专利名称：可抽出转换器单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将机械能转换为电能的发电机所用的静态励磁系统。更具体而言，本发明涉及静态励磁系统的可抽出转换器单元和具有这种可抽出转换器单元的静态励 磁系统。
背景技术：
静态励磁系统借助于如功率半导体开关等静态构件及其电子控制用于发电机的 启动，其中功率半导体开关例如为晶闸管。静态励磁系统可在发电机的启动阶段对发电机 的励磁绕组馈送电流，从而激励发电机中的磁场。例如，静态励磁系统可通过使用晶间管转 换器直接控制励磁电流，来调节同步机的端电势和无功功率流。如果静态励磁系统的关键构件发生故障，则整个静态励磁系统可能不得不关闭以 进行维护。
发明内容本发明的目的是提供一种具有很高可用性的静态励磁系统。本发明的一个方面是用于静态励磁系统的转换器单元。根据本发明的实施例，转换器单元包括转换器模块和转换器框架。转换器模块安 装至转换器框架，使得在静态励磁系统工作时，转换器模块可以从工作位置移动至维护位 置。转换器模块可适于从转换器框架拉出或抽出。换句话说，用于静态励磁系统的转换器单元可包括可抽出转换器模块，使得可以 在静态励磁系统工作期间对转换器模块进行维护。在转换器模块移出转换器框架的移动期间，从转换器模块到转换器框架的电连接 可被断开或者转换器模块可被切断，使得无需关闭整个静态励磁系统即可快速更换存在故 障的转换器模块。在安全测试位置，即在维护位置对转换器模块进行在线修理和测试是可 能的。根据本发明的实施例，转换器模块机械和/或电连接至转换器框架，使得在静态 励磁系统工作时，转换器模块适于在维护位置进行更换。例如，当转换器模块被从转换器框 架抽出时，电连接可被断开，或者机械连接可被断开，使得转换器模块可从转换器框架中移
出ο根据本发明的实施例，转换器模块适于在从工作位置移动至维护位置时被切断。 切断的转换器模块可以是从静态励磁系统电断开的转换器模块，但也可以是通过例如控制 线等一些电线仍然连接至静态励磁系统但不对发电机的励磁电流进行调节的转换器模块。在维护位置，维护技师可容易地接近转换器模块，可以修理、可以测试或者可以从 转换器框架上机械地断开或拆下转换器模块。例如，在维护位置的转换器模块可以不工作 或者可以被切断。根据本发明的实施例，转换器模块包括如晶闸管等功率半导体。功率半导体可用来调节发电机的励磁电流。转换器单元还可适于在转换器模块离开工作位置时例如借助于可安装至转换器模块上的控制器来切断功率半导体。转换器单元可包括可选地具有组合缓 冲器的六脉冲线换流晶闸管转换器(6-pulse line commutated thyristor converter)。 控制硬件或控制器可安装至转换器模块的顶部。根据本发明的实施例，框架具有用于转换器模块的容座。在工作位置转换器模块 可安装至容座中，但可将转换器模块从容座拉出至维护位置。根据本发明的实施例，全部或一些功率部件例如功率半导体可安装在转换器模块 的内部。用于缓冲电路的缓冲电阻可安装在转换器模块的背部或转换器模块的外部，处于 可被更好地冷却的位置，例如位于冷却单元的排气通道中。为了保护缓冲电阻使其不会过热，当转换器单元未运行或工作时，可切断缓冲电 阻。这可在转换器模块从工作位置移出至维护位置期间由控制硬件进行。根据本发明的实施例，转换器单元包括可以是拉出导轨的导轨。导轨可附接在转 换器框架上和转换器模块上，使得能够将转换器模块从工作位置从转换器框架中抽出或拉 出至维护位置。转换器模块可放在导轨上使得转换器模块适于在维护位置上被升高以离开 导轨。根据本发明的实施例，转换器模块竖立在两根拉出导轨上。当转换器完全从框架 中拉出时，转换器模块可被升高以离开导轨并进行更换或现场修理。可以使用起重机，采用 或不采用升降设备，或者借助于具有高度可调平台的特殊吊运车来进行升高以离开导轨。根据本发明的实施例，转换器框架包括高电势插座并且转换器模块包括高电势插 头，或者反之亦然。高电势插座和高电势插头在工作位置可电连接，并且高电势插座和高电 势插头在维护位置可断开。转换器模块和转换器框架之间的所有电连接可以都是可断开 的。例如，当转换器模块从转换器框架中抽出时，它们可以是可自动断开的。根据本发明的实施例，转换器框架包括插座盖，其中当转换器模块位于维护位置 时，插座盖适于覆盖高电势插座。插座盖可以通过转换器模块的拉出，即转换器模块的位置 被触发。当将转换器模块从转换器框架中拉出时，插座盖覆盖高电势插座的移动可以是自 动的。位于转换器框架上的高电势插座或者说具有高电势(AC和/或DC，电压和/或电 流)的插座可以被绝缘插座盖覆盖。根据本发明的实施例，插座盖可包括插座盖板。当转换器模块位于工作位置时，插 座盖板可适于在模块处于工作位置或在模块移进工作位置时从高电势插座滑离以提供至 更高电势插座的入口。插座盖板的闭合可以借助于可由移动的转换器模块致动的弹簧来驱 动。当转换器模块不在工作位置时，插座盖板可机械地锁定在闭合位置。根据本发明的实施例，转换器单元包括杆，其中杆可适于在转换器模块移入工作 位置时由操作人员致动。杆适于在被致动时打开插座盖。在将转换器模块拉入转换器框架 中时，插座盖可在高电势插头到达高电势插座前不久借助于杆打开，其中高电势插头可以 是阳性连接器或阴性连接器。根据本发明的实施例，转换器单元包括移动装置，该移动装置适于在工作位置和 维护位置之间的路途的至少一部分中移动转换器模块，和/或反之亦然。在工作位置和维 护位置之间的路途的第一部分中，模块可借助于移动装置被推入或拉出。在路途的第二部分中模块可由手推入或拉出。路途的第一部分可以是在工作位置和插座盖闭合的位置之间 的路途。在路途的该第一部分中，转换器模块可借助于移动装置被拉入。根据本发明的实施例，该移动装置可以是螺钉。根据本发明的实施例，转换器单元包括位置检测传感器，其中位置检测传感器适 于检测转换器模块是处于工作位置还是正在移入工作位置。根据本发明的实施例，位置检测传感器适于检测转换器模块是处于维护 位置还是 正在移入维护位置。根据本发明的实施例，位置检测传感器包括位置开关，其中当转换器单元从工作 位置移至维护位置时，该位置开关被致动。位置开关还可在转换器单元从维护位置移至工作位置时被致动。根据本发明的实施例，转换器模块包括位置开关。模块位置的控制反馈可以由安装在转换器模块上的至少一个位置开关例如两个 位置开关给出。当将转换器模块从转换器框架移除或抽出时，一个或多个位置开关可向控 制器发送信号，从而在电连接断开之前停止转换器模块的工作。为了更加安全，转换器模块的工作可由可手动致动的拨动开关停止。这可以例如 通过阻断从控制器至转换器模块的脉冲来进行，其中脉冲用于切换功率半导体的栅极。根据本发明的实施例，转换器包括控制器，其中控制器适于在转换器模块离开工 作位置时切断转换器模块的功率半导体。控制器可适于从位置检测传感器或从拨动开关接 收信号。该信号可包含转换器模块的位置的信息。根据本发明的实施例，转换器单元包括定位装置。该定位装置适于在转换器模块 移入工作位置时对转换器模块进行定位。定位装置可通过高电势插座和高电势插头能够匹 配的方式对转换器模块进行定位。转换器框架可包括该定位装置。根据本发明的实施例，定位装置包括定心螺栓和端部止动件中的至少一个。对模 块或模块的工作位置的定位可通过定心螺栓和机械端部止动件来确保。转换器模块可通过 另外的螺钉固定在工作位置。根据本发明的实施例，转换器模块包括缓冲电路，该缓冲电路用于对由转换器单 元调节后的电流中的振荡进行缓冲。缓冲电路可包括至少一个缓冲电阻。当转换器模块离 开工作位置时，转换器单元可适于切断缓冲电阻。适于切断缓冲电阻的可以是控制器。根据本发明的实施例，转换器单元包括第一冷却单元和第二冷却单元。第一冷却 单元和/或第二冷却单元可适于冷却转换器单元的构件。所述转换器单元的构件可以是转 换器模块、功率半导体、晶闸管、缓冲电路或缓冲电阻。冷却单元可以是用于使用空气来冷 却构件的风扇。备用的冷却单元可以使能够在静态励磁系统的工作期间交换冷却单元。根据本发明的实施例，第二冷却单元和/或第一冷却单元可适于在第一冷却单元 或第二冷却单元分别被抑制时开始冷却转换器单元的构件。S卩，两个冷却单元中的一个可 适于接替另一个冷却单元的功能。冷却单元可以是转换器单元的备用构件。冷却单元中的一个的被抑制可以通过将其从转换器单元移除来触发。同样在发生 故障的情况下，冷却单元也可能被抑制。根据本发明的实施例，第二冷却单元可在第一冷却单元被切断时接通。[0041]根据本发明的实施例，转换器单元可包括冷却单元拉出传感器，该冷却单元拉出 传感器适于检测第一冷却单元何时从转换器单元断开。例如，可将第一冷却单元从转换器 框架的容座中拉出。该传感器可布置在容座内部以检测第一冷却单元是否从该容座中拉 出。该传感器可连接至控制器，控制器可适于在传感器检测到第一冷却单元离开容座的移 动时使第二冷却单元起作用。本发明的另一方面是具有上文和下文说明的转换器单元的静态励磁系统。根据本发明的实施例，静态励磁系统可包括多个转换器单元。例如，静态励磁系统 可包括一至五个转换器单元。转换器单元可同时工作和/或可以是备用的。例如，当一个转换器单元的转换器模块被从相应的转换器单元抽出时，该转换器 模块可被切断并且其他转换器单元可接替具有该被切断的模块的转换器单元的功能性。例 如，备用的转换器单元可接替该功能性。这使得能够在静态励磁系统的工作期间更换转换 器单元的不活跃的转换器桥，而且可显著地减少平均恢复时间(MTTR)。进而对抽出的转换 器模块进行修理、维护或完全更换是可能的。从下文说明的实施例及参考实施例进行的阐述，本发明的这些和其他方面将变得 明显。
下面，参照附图对本发明的实施例更详细地进行说明。图1示出了根据本发明的示例性实施例的静态励磁系统。图2示出了根据本发明的示例性实施例的转换器单元。
具体实施方式
图1示出了电连接至发电机12和电网14的静态励磁系统10。静态励磁系统10 的五个转换器单元20通过电力线16连接至电网14。在发电机12的启动阶段，静态励磁系 统10通过电力线16从电网14汲取电力。转换器单元20调节电流以使经由电力线22获 取电流的发电机12的励磁绕组被激励。该电流调节借助于转换器单元20内部的晶闸管接 通和切断电流而进行。由于励磁绕组的激励，在发电机12内感应出磁场并且发电机12能 够开始将机械能转化为电能。发电机12产生的电能通过电力线18供给电网14。图2示出了转换器单元20。图1示出的所有转换器单元20均可设计成如图2所 示的转换器单元20。转换器单元20包括L形的转换器框架30。转换器单元20还包括借助于两个拉出 导轨36安装在L形框架30或L框架30上的转换器模块32。转换器单元20示于导轨36 拉出或伸出的维护位置。在工作位置，转换器模块32安装在转换器框架的容座33中。转换器模块32具有大致为立方体的形状，并带有矩形基座37，该矩形基座37借助 于两个可以是卡扣配合件或螺钉的固定装置39附接在两个导轨36上。在L框架30的基座中，有两个带有两个用于冷却转换器单元20和转换器模块32 的风扇34a和34b的容座。用于调节发电机的励磁电流的晶闸管位于转换器模块32的壳体内部。在转换器 模块32的背侧，即面向L框架32的方向的一侧，在从两个风扇34a和34b产生的冷却空气流的排气通道内部安装有一个或多个缓冲电阻。在转换器模块的顶部安装有控制硬件38 或控制器38。转换器模块32的高电势插头(high potential plug)位于转换器模块32的背侧。 与转换器模块32的高电势插头相对，转换器框架30包括由可滑动插座盖40或盖板40覆 盖的高电势插座(high potential socket)。所示转换器单元示于转换器模块32位于维护位置的抽出状态，即，转换器模块32 借助于导轨36从转换器框架30抽出。在从工作位置移动到维护位置期间，高电势插头已 从高电势插座断开并且转换器模块32已对关闭了插座盖40的杆进行了致动。用于对转换器模块32进行定位的定心螺栓42在导轨36的方向上从转换器框架 30突出。在定心螺栓42的下方具有孔44，该孔44具有用于螺钉46的内螺纹。在转换器模 块32移入工作位置的移动最后部分，转换器模块32由定心螺栓42引导，并且可借助于可 旋入绕组44或内螺纹44中的螺钉46移入工作位置。定心螺栓42、孔44和螺钉46位于转 换器单元20的左侧或第一侧。在转换器单元20的右侧或第二侧具有第二定心螺栓、具有 螺纹的第二孔和第二螺钉。在转换器模块32的左侧具有位置开关48，该位置开关48由固定于转换器框架30 一侧的悬臂50切换。转换器模块32具有附接于转换器模块32顶部的导轨形式的接地插头52。当转换 器模块32移入工作位置时，接地插头52与附接于转换器框架30上的相应插座54接合，以 确保转换器模块32经由转换器框架30正确接地。在转换器模块32的前顶侧安装有拨动开关56。通过拨动开关56可以切断转换器 单元20。尽管在附图和前述说明中已经详细例示和说明了本发明，但认为这些例示和说明是例示性的或示例性的，而并非限制性的；本发明不限于公开的实施例。本领域技术人员和 实施要求保护的发明的技术人员可通过研究附图、公开内容和所附权利要求来理解和实现 所公开实施例的其他变更。在权利要求中，用语“包括”不排除其他元件或步骤，而不定冠 词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或控制器或其他单元可实现权利要求中所述若 干项的功能。互相不同的从属权利要求中阐述某些措施的纯粹事实并不表示这些措施的组 合不能更为有利地被采用。权利要求中的任何附图标记不应被视作是对范围的限制。附图标记10 静态励磁系统12 发电机14 电网16 电力线18 电力线20 转换器单元22 电力线30 转换器框架32 转换器模块[0073]33容座34a风扇34b风扇36导轨37转换器模 块基座38控制器39固定装置40盖板42定心螺栓44内螺纹46螺钉48位置开关50悬臂52接地插头54接地插座56拨动开关
权利要求一种用于静态励磁系统(10)的转换器单元(20)，所述转换器单元(20)包括转换器模块(32)；转换器框架(30)；其中所述转换器模块(32)安装至所述转换器框架(30)，使得当所述静态励磁系统(10)工作时，所述转换器模块(32)可从工作位置移动至维护位置。
2.根据权利要求1所述的转换器单元，包括 导轨(36)；其中所述导轨(36)附接至所述转换器框架(30)和所述转换器模块(32)，使得能够将 所述转换器模块(32)从所述转换器框架(30)中从所述工作位置抽出到所述维护位置。
3.根据权利要求1或2所述的转换器单元， 其中所述转换器框架(30)包括高电势插座， 其中所述转换器模块(32)包括高电势插头，其中所述高电势插座和所述高电势插头在所述工作位置连接； 其中所述高电势插座和所述高电势插头在所述维护位置断开。
4.根据权利要求3所述的转换器单元， 其中所述转换器框架(30)包括插座盖(40)，其中所述插座盖(40)适于在所述转换器模块(32)位于所述维护位置时覆盖所述高电 势插座。
5.根据权利要求4所述的转换器单元，包括 杆；其中所述杆适于在所述转换器模块(32)正在从所述工作位置移出时由所述转换器模 块(32)致动；其中所述杆适于在被致动时关闭所述插座盖(40)。
6.根据权利要求5所述的转换器单元，包括 移动装置；其中所述移动装置适于在所述工作位置和所述维护位置之间的路途的至少一部分中 移动所述转换器模块(32)。
7.根据权利要求6所述的转换器单元， 其中所述移动装置是螺钉。
8.根据权利要求7所述的转换器单元，包括 位置检测传感器(48)，其中所述位置检测传感器(48)适于检测所述转换器模块(32)是处于所述工作位置还 是处于所述维护位置。
9.根据权利要求8所述的转换器单元，其中所述位置检测传感器包括位置开关(48)，其中当所述转换器单元从所述工作位置移动至所述维护位置时，该位置开关(48)被 致动。
10.根据权利要求9所述的转换器单元，包括 控制器(38)；其中所述控制器适于在所述转换器模块(32)离开所述工作位置时切断所述转换器模 块(32)的功率半导体。
11.根据权利要求10所述的转换器单元，包括 定位装置(42)，其中所述定位装置(42)适于在所述转换器模块(32)移入所述工作位置时对所述转换 器模块(32)进行定位。
12.根据权利要求11所述的转换器单元，其中所述定位装置包括定心螺栓(42)和端部止动件中的至少一个。
13.根据权利要求1所述的转换器单元， 其中所述转换器模块(32)包括缓冲电路， 其中所述缓冲电路包括缓冲电阻，其中所述转换器单元(20)适于在所述转换器模块(32)离开所述工作位置时切断所述 缓冲电阻。
14.根据权利要求1所述的转换器单元，包括 第一冷却单元(34a)和第二冷却单元(34b)；其中所述第一冷却单元(34a)适于冷却所述转换器单元(20)的构件； 其中所述第二冷却单元(34b)适于在所述第一冷却单元(34a)被抑制时开始冷却所述 转换器单元(20)的构件。
15.一种静态励磁系统(10)，包括根据权利要求1至14之一所述的转换器单元(20)。
专利摘要本实用新型涉及一种可抽出转换器单元。用于静态励磁系统(10)的转换器单元(20)包括可抽出转换器模块(32)，使得可以在静态励磁系统(10)的工作期间维护或者甚至交换转换器模块(32)。
文档编号H02P9/14GK201571011SQ20092017800
公开日2010年9月1日 申请日期2009年7月28日 优先权日2009年7月28日
发明者M·韦斯 申请人:Abb瑞士有限公司