[发明专利]用于检测电动发电机中电学短路状况的设备、系统及方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及电动发电机(dynamo-electric machine)，更具体而言涉及检测由直流(DC)电压激励的电动发电机的绕组中的电学短路情况。

背景技术

例如DC机或同步机的特定类型的电动发电机包括由DC电压激励的场绕组(field winding)。同步机为双重激励电动发电机，其中转子承载由DC源激励的场绕组。场绕组中的电流或场电流(field current)取决于电枢电流和栅极电压。激励控制器通过控制场绕组两端的电压来提供对场电流的控制。场电流的目的是产生链接定子绕组的通量，以感应电动势(emf)用于产生电力。

图1示出凸极式同步机的典型矢量图，其中Vt和Ia分别表示工作时的定子电压和定子电流，δ表示功率角、表示功率因数角。Id和Iq表示沿直轴(d轴)和正交轴(q轴)的各个电流分量。Xd和Xq分别表示沿d轴和q轴的同步电抗。X1表示漏电抗，Em表示漏电抗后面的总emf，以及E表示特定工作状态下感应的总emf。

随着时间过去，电动发电机(例如用于发电的发电机)越来越容易受场绕组(例如短路线匝)短路情况的影响，这种情况对机器工作产生有害影响。传统上，通过在工作于不同负载时周期性测试发电机，由此确定短路线匝。然而，这种测试需要发电机在进行该测试时工作于次最优模式或者完全离线。通过监测由插入于发电机的转子和电枢之间气隙内的通量探针所提供的通量密度，可以实现对短路线匝的在线测试。通量探针测试可能需要在长时间阶段内以及宽的负载范围内监测发电机。然而，通量探针监测系统极为昂贵且对得到的通量密度数据的解译相对主观。

发明内容

在一示例实施例中，本发明包括一种用于检测电动发电机中的电学短路情况的方法。该方法包括响应于该电动发电机的至少一个输出信号来确定该电动发电机的工作参数，以及提供传递函数用于预测电动发电机的场电流。该方法还包括根据该传递函数和该工作参数获得该电动发电机的预测场电流的值，以及响应于该电动发电机的预测场电流值和实际场电流值之间的差来识别该电动发电机的短路线匝情况。

在另一示例实施例中，本发明包括用于检测电动发电机中的电学短路情况的设备。该设备包括用于接收电动发电机的至少一个输出信号和该电动发电机的实际场电流的处理器。该设备还包括可与该处理器一起工作的编程逻辑，用于响应于该电动发电机的至少一个输出信号来确定该电动发电机的工作参数，提供用于预测电动发电机的场电流的传递函数，根据该传递函数和该工作参数获得该电动发电机的预测场电流的值，以及响应于该电动发电机的预测场电流的值和实际场电流的值之间的差值来识别该电动发电机的短路线匝情况。

在另一示例实施例中，本发明包括用于检测电动发电机中的电学短路情况的系统。该系统包括工作参数计算器，用于响应于该电动发电机的至少一个输出信号来确定该电动发电机的工作参数；以及函数发生器，用于提供将场电流与由该电动发电机产生的电动势相关联的传递函数。该系统还包括场电流预测器，用于根据该传递函数和该工作参数获得该电动发电机的预测场电流的值；以及残值(residual)分析器，用于确定该电动发电机的预测场电流值和实际场电流值之间的差值。

附图说明

在结合附图阅读下述详细描述时，将更容易理解本发明的这些和其他特点、方面及优点，附图中的相同符号表示相同的部件：

图1示出凸极同步机的典型矢量图；

图2示出用于检测电动发电机中的电学短路情况的方法的示例性实施例的流程图；

图3示出将场电流与电动势关联的示例性气隙传递函数；

图4示出将场电流与电动势关联的示例性磁饱和传递函数；

图5示出有助于理解如何确定预测场电流的图示；

图6示出用于检测电动发电机中电学短路情况的示例性系统的功能性方框图；以及

图7示出使用本发明的实施例来确定具有短路线匝情况的发电机的示例性验证结果的表。

具体实施方式