CN106253785A - 同步用于电力推进系统的电机 - Google Patents

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M·J·布莱克维尔德
A·M·波尔曼
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Rolls Royce PLC
Rolls Royce North American Technologies Inc
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Abstract

公开了同步用于电力推进系统的电机。描述了一种电力推进器系统,其包括AC驱动电路,同步电路和控制单元。AC驱动电路包括多个推进器电机、AC功率总线,以及AC发电机,AC发电机将AC电功率传送到AC功率总线以用于同时地驱动多个推进器电机。同步电路被配置为每次使来自于多个推进器电机的单一推进器电机与AC发电机同步。控制单元被配置为:响应于确定该单一推进器电机与AC发电机不同步,通过使同步电路与该单一推进器电机接合,保持该单一推进器电机与AC发电机之间的同步性。

Description

同步用于电力推进系统的电机
背景技术
一些飞机或者船舶使用涡轮电力分布推进(TeDP)系统以用于将来自于机载发电机的电功率分布到一个或多个推进器。每一个推进器可以包括用于驱动以一定速度旋转的螺旋桨或风扇的电动机,以便于积极地影响交通工具的空气动力学和流体动力学性能。驱动每一个推进器电机的电功率可以来自于发电机,该发电机由涡轮轴电机所驱动。
当TeDP系统依靠DC分布系统以用于将电功率从AC发电机分布到一个或者多个AC推进器电机时,TeDP系统可以依靠设置在每个推进器电机处的专用的转换器,其将DC分布系统的输出转换回到合适的AC电功率量以用于为推进器供电。每一种专用的转换器可能会遭受不期望的大规模和大重量的困扰。另外,对DC的每一次整流和专用的转换器将不期望的损耗引入到系统中,这导致系统低效率并且增加热负荷。
一些TeDP系统试图通过使用来自于发电机的具有可变频率的AC功率直接地驱动每一个推进器电机来避免归因于专用转换器的大规模和大重量。例如,一些TeDP系统放弃使用DC分布系统和相关联的转换器,而改为依靠可变频率的AC微电网(microgrid),此AC微电网将电功率直接从涡轮发电机分布到推进器电机。尽管节约了尺寸和重量,但直接使用AC微电网分布系统对推进器电机供电可能会带来一些挑战。例如,在启动期间,并且在推进器的瞬态负载期间,每一个推进器电机必须保持与发电机的速度同步性。如果发电机与推进器电机之间的同步性丢失(例如,由于扭矩尖峰(spike)),TeDP系统可能会不能够驱动推进器风扇或螺旋桨,并且飞机或船舶可能失去推力。
发明内容
在一个示例中,本公开涉及一种具有AC驱动电路的电力推进系统,该电路包括多个推进器电机、AC功率总线,以及AC发电机,该AC发电机将AC电功率传送到AC功率总线以用于同时地驱动多个推进器电机。电力推进系统进一步包括同步电路和控制单元,该同步电路被配置为每次使来自于多个推进器电机的单一推进器电机与AC发电机同步,该控制单元配置为:响应于确定单一推进器电机与AC发电机不同步,通过使同步电路与单一推进器电机接合,保持单一推进器电机与AC发电机之间的同步性。
在另一个示例中,本公开涉及一种电力推进系统,其包括:用于确定来自于推进器电机组的单一推进器电机与发电机不同步的装置、用于从发电机仅分离单一推进器电机的装置,以及用于仅使单一推进器电机与同步电路接合的装置,该同步电路由推进器电机组所共享。电力推进系统进一步包括:用于确定单一推进器电机与发电机同步的装置、用于从同步电路仅分离单一推进器电机的装置,以及用于使单一推进器发动与发电机接合的装置。
在一个示例中,本公开涉及一种方法,其包括:响应于确定来自于电力推进系统的推进器电机组的单一推进器电机与电力推进系统的发电机不同步,由控制单元仅使单一推进器电机与电力推进系统的同步电路接合,该同步电路由推进器电机组所共享;以及,响应于确定单一推进器电机与发电机同步,由控制单元使单一推进器电机从同步电路分离。
一个或者多个示例的细节将在附图和下文的描述中被阐述。本发明的其他特征、目的和优点将会从说明书和附图,以及权利要求书中变得显而易见。
附图说明
图1是根据本公开的一个或多个方面描绘示例电力推进系统的概念图,该电力推进系统被配置为保持多个推进器电机与共享的功率源之间的同步。
图2是根据本公开的一个或多个方面描绘由示例控制单元执行的示例操作的流程图,该控制单元被配置为保持图1中的示例性的电力推进系统的多个推进器电机与共享的功率源之间的同步。
图3A-3D是根据本公开的一个或多个方面描绘在启动期间以及在示例电力推进系统使多个推进器电机与共享的功率源同步时的图1的示例电力推进系统的概念图。
图4A-4D是根据本公开的一个或多个方面描绘在运行期间以及在示例电力推进系统使多个推进器电机与共享的功率源同步时的图1的示例电力推进系统的概念图。
具体实施方式
通常,本公开的技术和电路可以使电力推进系统(诸如在飞机或者船舶上的涡轮电力分布功率(TeDP)系统)能够利用单一的、低功率的同步电路(简称为“同步电路”)来使多个推进器与共享的功率源(例如,发电机)单独地同步。系统使用智能的低功率同步电路(尺寸设计成每次启动并同步单一推进器),而不是利用高功率的同步电路(能处理多个推进的同时启动和同步)。随着时间的推移,单一的低功率同步电路被配置为独立地接合并辅助每一个推进器,由于每一个推进器可能会与共享的功率源失去同步(例如,由于扭矩尖峰)。
在一些示例中,此技术和电路都可以应用于固定速度和可变速度的功率源两者,以及固定间距和可变间距的螺旋桨或者风扇两者。系统在确定推进器电机与AC发电机是否同步时可以管理可变间距的水平和可变速度的水平。另外,在一些示例中,系统可以与其他组件或者系统协调,诸如功率源控制器,以及用于获得合适的运行速度(诸如在启动期间优选用于同步和启动蚀刻的特定发电机速度)的其他控制器。
图1是根据本公开的一个或多个方面的描绘作为示例电力推进器系统的系统1的概念图,该系统配置为保持多个推进器电机6A-6N(整体地,“电机6”)与共享的功率源2之间的同步。电力推进系统1是可以在一些船舶或飞机上找到的频率可变的、三相AC分布系统,其用于将电功率分配到一个或多个推进器电机。
系统1包括AC驱动电路14、同步(“同步”)电路4,以及控制单元12。AC驱动电路14包括AC发电机2、多个推进器电机6,以及隔离装置5A-5H(整体地,“隔离装置5”)。同步电路4包括由整流器8、转换器9和能量源10制成的DC链接电路。
AC驱动电路14分配由AC发电机2所提供的AC电功率流,随着功率行进经过AC功率总线16,以便同时地驱动多个推进器电机6。AC发电机2代表可变频率的任意高电压或者高电流,AC功率源用于诸如系统1的电力推进系统中。例如,AC发电机2可以是涡轮轴发电机,其由发动机或者能够产生电功率来区段一个或多个推进器电机(诸如电机6)的其他类型的机器所驱动。在一些示例中,AC发电机2可以具有独立的多组绕组,多组绕组专用于每一个电机6(基本上每台电机6一个机器)或者专用于电机6的子组。在其他的示例中,AC发电机2仅具有与所有的电机6相关联的共享的一组绕组。
多个推进器电机6的每一个代表任何一种类型的电机,其用于接收由电力推进系统所提供的AC电功率。电机6在图1中被示为用于飞机或船舶的推进器电机,例如,用于驱动螺旋桨。电机6可以包括另外的传感器和/或反馈电路以用于提供返回到系统1的组件的信息(例如,电压、电流、速度、频率、相位等),这些信息用于控制电机6,诸如,同步电路4的控制单元12和转换器9。
AC功率总线16是频率可变的。AC电总线被配置为将AC发电机2所产生的电流分配到每一个电机6。隔离装置5代表选择性地可控制用于从总线16隔离系统1的多种组件的隔离装置。也就是,隔离装置5可配置用于阻断电压、中断电流并且在物理上隔离在系统1的多种组件处的从总线16接收电功率的导体。
隔离装置5的示例包括功率断路器、开关、转换器、或者可配置用于使电子组件电耦接到电总线以及使电子组件从电总线电解耦(例如,连接和断开连接)的任何其他类型的电隔离装置。例如,隔离装置5C可以包括一个或多个开关,当其接通时,将电机6B的电输入端电耦合到功率总线16以便从AC发电机2接收AC电功率。当断开时,隔离装置5C的一个或多个开关可以将电机6B的电输入端从功率总线16电解耦,以防止电机6B从AC发电机2接收AC电功率。
在一些示例中,当同步电路4使隔离的推进器电机6与AC发电机2相同步时,隔离装置5可由控制单元12配置为从推进器电机6中的任何单个推进器电机电隔离AC发电机2。另外,当同步电路4使单一推进器电机6与AC发电机2相同步时,隔离装置5可由控制单元12进一步地配置为将AC发电机2电耦合到多个推进器电机6的每一个,除了已经被同步电路4同步的单一推进器电机6。例如,为了使用同步电路4来同步电机6A,同时还利用AC发电机2对电机6B-6N供电,控制单元12可以使隔离装置5H能够将功率从发电机2发送到功率总线16,并且还启用或者接通隔离装置5A,5E,5C和5D,同时停用隔离装置5B,5F和5G。
控制单元12被配置为控制系统1如何和何时分配,并且抑制将功率从AC发电机2分配到电机6。在将电功率从AC发电机2分配到每一个电机6的控制中,当电机6变得与AC发电机2脱离同步时,控制单元12可以每次选择性地使同步电路4与各个电机6中的任何一个相接合。换而言之,响应于确定单独的推进器电机6与AC发电机2不同步(在这里也可以称为“非同步化”),控制单元12可通过选择性地使同步电路4与推进器电机6中的单独一个接合来保持每一个电机6与AC发电机2之间的同步性。
控制单元12示为通常被可操作地耦接到系统1的所有组件上,这些组件包括AC驱动电路14、同步电路4。尽管未在图1中具体地示出,控制单元12也可被可操作地耦接到同步电路4和AC驱动电路14的各组件的每一个上,这些组件包括AC发电机2、一个或多个电机6、一个或多个隔离装置5、整流器8、转换器9和能量源10。换句话说,控制单元12可以对和/或从系统1的不同组件2、4、5、6、8、9、10和14中的每一个以及任何其他组件提供和/或接收信号和信息,这些信号和信息需要用来使系统1将功率从AC发电机2分配到电机6以及抑制将功率从AC发电机2分配到电机6。例如,控制单元12可以与其他控制模块通信,诸如与AC发电机2相关联的控制模块通信以在同步期间协调伴随AC发电机2的速度和潜在负载动态。
控制单元12可以包括硬件、软件、固件的任何合适的布置,或者它们的任何组合,以便执行本文中属于控制单元12的技术。控制单元12的示例包括任何一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP),专用集成电路(ASIC),现场可编程门阵列(FPGA),或者任何其他等同的集成的或离散的逻辑电路,以及这些组件的任何组合。当控制单元12包括软件或固件时,控制单元12进一步包括用于存储并执行软件或固件的任何必要的硬件,诸如一个或多个处理器或处理单元。
通常,处理单元可以包括一个或多个微处理器,DSP,ASIC,FPGA或者任何其他同等的集成的或者离散的逻辑电路,以及这些组件的任何组合。尽管未在图1中示出,控制单元12可以包括配置为存储数据的存储器。存储器可以包括任何易失性或非易失性介质,诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性RAM(NVRAM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存等。在一些示例中,存储器可以在控制单元12的外部(例如,可以在容纳控制单元12的封装的外部)。
尽管控制单元12通常被描述为用于控制系统1中的每一个组件以执行本文所描述的技术的主单元,在一些示例中,驱动电路14和/或同步电路4的各个组件可以包括附加的功能,以用于执行下文关于控制单元12描述的操作中的一些或全部。例如,整流器8、转换器9、能量源10、隔离装置5、AC发电机2和电机6中的一个或多个的组合可以包括:响应于确定单一推进器电机6与AC发电机2不同步,仅使单一推进器电机6与同步电路4接合的装置;以及响应于确定单一推进器电机6与AC发电机2同步,使单一推进器电机6从同步电路4解除的装置。
在一些示例中,控制单元12进一步配置为:在同步电路4将单一推进器电机6与AC发电机2同步之后,通过从单一推进器电机6解除同步电路4来保持单一推进器电机6与AC发电机2之间的同步性。换句话说,当同步电路4已经完成使不同步的电机6达到AC发电机2的速度,控制单元12可以感测到单独的电机是在同步中的,从单独的电机6解除同步电路4,以及将单独的电机6重新电耦接到AC功率总线16。
例如,为了使同步电路4与电机6A接合,控制单元12可以最初将隔离装置5A配置成将同步电路4电耦接到AC功率总线16,另外将隔离装置5B配置成使电机6A从AC功率总线16电解耦。随后,控制单元12可通过将隔离装置5E配置成使电机6A电耦接到同步电路4来完成同步电路4与电机6A的接合。
反之,为了从电机6A解除同步电路4,控制单元12可以最初将隔离装置5配置成使电机6A从同步电路4电解耦。随后,控制单元12可通过将隔离装置5A配置成使同步电路4从AC功率总线16电解耦并且另外将隔离装置5B配置成使电机6A电耦接到AC功率总线16来完成同步电路4与电机6A的脱离。
在一些示例中,技术和电路可以应用于固定速度和可变速度的功率源这两种,以及固定间距和可变间距螺旋桨或风扇这两种。当确定电机6与AC发电机2是否同步时,控制单元12可以管理可变间距水平和可变速度水平。
如果可变间距在飞机上可用,则在同步和启动期间并且在自转情况下(例如,在飞行期间再次同步时),同步电路4可以协调推进器6的螺旋桨桨距控制。
控制单元12可以与其他控制器协调,诸如功率源控制器以及系统1的其他控制器(未示出),以便获得AC发电机2的合适的运行速度,并且在可应用的情况下,如果可变桨距对推进器6是可用的,则获得螺旋桨桨距。例如,控制单元12可以在启动期间获得优选用于同步和启动时刻的特定的发电机转速。
同步电路4被配置为每次将单一的一个推进器电机6与AC发电机2同步。在一些示例中,控制单元12和/或同步电路4将使同步电路4与每一个电机6顺序地接合以在启动期间辅助系统1。另外,控制单元12和/或同步电路4在一些示例中可配置同步电路4以便将同步信号(例如,插入阻尼)提供到单独的或者多个推进器电机6以保持与AC发电机2的同步性。
同步电路4包括低功率DC链接电路,其由包括整流器8和转换器9的低功率电子器件制成,以用于顺序地启动一个单独的电机6和/或每次使一个单独的电机6与AC驱动电路14同步。同步电路4的DC链接电路是低功率的,并且因此具有足够的额定功率以用于每次仅驱动单一推进器电机6。也就是,不像可能依靠多个高功率同步电路(例如,每一个推进器电机一个此电路)的其他电力推进系统,系统1可以包括仅一个低功率同步电路4。同步电路4的DC链接电路能使每一个电机6与AC发电机2同步,然而,同步电路4被尺寸设计成能够每次仅使电机6中的一个与AC发电机2同步。
在一些示例中,同步电路4可配置成辅助系统1以通过对电机中6的一个施加临时的和间歇的阻尼来保持稳定性。在这种示例中,要被稳定的电机6中的一个无需从AC功率总线16隔离。反而,要被稳定的电机6由来自同步电路4和AC发电机2两者的AC功率所驱动。例如,考虑电机6A需要稳定化的示例。控制单元12可以启用隔离装置5A和5E,当隔离装置5B被启用时,使得电机6A由同步电路4的输出(例如,同步化或者阻尼信号)以及AC发电机2所产生的AC电功率来驱动。以此方式,系统1可以配置同步电路4与AC发电机2并行地工作。注意,为了以并行的方式工作,AC发电机2可以要求专用于电机6中的每一个的独立的一组绕组(基本上是每个推进器一个机器)。在一些示例中,同步电路4的组件可被尺寸设计成同时支持多个电机6的同步。
同步电路4的DC链接电路的整流器8被配置为基于由AC发电机2经过AC功率总线16传送的AC电功率,将DC电功率提供到转换器9。整流器8可以包括产生DC电功率所需的电子器件和电路的任何适当的组合,该DC电功率反映了由AC发电机2传送的AC电功率的特性。由整流器8所产生的DC电功率可以对控制单元12和/或转换器9提供关于与同步信号相关联的频率、相位、电压和/或电流的指示,同步电路4需要上述各项来产生该同步信号以便驱使电机6中的一个回到与AC发电机2同步。
转换器9被配置为基于从整流器8接收的DC电信号和/或从AC功率总线16接收的DC电信号来输出同步电功率,以用于驱动单一的一个推进器电机6中与AC发电机2同相位。为了驱动脱离同步的电机6回到与AC发电机2同步,转换器9可以改变同步功率的相位、频率、电压幅度、电流幅度,和/或其他特性。例如,转换器9可以从控制单元12、和/或直接从电机6中的脱离同步的那个电机接收信息,该信息指示脱离同步的电机的速度。转换器9可以改变同步功率特性,直到速度信息指示脱离同步的电机恢复与AC电发电机2同步。
在一些示例中,同步电路4的DC链接电路进一步包括能量源10,用于稳定在整流器8与转换器9之间传递的DC电功率(例如,临时性的源损失跨越(source loss ridethrough))。例如,在与由AC发电机2传送的AC电功率相关联的潜在的损失条件期间,功率源10可以提供同步功率,其防止损失条件引入从同步电路4输出到AC功率总线16的功率中的异常。能量源10也可以提供某一水平的冗余度以用于从其他涡轮发电机或分配系统故障中恢复。
在一些示例中,当推进器电机6中的一个与AC发电机2脱离同步时,同步电路4可以被配置为通过以下步骤来使脱离同步的推进器电机6与AC发电机2同步:将从由AC发电机传送的AC电功率导出的同步电功率输出到单一推进器电机以用于使该单一推进器电机与AC发电机同步。例如,考虑在电机6A与AC发电机2(例如,在相位、速度上等)脱离同步的示例。转换器9可以基于从整流器8或AC总线接收的DC信号生成同步功率,并且将同步功率输出到电机6A,以使得电机6A恢复与AC发电机2同步。
在一些示例中,当推进器电机6中的一个与AC发电机2脱离同步时,同步电路14可以被配置为:响应于确定单一推进器电机以满足运行速度阈值的速度运行,通过抑制同步电功率的输出,使得脱离同步的推进器电机6与AC发电机2同步。例如,转换器9可以从电机6A(或者从控制单元12)接收指示电机6A的电流速度的信息。基于该速度信息,转换器9可以改变被输出到总线16的同步功率以加速或者降低电机6A的速度,直到电机6A回到与AC发电机2同步或者以其他方式重新与AC发电机2相符(in-line)。在一些示例中,基于速度信息,转换器9可以与可变间距机构相协调地改变同步功率,该机构被用于对电机6A给予同步化(例如,经由自转(wind milling)技术)。
在一些示例中,当推进器电机6中的一个与AC发电机2脱离同步时,同步电路14可以被配置为:通过抑制将任何稳定的电功率输出到多个推进器电机中的每一个,除了脱离同步的一个单一推进器电机,使得脱离同步的推进器电机与AC发电机2同步。换而言之,尽管转换器9可以基于从整流器8或AC总线16接收的DC信号生成同步功率,并且将此同步功率输出到电机6A,以使得电机6A重新与AC发电机2相符,但是,从同步电路4生成并输出的同步功率可能不足以用于驱动任何电机6,这样也会导致不同步。如此,同步电路4的尺寸和功率要求能够保持相对较小,并因此,更易于被较轻的、较小的、和较便宜的飞机和船舶的电力推进系统所使用。
控制单元12、同步电路4和系统1的其他组件的操作取决于电机6的状态。例如,当电机6中的一个变得与AC发电机2不同步时,控制单元12首先可以从可变频率AC功率总线16隔离该电机6,然后使同步电路4与电机6接合以使电机6恢复与AC发电机2的同步。控制单元12和/或同步电路4可以在同步电路4驱动电机6时收集关于与电机6相关联的位置、速度、电压、频率和/或相位的信息(例如,数据),直到电机6的速度与AC发电机2同步。换句话说,对于发生同步,控制单元12可以同步电机6和AC发电机2的三个特性。需要相同的三个东西是电压、相位和频率(速度)。例如,即使电机6中的一个在相位上与AC电机2同步,如果电机6与AC发电机2之间的电压电平不相同,则这两个装置不能被认为是同步的。
一旦电机6的速度、相位、电压和/或频率与AC发电机2同步,控制单元12和/或同步电路4可以从电机6解除同步电路4,同时还将该电机6与AC功率总线16重新接合。控制单元12和/或同步电路4可以针对电机6中的每一个重复前述步骤以使得每一个电机6与AC发电机2进入同步。
如此,本文中描述的同步电路不需要尺寸设计成同时对电力推进系统的所有推进器电机提供DC电功率。作为尺寸设计成每次仅对单一推进器电机提供DC电功率的结果,本文中所描述的同步电路可以极大地减小电力推进系统的驱动推进器所必要的功率电子器件的重量,并且也可减少电功率损失。同步电路也提供用于重新同步电机(例如,在扭矩事件之后)的集中式电装置。通过使用单一同步电路,示例推进系统的规模(例如,尺寸、重量等)可以是依靠多个同步电路的其他电力推进系统的规模的一小部分。另外,与其他系统相比,示例推进系统可能成本较小并且更易于维护。
图2是根据本公开的一个或多个方面的描绘由作为示例控制单元的控制单元12所执行的操作的流程图,该控制单元被配置为保持图1中的电力推进系统的多个推进器电机6与共享的功率源2之间的同步。下文参照图1中的系统1描述图2。
在运行中,控制单元12可以确定来自于推进器电机组的单一推进器电机与发电机不同步(100)。例如,在正常的运行期间,电机6A可以逐渐地(例如,由于系统1的内在不稳定性)或迅速地(例如,归因于由阵风、碎片、空气动力学的分离等导致的扭矩瞬变)与AC发电机2脱离同步。控制单元12可以从AC发电机2和/或电机6A接收数据,该数据指示电机6A何时减慢、加速、变得与AC发电机2异相,或者以其他方式变得与AC发电机2不同步。
控制单元12可以分析与每一个单独的电机6相关联的速度、电压、频率和/或相位,以确定电机与AC发电机2是否脱离同步或者回到同步。例如,控制单元12可以从电机6中的每一个接收信息,该信息指示与电机6中的每一个单独的电机相关联的速度、电压、频率和/或相位。在一些示例中,控制单元12可以基于由电机6中的一个所汲取的电流来确定该电机6的速度。换句话说,控制单元12可以基于与电机6中的一个相关联的电流电平来推断该电机6的速度。例如,较高的电流值可以指示电机6中的一个以较快的速度运行,反之,较低的电流或者没有电流被汲取可以指示电机6中的一个以低速或者零速度运行。
响应于确定来自于推进器电机组的单一推进器电机与发电机不同步,并且在仅将该单一推进器电机与同步电路接合以前,控制单元12可以从发电机上仅解除该单一推进器电机(110)。换而言之,在将同步电路4与电机6A接合以前,控制单元12在启用隔离装置5A或5E以将电机6A与同步电路14接合之前可以停用隔离装置5B以将电机6A从AC功率总线16电解耦。
响应于确定电机6的速度满足电机6的运行速度阈值,控制单元12可以确定单一推进器电机与AC发电机2同步,并且相反地,响应于确定速度不满足电机6的运行速度阈值,可以确定单一推进器电机与AC发电机2不同步。响应于确定系统1的电机6A与AC发电机2同步,控制单元12可以仅将单一推进器电机与电力推进系统的同步电路接合,该同步电路由推进器电机组所共享(120)。也就是,控制单元12可以给同步电路4分配任务,以便稳定或重新获得电机6A与AC发电机2之间的同步性。当隔离装置5H被启用以对总线16供电时,控制单元12可以启用隔离装置5A以使同步电路14的整流器8与AC功率总线16电耦接,并且启用隔离装置5E以使同步电路14的转换器9的输出端与电机6A电耦接。
在一些示例中,控制单元12可以通过以下步骤仅将单一推进器电机与同步电路接合:将多个隔离装置配置为从发电机电隔离单一推进器电机,同时保持发电机与来自于推进器电机组的每一个推进器电机(除了该单一推进器电机)之间的电耦接。换句话说,当控制单元12启用隔离装置5A和5B并且停用隔离装置5E以便使电机6A与同步电路4同步。控制单元12可以保持隔离装置5F和5G停用,并且保持隔离装置5C、5D和5H启用。这样,控制装置12可以将电机6B-6N配置成从同步电路4脱离并且与AC发电机2接合,同时同步电路4驱动电机6A恢复与AC发电机2同步。
控制单元12可以确定单一推进器电机与发电机同步(130)。例如,在某一稍后的时刻,在同步电路14利用同步功率开始驱动电机6A之后,控制单元12可以接收与电机6A相关联的信息(例如,指示电流、速度等),并且将电机6A视为恢复与AC发电机2同步。
响应于确定单一推进器电机与发电机同步,控制单元12可以使单一推进器电机与发电机接合(140)。例如,通过启用隔离装置5B以使电机6A与AC功率总线16电耦接,控制单元12可以使电机6A恢复与AC发电机2联线。
在一些示例中,响应于确定单一推进器电机与发电机相同步,并且在使该单一推进器电机与发电机接合之后,控制单元12可以使该单一推进器电机从同步电路脱离(150)。例如,控制单元12可以禁用隔离装置5E以使同步电路14的转换器9的输出端从电机6A电解耦。如果控制单元12将所有其他电机6视为与AC发电机2同步,那么控制单元12也可以禁用隔离装置5A以使同步电路4的整流器8从AC功率总线16电解耦。
图3A-3D是根据本公开的一个或者多个方面的描绘了在启动期间的以及在电力推进系统1使推进器电机6与共享的功率源2同步时的图1的电力推进系统1的概念图。类似地,图4A-4D是根据本公开的一个或者多个方面的描绘了在运行期间的以及在电力推进系统1使推进器电机6与共享的功率源2同步时的图1的电力推进系统1的概念图。
在下文中参考图1中的系统1和图2中的操作100-150描述图3A-3D和图4A-4D。在整个图3A-3D和图4A-4D中,隔离装置5被示为阴影的“黑色”方框以指示隔离装置5被启用或闭合的时候(例如,有传导电流);或者被示为没有阴影的“白色”方框以指示隔离装置5被停用或断开的时候(例如,没有传导电流)。
图3A-3D每一个表示不同相位的启动序列,其中,同步电路4顺序地接合以支持每一个电机6的稳定性,直到全部被同步。图3A示出处于电机6的顺序启动的初始相位期间的系统1。在启动时,每一个电机6未被AC发电机2驱动,并且隔离装置5B-5D和5F-5G被禁用以防止电流从AC发电机2到达每一个电机6,隔离装置5H始终可以被启用以使得来自于AC发电机2的电流在总线16上。通过启用隔离装置5A和5E,同时继续从同步电路4隔离电机6B-6N中的每一个,控制单元12可以使同步电路4与电机6A接合以开始使电机6A跟上速度。
图3B示出紧接着图3A中示出的初始相位、在电机6的顺序启动的随后相位期间的系统1。在图3B中,控制单元12已确定同步电路4已经完成促使电机6A跟上速度。控制单元12通过启用隔离装置5B来使电机6A与AC功率总线16接合,然后通过停用隔离装置5E来使电机6A从同步电路4脱离。随着电机6A跟上速度并且由AC发电机2驱动,在电机6的顺序启动的另一个随后的相位期间,控制单元12转向使电机6B跟上速度。控制单元12可以启用隔离装置5F,由此使电机6B与同步电路4接合,从而使得同步电路4能使电机6B与AC发电机2同步。
在图3C中,控制单元12已确定同步电路4已经完成促使电机6B跟上速度,并且通过启用隔离装置5C使电机6A与AC功率总线16接合以及通过停用隔离装置5F使电机6B从同步电路4脱离。随着现在电机6A和6B跟上速度并且由AC发电机2驱动,控制单元12转向使其他的电机6跟上速度,顺序地并且每次一个。控制单元12可以通过启用隔离装置5G由此使电机6N与同步电路4接合以使得同步电路4能使电机6N与AC发电机2同步来完成启动序列。
在图3D中,在确定同步电路4已经完成促使电机6N跟上速度之后,控制单元12完成启动序列。控制单元12通过启用隔离装置5N来使电机6N与AC功率总线16接合,并且通过停用隔离装置5A和5G来使电机6N从同步电路4脱离。因此,启动序列完成,并且电机6中的每一个被AC发电机2所驱动。
图4A-4D每一个代表不同的时刻,即在系统1的运行期间、当同步电路4可以被接合以用于支持每一个电机6的稳定性和同步性的时候。图4A示出在正常的运行期间的时刻,在此时刻,同步电路4没有与任何的电机6相接合,而是每一个电机6被AC功率总线16驱动。通过启用隔离装置5B-5D中的每一个以及5H,同时停用隔离装置5A和5E-5G中的每一个,控制单元12可以驱动电机6中的每一个跟随AC发电机2。
最后,控制单元12和/或同步电路4可以从电机6N接收信息,该信息指示电机6N已经与AC发电机2脱离同步。图4B示出控制单元12可通过启用隔离装置5A和5G并且停用隔离装置5D来将同步电路4与电机6N接合,以使电机6N恢复同步。
在图4C中,电机6N恢复与AC发电机2的同步,因此,控制单元12可以重新启用隔离装置5D以驱动电机6N跟随AC发电机2,并且停用隔离装置5G。控制单元12和/或同步电路4可以从电机6N接收信息,该信息指示电机6A已经与AC电机2脱离同步,并且控制单元12可通过启用隔离装置5A和5E并停用隔离装置5B来使同步电路4与电机6A接合以使电机6A恢复同步。
以及在图4D中,电机6A恢复与AC发电机2的同步,因此,控制单元12可以重新启用隔离装置5B以驱动电机6A跟随AC发电机2并且停用隔离装置5E。控制单元12和/或同步电路4可以进一步地从电机6B接收信息,该信息指示电机6B已经与AC发电机2脱离同步,并且控制单元12可通过启用隔离装置5A和5F并停用隔离装置5C来使同步电路与电机6B接合以使电机6B恢复同步。最后,当电机6B恢复与AC发电机2同步时,控制单元12可以重新启用隔离装置5C并停用隔离装置5F,以再次驱动电机6B跟随AC发电机2。
在一个或多个示例中,所述的操作可以以硬件、软件、固件或者它们的任意组合来实现。如果以软件实现,这些操作可以作为一个或多个指令或代码在计算机可读介质上存储或传输,并且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质,其对应于诸如数据存储介质的有形介质,或通信介质,包括有助于计算机程序从一个地方转移到另一个地方的任何介质,例如,根据通信协议。以此方式,计算机可读介质通常地可对应于(1)非暂态的有形的计算机可读取存储介质,或者(2)通信介质,诸如信号或载波。数据存储介质可以是任何可用的介质,其能被一个或多个计算机或者一个或多个处理器访问以取得用于实现本公开中描述的技术的指令、代码和/或数据结构。计算机程序产品可以包括计算机可读的介质。
借助举例而非限制,这样的计算机可读的存储介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他的光盘存储器,磁盘存储,或其他的磁性存储装置,闪存,或能被用于存储以指令或者数据结构的形式的期望的程序代码并且能被计算机访问的任何其他介质。并且,任何连接被适当地称为计算机可读取介质。例如,如果利用同轴电缆、光缆、双绞线、数字用户线路(DSL),或者无线技术(诸如,红外线、无线电和微波)从网页、服务器或者其他远程源传输指令,那么在介质的定义中包括同轴电缆、光缆、双绞线、数字用户线路(DSL),或者无线技术(诸如,红外线、无线电和微波)。然而,应该理解的是,计算机可读取存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或其他暂态介质,但是相反地涉及非暂态的有形的存储介质。如同在这里所使用的磁盘和光盘包括紧凑盘(CD),激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD),软盘和蓝光盘,其中,磁盘通常地磁性地再现数据,同时磁盘利用激光再现光学数据。上述的组合也可以被包括在计算机可读取介质的范围内。
指令可以由一个或者多个处理器执行,诸如一个或多个DSP,通用的微处理器,ASIC,FPGA或者其他同等的集成的或分离的逻辑电路。另外,在本文中使用的术语“处理器”可以指代任意一个前述的结构或者适用于实现本文中描述的方法的任何其他的结构。另外,在一些方面,本文中描述的功能可以被提供在专用的硬件和/或软件模块中。而且,在一个或多个电路或逻辑元件中,能够完全地执行此技术。
本文中的技术可以在各种各样的装置或仪器中实现,该装置或仪器包括处理器,集成电路(IC)或者一组集成电路(例如,芯片组)。在本文中描述多种组件、模块或者单元以强调装置的功能方面,该装置被设置为执行本文的技术,但是没有必要由不同的硬件单元实现。当然,如上所述,多种单元可以被组合在硬件单元中或由内部运行硬件设备的集合所提供,其包括上述的一个或者多个处理器与合适的软件和/或固件相结合。
描述了多种示例。这些以及其他的示例在所附的权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种电力推进系统,其包括:
AC驱动电路,所述AC驱动电路包括:
多个推进器电机;
AC功率总线;和
AC发电机,其将AC电功率传送到所述AC功率总线,以用于同时地驱动所述多个推进器电机;
同步电路,配置为单独地使来自于所述多个推进器电机的单一推进器电机与所述AC发电机同步,每次同步一个推进器电机;以及
控制单元,配置为:响应于确定所述单一推进器电机与所述AC发电机不同步,通过使所述同步电路与所述单一推进器电机接合来保持所述单一推进器电机与所述AC发电机之间的同步性。
2.如权利要求1所述的电力推进系统,其中,所述同步电路配置为通过以下步骤来使所述单一推进器电机与所述AC发电机同步:将从由所述AC发电机传送的AC电功率导出的同步电功率输出到所述单一推进器电机以用于驱动所述单一推进器电机与所述AC发电机同相位。
3.如权利要求2所述的电力推进系统,其中,所述同步电路配置为通过以下步骤来使所述单一推进器电机与所述AC发电机同步:响应于确定所述单一推进器电机正在以满足运行速度阈值的速度运行,抑制输出所述同步电功率。
4.如权利要求2-3中任一项所述的电力推进系统,其中,所述同步电路进一步地配置为通过以下步骤来使所述单一推进器电机与所述AC发电机同步:抑制将同步电功率输出到所述多个推进器电机的除了所述单一推进器电机以外的每一个。
5.如权利要求1-4中任一项所述的电力推进系统,其中,所述同步电路配置为通过以下步骤来使所述单一推进器电机与所述AC发电机同步:利用所述同步电功率,将所述推进器电机的频率调节到由所述AC发电机传送的AC电功率的频率的容忍阈值之内。
6.如权利要求1-5中任一项所述的电力推进系统,其中,所述同步电路配置为通过以下步骤来使所述单一推进器电机与所述AC发电机同步:利用所述同步电功率,将所述推进器电机的相移调节到由所述AC发电机传送的AC电功率的频率的容忍阈值之内。
7.如权利要求1-6中任一项所述的电力推进系统,其中,所述同步电路配置为通过以下步骤来使所述单一推进器电机与所述AC发电机同步:利用所述同步电功率,将所述推进器电机的电压调节到与所述AC发电机相关联的电压的容忍阈值之内。
8.如权利要求1-7中任一项所述的电力推进系统,其中,所述同步电路包括DC链接电路,所述DC链接电路包括整流器和转换器,其中,所述整流器配置为基于由所述AC发电机传送的AC电功率来将DC电信号提供到转换器,并且所述转换器配置为基于从所述整流器接收的所述DC电信号或基于所述AC总线来输出同步电功率,以用于驱动所述单一推进器电机与所述AC发电机同相位。
9.如权利要求8所述的电力推进系统,其中,所述DC链接电路进一步地包括能量源,以用于在与由所述AC发电机传送的AC电功率相关联的潜在的损失条件期间同步所述DC信号。
10.如权利要求8-9中任一项所述的电力推进系统,其中,所述DC链接电路具有足够的额定功率以用于每次仅驱动来自于所述多个推进器电机的单一推进器电机。
11.如权利要求1-10中任一项所述的电力推进系统,其中,所述AC驱动电路进一步包括多个隔离装置,所述多个隔离装置可被所述控制单元配置为在所述同步电路使所述单一推进器电机与所述AC发电机同步时,从所述单一推进器电机电隔离所述AC发电机。
12.如权利要求11所述的电力推进系统,其中,所述多个隔离装置进一步被所述控制单元配置为在所述同步电路使所述单一推进器电机与所述AC发电机同步时,将所述AC发电机电耦合到所述多个推进器电机中的每一个,除了所述单一推进器电机。
13.如权利要求1-12中任一项所述的电力推进系统,其中,所述电力推进系统包括分布式推进系统,并且所述AC发电机包括由发动机驱动的轴。
14.如权利要求1-13中任一项所述的电力推进系统,其中,所述控制单元进一步配置为通过以下步骤来保持所述单一推进器电机与所述AC发电机之间的同步性:在所述同步电路使所述单一推进器电机与所述AC发电机同步之后,从所述单一推进器电机脱离所述同步电路。
15.一种电力推进系统,其包括:
用于确定来自于推进器电机组的单一推进器电机与发电机不同步的装置;
用于从所述发电机仅脱离所述单一推进器电机的装置;
用于仅使所述单一推进器电机与同步电路接合的装置,所述同步电路由所述推进器电机组所共享;
用于确定所述单一推进器电机与所述发电机同步的装置;
用于使所述单一推进器电机与所述发电机接合的装置;以及
用于使所述单一推进器电机从所述同步电路脱离的装置。
16.一种方法,其包括:
响应于确定来自于电力推进系统的推进器电机组的单一推进器电机与所述电力推进系统的发电机不同步,由所述控制单元仅使所述单一推进器电机与所述电力推进系统的同步电路接合,所述同步电路由所述推进器电机组所共享;以及
响应于确定所述单一推进器电机与所述发电机同步,由所述控制单元使所述单一推进器电机从所述同步电路脱离。
17.权利要求16所述的方法,进一步包括:
进一步响应于确定来自于所述推进器电机组的单一推进器电机与所述发电机不同步,并且在仅将所述单一推进器电机与所述同步电路接合以前,由所述控制单元仅使所述单一推进器电机从所述发电机脱离;以及
进一步响应于确定所述单一推进器电机与所述发电机同步,由所述控制单元在将所述单一推进器电机从所述同步电路脱离之前,使所述单一推进器电机与所述发电机接合。
18.如权利要求16-17中任一项所述的方法,进一步包括:
由所述控制单元,确定与所述单一推进器电机相关联的速度;
由所述控制单元,响应于确定所述速度满足所述推进器电机组的运行速度阈值而确定所述单一推进器电机与所述发电机同步;以及
由所述控制单元,响应于确定频率、电压和相位不满足所述推进器电机组的运行速度阈值而确定所述单一推进器电机与所述发电机不同步。
19.如权利要求18所述的方法,其中,确定与所述单一推进器电机相关联的速度包括:基于与所述单一推进器电机相关联的电流电平来推断所述速度。
20.如权利要求16-19中任一项所述的方法,其中,仅使所述单一推进器电机与所述同步电路接合包括:将所述电力推进系统的多个隔离装置配置成使所述单一推进器电机与所述发电机电隔离,同时保持所述发电机与来自于所述推进器电机组的推进器电机中的除了所述单一推进器电机以外的每一个之间的电耦接。
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