[发明专利]用于控制同步马达的系统和方法

说明书

一种同步电动马达包括具有DC场绕组(13)的转子。激励器(16)构造成在启动时通过产生沿第一方向穿过DC场绕组(13)的DC电流来对DC场绕组(13)通电。控制系统(11)构造成控制穿过DC场绕组(13)的电流流，控制系统(11)包括场放电电阻器(R)和旁通电路(15)。旁通电路(15)构造成在电流流沿第一方向穿过DC场绕组(13)期间实现第一旁通，以在电方面绕过场放电电阻器(R)，以及在电流流沿第二方向穿过DC场绕组(13)期间实现第二旁通，以在电方面绕过场放电电阻器(R)。控制系统(11)能够将引导激励器(16)产生的所有DC电流来流过DC场绕组(13)。

技术领域

本发明大体涉及同步马达在起动时期期间的控制。

本发明特别适于，但不仅仅适于例如具有5-50MW功率的高功率同步马达。

背景技术

传统的同步马达具有带有至少一个交流(AC)定子绕组的定子和带有至少一个直流(DC)场绕组的转子。这种马达通常由感应马达动作起动，其中，转子的阻尼绕组或实心磁极对应于感应马达的鼠笼，并且DC场绕组未被激励。转子利用因此产生的扭矩加速，直到其到达接近同步速度的旋转速度。DC场绕组在恰当时刻利用DC来激励，并且然后马达达到同步。在加速期间，DC场绕组中引起较高电压，因为它以比来自AC定子绕组的旋转场更低的速度旋转。为了限制这个电压和保护DC场绕组的绝缘，能引入晶闸管，以使DC场绕组短路。在加速期间，这将使高电流流过DC场绕组。这个电流对起动扭矩有不利影响，并且通常用场放电电阻器来限制电流。

上述种类的同步马达在现有技术中是完全已知的，例如参见EP 1 071 192 B1；US3,354,368；US 3,959,702；US 4,038,589；以及US 4,422,028。

AT334469公开了一种场放电电阻器，当跨过场放电电阻器的电压超过预先确定的阈值时，场放电电阻器被绕过。在马达的同步运行期间，在DC场绕组被DC通电时，根据AT334469的场放电电阻器始终导致损耗。

在传统的实践中，起动电阻器单独地安装在机器的转子本身上，或者在一些情况下，安装在马达的外部。在任一种情况下，对其使用的起动电阻器都较大、较重和较昂贵。对于20MW马达，典型的旋转起动电阻器的功率可为1MW，并且即使工作时间短，例如10-20秒，仍然散发大量的热能。需要某个重量的电阻材料来避免起动电阻器的过热，因为冷却时间太短，以至于不能将热传递离开起动电阻器。

进一步，必要的安装设施和空间要求使机械设计复杂化，尤其是在起动电阻器安装在转子上时。这在无刷同步马达的情况下特别不利，其中，激励系统和起动控制器完全承载在转子上，并且还要将起动电阻器安装在转子上的必要性涉及很大的困难，并且导致转子尺寸大且成本高。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种改进的同步电动马达。

本发明的进一步目标是提供一种用于起动同步电动马达的改进的方法。

这些目标通过根据本申请所述的装置和根据本申请所述的方式实现。

本发明基于下者的实现：通过仅在较高速度范围下，例如在马达的同步速度的大约85-95%下连接场放电电阻器，而非在整个加速时期下连接场放电电阻器，场放电电阻器的工作时间能减少到大约1/3-1/10。场放电电阻器的尺寸和重量将以类似的比例减少。此外已经认识到，利用适当拓扑结构的控制系统，能避免场放电电阻器在机器的稳态运行期间导致的损耗。