專利名稱：有待電連接至負載的交流發電機的制作方法
技術領域：
本實用新型的主題是一種同步電機。
背景技術：
隨著使用日益強大的交流發電機的發電廠的發展，確保盡可能快的負載加載或者負載消減已經變得至關重要。這已經導致了就電磁設計而言日益復雜的電機。在這種背景下使用了日益強大的計算機。已知的同步發電機是由輸出至一個二極管電橋的一個繞線式勵磁發電機和一個主電機構成的。勵磁電樞的電壓經過調節并且用于為該主電機的旋轉場供電，因而使之有可能產生該設施所需要的電壓。這個電壓是借助一個電壓調節器來控制的，該電壓調節器 根據該主電機的輸出電壓向勵磁電感器供應勵磁電流。這種勵磁能量是通過對來自該主電機或來自放置在該主電機的槽口中的多個輔助繞組的電壓進行分接來供應的，抑或另外通過使用具有多個永磁體的、與主電機安裝在相同的軸上的一個電機來供應的。從美國專利6，362，588已知，使用一個傳輸(具有非正弦形式的)控制信號的系統來調節一個同步電機的電壓。這個系統不是很可靠，因為它要求多個同步信號，這些同步信號在勵磁發電機的情況下有非常多的諧波，從而不可避免地導致同步困難而影響這種解決方案的魯棒性。有可能的是減小勵磁發電機的影響以便使該電機作為一個整體而獲得一種更好的動態特性。就該電機的內在結構而言，并不需要很多工作，工作主要被集中在調節部分上，為此使用了新的、所謂的現代控制規律。存在著進一步提高交流發電機的性能水平的需求，特別是在負載大幅減小的過程中進一步提高交流發電機的性能水平的需求。
實用新型內容本實用新型旨在至少部分地響應于這種需求，并且根據其多個方面之一，憑借有待電連接至負載的交流發電機而實現了這種需求，該交流發電機包括轉子，包括旋轉場，勵磁電樞，耗散性部件，以及切換系統，該切換系統使之有可能將該旋轉場選擇性地連接至該勵磁電樞上和選擇性地連接至該耗散性部件，以及控制器，該控制器控制該切換系統以便調節該旋轉場中的電流，并且響應于對該交流發電機所應用的負載的減小而將該耗散性部件連接至該旋轉場，以耗散該旋轉場中存儲的感應能量。本實用新型使之有可能在負載大幅減小時顯著改善該交流發電機的響應時間。憑借本實用新型，旋轉場中的電流非常迅速地被降低，并且在負載減小時的電壓過沖也被顯著地降低。該耗散性部件優選地是純電阻性的。在多種變體中，該耗散性部件具有任何類型，本實用新型不限于一種具體類型的耗散性部件。該控制器可以包含到該轉子之中。在一種變體中，該控制器未包含到該轉子之中。該轉子優選地包括一個整流器，該整流器從該勵磁電樞處向直流總線供電，而該切換系統被連接至該直流總線。這個直流總線可以包括濾波電容器，該濾波電容器具有小于30 μ F/kW勵磁功率 的電容。與已知的電力電子結構不同，通過使用這個耗散性部件來耗散能量，使用了一個非常小的濾波電容器。在一種變體中，這個直流總線是未濾波的。這個切換系統包括多個可開關的電子部件，例如像多個IGBT晶體管。這個切換系統優選地包括輸出至該旋轉場的二象限H構形橋。可以將電流傳感器布置在轉子上以便測量旋轉場中的電流并將適當測量的電流傳輸至控制器和/或傳輸至電壓調節器。該電流傳感器可以具有任何類型，特別是霍爾效應或感應性傳感器。可以將用于旋轉場的溫度傳感器布置在轉子上。這個交流發電機包括定子，該定子包括勵磁電感器，該勵磁電感器可以包括多個永磁體。在一種變體中，該勵磁電感器是繞線式的。這個定子優選地包括電壓調節器，該電壓調節器可以由電壓調節模塊和直流電流發生器組成。定子的電壓調節器優選地通過脈寬調制作用在轉子的切換系統的這些可開關的電子部件上。在勵磁電感器是繞線式的情況下，電壓調節器還使之有可能向該電機的勵磁發電機供應充足的電流以便確保過載模式運轉并且同時避免勵磁發電機的過熱。在這種情況下，這種調節被稱作是雙功能的。在一種變體中，電壓調節器被放置在遙控柜中。根據本實用新型的一種交流發電機可以包括布置在轉子的控制器與定子的電壓調節器之間的一種用于無線傳輸的系統，從而使之有可能避免使用一些環和刷，這些環和刷壽命可能是有限的并且涉及很多維修要求。這種無線傳輸系統可以由兩個傳輸模塊(一個布置在轉子上，另一個布置在定子上)以及連接所述模塊的多條無線傳輸通道構成。借助該雙向無線傳輸系統，可以將旋轉場中的電流的值(由轉子的電流傳感器所測量)傳輸至定子的電壓調節器。通過無線傳輸系統可以將由轉子的溫度傳感器所測量的旋轉場的溫度值傳輸至電壓調節器。這種信息可以用于監控該電機的正確運轉的目的。由該無線傳輸系統傳輸和接收的信息可以是處于二進制形式。本實用新型不限于一種具體的數據編碼。轉子和控制器的傳輸模塊優選地是通過對由整流器整流的電壓能量的一部分進行分接來供電的。當交流發電機啟動時，可以存在控制裝置以便將所有電子部件初始化，從而使之有可能確保該主電機的輸出電壓的逐漸遞增。可以根據電機的要求來調節啟動時間。憑借這個裝置，可以在I秒和180秒之間的時間間隔上實施電壓增加梯度。這就允許了一種逐漸的啟動并且減少了驅動該電機的馬達停轉的風險。控制器可以被布置成控制切換系統以便通過脈寬調制來調節旋轉場中的電流。脈寬調制的占空比可以是主電機的輸出電壓以及旋轉場中的電流值的函數。在負載大幅減小的情況下，控制器可以減小脈寬調制的占空比，并且可以將耗散性部件連接至旋轉場，以便耗散所述場中存儲的感應能量。這種感應能量在耗散性部件中能夠以熱量的形式被耗散，并且當存在濾波電容器時，可以將一個較小的部分存儲在該濾波電容器中。優選地，耗散性部件至旋轉場的連接是在脈寬調制的占空比為零時建立的、并且在此占空比重新變成非零時停止。根據本實用新型的另一方面，本實用新型的另一主題是一種用于縮短在上文中定義的交流發電機的負載消減響應時間的方法，在該方法中響應于檢測到對該交流發電機應用的負載的減小，控制器作用于切換系統，以便將旋轉場連接至耗散性部件，以此耗散旋轉場中存儲的感應能量。本實用新型的上述所有特征對于該方法均有效。
通過閱讀以下對本實用新型實施方式的非限制性實例的說明并且通過研究附圖，可以更好地理解本實用新型，在附圖中圖I是根據現有技術的一種交流發電機的示意性圖示，圖2是根據本實用新型的一種交流發電機的示意性圖示，圖3是根據本實用新型的一種交流發電機的示意性局部圖示，圖4A展示了根據本實用新型的交流發電機在正常運轉情況下的運轉，并且圖4B展示了根據本實用新型的交流發電機在負載大幅減小的情況下的運轉。
具體實施方式
如圖I中所展示的，根據現有技術的一種交流發電機連接至一個負載8上，并且包括一個繞線式勵磁發電機2a、2b，它輸出至一個由雙交變二極管電橋組成的整流器3，以及一個主電機4、5。勵磁電樞2a的整流的電壓用于為該主電機的旋轉場4供電。這個電壓是由一個電壓調節器7控制、由一個電源12供電、并且根據主電機4、5的輸出電壓向勵磁電感器2b供應勵磁電流。如圖2中所表示的，根據本實用新型的交流發電機I包括一個轉子6和一個定子9，該交流發電機可以連接至一個負載8。轉子6包括一個旋轉場4和一個勵磁電樞2a。轉子6包括一個由雙交變二極管電橋組成的整流器3，從而從這個勵磁電樞2a為一個直流總線26供電，而這個直流總線上連接了一個切換系統11。在所說明的實例中，直流總線26包括一個濾波電容器21，該濾波電容器的電容量是(例如)小于30 μ F/kff的勵磁功率。在未展示的一個變體中，直流總線26是未濾波的。轉子6包括一個耗散性部件20，該耗散性部件在所說明的實例中是純電阻性的。如所展示的，可以由三個可開關的電子部件22、23、24(例如IGBT晶體管)以及兩個二極管27和28構成的這個切換系統11使之有可能選擇性地將旋轉場4連接至勵磁電樞2a或者連接至耗散性部件20。在圖2所展示的實例中，這個切換系統11包括輸出至旋轉場4的一個二象限H構形橋，該二象限H構形橋由二極管27、28以及可開關電子部件22和24構成。交流發電機I還包括一個用于控制切換系統11的控制器13，以便通過脈寬調制來調節旋轉場4中的電流I。。脈寬調制的占空比α是主電機輸出電壓的函數，以便盡可能地將該交流發電機傳遞的電壓維持在一個預先限定的值上。
·[0062]在所描述的實例中，控制器13包含到轉子6中并且隨其一起旋轉。在未展示的一種變體中，控制器13未包含在轉子6中，而是(例如)布置在一個遙控柜中或者附接到定子上。在所展示的實例中，轉子6包括一個電流傳感器10用于測量旋轉場4中的電流Irp0電流Iip的適當測量的值被傳輸至控制器13。電流傳感器10可以是一種霍爾效應傳感器，但是本實用新型不限于一種具體類型的電流傳感器。如所展示的，旋轉場4的溫度傳感器25可以布置在轉子6上。溫度Tip的適當測量的值被傳輸至控制器13。如圖3中所展示的，交流發電機I包括在定子9上的一個勵磁電感器2b以及連接至負載8上的主電機的電樞5。定子9是由電源12供電的。在所描述的實例中，勵磁電感器2b是繞線式的。在未展示的一種變體中，勵磁電感器2b包括多個永磁體。在圖3中可以看到定子9包括一個電壓調節器16，該電壓調節器由一個電壓調節模塊17和一個直流電流發生器18構成。在這種變體中(未展示)，其中勵磁電感器2b包括多個永磁體，電壓調節器16僅由一個電壓調節模塊17組成。一個RF無線傳輸系統被布置在交流發電機I的轉子6的控制器13與定子9的電壓調節器16之間。該無線傳輸系統由布置在轉子6上一個傳輸模塊14、布置在定子9上的一個傳輸模塊19以及連接所述模塊的多個無線傳輸通道15組成。在傳輸模塊14和15之間所交換的數據是數字式的，并且(例如)是按三個字節或24位編碼的。旋轉場4中的電流Iip的值(由轉子6的電流傳感器10所測量)由無線傳輸系統
14、15、19傳輸到定子9的電壓調節器16。旋轉場4的溫度的值Tip (由位于轉子6上的溫度傳感器25所測量)由無線傳輸系統14、15、19傳輸到位于定子9上的電壓調節器16。轉子6的傳輸模塊14和控制器13是通過對由整流器3整流的電壓的一部分能量進行分接來供電的。在交流發電機I的啟動過程中，一個控制裝置(未展示)將所有電子部件初始化并且確保在主電機的輸出電壓中的一種逐漸的遞增。在圖4A所展示的交流發電機I的正常運轉中，也就是說，在負載8沒有任何減少的情況下，如所展示的那樣，自整流器3輸出的電壓為旋轉場4供電，并且電流在可開關的電子部件24中循環。可開關的電子部件22處于導通模式，而可開關的電子部件23被截止。耗散性部件20和濾波電容器21未被連接至旋轉場4。在這種運轉模式下，切換系統11通過控制器13的控制使之有可能通過調節向旋轉場供電的電流的占空比來圍繞一個設定點值調節交流發電機I的輸出電壓。在負載8減小的情況下(如圖4B所展示的)，控制器13根據該交流發電機的輸出電壓減小占空比α。當占空比α變為零時，可開關的電子部件22被截止，而可開關的電子部件23是處于導通模式。 控制器13因此將耗散性部件20連接至旋轉場4，以便耗散所述旋轉場中存儲的感應能量。感應能量在耗散性部件20中以熱量的形式被耗散，并且該能量的一部分存儲在電容器21中。耗散性部件20至旋轉場4的連接是在控制可開關的電子部件24的脈寬調制的占空比α為零時建立的、并且當該占空比α再次變成非零時停止。例如，無線傳輸模塊14接收來自可開關的電子部件24的處于二進制形式的切換命令。這一信息被發送至控制器13，該控制器生成用于切換系統11的脈寬調制。本實用新型并不限于已描述的這些實例。除非另行指明，表述“包括一個/種”應被理解成與“包括至少一個/種”是同義的。
權利要求1.一種有待電連接至負載(8)的交流發電機(1)，該交流發電機包括 轉子(6)，包括 旋轉場(4)， 勵磁電樞(2a)， 耗散性部件(20)，以及 切換系統(11)，該切換系統(11)使得能夠將該旋轉場(4)選擇性地連接至該勵磁電樞(2a)和選擇性地連接至該耗散性部件(20);以及 控制器(13)，該控制器(13)控制該切換系統(11)以便調節該旋轉場(4)中的電流(Irp),并且響應于對該交流發電機(I)所應用的負載(8)的減小而將該耗散性部件(20)連接至該旋轉場(4 )，以耗散該旋轉場中存儲的感應能量。
2.根據權利要求I所述的交流發電機，該耗散性部件(20)是純電阻性的。
3.根據權利要求I或2所述的交流發電機，該控制器(13)包含在該轉子(6)之中。
4.根據權利要求I所述的交流發電機，該轉子(6)包括整流器(3)，該整流器(3)從該勵磁電樞(2a)向直流總線(26)供電，該切換系統(11)被連接至該直流總線(26)。
5.根據權利要求4所述的交流發電機，該直流總線(26)包括濾波電容器(21)，該濾波電容器(21)優選地具小于30 μ F/kff勵磁功率的電容。
6.根據權利要求4所述的交流發電機，該直流總線(26)是未濾波的。
7.根據權利要求I所述的交流發電機，該切換系統(11)包括輸出至該旋轉場(4)的H構形橋。
8.根據權利要求I所述的交流發電機，包括電流傳感器(10)，該電流傳感器(10)用于測量該旋轉場(4)中的電流(Inj)并且用于將適當測量的電流(Inj)的值傳輸至該控制器(13 )和/或傳輸至電壓調節器(16 )。
9.根據權利要求I所述的交流發電機，包括勵磁電感器(2b)，該勵磁電感器(2b)包括多個永磁體。
10.根據權利要求I所述的交流發電機，包括繞線式勵磁電感器(2b)。
11.根據權利要求3所述的交流發電機，包括位于該控制器(13)與該交流發電機(I)的定子(9)處的電壓調節器(16)之間的無線傳輸系統(14，15，19)。
12.根據權利要求11所述的交流發電機，包括用于該旋轉場(4)的溫度傳感器(25)，由該無線傳輸系統(14，15，19)將所測量的值( ；ρ)傳輸到該定子(9)的電壓調節器(16)。
13.根據權利要求I所述的交流發電機，該控制器(13)被布置成控制該切換系統(11)以便通過脈寬調制來調節該旋轉場(4)中的電流(Inj)。
14.根據權利要求13所述的交流發電機，其中該耗散性部件(20)至該旋轉場(4)的連接是在該脈寬調制的占空比(α )為零時建立的并在該占空比再次變為非零時停止。
專利摘要本實用新型涉及一種有待電連接至負載上的交流發電機(1)，該交流發電機包括轉子，該轉子包括旋轉場(4)，勵磁電樞(2a)，耗散性部件(20)，和切換系統(11)，該切換系統使之有可能將該旋轉場(4)選擇性地連接至該勵磁電樞(2a)和選擇性地連接至該耗散性部件(20)上；以及控制器(13)，該控制器控制該切換系統(11)以便調節旋轉場(4)中的電流，并且，響應于對該交流發電機(1)應用的負載的減小而將該耗散性部件(20)連接至該旋轉場(4)，以耗散該旋轉場中存儲的感應能量。
文檔編號H02P9/30GK202586683SQ201120512609
公開日2012年12月5日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年6月15日
發明者埃米爾·穆尼, 塞繆爾·莫澤 申請人:利萊森瑪電機公司