元(24)是包括逆变器的频率转换器，其中所述频率转换器以能连接到电网的方式设置。
[0019]方面8.根据方面I或2所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器(PLC)设置为，为用户提供所述同步机驱动器，使得提供唯一的频率转换驱动器。
[0020]方面9.根据方面I或2所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器是连接到所述第一转换单元和所述第二转换单元的单独的可编程逻辑控制器(PLC)0
[0021]方面10.根据方面I或2所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器是所述第一转换单元和所述第二转换单元中的一个的内部的可编程逻辑控制器。
[0022]本实用新型的机构的优点是，能够显著节省机构的保养和维护成本，因为在同步机驱动器中需要的变流装置是类似的或甚至是完全相同的。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]现在，参考附上的附图结合优选的实施形式详细地描述本实用新型，附图示出:
[0024]图1示出根据现有技术的同步机驱动器；以及
[0025]图2示出根据本实用新型的机构的原理结构。
【具体实施方式】
[0026]图2示出根据本实用新型的机构的原理结构。第一转换单元22连接到同步机21上，所述第一转换单元是逆变器并且当机器是马达时，借助于所述第一转换单元产生同步机的定子电流，以及当与此相应地机器是发电机时，转换单元作用为沿朝电网方向馈入功率的整流器。逆变器连接到具有中间回路的由一个或多个电容器组成的电容单元23的直流电压中间回路上。逆变器，也就是说反相器包括多个具有可控开关的串联电路的相位输出端。所述串联电路连接在直流电压中间回路的正电源轨和负电源轨之间。当交替地控制上部的和下部的串联的可控开关时，能够在相位输出端上施加中间回路的正电压或者负电压。当延长或缩短以这种方式构成的脉冲的持续时间时，能够在相位输出端上平均地产生期望的电压。当产生用于用作马达的同步机的定子电压或定子电流时，典型地调制可控开关，使得定子设有正弦变化的电流。在图2中，用于逆变器的控制装置不被更准确地示出，因为所述控制装置是对于本领域技术人员是显而易见的。
[0027]图2也示出与第一转换单元相同地连接到直流电压中间回路上的第二转换单元24。转换单元在图2中被示出使得用于同步机的转子回路的输出不是交流电压或直流电压。根据本实用新型的思想，第二转换单元的结构相应于第一转换单元、也就是说反相器的结构。因此，第二转换单元在结构上构造为逆变器，但是通过设定设备的参数能够将所述设备用作为代替标准逆变器的直流电流源。根据他励同步机的激励方式进行第二转换单元的参数的设定。如果借助于电刷激励同步机，那么设置有用作可控直流电流源的第二转换单元，如果同步机中不应用无电刷的激励，那么第二转换单元作用为使得其产生交流电流。
[0028]图2示出第一和第二转换单元作为连接到共同的电压中间回路上的逆变器。然而，转换单元也能够是频率转换单元，并且在此情况下，两个转换单元具有其自身的整流器和直流电压中间回路。在图2中示出的实施形式中，共同的整流单元25产生从电网26到直流电压中间回路的直流电压。在两个转换单元具有其自身的整流器的实施形式中，所述整流器以相应的方式连接到交流电压网上。
[0029]在图2的实施形式中，可编程逻辑控制器PLC或相应的过程控制装置与两个转换单元连接。所述可编程逻辑控制器将用户界面以下述方式构成为由转换器组成的整体，使得可以借助于可编程逻辑控制器管理同步机驱动器。可编程逻辑控制器将单独的变频器的功能组合，其中以相同的方式实现在变流器上的由可编程逻辑控制器设置的控制器。因此，用户不需要控制两个单独的变流器，以便控制同步机驱动器。
[0030]可编程逻辑控制器包括具有为根据本实用新型的同步机驱动器设置的功能的程序以执行期望的控制单独的转换单元的功能，例如开始、停止、将转速控制到特定值或紧急停止。例如由可编程的逻辑装置给定的开始命令在两个变流器上开始作业，所述作业的目的是起动同步机驱动器。根据所述命令，借助于第二转换单元执行转子的激励，以及当激励完成时，借助于第一转换单兀将定子电流传导给机器的定子。
[0031]通过使用可编程逻辑控制器也能够快速地更换转换单元。如果转换器在同步机驱动器中是能更换的标准单元，那么借助于可编程逻辑控制器能够为转换单元确定所需的参数变化。
[0032]图2示出作为单独的设备的、借助于适合的总线连接到转换单元上的可编程逻辑控制器。可编程逻辑控制器也能够是第一或第二转换单元的功能的一部分。已知的是，逆变器具有作为标准的或替选的单元的可编程逻辑控制器，利用这些所述可编程逻辑控制器具有相同的功能和单元，利用这些可编程逻辑控制器与利用单独的可编程逻辑控制器一样能够执行相同的功能和程序。因此，转换单元中的一个能够用作主设备，通过所述转换单元以相应的方式如与单独的可编程逻辑控制器相关地执行同步机驱动器的控制。
[0033]图2示出，同步机驱动器此外如何能够与过程控制系统27经由可编程逻辑控制器连接。过程控制系统能够是过程计算器或相应的更上一级的控制装置，同步机驱动器经由所述控制装置受到控制。
[0034]如果同步机的激励借助于电刷来实施，那么典型地转子必须馈入有直流电流。通过参数化能够调节逆变器以作用为直流调节器。也就是说，在结构上是逆变器的第二转换单元引起，为同步机的转子产生所需的激励电流。一些逆变器例如具有设置用于激励旁路马达的DC激励特性，因此在启动马达的同时实现尽可能大的转矩。在本实用新型中充分利用逆变器的这种DC激励或类似的功能，并且由于所述特性能够将单独的激励变压器通过常规的逆变器来代替。
[0035]在逆变器中，开始运行具有逆变器的可变化的参数的DC激励。借助于所述参数，能够设定激励电流的大小和方向，即激励电流应流过逆变器的哪个输出相位。典型地，标准的逆变器是三相设备，进而输出相位中的仅两个连接到激励绕组上，并且激励电流的通流经由所述相位被导向穿过激励绕组，即次磁极绕组。能够调节激励电流的大小，以至于逆变器的开关的通流时间变化，而馈入电流的中间回路的电压保持基本恒定。
[0036]如果同步机的激励在没有炭刷的情况下进行，那么激励机的转子连接到同步机的转子上，在所述激励机的转子上以上文描述的方式形生激励电流。整流器也连接到转子上，以便对由激励机产生的交流电流整流。这种激励系统典型地馈入有交流电流，所述交流电流被整流并且馈入到激励机的定子中。因此，由第二转换单元包括逆变器将交流电流或交流电压馈入同步机的激励回路。所述交流电流在同步机中借助于整流器被整流，馈入到激励机的定子绕组中，所述定子绕组在激励机的转子绕组中感生交流电压，所述交流电压再被整流并且馈入到同步机的磁极绕组中，以便激励同步机的转子。
[0037]与无电刷激励相关地，能够将逆变器或频率转换器配置为在等级调节模式中工作，其中允许对馈入到激励回路中的电压进行调节。为用于调节磁极绕组电流的可编程逻辑控制器进行编程，使得改变在可编程逻辑控制器中的磁极绕组电流的参考值，以用于为逆变器产生频率参考值或速度参考值和通量参考值。换言之，可编程逻辑控制器给定涉及磁极绕组电流或激励电流的参考值，可编程逻辑控制器将所述参考值转换为针对逆变器的参考值，以便实现期望的磁极绕组电流。
[0038]也可设想的是，用作第二转换单元的逆变器为整流器馈入直流电流以用于激励机的激励，因为直流电流可不变地流过整流电桥。在此情况下，如上文中与激励相关地，能够借助于电刷调节激励机的定子电流。
[0039]上述激励方式和涉及形成要用于激励的电流的途径不是唯一执行激励的可能性，并且所述途径能够被理解为带来根据本实用新型的解决方案的可能性。当本实用新型涉及同步机的下述应用设计时，不详细描述与同步机的应用、保护和功能相关的测量和调节，在所述应用设计中借助于如可编程逻辑控制器的共同的调节驱动器来控制两个单独的优选具有逆变器的设备的转换器。
[0040]对于本领域技术人员显而易见的是，当工艺进步时，本实用新型的基本思想能够以不同的方式实现。因此，本实用新型及其实施形式不受限于上文描述的实例，而是能够在权利要求的范围内进行变化。
【权利要求】
1.用于同步机(21)的控制装置，其中所述同步机(21)是他励的，所述控制装置具有:以能连接到所述同步机的定子上的方式设置的第一转换单元(22)，和以能连接到所述同步机的转子上的方式设置的第二转换单元(24)，以便激励所述装置，其中所述第一转换单元(21)具有设置为用于产生或接收交流电压的逆变器，其特征在于， 所述第二转换单元(24)能选择地以能配置的方式设置为，使得所述第二转换单元产生交流电流或者产生直流电流以用于所述同步机的所述转子的激励，并且所述装置还具有可编程逻辑控制器(PLC)，所述可编程逻辑控制器连接到所述第一转换单元(21)和所述第二转换单元(24)上，以便将所述第一转换单元和所述第二转换单元作为同步机驱动器来控制以及将所述第一转换单元和所述第二转换单元进行配置。
2.根据权利要求1所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述第二转换单元(24)的结构相应于所述第一转换单元(21)的结构。
3.根据权利要求1或2所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述第二转换单元(24)具有逆变器。
4.根据权利要求3所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器(PLC)设置为调节所述第二转换单元(24)的参数，使得所述第二转换单元的所述逆变器产生用于所述他励同步机的所述转子的直流电流。
5.根据权利要求3所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器(PLC)设置为将为其给定的电流参考值转换为馈入到所述第二转换单元(24)的所述逆变器中的频率参考值和通量参考值。
6.根据权利要求1或2所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述装置此外具有网逆变器(25)和直流电压中间回路(23)，其中所述网逆变器以能连接的形式设置在电网(26)和所述直流电压中间回路(23)之间，其中所述第一转换单元(21)和所述第二转换单元(24 )都是连接到相同的直流电压中间回路上的逆变器。
7.根据权利要求1或2所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述第一转换单元(21)和所述第二转换单元(24)是包括逆变器的频率转换器，其中所述频率转换器以能连接到电网的方式设置。
8.根据权利要求1或2所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器(PLC)设置为，为用户提供所述同步机驱动器，使得提供唯一的频率转换驱动器。
9.根据权利要求1或2所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器是连接到所述第一转换单元和所述第二转换单元的单独的可编程逻辑控制器(PLC)。
10.根据权利要求1或2所述的用于同步机的控制装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器是所述第一转换单元和所述第二转换单元中的一个的内部的可编程逻辑控制器。
【文档编号】H02P6/08GK203859713SQ201320412693
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年7月11日 优先权日:2013年4月23日
【发明者】泰罗·阿霍宁, 尤卡·考科宁, 米科·科斯蒂艾宁, 维莱-马蒂·帕塔里 申请人:Abb公司