同步發(fā)電機控制、發(fā)電機系統(tǒng)和船舶能量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了用于控制同步發(fā)電機（105）的裝置（102），所述同步發(fā)電機（105）具有包括至少一個定子繞組（131）的定子（129）并且具有帶有由勵磁電流（127）驅(qū)動的電磁體（139）的轉(zhuǎn)子（137），轉(zhuǎn)子（137）相對于定子（129）可旋轉(zhuǎn)，電磁體（139）感應(yīng)地耦合到定子繞組（131），所述裝置（102）包括：被適配成測量至少一個量（167,165,168,169,171）的測量系統(tǒng)；以及被適配成如果所述量滿足與至少一種故障相關(guān)聯(lián)的至少一個準(zhǔn)則，則導(dǎo)致關(guān)斷勵磁電流（127）的控制器（103）。
【專利說明】同步發(fā)電機控制、發(fā)電機系統(tǒng)和船舶能量系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于控制同步發(fā)電機的裝置、涉及包括所述裝置的發(fā)電機系統(tǒng)和涉及包括所述發(fā)電機系統(tǒng)的船舶能量系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]EP I 012 943 BI公開了用于為電動消耗設(shè)備供給電能的系統(tǒng)，其中柴油發(fā)動機驅(qū)動被連接至整流器的AC發(fā)電機，以便提供DC能量流。
[0003]EP I 614 621 BI公開了用于具有發(fā)電機和消耗設(shè)備的船的電力供給系統(tǒng)。
[0004]EP I 914 162 BI公開了可以用于船用功率和推進系統(tǒng)的DC功率分配系統(tǒng)，其中柴油機驅(qū)動發(fā)電機以向輸出轉(zhuǎn)換器供給功率。
[0005]WO 2010/06077 A2公開了包括多個發(fā)電機系統(tǒng)的功率分配系統(tǒng)，所述發(fā)電機系統(tǒng)各自包括被直接連接至整流器的交流電發(fā)電機。
[0006]已經(jīng)觀察到，常規(guī)功率分配系統(tǒng)并非在所有情形中都以安全和可靠的方式操作。
[0007]可能存在對用于控制同步發(fā)電機的裝置、對發(fā)電機系統(tǒng)和船舶能量系統(tǒng)的需要，其中可以確保系統(tǒng)以安全和可靠的方式操作，特別是在系統(tǒng)的一個或多個組件或外部組件的失效或故障(malfunct1n)的情況下。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]該需要可以通過根據(jù)獨立權(quán)利要求的主題來滿足。本發(fā)明的有利實施例通過從屬權(quán)利要求來加以描述。
[0009]根據(jù)實施例，提供了用于對具有包括至少一個定子繞組的定子并且具有帶有由勵磁電流(field current)驅(qū)動的電磁體的轉(zhuǎn)子的同步發(fā)電機進行控制的裝置，轉(zhuǎn)子相對于定子可旋轉(zhuǎn)，電磁體感應(yīng)地耦合到定子繞組，所述裝置包括被適配成測量至少一個量的測量系統(tǒng)，以及被適配成如果所述量滿足與至少一種故障相關(guān)聯(lián)的至少一個準(zhǔn)則，則導(dǎo)致關(guān)斷勵磁電流的控制器。
[0010]所述至少一個量可以包括對連接至定子繞組的輸出端的整流器電路的操作條件進行指示的至少一個量。
[0011]所述裝置不需要包括同步發(fā)電機。然而所述裝置被適配用于控制同步發(fā)電機。
[0012]同步發(fā)電機在輸出端處生成AC能量流(電壓和/或電流)，其具有與轉(zhuǎn)子相對于定子旋轉(zhuǎn)的頻率相同的頻率。同步發(fā)電機可以例如為單饋電發(fā)電機或雙饋電發(fā)電機。電能在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)時生成，其中由于轉(zhuǎn)子的電磁體的旋轉(zhuǎn)(移動)，通過感應(yīng)在定子繞組中感應(yīng)出電壓。特別地，同步發(fā)電機不包括永磁體，而是代替地包括電磁體，其由于勵磁電流而生成磁場，這于是(在定子繞組處)感應(yīng)出表示電力輸出流的電壓。
[0013]特別地，同步發(fā)電機可以包括具有被布置在定子的不同圓周位置處的三個定子繞組(通過導(dǎo)線部分形成)的定子。三個繞組(每相一個)由可以以星形方式或三角形方式連接的三條分離的導(dǎo)線組成。
[0014]轉(zhuǎn)子的電磁體可以包括磁芯，特別地為鐵磁芯，其中當(dāng)勵磁電流流過電磁體的線圈時生成磁場。勵磁電流可以特別地為DC勵磁電流?？梢允褂幂S承來支撐轉(zhuǎn)子。
[0015]測量系統(tǒng)可以包括被布置在同步發(fā)電機的一個或多個位置處或者另外或外部組件(諸如發(fā)電機整流器、負載等等)的一個或多個位置處的一個或多個測量傳感器。量可以特別地包括電學(xué)量?？刂破骺梢蕴貏e是在接收所述量時生成可以被供給到另外的電路的控制信號，所述另外的電路然后間接關(guān)斷勵磁電流。
[0016]當(dāng)勵磁電流流過電磁體時，關(guān)斷勵磁電流可以關(guān)斷或至少減小由電磁體生成的磁場。因此，關(guān)斷勵磁電流可以引起磁場的減小并且可以甚至導(dǎo)致磁場在關(guān)斷勵磁電流之后的短時間(諸如0.5s和3s之間)消失。然而，磁場可以在關(guān)斷勵磁電流之后持續(xù)一會兒，這是由于電磁體的剩磁。然而，剩磁可能僅導(dǎo)致相對小的磁場，其可能不會在定子繞組處感應(yīng)出顯著的電壓。
[0017]由此，當(dāng)關(guān)斷勵磁電流時，在輸出端處或者特別地在三個輸出端處由同步發(fā)電機輸出的能量流可以減小至小值，特別地減小至零。由此，在(裝置的或者間接或直接與裝置連接的任何外部組件的)故障的情況下，特別地，輸出電流可以被中斷或關(guān)斷，以便提供保護功能來用于保護裝置或者直接或間接與裝置連接的任何外部組件。由此，可以確保同步發(fā)電機的安全和可靠的操作。
[0018]特別地，同步發(fā)電機可以機械地連接或耦合至諸如柴油發(fā)電機之類的內(nèi)燃機。特別地，同步發(fā)電機可以向整流器提供其輸出能量流以便使得能夠設(shè)立DC分配系統(tǒng)。設(shè)立或提供DC能量分配系統(tǒng)可以提供以可變速度運行發(fā)電機的優(yōu)點，這可以導(dǎo)致減少的燃料消耗和污染；減少的系統(tǒng)成本以及減小在柴油機上所需的維護努力。
[0019]特別地，當(dāng)同步發(fā)電機在其輸出端處連接至整流器時，保護功能通過關(guān)斷或停止到發(fā)電機磁化(即轉(zhuǎn)子的電磁體)的磁場供給來實現(xiàn)。
[0020]在實施例中，量指示連接在定子繞組的輸出端處的整流器電路的溫度，其中至少一個準(zhǔn)則包括溫度大于溫度閾值。
[0021]涉及整流器電路操作條件的量可以附加地或可替換地包括對整流器電路的DC輸出端之間的DC電壓進行指示的量。至少一個準(zhǔn)則可以包括DC電壓降至電壓閾值以下，這可以例如發(fā)生在電耦合至整流器電路的DC輸出端的組件中的失效、例如在DC總線上或在耦合到那的組件中的失效發(fā)生時。
[0022]在實施例中，至少一個量還可以包括指示磁化電路的操作條件、特別是磁化電路電流和/或磁化電路電壓的量。
[0023]在另外的實施例中，至少一個量還可以包括為定子繞組所測量的定子電流和輸出電流以獲取用于提供用于定子繞組的差動保護的電流差。
[0024]在實施例中，測量系統(tǒng)被適配成測量包括涉及整流器電路操作條件的量、指示磁化電路的操作條件的量以及定子電流和輸出電流在內(nèi)的至少一個量?？梢砸虼藢崿F(xiàn)發(fā)電機和耦合到那的整流器電路的全面保護。
[0025]監(jiān)控和測量整流器的溫度可以提供整流器是否處于可接受的操作條件中的適當(dāng)指示。特別地，失靈或故障可以由接替溫度閾值的溫度所指示。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的實施例，量指示定子繞組電流和/或量指示定子繞組的AC輸出端處的輸出電流，其中至少一個準(zhǔn)則包括定子電流在定子電流閾值以上和/或輸出電流在輸出電流閾值以上，其中故障是連接至輸出端的負載或網(wǎng)絡(luò)的短路狀態(tài)。
[0027]定子繞組電流可以包括三個定子繞組電流部分，各自與三個定子繞組中的相應(yīng)一個相關(guān)聯(lián)。另外，輸出電流可以由各自與對應(yīng)于三個輸出相的三個輸出端中之一相關(guān)聯(lián)的三個輸出電流部分所表示。在完好的同步發(fā)電機中，定子繞組電流可以至少近似等于輸出電流。然而，如果在同步發(fā)電機、特別是一個或多個定子繞組方面存在一些問題，則定子繞組電流可能不同于輸出電流?？梢栽诙ㄗ永@組處的一個或多個位置處測量定子繞組電流和/或可以在接近或位于輸出端的一個或多個位置處測量輸出電流。
[0028]可以特別地基于連接在輸出端處的組件的電學(xué)屬性來確定定子電流閾值。同樣，可以基于連接至輸出端的一個或多個組件的電學(xué)屬性來確定輸出電流閾值。特別地，可以基于連接至輸出端的一個或多個組件的電流限制來確定電流閾值。由此，連接至輸出端的組件可以受保護以免在短路狀態(tài)情況中的損壞。特別地，短路狀態(tài)可以是由于連接在同步發(fā)電機的輸出端處的分配系統(tǒng)、特別是DC能量分配系統(tǒng)中的一些故障或失靈所致。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的實施例，控制器被適配成對定子繞組電流和/或輸出電流的平方在某個時間范圍內(nèi)積分以獲取積分值，其中至少一個準(zhǔn)則包括積分值大于積分閾值，其中故障是連接至輸出端的負載的過載狀態(tài)。
[0030]特別地，積分閾值可以是基于連接至輸出端的一個或多個組件的電學(xué)屬性、特別是電學(xué)限制。由此，可以避免(間接或直接地)連接在輸出端處的負載的過載。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的實施例，控制器被適配成確定在定子繞組電流和輸出電流之間的差以獲取電流差，其中至少一個準(zhǔn)則包括電流差大于電流差閾值，其中故障包括發(fā)電機的故障。
[0032]對于完好的定子繞組，定子繞組電流和輸出電流的差可以為零或至少近似為零，但是對于不以正確方式操作的定子繞組，所述差可以從零偏離。由此，可以通過確定所述差來檢測發(fā)電機的故障或失靈并且同步發(fā)電機可以被關(guān)斷(特別是關(guān)于其功率輸出)，以便保護其它組件或同步發(fā)電機自身免受損壞?？商鎿Q地，可以實現(xiàn)用于檢測不同相的不同電流的電流失衡檢測。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的實施例，量指示連接在定子繞組的輸出端處的整流器電路、特別是二極管的溫度，其中至少一個準(zhǔn)則包括溫度大于溫度閾值或溫度的改變大于溫度改變閾值。
[0034]當(dāng)整流器電路，特別地輸出端的每相包括串聯(lián)連接的兩個二極管(其中每相被連接在串聯(lián)連接的兩個二極管之間)時，同步發(fā)電機可以向DC能量分配系統(tǒng)提供電能。特別地，整流器可以阻擋反向電流，使得它可以足夠關(guān)斷勵磁電流，以便停止發(fā)電機輸出電流。
[0035]特別地，定子電流閾值和/或輸出電流閾值和/或積分閾值和/或輸出電壓上閾值和/或輸出電壓功率閾值和/或溫度可以基于二極管的電學(xué)屬性、特別是二極管的電學(xué)限制值。
[0036]監(jiān)控或測量整流器的溫度可以提供整流器是否處于可接受的操作條件中的適當(dāng)指示。特別地，失靈或故障可以由接替溫度閾值的溫度指示。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的實施例，量指示定子繞組的AC輸出端處的輸出電壓，其中至少一個準(zhǔn)則包括輸出電壓大于輸出電壓上閾值，其中故障是輸出端處的過電壓條件。
[0038]過電壓還可以損害或損壞連接在輸出端處的一個或多個組件并且通過關(guān)斷同步發(fā)電機的輸出可以保護這些組件。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的實施例，量指示定子繞組的AC輸出端處的輸出電壓，其中至少一個準(zhǔn)則包括輸出電壓小于輸出電壓下閾值，其中故障是輸出端處的欠電壓條件。
[0040]欠電壓可以損害與同步發(fā)電機的輸出端直接或間接連接的能量分配系統(tǒng)的功能性。通過檢測欠電壓，可以避免或至少減少對DC能量分配系統(tǒng)的損害。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的實施例，量指示定子繞組的AC輸出端處的輸出電壓或輸出電流的輸出頻率，其中至少一個準(zhǔn)則包括輸出頻率從目標(biāo)頻率偏離大于頻率偏離閾值，其中故障是輸出端處的錯誤頻率。
[0042]同步發(fā)電機的輸出端處的電壓和/或電流的頻率可以對應(yīng)于或者可以等于(至少近似地)相對于定子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率。然而，如果旋轉(zhuǎn)頻率過低或過高，則諸如柴油機之類的驅(qū)動內(nèi)燃機可能不會操作于最優(yōu)工作條件中。在檢測到頻率從目標(biāo)頻率的偏離的情況下，機械地驅(qū)動同步發(fā)電機的內(nèi)燃機可以被控制以便重建目標(biāo)頻率。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了發(fā)電機系統(tǒng)，其包括:根據(jù)在前實施例之一的裝置，同步發(fā)電機，其具有包括至少一個定子繞組的定子并且具有帶有由勵磁電流驅(qū)動的電磁體的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子相對于定子可旋轉(zhuǎn)，電磁體感應(yīng)地耦合到定子繞組；以及用于提供勵磁電流的系統(tǒng)，其中控制器被適配成通過向用于提供勵磁電流的系統(tǒng)供給控制信號而導(dǎo)致關(guān)斷勵磁電流。
[0044]可以以不同的方式配置用于提供勵磁電流的系統(tǒng)。特別地，勵磁電流可以通過在能量源和電磁體的線圈之間的直接電接觸而提供給電磁體或者可以通過感應(yīng)耦合而提供給轉(zhuǎn)子的電磁體，從而避免在旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分之間的機械接觸?？刂破骺梢砸怨鈱W(xué)、電氣方式或通過使用射頻通信而通信連接至用于提供勵磁電流的系統(tǒng)。
[0045]用于提供勵磁電流的系統(tǒng)可以被供給有也來自同步發(fā)電機的輸出端的電能。由此，可以中止分離的能量供給。發(fā)電機系統(tǒng)可以特別地提供用于DC能量分配系統(tǒng)的電能。
[0046]由于發(fā)電機系統(tǒng)包括用于控制同步發(fā)電機的裝置，因此同步發(fā)電機的組件和連接至同步發(fā)電機的輸出端的組件可以如以上解釋的那樣受保護以免損壞。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于提供勵磁電流的系統(tǒng)包括機械地耦合到轉(zhuǎn)子并且電耦合到電磁體的滑環(huán)(slip ring)以及接觸滑環(huán)的電刷，其中關(guān)斷勵磁電流包括中斷被供給到電刷的電流流動。
[0048]一個或多個電刷可以電接觸滑環(huán)。由此，可以建立電刷和滑環(huán)之間的機械連接。因此，當(dāng)電刷電接觸滑環(huán)時，提供到電刷的電流可以流過滑環(huán)并且流過轉(zhuǎn)子的電磁體，于是生成磁場，該磁場然后進而在定子的定子繞組處感應(yīng)出電壓。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于提供勵磁電流的系統(tǒng)包括(替代于滑環(huán)和電刷)機械地耦合到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)線圈；機械地耦合到轉(zhuǎn)子并且電耦合到旋轉(zhuǎn)線圈并且向轉(zhuǎn)子的電磁體提供勵磁電流的可旋轉(zhuǎn)整流器；感應(yīng)地耦合到旋轉(zhuǎn)線圈的定子電磁體；以及用于向定子電磁體供給激勵電壓的定子電磁體供給系統(tǒng)，其中關(guān)斷勵磁電流包括中斷去往定子電磁體的激勵電壓。
[0050]當(dāng)(連接至轉(zhuǎn)子)的旋轉(zhuǎn)線圈旋轉(zhuǎn)時，定子電磁體在旋轉(zhuǎn)線圈中感應(yīng)出電壓從而建立AC信號，其通過使用可旋轉(zhuǎn)整流器而被整流并且然后作為DC勵磁電流而供給到轉(zhuǎn)子的電磁體。[0051 ] 定子電磁體由定子電磁體供給系統(tǒng)所驅(qū)動。中斷去往定子電磁體的激勵電壓可以造成關(guān)斷勵磁電流，因為當(dāng)激勵電壓被中斷時，定子電磁體將不生成任何磁場。由此，同步發(fā)電機的輸出電流可以以簡單并可靠的方式被關(guān)斷而無需在發(fā)電機的輸出端處的特定開關(guān)。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的實施例，定子電磁體供給系統(tǒng)包括至少一個可控開關(guān)、特別是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，其由柵極驅(qū)動器電路所驅(qū)動，其中關(guān)斷勵磁電流包括向柵極驅(qū)動器供給關(guān)斷信號。定子電磁體供給系統(tǒng)可以特別地包括四個可控開關(guān)，其中兩對串聯(lián)連接的可控開關(guān)被連接在兩個DC匯流條(bar)之間并且其中去往定子電磁體的激勵電壓在每對中的兩個可控開關(guān)之間的連接處被分接。
[0053]關(guān)斷信號可以使可控開關(guān)適配非導(dǎo)通狀態(tài)。由此，發(fā)電機輸出電流可以被容易地關(guān)斷。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的實施例，發(fā)電機系統(tǒng)還包括在至少一個可控開關(guān)和定子電磁體之間的緊急停止開關(guān)。緊急停止開關(guān)還可以被用于控制同步發(fā)電機的裝置的控制器所控制。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的實施例，發(fā)電機系統(tǒng)還包括被連接至AC輸出端、特別是三個AC輸出端的發(fā)電機整流器，所述整流器特別地包括二極管和用于測量二極管的溫度的溫度傳感器，其中特別地，整流器是連接至發(fā)電機的輸出端的僅有負載。
[0056]發(fā)電機整流器可以包括六個二極管，其中三對二極管被并聯(lián)布置并且其中在每對的兩個二極管之間連接定子繞組的一個輸出端。由此，發(fā)電機系統(tǒng)可以設(shè)立或建立DC能量分配系統(tǒng)。發(fā)電機整流器有利地阻擋反向電流。
[0057]根據(jù)本發(fā)明的實施例，發(fā)電機可以包括分離的繞組集并且具有被連接至分離的繞組集中每一個的相應(yīng)整流器。
[0058]另外特別地，發(fā)電機整流器可以包括在二極管下游的隔離開關(guān)。由于二極管，沒有電流能夠從發(fā)電機的DC輸出端回流到同步發(fā)電機。
[0059]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種能量系統(tǒng)，特別是船舶能量系統(tǒng)或獨立式(自給自足的)電學(xué)系統(tǒng)、鉆探系統(tǒng)或工業(yè)電網(wǎng)，其包括:用于提供機械能的內(nèi)燃機；根據(jù)以上描述的實施例之一并且被布置用于將機械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機系統(tǒng)；以及耦合到發(fā)電機整流器的DC輸出端以用于特別是向至少一個推進發(fā)動機分配電能的DC分配系統(tǒng)。
[0060]內(nèi)燃機可以特別地包括柴油機。發(fā)電機系統(tǒng)包括發(fā)電機整流器并且因此將由內(nèi)燃機提供的機械能轉(zhuǎn)換成DC能量流。DC分配系統(tǒng)可以以DC能量流的形式向一個或多個可變速度驅(qū)動裝置提供電能以用于驅(qū)動一個或多個推進發(fā)動機。船舶可以例如是船、平臺，特別地為石油平臺。
[0061]以上限定的各方面和本發(fā)明的另外的方面從以下要描述的實施例的示例是顯而易見的并且參考實施例的示例加以解釋。以下將參考實施例的示例更加詳細地描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于所述實施例的示例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0062]參考附圖來描述本發(fā)明的以下特定實施例。
[0063]本發(fā)明不限于所圖示的或解釋的或描述的實施例。
[0064]圖1示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的船舶能量系統(tǒng)，其中船舶能量系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)電機系統(tǒng)；
圖2示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)電機系統(tǒng)，其被包括在圖1中圖示的船舶能量系統(tǒng)中；以及圖3圖示了解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于控制同步發(fā)電機的裝置的功能性的圖解。

【具體實施方式】
[0065]圖1示意性地圖示了包括根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)電機系統(tǒng)101的根據(jù)本發(fā)明的實施例的船舶能量系統(tǒng)100，所述發(fā)電機系統(tǒng)101包括根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于控制同步發(fā)電機105的裝置103。
[0066]船舶能量系統(tǒng)100包括柴油機107，其機械地連接至發(fā)電機系統(tǒng)101，特別地連接至被包括在發(fā)電機系統(tǒng)101中的同步發(fā)電機105。發(fā)電機系統(tǒng)101還包括發(fā)電機隔室109，其連接在提供AC能量流119的發(fā)電機105的輸出端111處以便在發(fā)電機隔室的輸出端113處從發(fā)電機105的AC輸出端111處所提供的AC能量流119生成DC能量流121。特別地，盡管未圖不，但發(fā)電機105包括提供相對于彼此移位120°的三相的三個輸出端111。
[0067]發(fā)電機隔室109包括用于控制同步發(fā)電機105的裝置103、整流器電路(也稱為發(fā)電機整流器)115和隔離開關(guān)117。發(fā)電機整流器115從發(fā)電機105所提供的AC能量流119生成被提供給DC能量分配系統(tǒng)123的DC能量流121。
[0068]DC能量分配系統(tǒng)123可以向例如在船舶、船或海上平臺上的一個或多個推進發(fā)動機提供電能。
[0069]圖2相當(dāng)更詳細地示意性圖示了圖1中圖示的發(fā)電機系統(tǒng)101。
[0070]發(fā)電機系統(tǒng)101包括發(fā)電機105、整流器電路115、用于提供勵磁電流127的系統(tǒng)125和用于控制同步發(fā)電機105的裝置或控制器103。
[0071]發(fā)電機105具有包括至少一個定子繞組131的定子129，其中在特定情況下三個定子繞組131被圖示為提供發(fā)電機105的三個輸出端133以用于三個電學(xué)相(phase)。定子繞組131通過相應(yīng)導(dǎo)線135建立。發(fā)電機105具有帶有由勵磁電流127驅(qū)動的電磁體139的轉(zhuǎn)子137。由此，轉(zhuǎn)子137相對于定子129可旋轉(zhuǎn)。
[0072]用于提供勵磁電流127的系統(tǒng)125包括機械地耦合到轉(zhuǎn)子137的旋轉(zhuǎn)線圈141、機械地耦合到轉(zhuǎn)子137并且電耦合到旋轉(zhuǎn)線圈141并且向轉(zhuǎn)子137的電磁體139提供勵磁電流127的可旋轉(zhuǎn)整流器143。另外，用于提供勵磁電流127的系統(tǒng)125包括感應(yīng)地耦合到旋轉(zhuǎn)線圈141的定子電磁體145。另外，用于提供勵磁電流127的系統(tǒng)125包括定子電磁體供給系統(tǒng)147，其用于從其輸出端149向定子電磁體145供給激勵電壓。由此，定子電磁供給系統(tǒng)147經(jīng)由輸入端151被供給有電能，輸入端151經(jīng)由變壓器153連接至發(fā)電機105的三個輸出端133。
[0073]定子電磁體供給系統(tǒng)147包括由柵極驅(qū)動電路157驅(qū)動的四個絕緣柵雙極型晶體管155，所述柵極驅(qū)動電路157經(jīng)由信號線159從用于控制同步發(fā)電機105的裝置或控制器103接收控制信號。
[0074]發(fā)電機系統(tǒng)101還包括在定子電磁體供給系統(tǒng)147的輸出端149和定子電磁體145之間的用于關(guān)斷供給電壓的緊急停止開關(guān)161。
[0075]發(fā)電機整流器電路115包括六個二極管163，其被布置為在發(fā)電機系統(tǒng)101的兩個DC輸出端180之間的三對串聯(lián)連接的二極管。同步發(fā)電機105的三相輸出端133連接在發(fā)電機整流器電路115的每對二極管的兩個二極管163之間。
[0076]發(fā)電機系統(tǒng)101被配置和布置成保護二極管163免受損壞，特別是在例如由連接至DC輸出端180的某個有缺陷的負載導(dǎo)致的短路事件的情況下。
[0077]因此，裝置103通過使用未圖示的測量系統(tǒng)獲得至少一個量，諸如涉及發(fā)電機105的輸出的輸出電流165和/或輸出電壓168、定子電流167。另外，裝置103可以接收溫度信號169 (來自溫度傳感器170),其指不發(fā)電機整流器電路115的二極管163中的一個或多個的溫度。另外，裝置103接收指示DC輸出端180之間的DC電壓的測量值171。另外，裝置103從其它控制器接收一個或多個控制信號，諸如信號173。另外，裝置103可以受人類接口 175控制。
[0078]特別地，裝置103 (其還可以被稱為發(fā)電機控制模塊，profinet通信接口，家用控制30Hz至120Hz電壓、電流和頻率測量)被適配成在發(fā)電機的或直接或間接連接在發(fā)電機105的輸出端133處的任何組件的故障的情況下關(guān)斷勵磁電流127。
[0079]因此，控制器103或者包括控制器103和用于提供電流測量信號的測量系統(tǒng)在內(nèi)的裝置被適配成:如果所接收的量中至少一個滿足與至少一種故障相關(guān)聯(lián)的至少一個準(zhǔn)貝U，則導(dǎo)致關(guān)斷勵磁電流127。
[0080]特別地，圖3圖示了解釋被包括在圖2中圖示的發(fā)電機系統(tǒng)101中的控制器103的一個保護功能的圖解。在橫坐標(biāo)301上指示以秒為單位的時間，而在縱坐標(biāo)302上以安培為單位指示流過發(fā)電機整流器電路115的二極管163的二極管電流177。
[0081]曲線303指示二極管163的二極管電流限制。曲線305圖示了在DC總線180上的短路之后并且在控制器103在短路出現(xiàn)之后的30ms已經(jīng)導(dǎo)致關(guān)斷勵磁電流127之后流過二極管163的實際二極管電流177。在短路出現(xiàn)之前，發(fā)電機105以62.5Hz的頻率和標(biāo)稱條件運行。如可以從圖3看到的，實際電流(曲線305)處于遠低于電流限制(曲線303)處，使得發(fā)電機整流器115的二極管163受保護而免于損壞。
[0082]特別地，控制器103可以獲得涉及定子的測量值，諸如它可以獲得三相電流測量、三相電壓測量、三相互點電流測量和輸出頻率測量。
[0083]另外，控制器103可以獲得有關(guān)整流器電路115的值，諸如DC測量值、二極管橋溫度，諸如信號169和171。
[0084]另外，控制器103可以獲得涉及磁化電路145、147的測量值，特別是外部磁化電路電流、外部磁化電路電壓，諸如信號177。
[0085]發(fā)電機系統(tǒng)101被適配成進行保護以免短路、過電壓、欠電壓、失衡負載保護、差動電流保護、過激勵、欠激勵和反時過電流(過載條件)。另外，發(fā)電機系統(tǒng)101被適配用于監(jiān)控頻率、超速、溫度和失效歷史。
[0086]應(yīng)當(dāng)指出，術(shù)語“包括”不排除其它元件或步驟并且“一”或“一個”不排除多個。而且，與不同實施例相關(guān)聯(lián)地描述的元件可以組合。還應(yīng)當(dāng)指出，權(quán)利要求中的參考標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制權(quán)利要求的范圍。
【權(quán)利要求】
1.用于控制同步發(fā)電機(105)的裝置(102)，所述同步發(fā)電機(105)具有包括至少一個定子繞組(131)的定子(129)并且具有帶有由勵磁電流(127)驅(qū)動的電磁體(139)的轉(zhuǎn)子(137)，轉(zhuǎn)子(137)相對于定子(129)可旋轉(zhuǎn)，電磁體(139)感應(yīng)地耦合到定子繞組(131 )，所述裝置(102)包括: 被適配成測量至少一個量(167，165，168，169，171)的測量系統(tǒng)； 被適配成如果所述量滿足與至少一種故障相關(guān)聯(lián)的至少一個準(zhǔn)則，則導(dǎo)致關(guān)斷勵磁電流(127)的控制器(103)， 其中所述至少一個量(167，165，168，169，171)包括對連接至定子繞組(131)的輸出端(133)的整流器電路(115)的操作條件進行指示的至少一個量(169，171)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述量指示連接在定子繞組(131)的輸出端(133)處的整流器電路(115)的溫度(169)， 其中所述至少一個準(zhǔn)則包括溫度大于溫度閾值， 或者其中所述量指示在整流器電路(115)的DC輸出端(180)之間的DC電壓(171)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述至少一個量(167，165，168，169，171)還包括指示磁化電路(145，147)的操作條件、特別是磁化電路電流和/或磁化電路電壓的量。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中所述至少一個量(167，165，168，169，171)還包括為定子繞組(131)所測量的定子電流(167)和輸出電流(165)以獲取電流差來用于提供用于定子繞組(131)的差動保護。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中所述量指示定子繞組電流(167)和/或其中所述量指示定子繞組(131)的AC輸出端(133)處的輸出電流(165)， 其中所述至少一個準(zhǔn)則包括定子電流在定子電流閾值以上和/或輸出電流(177)在輸出電流閾值(303)以上， 其中故障是連接至輸出端的負載的短路狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其中控制器被適配成對定子繞組電流和/或輸出電流(177)的平方在某個時間范圍內(nèi)積分以獲取積分值， 其中所述至少一個準(zhǔn)則包括積分值大于積分閾值， 其中故障是連接至輸出端的負載的過載狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6之一所述的裝置，其中控制器被適配成確定 在定子繞組電流(167)和輸出電流(165)之間的差以獲取電流差，其中所述至少一個準(zhǔn)則包括電流差大于電流差閾值，其中故障包括發(fā)電機的故障和/或 在定子繞組電流和/或輸出電流的不同相的電流流動之間的一個或多個差以獲取相位關(guān)聯(lián)的電流差，其中所述至少一個準(zhǔn)則包括相位關(guān)聯(lián)的電流差大于相位關(guān)聯(lián)的電流差閾值， 其中故障包括發(fā)電機的故障。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中所述量指示整流器電路(115)的二極管(163)的溫度(169)， 其中所述至少一個準(zhǔn)則包括溫度的改變大于溫度改變閾值。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中所述量指示定子繞組(131)的AC輸出端處的輸出電壓(168), 其中所述至少一個準(zhǔn)則包括輸出電壓大于輸出電壓上閾值，其中故障是輸出端處的過電壓條件。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中所述量指示定子繞組(131)的AC輸出端(133)處的輸出電壓(168)，其中所述至少一個準(zhǔn)則包括輸出電壓小于輸出電壓下閾值，其中故障是輸出端處的欠電壓條件。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中所述量指示定子繞組的AC輸出端處的輸出電壓或輸出電流的輸出頻率(168)， 其中所述至少一個準(zhǔn)則包括輸出頻率從目標(biāo)頻率偏離大于頻率偏離閾值， 其中故障是輸出端處的錯誤頻率。
12.發(fā)電機系統(tǒng)(101)，包括: 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的裝置(102)； 同步發(fā)電機(105)，其具有包括至少一個定子繞組(131)的定子(129)并且具有帶有由勵磁電流(127 )驅(qū)動的電磁體(139 )的轉(zhuǎn)子(137 )，轉(zhuǎn)子相對于定子可旋轉(zhuǎn)，電磁體(139 )感應(yīng)地耦合到定子繞組(131);以及 用于提供勵磁電流(127)的系統(tǒng)(125)，其中控制器(103)被適配成通過向用于提供勵磁電流的系統(tǒng)(125)供給控制信號(159)而導(dǎo)致關(guān)斷勵磁電流(127)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)電機系統(tǒng)，其中用于提供勵磁電流的系統(tǒng)(125)包括機械地耦合到轉(zhuǎn)子并且電耦合到電磁體的滑環(huán)以及接觸滑環(huán)的電刷，其中關(guān)斷勵磁電流包括中斷被供給到電刷的電流流動。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)電機系統(tǒng)，其中用于提供勵磁電流(127)的系統(tǒng)(125)包括: 機械地耦合到轉(zhuǎn)子(137)的旋轉(zhuǎn)線圈(141)； 機械地耦合到轉(zhuǎn)子(137)并且電耦合到旋轉(zhuǎn)線圈(141)并且向轉(zhuǎn)子(137)的電磁體(139)提供勵磁電流(127)的可旋轉(zhuǎn)整流器(143)； 感應(yīng)地耦合到旋轉(zhuǎn)線圈(141)的定子電磁體(145)； 用于向定子電磁體(145)供給激勵電壓的定子電磁體供給系統(tǒng)(147)， 其中關(guān)斷勵磁電流(I27)包括中斷去往定子電磁體的激勵電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)電機系統(tǒng)，其中定子電磁體供給系統(tǒng)(147)包括至少一個可控開關(guān)(155)、特別是絕緣柵雙極型晶體管，其由柵極驅(qū)動器電路(157)驅(qū)動，其中關(guān)斷勵磁電流(127)包括向柵極驅(qū)動器(157)供給關(guān)斷信號(159)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)電機系統(tǒng)，還包括在至少一個可控開關(guān)(155)和定子電磁體(145)之間的緊急停止開關(guān)(161)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12至16之一所述的發(fā)電機系統(tǒng)，還包括: 連接至AC輸出端(133)、特別是三個AC輸出端的發(fā)電機整流器(115)，整流器特別地包括二極管(163)和用于測量二極管(163)的溫度(169)的溫度傳感器(170)， 其中特別地，整流器是連接至發(fā)電機(105)的輸出端(133)的僅有負載。
18.能量系統(tǒng)，特別是船舶能量系統(tǒng)(100)，包括: 根據(jù)權(quán)利要求12至17之一的發(fā)電機系統(tǒng)(101)，其被布置用于將內(nèi)燃機(107)所提供的機械能轉(zhuǎn)換成電能； 耦合到整流器電路(115 )的DC輸出端(180 )的DC分配系統(tǒng)(123 )，其用于特別是向至少一個推進發(fā)動機分配電能。
【文檔編號】H02P9/00GK104272581SQ201380023426
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月4日
【發(fā)明者】E.豪岡 申請人:西門子公司