專利名稱：調(diào)節(jié)發(fā)電機組的交流發(fā)電機的輸出電壓的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及對發(fā)電機組中的交流發(fā)電機的調(diào)節(jié)。
背景技術(shù)：
一個發(fā)電機組由一個發(fā)動機以及一個交流發(fā)電機的組件構(gòu)成。為了提供一個額定電壓以及頻率，發(fā)動機和交流發(fā)電機都裝備有調(diào)節(jié)裝置。發(fā)動機裝備有被整合到該發(fā)動機的燃料噴射系統(tǒng)中的一個電子速度調(diào)節(jié)器。除其它之外，發(fā)動機速度的調(diào)節(jié)會取決于發(fā)動機軸的旋轉(zhuǎn)速度的測量值，例如通過一個傳感器對每時間單位內(nèi)一個有齒的環(huán)齒輪在該傳感器前面經(jīng)過的齒數(shù)進行計數(shù)。通過由這個傳感器發(fā)送的信號，速度調(diào)節(jié)器的噴射計算機確定了燃料噴射水平從 而將速度保持在一個預(yù)定值上，但是并不具有施加到該發(fā)動機上的負載水平的直接知識，因為還不存在經(jīng)濟的手段來用于將這個負載水平告知計算機。施加到發(fā)動機上的負載的每個變化，無論它是增加還是減少，均會導(dǎo)致這個發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)的瞬時減少或增加，而速度調(diào)節(jié)器試圖通過一個適當(dāng)?shù)膰娚渌絹韺ζ溥M行校正。在已知的發(fā)電機組中，僅僅是通過速度和噴射水平的知識，該調(diào)速器就確定了施加到發(fā)動機上的這個負載水平。對發(fā)動機所要求的扭矩C是直接與交流發(fā)電機的輸出處的電流I成比例的。實際上，發(fā)動機的功率P的定律為P = C.w,其中，w是發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度。交流發(fā)電機的功率定律P為
P= U.I.cos(fp) ■>其中，U是交流發(fā)電機的輸出電壓，并且爐是電流I與電壓U之間的相移。發(fā)動機和交流發(fā)電機是機械式連接的，對于在偶聯(lián)效率之內(nèi)，它就有可能寫為
C.w = U.I.cos((p)。在一個大的有效負載的施加過程中，變得接近于1，并且交流發(fā)電機的電壓下降。交流發(fā)電機裝備有一個電壓調(diào)節(jié)器，該電壓調(diào)節(jié)器通過在磁極輪中增加電流而迅速校正這個電壓下降。負載的這種變化還導(dǎo)致速度的下降，因為對發(fā)動機所要求的扭矩C增大了。發(fā)動機沒有能力立即響應(yīng)這個需求，其速度w下降，這是因為扭矩C的一部分是從旋轉(zhuǎn)動能的儲備中抽取的。實質(zhì)上，發(fā)動機增加速度的方式是以這個電壓調(diào)節(jié)器如何快速地將幫助施加到發(fā)動機上為條件的。渦輪增壓器發(fā)動機正被越來越多地使用在發(fā)電機組中。這種類型的發(fā)動機的一個缺點是如果渦輪增壓不能正確地被啟動那么它的性能會降級。現(xiàn)在，負載的大量增加會傾向于就發(fā)動機的正確運行而言使得發(fā)動機過度減速。在怠速運行的過程中，進氣口的壓力是接近于大氣壓力的，而一旦負載的增加被施加到發(fā)電機組上，發(fā)動機的速度就下降到這樣一個點上，即盡管有速度調(diào)節(jié)器在噴射系統(tǒng)上的反作用，排氣流仍不足以將這些渦輪增壓器的這個或這些渦輪啟動到它們的運行狀況中。于是它們沒有能力使進氣壓力增加，而這種增加是為了使該發(fā)動機有能力加速并且恢復(fù)到其額定速度所要求的。因此，存在一個不返回的點，這里要求避免達到這個點。在一種已知的方式中，這種發(fā)動機幫助被施加在發(fā)動機的速度已經(jīng)下降并且其速度已經(jīng)下落低于某一數(shù)值時。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)電機組的額定運行點100表示在圖I的曲線上，例如，如圖所示，與交流發(fā)電機的輸出處的、等于400V的電壓Un以及等于50Hz的額定頻率Fn相對應(yīng)。當(dāng)負載出現(xiàn)增加時，發(fā)動機的速度w下降，頻率F在被稱為“拐點(elbow) ”的點101處達到了一個例如為48Hz的閾值。在這個已知的解決方案中，于是施加了這種發(fā)動機幫助，從而使之有可能根據(jù)不同的過程來對發(fā)動機卸載，因此它盡可能快速地恢復(fù)了其設(shè)定點速度。僅在發(fā)動機速度已經(jīng)下降之后施加這種發(fā)動機幫助是不利的，這是因為除其它之夕卜，發(fā)動機將會在啟動其渦輪增壓器、減小排氣流、以及在恢復(fù)一個適合于使速度增加的進氣壓力方面具有更多的困難。此外，在額定運行點100與點101之間，對發(fā)動機所要求的扭矩已經(jīng)增加，已經(jīng)響應(yīng)了調(diào)節(jié)規(guī)則的這個電壓調(diào)節(jié)器就有可能使電壓U保持恒定。在圖2中表示了隨時間t (用秒來表達)變化的三條曲線102、103和104，曲線102表示與發(fā)動機的速度w相關(guān)的頻率F，曲線103表示交流發(fā)電機的輸出電壓U并且曲線104表示電流I。電壓U(如在曲線102、103和104的放大部分中展示的)僅僅在頻率F已經(jīng)在這個點101下方經(jīng)過時才下降。這種反應(yīng)延遲對于使發(fā)動機速度增加是不利的。除了其它以外，對于發(fā)電機組通常要求的指標(biāo)是ISO標(biāo)準(zhǔn)8528的G2指標(biāo)。除其它之外，這些指標(biāo)規(guī)定了有待施加到發(fā)電機組上的負載相對于其額定功率的百分比，從而使得它不會下降到其額定速度的10%之下以及其額定電壓的20%之下。對于一個給定的發(fā)電機組，有待施加的負載的百分比越高，這個機組就越好?；谝环N速度的測量，已知的發(fā)動機幫助的這種反應(yīng)延遲不會致使這個系統(tǒng)最佳并且就負載的大量增加而言不會允許這個發(fā)電機組將其速度下降控制在以上指標(biāo)所允許的10%之內(nèi)。從專利US 5 703 410中已知，基于交流發(fā)電機的輸出處的矯正的電壓的知識來監(jiān)測交流發(fā)電機的勵磁電流以及燃料噴射。從申請EP I 938 447中也已知，當(dāng)檢測到一個負載變化時，通過監(jiān)測裝置發(fā)送一個控制信號(它代替了速度調(diào)節(jié)器的輸出信號)來控制發(fā)電機組的燃料吸入致動器。

實用新型內(nèi)容存在著一種要求來進一步改進發(fā)電機組的性能，尤其是在負載增加的過程中，以便除其它之外協(xié)助渦輪增壓器發(fā)動機的使用。[0030]本實用新型的目的在于至少部分地應(yīng)對這種要求并且將其實現(xiàn)，根據(jù)其多個方面的一個，這是通過一種對發(fā)電機組的交流發(fā)電機的輸出電壓進行調(diào)節(jié)的方法，該發(fā)電機組包括對所述交流發(fā)電機 進行驅(qū)動的發(fā)動機，該交流發(fā)電機包括具有磁極輪的轉(zhuǎn)子，該方法包括以下步驟檢測該交流發(fā)電機的輸出處的功率增加，并且在檢測到增加的情況下，改變這個磁極輪中電流的值，以便暫時性地使交流發(fā)電機的輸出電壓達到一個值，這個值低于檢測到這個功率增加之前的值，以此來減小對發(fā)動機所要求的扭矩水平，優(yōu)選地是在發(fā)動機速度已經(jīng)下降之前。通過本實用新型，磁極輪中的電流甚至在低施加負載的情況下也被適當(dāng)?shù)亟档?，并且在為增加該發(fā)動機的功率而要求的時間段上該發(fā)動機扭矩以一種適當(dāng)?shù)姆绞奖粶p少。交流發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)器可以在任何時候觀察施加到這個發(fā)電機組上的負載水平并且非?？焖俚赜嬎阌泄β实姆蓊~。在本實用新型中，由此可以通過了解被施加到發(fā)電機組上的負載的功率來進行調(diào)節(jié)。因此，一旦該負載增加，就可以將一種校正作用施加到發(fā)電機組上。發(fā)電機組的性能得到增強而其特性沒有任何其它改變。在對經(jīng)過這個交流發(fā)電機的主電樞繞組的電流進行測量的電流傳感器的幫助下、以及在交流發(fā)電機的輸出處的電壓的知識的幫助下可以確定的交流發(fā)電機的輸出處的功率。這個信息被傳輸?shù)浇涣靼l(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)器的計算機上，該計算機可以計算出功率以及功率的變化。這個功率可以通過電壓調(diào)節(jié)器的通常已知的電學(xué)量值來計算。通過觀察多個電學(xué)量值來檢測負載增加就允許了預(yù)期發(fā)動機的速度下降，并且使之有可能根據(jù)交流發(fā)電機的輸出電壓下降使交流發(fā)電機的輸出處的電流以及由此的對發(fā)動機所要求的扭矩的降低。速度的下降就以一種有效的方式而受到限制。磁極輪中電流的值的這種改變以及作為結(jié)果而導(dǎo)致的交流發(fā)電機電壓的下降可以取決于檢測到這種增加時已知的功率水平。知道發(fā)電機組的負載水平是有用的，在負載增加過程中，發(fā)動機在負載增加前的狀態(tài)會影響其行為，例如，進氣壓力。磁極輪中電流的或者交流發(fā)電機的輸出電壓的這種改變可以通過一種線性的或非線性的方式來取決于交流發(fā)電機的輸出處的功率相對于時間的導(dǎo)數(shù)，這個導(dǎo)數(shù)有可能持續(xù)地、以規(guī)律的間隔計算出來。隨著交流發(fā)電機的輸出處的功率變化的磁極輪中電流的值或者交流發(fā)電機的輸出電壓的值的這種演進可以遵循一個預(yù)定的控制規(guī)則，例如，在表中預(yù)先記錄的、或者根據(jù)有至少一個參數(shù)(例如，功率水平)的函數(shù)計算出。這個交電發(fā)電機的輸出可以對三相網(wǎng)絡(luò)供電，發(fā)動機的額定旋轉(zhuǎn)速度為例如1500rpm,并且交流發(fā)電機的多個相之間的額定輸出電壓是例如400V且50Hz。為了對磁極輪中的電流起作用，有可能的是在交流發(fā)電機包括勵磁機(它具有線圈式定子)時對勵磁機的勵磁電流起作用。磁極輪中電流的改變可以例如通過減少勵磁機的勵磁電流來實現(xiàn)。具體地說，在交流發(fā)電機包括勵磁機(其定子包括多個永磁體)的情況下，有可能通過以下方式對磁極輪中的電流起作用將切換系統(tǒng)安排在該轉(zhuǎn)子上使之有可能調(diào)制該磁極輪中的電流。[0043]在這樣的一個變體中，該交流發(fā)電機在該轉(zhuǎn)子處可以包括對該切換系統(tǒng)進行控制的控制器。傳輸系統(tǒng)，例如無線的，可以與位于該交流發(fā)電機的定子處的電壓調(diào)節(jié)器通信。這個電壓調(diào)節(jié)器可以控制這個切換系統(tǒng)以便用跨過磁極輪的這些端子的電壓的脈寬調(diào)制來調(diào)節(jié)。這個調(diào)節(jié)器可以隨著磁極輪電流的值或搜索到的輸出電壓的變化來改變脈寬調(diào)制的占空比。這樣一個變體使之有可能在負載變化時改進交流發(fā)電機的響應(yīng)時間。根據(jù)本實用新型的調(diào)節(jié)方法可以與旨在改進發(fā)電機組的運行的其它調(diào)節(jié)措施相組合，例如，旨在隨著發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度的變化來改變?nèi)剂蠂娚涞桨l(fā)動機中的流速或者交流發(fā)電機電壓的降低的多種措施。根據(jù)本實用新型的多個方面中的另一個，本實用新型的主題進一步是一種用于對發(fā)電機組的交流發(fā)電機的輸出電壓進行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，這個發(fā)電機組包括對所述交流發(fā)電機進行驅(qū)動的發(fā)動機，這個交流發(fā)電機包括具有磁極輪的轉(zhuǎn)子，這個系統(tǒng)被配置為檢測該交流發(fā)電機的輸出處的功率增加并且改變這個磁極輪中的電流的值，以便使這個交流發(fā)電機 的輸出電壓達到一個值，這個值低于檢測到增加之前的值。這個調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以包括計算機，這個計算機對功率相對于時間的導(dǎo)數(shù)進行計算，并且當(dāng)這個導(dǎo)數(shù)是正的或者大于某一閾值時，指示了這個交流發(fā)電機的輸出處的電壓減小以便優(yōu)選地在發(fā)動機已經(jīng)減速之前減少對發(fā)動機所要求的扭矩水平。在電壓中發(fā)生的減小可以取決于在變化之前(初始狀態(tài))測量的功率水平，這個校正量優(yōu)選是在低功率(發(fā)動機怠速)時比高功率(發(fā)動機被加載)時更高。這個調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以被整合到交流發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)器中。發(fā)動機速度調(diào)節(jié)器的運行可以完全是獨立于這個調(diào)節(jié)系統(tǒng)的。本實用新型的所有以上已經(jīng)列出的關(guān)于該方法的特征同樣認為是關(guān)于該調(diào)節(jié)系統(tǒng)的。

通過閱讀以下的實現(xiàn)方式的非限制性實例的詳細說明并且通過查看附圖可以更好地理解本實用新型，在附圖中圖I和圖2(已經(jīng)予以說明)表示多條對根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)電機組的調(diào)節(jié)進行展示的曲線，圖3表示根據(jù)本實用新型的一個發(fā)電機組，圖4表示根據(jù)本實用新型的一個交流發(fā)電機，圖5以一種示意性的方式表示了根據(jù)本實用新型的發(fā)電機組的調(diào)節(jié)鏈，并且圖6和圖7表示根據(jù)本實用新型的一種交流發(fā)電機的變體。
具體實施方式
根據(jù)本實用新型的發(fā)電機組I (圖3中展示的)包括發(fā)動機2以及交流發(fā)電機3。發(fā)動機2有利地是渦輪增壓的發(fā)動機，但是本實用新型不受限于一種具體的發(fā)動機類型。交流發(fā)電機3的輸出例如對三相網(wǎng)絡(luò)供電，發(fā)動機2的額定旋轉(zhuǎn)速度Wn是例如1500rpm，額定頻率？ 是等于例如50Hz，并且在該交流發(fā)電機的多個相之間的額定輸出電壓Un是例如400V。交流發(fā)電機3的轉(zhuǎn)子19在該說明的實例中包括整流器17，該整流器由全波二極管橋構(gòu)成，從而在勵磁機電樞7的基礎(chǔ)上為DC總線23供電。交流發(fā)電機3在定子20處包括勵磁機感應(yīng)器28并且主電樞繞組27被連接到負載30上,示意性地表示出。發(fā)動機2包括速度調(diào)節(jié)器4，該速度調(diào)節(jié)器包括噴射計算機，該噴射計算機對該發(fā)動機的燃料噴射(或者這些氣體的控制)進行計算，從而使得旋轉(zhuǎn)速度w盡可能在額定值Wn處保持恒定。發(fā)動機2包括速度傳感器5,它可以是例如感應(yīng)性的、電容性的、或者光學(xué)的。傳感器5例如被安排在由發(fā)動機2旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的有齒的環(huán)齒輪的前面，并且將多個脈沖(以與旋轉(zhuǎn)速度w成比例的頻率)發(fā)送到噴射計算機。 如在圖4中展示的，交流發(fā)電機3包括電壓調(diào)節(jié)器6，該電壓調(diào)節(jié)器包括這樣的系統(tǒng)該系統(tǒng)用于對交流發(fā)電機3的輸出電壓進行調(diào)節(jié)并且被設(shè)計為基于交流發(fā)電機3輸出處的功率的知識來檢測負載增加。該調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過與交流發(fā)電機的輸出處的多個電學(xué)的量相關(guān)的信息來計算交流發(fā)電機的輸出處的功率P，例如交流發(fā)電機的輸出處的多個相之間的電壓U以及經(jīng)過定子20的主電樞繞組27的電流，該電流是由傳感器11來確定的。該電壓調(diào)節(jié)器6可以是由具有多個永磁體9的發(fā)電機或者由任何其它裝置來供電的。該電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括計算機12 (例如基于微處理器的)，該計算機確定有待施加在磁極輪8中以便將電壓的幅值保持在設(shè)定點的值上的電流，該設(shè)定點的值默認為額定電
壓Un。該調(diào)節(jié)系統(tǒng)被配置為當(dāng)檢測到功率增加時，改變磁極輪8中電流的值，以便用此方式使得交流發(fā)電機3的輸出電壓U達到一個值，這個值低于負載增加之前的值。如在圖5中展示的，在步驟110中有功功率Ptn是在每個瞬時、處測量的，在步驟111中記錄下在瞬時V1處測量的值PtIri。導(dǎo)數(shù)dP/dt是在步驟112中計算的。在額定運行下，在不存在任何有待施加的校正的情況下，也就是說如果dP/dt是零或者小于預(yù)定閾值，該調(diào)節(jié)鏈?zhǔn)菇涣靼l(fā)電機的電壓保持在該設(shè)定點的值116處，該設(shè)定點的值是額定電壓。如果有功功率的導(dǎo)數(shù)dP/dt是正的，就在步驟114中確定有待施加到該設(shè)定點的電壓的校正量K，出于為了減小交流發(fā)電機的輸出處的電壓并且暫時性地減小對發(fā)動機所要求的扭矩的觀點，從而允許發(fā)動機更容易地加速。為了減小該輸出電壓，調(diào)節(jié)器對磁極輪中的電流起作用。由此，磁極輪中電流的值隨著有功功率的導(dǎo)數(shù)dP/dt的變化而被改變。隨著有功功率的導(dǎo)數(shù)dP/dt變化的磁極輪中的電流或者輸出電壓的這種演進遵循一個預(yù)定的控制規(guī)則，這種控制規(guī)則可以是列表的或在每個瞬時計算出的。控制規(guī)則取決于發(fā)動機及其性倉泛。磁極輪8中電流的值以及交流發(fā)電機的輸出電壓的改變是取決于交流發(fā)電機3的輸出處的有功功率的變化，并且優(yōu)選地還取決于有功功率的水平。由此，校正量K可以隨著有功功率在瞬時tn_i處的水平115的變化而得到調(diào)制。[0073]因此，功率越高，則校正量可以是越小的，因為發(fā)動機已經(jīng)具有一種允許其更好地對抗負載變化的運行方式。一旦發(fā)動機的功率已經(jīng)增加并且旋轉(zhuǎn)速度w增加，就可以再次改變磁極輪中的電流的值，以便使輸出電壓U的值回到負載增加之前的那個值，回到該額定運行點100。電壓調(diào)節(jié)器6可以按一種常規(guī)的方式對定子20處的勵磁電流起作用，從而改變磁極輪中的電流并且因此改變電壓U。在圖6和圖7表示的變體中，轉(zhuǎn)子19包括內(nèi)置的通信系統(tǒng)，并且DC總線23被連接到切換系統(tǒng)18上?？梢栽O(shè)想的是過濾電容器21。可以設(shè)想具有基于閘流晶體管的或基于三端雙向晶閘管的切換系統(tǒng)的其它裝備。切換系統(tǒng)18可以，如圖所示，由續(xù)流二極管26以及由可切換的電子部件25 (例如IGBT晶體管)形成。 控制器13控制著切換系統(tǒng)18，以便通過脈寬調(diào)制來調(diào)節(jié)磁極輪8中的電壓。脈寬調(diào)制的占空比P除其它之外還取決于主要機器的輸出電壓，以便盡可能地將交流發(fā)電機3發(fā)出的電壓保持在希望的值上。在展示的實例中，轉(zhuǎn)子19包括電流傳感器10，用于對磁極輪8中的電流進行測量。如此測量的電流的值被傳輸?shù)娇刂破?3上。在說明的這個實例中，定子20處的電壓調(diào)節(jié)器6由電源32來供電，并且勵磁機感應(yīng)器28是線圈式的。HF無線通信系統(tǒng)被安排在交流發(fā)電機3的轉(zhuǎn)子19的控制器13與定子20的電壓調(diào)節(jié)器6之間。該無線通信系統(tǒng)是由安排在轉(zhuǎn)子19處的傳輸模塊14、安排在定子20處的傳輸模塊29、以及連接所述這些模塊的無線傳輸通道15形成的。通過轉(zhuǎn)子19的電流傳感器10測量的磁極輪8中電流的值由無線通信系統(tǒng)14、15、29傳輸?shù)蕉ㄗ?0的電壓調(diào)節(jié)器6上。本實用新型不限于剛剛已經(jīng)說明的這些實例。例如，該勵磁機在圖7的一個變體中具有多個永磁體的類型(未展示)。除非另外說明，術(shù)語“包括一個”應(yīng)理解為是與“包括至少一個”同義。
權(quán)利要求1.用于對發(fā)電機組(I)的交流發(fā)電機(3)的輸出電壓(U)進行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，所述發(fā)電機組包括對所述交流發(fā)電機進行驅(qū)動的電動機(2)，所述交流發(fā)電機(3)包括轉(zhuǎn)子(19)，所述轉(zhuǎn)子具有磁極輪(8)，所述系統(tǒng)包括 用于檢測所述交流發(fā)電機的輸出處的功率增加的裝置；以及 用于改變所述磁極輪(8)中電流的值的裝置，其改變所述磁極輪(8)中電流的值，以使所述交流發(fā)電機(3)的輸出電壓(U)達到一個值，所述值低于檢測到所述增加之前的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，還包括計算機，所述計算機對有功功率相對于時間的導(dǎo)數(shù)進行計算，并且當(dāng)所述導(dǎo)數(shù)是正的或者大于某一閾值時指示所述交流發(fā)電機的輸出處的電壓減小以便減少對所述發(fā)動機要求的扭矩水平。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述電壓減小取決于在所述功率增加之前測量的功率水平，使得所述電壓在低功率時比高功率時減小得更多。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一個所述的系統(tǒng)，還包括控制器(13)，所述控制器與所述轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)并且使得能夠通過跨所述磁極輪的各端子的電壓的脈寬調(diào)制來控制所述磁極輪中的電流。
專利摘要本實用新型涉及一種對發(fā)電機組(1)的交流發(fā)電機(3)的輸出電壓進行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，該發(fā)電機組包括對所述交流發(fā)電機進行驅(qū)動的發(fā)動機(2)，該交流發(fā)電機(3)包括具有磁極輪的轉(zhuǎn)子，該系統(tǒng)包括用于檢測交流發(fā)電機的輸出處的功率增加的裝置；以及用于改變磁極輪(8)中電流的值的裝置，其改變磁極輪(8)中電流的值，以使交流發(fā)電機(3)的輸出電壓(U)達到一個值，該值低于檢測到所述增加之前的值。
文檔編號H02P9/04GK202565222SQ20112052650
公開日2012年11月28日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者讓-馬里·安德烈亞克, 塞繆爾·莫澤, 帕特里斯·貝特?zé)?申請人:利萊森瑪電機公司