CN103161640A

CN103161640A - 涉及电起动和发电的系统和方法

Info

Publication number: CN103161640A
Application number: CN2011104229266A
Authority: CN
Inventors: G.I.罗斯曼; S.J.莫斯
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Current assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-06-19

Abstract

本发明是关于涉及电起动和发电的系统和方法。具体地，提供了一种发电系统，包括：原动机；发电机，其机械地连接至原动机，发电机包括磁场绕组部分和电枢绕组部分；直流总线节点；第一变频驱动器，其具有电连接至总线节点的输入和电连接至电枢绕组部分的输出；以及变换器，其具有电连接至总线节点的输入和电连接至磁场绕组部分的输出。

Description

涉及电起动和发电的系统和方法

技术领域

在此公开的主题涉及与在车辆中发电有关的系统和方法。

背景技术

例如包括商用和军用车辆的许多车辆可包括发电机系统，其给包括诸如电动机或电子装置之类的本地装备的各种装备及其他可连接至该系统的外部装备提供电力。典型的发电机系统由可使用燃烧以机械地驱动发电机的原动机来提供动力。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种发电系统包括：原动机；发电机，其机械地连接至原动机，所述发电机包括磁场绕组部分和电枢绕组部分；直流总线节点；第一变频驱动器，其具有电连接至总线节点的输入和电连接至电枢绕组部分的输出；以及变换器，其具有电连接至总线节点的输入和电连接至磁场绕组部分的输出。

根据本发明的另一方面，一种用于起动发电机系统的方法包括：将直流电从直流电源输出至变换器；将直流电变换成交流电，并向发电机的磁场绕组部分输出交流电；将直流电从直流电源输出至变频驱动器；将直流电变换成交流电，并将交流电从变频驱动器输出至发电机的电枢绕组部分；使发电机旋转以驱动原动机，所述原动机机械地连接至发电机；以及起动原动机。

这些及其他的优点和特征将从以下结合附图的说明变得更加明显。

附图说明

在说明书所附的权利要求中特别指出并清楚地要求保护被认为是本发明的主题。本发明的前述及其他的特征和优点将从以下结合附图的详细说明中显现，附图中：

图1图示了系统的示例性实施例的框图。

图2图示了图1的系统的构造的框图。

图3图示了系统的可替代的示例性实施例的框图。

借助于参考附图的示例，以下的详细描述对本发明的实施例以及其优点和特征进行了说明。

具体实施方式

图1图示了系统100的示例性实施例的框图。系统100包括机械连接至发电机101的原动机102，发电机101具有：励磁机部分，其包括励磁机电枢绕组104和励磁机磁场绕组106；旋转整流器部分108；和主发电机部分，其包括主发电机磁场绕组110和主发电机电枢绕组112。原动机102可包括任何合适的机器，例如内燃发动机或燃气涡轮发动机。图示的实施例包括电连接至整流器114的两个主发电机电枢绕组112。两个主发电机电枢绕组112的使用允许对12脉冲型整流器14的使用。替代的实施例可包括例如连接至6脉冲型整流器114的单组主发电机电枢绕组112。

系统100包括直流（DC）系统总线（DC总线）116，直流系统总线116包括总线节点117。电池118和DC负载120经由双向DC-DC转换器122连接至DC总线116，所述双向DC-DC转换器将DC电压转换成更高或更低的DC电压。可编程输出变换器124连接至DC总线116，并可操作以将来自总线的DC电力变换成交流电AC。在图示的示例中，可编程输出变换器124可输出60 Hz或400 Hz的电力。在这一点上，60 Hz的电力可以在系统运行模式期间经由滤波器126输出至60 Hz负载128，而400 Hz的电力可以在系统起动模式期间输出至励磁机磁场绕组106。电压调节器130连接至DC总线116，并在系统运行模式期间向励磁机磁场绕组106提供电力。一对变频驱动器（VFD）132连接至DC总线116，并且可操作以通过将来自总线的DC电力变换成输出到牵引电动机134的三相AC输出，从而驱动相应的牵引电动机134。来自VFD 132的三相AC输出还可被输出至主发电机电枢绕组112的相应的相。多个接触件或开关装置（K1-K11）133布置在系统100中，以允许系统从起动模式到运行模式的转变。

系统100（和以下描述的300）允许系统通过利用多功能设备从而在减少了部件数量的情况下以起动配置和运行配置来进行操作。例如，输出变换器的使用在起动模式期间向绕制磁场的同步发电机（wound field synchronous generator）（WFSG）提供400 Hz的励磁电力，并在发电（运行）模式期间提供60 Hz的AC电力。与还包括有可操作以仅驱动发电机的附加VFD的情形相比，对驱动发电机101和起动原动机102的VFD 132的使用，减少了系统中VFD的数量。而且，可编程输出变换器124的使用则允许单个变换器单元在起动配置期间（以较高的频率）向励磁机磁场绕组106提供励磁电流，并在运行操作期间向60 Hz负载128提供60 Hz的电力。

图1图示了具有以起动模式配置来调整的接触件133的系统100。在这点上，在起动配置中，接触件K1、K2、K4、K5、K8和K10断开（open），并且接触件K3、K6、K7、K9和K11闭合（closed）。因此，在起动模式下，电池118向双向DC-DC转换器122输出低压DC（例如24 Vdc），双向DC-DC转换器122则将所述低压DC转换成给DC总线116提供电力的高压DC（例如300-800 Vdc）。可编程输出变换器124从DC总线116接收DC电力，并变换所述DC电力，以向励磁机磁场绕组106输出AC电力（例如400 Hz）。VFD 132从DC总线116接收DC电力，并向主发电机电枢绕组112输出AC电力。VFD 132驱动主发电机磁场绕组110和机械地连接至原动机102的励磁机电枢绕组104。原动机102的旋转使得原动机102起动。一旦原动机102已起动并加速至超过了工作速度下限阈值，则系统100可以被调整以进入运行操作模式。

图2图示了处在操作的运行模式下的系统100的示例性实施例。在这点上，在运行模式配置中，接触件K3、K6和K11断开，并且接触件K1、K2、K4、K5、K7、K8、K9和K10闭合。闭合的接触件K5允许来自主发电机电枢绕组112的AC电力由整流器114整流成供应DC总线116的高压DC。闭合的接触件K7和K8以及K9和K10允许VFD 132驱动牵引电动机134。电压调节器130调节来自DC总线116的电力，以便为励磁机磁场绕组106提供励磁。双向DC-DC转换器124对来自DC总线116的DC电力进行转换，以便给电池118充电和向DC负载120提供电力。可编程输出变换器124从DC总线116接收DC电力并对所述DC电力进行变换，以便将AC电力（例如，60 Hz）经由输出滤波器126输出至60 Hz负载128。

图3图示了系统的可替代示例性实施例300。系统300类似于以上描述的系统100，然而系统300包括连接至DC总线116和相应电动机134的单个VFD 132。系统300的起动模式和运行模式类似于以上描述的系统100的起动和运动模式配置。

尽管已经结合仅有限数量的实施例来详细描述了本发明，但应当很容易理解的是，本发明不局限于这些公开的实施例。更确切地，本发明可改进，以结合在此以前未描述但与本发明的精神和范围相当的许多变型、变更、替换或等同布置。另外，尽管已描述了本发明的各种实施例，但应理解的是，本发明的方面可以仅包括所描述的实施例中的一些实施例。因此，本发明不应被看作由前述说明限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims

1.一种发电系统，包括：

原动机；

发电机，其机械地连接至所述原动机，所述发电机包括磁场绕组部分和电枢绕组部分；

直流总线节点；

第一变频驱动器，所述第一变频驱动器具有电连接至所述总线节点的输入和电连接至所述电枢绕组部分的输出；以及

变换器，所述变换器具有电连接至所述总线节点的输入和电连接至所述磁场绕组部分的输出。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括第一电动机，所述第一变频驱动器的输出电连接至所述电动机。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括电连接至所述总线节点的双向直流至直流转换器。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述系统还包括电连接至所述双向直流至直流转换器的电池。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述变换器是可编程变换器，其可操作以从所述总线节点接收直流电并且输出具有第一频率的交流电。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述变换器还可操作以输出具有第二频率的交流电。

7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述变换器可操作，以便在起动操作模式期间向所述磁场绕组部分输出具有所述第一频率的交流电。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述变换器可操作，以便在运行操作模式期间向电连接的负载输出具有所述第二频率的交流电。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括整流器，所述整流器具有连接至所述电枢绕组部分的输入和连接至所述总线节点的输出。

10.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一变频驱动器可操作，以便在起动操作模式期间向所述电枢绕组部分输出交流电，和在运行操作模式期间向所述第一电动机输出交流电。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电枢绕组部分包括第一组三相电枢绕组和第二组三相电枢绕组。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述系统还包括第二变频驱动器，所述第一变频驱动器的输出被电连接至所述第一组三相电枢绕组，并且所述第二变频驱动器的输出被电连接至所述第二组三相电枢绕组。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统还包括第二电动机，所述第二变频驱动器可操作，以便在起动操作模式期间向所述第二组三相电枢绕组输出交流电，和在运行操作模式期间向所述第二电动机输出交流电。

14.一种用于起动发电机系统的方法，所述方法包括：

将直流电从直流电源输出至变换器；

将所述直流电变换成交流电，并向发电机的磁场绕组部分输出所述交流电；

将直流电从所述直流电源输出至变频驱动器；

将所述直流电变换成交流电，并且将所述交流电从所述变频驱动器输出至所述发电机的电枢绕组部分；

使所述发电机旋转以驱动原动机，所述原动机机械地连接至所述发电机；以及

起动所述原动机。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法还包括：响应于起动所述原动机，停止将交流电从所述变频驱动器输出到所述发电机的电枢绕组部分。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述方法包括：响应于停止将交流电从所述变频驱动器输出到所述发电机的电枢绕组部分，将来自所述发电机的电枢绕组部分的交流电输出至整流器部分。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，输出到所述发电机的磁场绕组部分的交流电具有第一频率。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述方法包括：响应于停止将交流电从所述变频驱动器输出到所述发电机的电枢绕组部分，将交流电从所述变频驱动器输出至电动机。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述方法包括：

响应于起动所述原动机，使输出到所述发电机的磁场绕组部分的交流电输出停止；以及

向所述磁场绕组部分输出直流电。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述方法包括：响应于使输出到所述发电机的磁场绕组部分的交流电输出停止，将具有第二频率的交流电输出到负载。