Instalación de excitación para una máquina eléctrica.

Instalación de excitación para máquinas eléctricas formadas por estator y rotor con arrollamiento de rueda polar,

en la que a través de un transmisor inductivo (5) se realiza una transmisión de energía inductiva sobre el arrollamiento (10) y está presente una electrónica de potencia (2) correspondiente, que está diseñada para una transmisión bidireccional de la potencia o bien de la energía, en la que el arrollamiento de rueda polar sobre el rotor es una inductividad supraconductora (10) formada por un arrollamiento de material supraconductor de alta temperatura (HTS), en la que en el caso de una realimentación y fallo simultáneo de la tensión de la red, la electrónica de potencia es alimentada desde la inductividad supraconductora (10).

Instalación de excitación para una máquina eléctrica

La invención se refiere a una instalación de excitación para una máquina eléctrica de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente. En particular, la máquina eléctrica es una máquina síncrona, que utiliza como arrollamiento de rueda polar con preferencia, por no exclusivamente, una inductividad supraconductora.

En máquinas eléctricas con parte secundaria (rotor) excitada y movida eléctricamente, como especialmente en máquinas síncronas (SM), se pueden reducir de manera más ventajosa a un mínimo las pérdidas del excitador a través de la realización del arrollamiento de excitador como arrollamiento supraconductor de alta temperatura (HTS = Hight Temperature Superconductor). Pero a tal fin es necesaria la refrigeración de los supraconductores a una zona de temperatura inferior a 8K, es decir, inferior a la temperatura de nitrógeno líquido.

En el caso de una formación con supraconductores, hay que evitar cada entrada de calor, a ser posible, a través de contactos mecánicos. Los contactos mecánicos, como anillos de fricción o similares, son costosos en virtud del mantenimiento necesario y, además, son propensos a desgaste. Por este motivo, la potencia del excitador, la información de supervisión y la información de regulación son transmitidas de manera más ventajosa sin contacto, es decir, por inducción sobre el rotor. Durante el funcionamiento de la máquina se requiere convertir la energía de desconexión durante la desmagnetización de los arrollamientos de campo en la máquina en calor.

Las instalaciones de excitación conocidas para un arrollamiento supraconductor están constituidos con preferencia por un trayecto de transmisión de energía sin contacto, por un recorrido de transmisión de señales de control o de señales de regulación sin contacto hacia una unidad de control y de regulación estacionaria, así como por un miembro de regulación para la impresión de una tensión y un circuito de marcha libre. El transmisor trabaja en este caso especialmente por inducción.

Con el documento EP 1 247 324 B1 se propone una transmisión de energía inductiva unidireccional, en la que está presente un "transmisor rotatorio" que está constituido por dos núcleos de cáscara con arrollamientos anulares y conducción de flujo axial como medios de funcionamiento inductivo. En este caso, los núcleos de cáscara se mueven uno hacia el otro alrededor del eje común.

Los medios de funcionamiento que trabajan por inducción se describen en detalle en la disertación: Albert Esser: "Berührungslose, komblnlerte Energie- und Informationsübertragung für bewegliche Systeme" ISBN 3-8673-46-; ISEA, RWTH Aachen 1992. Las explicaciones presentadas allí tienen como finalidad una transmisión de energía y de datos bidireccional sin contacto en articulaciones de robot.

Se conoce, además, a partir del documento DE 41 33 1 A1 una "transmisión fotoeléctrica" para la transmisión tanto de energía como también de datos. Mientras que la transmisión de energía posee una densidad de potencia deficiente, se pueden transmitir datos de manera insensible a interferencias y libres de potencial. Tales sistemas se pueden adquirir en el comercio. Una transmisión de energía unidireccional para la excitación de un arrollamiento supraconductor requiere para la desconexión una resistencia pasiva sobre el rotor refrigerado, que convierte la energía de excitación en calor, que debe ser disipado. Tanto la entrada de calor como también la excitación que se atenúa exponencialmente pasivamente no son en este caso deseables.

Se conoce a partir del documento US 6.362.588 B1 una instalación de excitación, con la que se regula la corriente de magnetización de una bobina supraconductora en un rotor criogénico de una máquina eléctrica. En este caso, se transmite la energía necesaria por inducción desde el estator sobre el rotor.

Se conoce a partir del documento DE 1237779 un circuito de excitación de arrollamiento del motor con un transformador y un circuito convertidor que puede ser accionado bidireccionalmente, que presenta al menos dos fases de transformador, que son accionadas desplazadas en el tiempo, para conseguir un consumo de potencia continuo desde una fuente de energía y una buena compatibilidad electromagnética.

Partiendo del último estado de la técnica, el cometido de la invención es crear una instalación de excitación mejorada para un arrollamiento utilizable en máquinas eléctricas.

El cometido se soluciona de acuerdo con la invención a través de las características de la reivindicación 1 de la patente. Los desarrollos ventajosos son objeto de las reivindicaciones dependientes.

La invención se refiere especialmente a una máquina síncrona con un arrollamiento de rueda polar supraconductor de material supraconductor de alta temperatura.

Con la invención se realiza especialmente una transmisión de energía bidireccional a través de un transmisor inductivo rotatorio. El transmisor inductivo está constituido en este caso de manera más ventajosa de núcleos de cáscaras y de un miembro de regulación de la tensión apropiado sobre el rotor.

Con la instalación de excitación de acuerdo con la invención se alimenta directamente una inductividad supraconductora. De manera más ventajosa, en este caso se puede imprimir en la inductividad supraconductora una tensión bipolar. Si esta tensión posee un valor constante, se puede excitar y desconectar, respectivamente, la inductividad supraconductora de manera lineal correspondiente.

De acuerdo con la invención, para el caso de la realimentación en el caso de fallo simultáneo de la tensión de la red, se posibilita la alimentación de la electrónica de control y, dado el caso, de otros aparatos eléctricos temporalmente a partir de la inductividad supraconductora. Por lo tanto, de manera más ventajosa, no es necesario un suministro de corriente (USV) separado libre de interrupción. Además, a través de la realimentación de la energía de excitación se puede evitar una entrada de calor no deseada en el sistema refrigerado durante la desmagnetización.

En la invención, el transmisor rotatorio, en virtud de un aprovechamiento empeorado, no necesita ser accionado en el circuito de punto medio. Para una buena densidad de potencia del transmisor inductivo se recomienda la transmisión con frecuencia media, en determinadas circunstancias, a ser posible resonante, de manera que los componentes son pequeños.

Por lo tanto, en general, a través de la invención es posible una excitación activa y también una desconexión de bobinas de rueda polar especialmente supraconductoras para una máquina síncrona eléctrica. En este caso no tiene lugar ninguna entrada de calor elevada en el sistema refrigerado. Adicionalmente, en el caso de fallo de la tensión de la red, resulta una función-USV.

Otros detalles y ventajas de la invención se deducen a partir de la descripción siguiente de las figuras de un ejemplo de realización con la ayuda del dibujo en combinación con las reivindicaciones de la patente. La figura única muestra la configuración del circuito de una instalación para la excitación y desconexión, respectivamente, bidireccional especialmente de una bobina supraconductora.

En la figura, el circuito está constituido, en particular, por un convertidor 2 siguiente formado por rectificador 3 siguiente y electrónica correspondiente. Además, está presente un transmisor inductivo 5, cuyo circuito equivalente se representa como transformador sin contacto en la ampliación A.

En el transmisor 5 se conecta en el lado secundario un circuito de excitación 6 con previsión o bien ajuste de la tensión para una inductividad. La inductividad está formada por una bobina de material supraconductor, en particular de material supraconductor de alta temperatura (HTS), que tiene una temperatura de salto comparativamente alta.

En la figura se designa la bobina supraconductora con valor de inductividad LSc en general con 1. En paralelo con la bobina supraconductora 1 está conectado un circuito de marcha libre 11.

El circuito de marcha libre 11 está dispuesto en la proximidad inmediata del arrollamiento supraconductor 1 y es según la determinación de baja ¡mpedancia. Para el funcionamiento dinámico del campo de excitación es imprescindible un miembro de ajuste externo 7 para la preparación de una tensión bipolar en el arrollamiento supraconductor 1 en el caso de corriente de excitación unipolar. Si se produce durante la desmagnetización un fallo de la corriente en el lado primario de una instalación de excitación, entonces el arrollamiento HTS 1debe conectarse en el circuito de... [Seguir leyendo]

1.- Instalación de excitación para máquinas eléctricas formadas por estator y rotor con arrollamiento de rueda polar, en la que a través de un transmisor inductivo (5) se realiza una transmisión de energía inductiva sobre el

arrollamiento (1) y está presente una electrónica de potencia (2) correspondiente, que está diseñada para una transmisión bidireccional de la potencia o bien de la energía, en la que el arrollamiento de rueda polar sobre el rotor es una inductividad supraconductora (1) formada por un arrollamiento de material supraconductor de alta temperatura (HTS), en la que en el caso de una realimentación y fallo simultáneo de la tensión de la red, la electrónica de potencia es alimentada desde la inductividad supraconductora (1).

2.- Instalación de excitación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque en la inductividad supraconductora (1) se puede imprimir una tensión bipolar (Ulsc).

3.- Instalación de excitación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque otros aparatos eléctricos se 15 pueden alimentar desde la inductividad supraconductora (1).

4.- Instalación de excitación de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque para una buena densidad de la potencia del transmisor inductivo (5) se realiza la transmisión con frecuencia media, con preferencia en sintonía resonante.