CN108781049A - 交流发电机制动装置 - Google Patents

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Abstract

一种交流发电机制动装置，可缓急自如地进行控制且在控制部失效的情况下也会正常发挥功能。该交流发电机制动装置具有：三端双向开关(TR)，其第一端连接于交流发电机的输电线的一方，第二端连接于输电线的另一方；第一开关部(Q1、Q2)，插入连接于并联在三端双向开关的第二端与门极之间的电流路径上；以及第二开关部(Q3)，可切换第一开关部的可接通状态和断开状态，在通过第二开关部(Q3)使第一开关部成为可接通状态时，当线间电压的绝对值为规定值以上时，则以线间电压来作为驱动电源，第一开关部接通且触发电流根据线间电压的极性而通过电流路径流向门极，三端双向开关接通，短路电流流向输电线间。

Description

交流发电机制动装置
技术领域
本发明涉及一种风力发电装置等中的交流发电机的制动装置。
背景技术
在风力发电装置中，已知有一种机构，其在风车的旋转速度即转速过高时，产生制动力矩以减少风车的旋转从而保护风车以及与其连接的交流发电机。作为最简单的机构有机械式制动器。由于机械式制动器主要是盘式制动器，急速制动会给风车带来较大的负担，因此通常在即将静止之前的最终阶段使用。此外，还有一种基于从连接于负载的电动机等再生电流的再生制动器，但受到负载条件影响。
在专利文献1、2中，公开了如下的技术：通过交流发电机的输出端子的短路等而使输出电流增大，从而在交流发电机中产生制动力矩，并将该制动力矩作为风车的制动力(专利文献1、2)。
在专利文献1中，公开了一种保护装置，由于风车的转速与交流发电机的输出频率成比例，因此通过检测交流发电机的输出频率来监测风车的转速，当超过规定的输出频率时，关闭开闭器而使交流发电机的输出短路。为了防止开闭器频繁开闭，使用了定时器。在专利文献1的机构中，一旦开闭器关闭，直到定时器经过规定时间，开闭器会始终关闭。因此，在开闭器关闭时，交流发电机会产生制动力矩的急剧变化，给交流发电机以及风车带来较大的机械应力。
在专利文献2中，具备检测交流发电机的转速的转速检测单元、和在交流发电机的输出电流的整流后根据配置的开关元件的通断切换定时来改变直流功率的大小的功率转换电路，在转速过高时，通过逐渐提高导通率直至开关元件成为始终接通的状态，从而增大来自交流发电机的输出电流，在交流发电机中产生制动力矩。在专利文献2的方式中，由于使交流发电机的输出电流随时间增大，因此流过交流发电机的电流不会产生急剧的变化，因此能不施加机械应力地对风车进行制动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-199473号公报
专利文献2：日本特开2007-189770号公报
发明内容
发明所要解决的问题
专利文献2的装置的特征在于，通过使交流发电机的输出电流随时间增大，而不会产生急剧的制动力矩，但即使将开关元件的导通率设为100％，也达不到短路时的电流，因此在转速超过可控范围甚至进一步变大的情况下，切换成了由开闭器来进行的短路制动。因此，专利文献2的电流增大方式被视为由开闭器来实现的输出短路方式的补充方案。
此外，专利文献2那样的发电输出的功率转换电路及其控制电路需要驱动电源，因此在驱动电源失效的情况下无法工作，无法产生制动力矩。此外，难以缓急自如且精细地控制对交流发电机即风车施加制动力矩的方法。
鉴于以上的问题，本发明的目的在于提供一种用于对风力发电装置等的交流发电机产生制动力矩的制动装置，其中，该制动装置能缓急自如地控制对交流发电机的制动力矩且在控制部驱动电源失效的情况下也能正常发挥功能。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明提供以下的构成。需要说明的是，括号内的附图标记为后述的附图中的附图标记，是标注出来供参考的附图标记。
本发明的交流发电机制动装置的一个实施方式的特征在于，具有：三端双向开关(TR)，其第一端(T1)连接于交流发电机的一对输电线的一方，第二端(T2)连接于一对输电线的另一方；第一开关部(Q1、Q2)，插入连接于并联在所述三端双向开关(TR)的门极(TG)与第二端(T2)之间的电流路径上；以及第二开关部(Q3)，可切换所述第一开关部(Q1、Q2)的可接通状态和断开状态，在通过所述第二开关部(Q3)使所述第一开关部(Q1、Q2)成为可接通状态时，当线间电压的绝对值大于规定值时，则以线间电压来作为驱动电源，该第一开关部(Q1、Q2)接通且触发电流根据线间电压的极性而通过所述电流路径流向所述门极(TG)，由此，所述三端双向开关(TR)接通，短路电流通过该三端双向开关(TR)流向输电线间。
在上述实施方式中，所述第一开关部(Q1、Q2)能在所述第二开关部(Q3)断开时成为可接通状态，该第一开关部(Q1、Q2)能在该第二开关部(Q3)接通时成为断开状态。
在上述实施方式中，所述第二开关部(Q3)能由其他的驱动电源驱动，并在该其他的驱动电源失效时断开。
在上述实施方式中，可以由通过反向串联而插入至所述电流路径上的具备控制端(G)的第一和第二开关元件(Q1、Q2)构成所述第一开关部(Q1、Q2)，并使第一开关元件(Q1)的一端(D1)连接于所述三端双向开关(TR)的门极(TG)侧，并且使第二开关元件(Q2)的一端(D2)连接于所述三端双向开关(TR)的第二端(T2)侧，使所述第一和第二开关元件(Q1、Q2)的另一端(S)彼此通过第一公共连接点(P1)连接，使该第一和第二开关元件(Q1、Q2)的控制端(G)彼此通过第二公共连接点(P2)连接，并且，使所述第二开关部(Q3)的一端连接于所述第一公共连接点(P1)，并且使另一端连接于所述第二公共连接点(P2)。
在上述实施方式中，可以具有检测所述交流发电机的转速的转速检测部(2)，并基于由所述转速检测部(2)检测到的转速来进行由所述第二开关部(Q3)实现的所述第一开关部(Q1、Q2)的状态切换。
本发明的交流发电机制动装置的另一实施方式的特征在于，具有：三端双向开关(TR)，其第一端(T1)连接于交流发电机的一对输电线的一方，第二端(T2)连接于一对输电线的另一方；开关部(Q11)，插入连接于并联在所述三端双向开关(TR)的门极(TG)与第二端(T2)之间的电流路径上；以及控制部(cs)，可切换所述开关部(Q11)的接通状态和断开状态，在通过所述控制部(cs)使所述开关部成为接通状态时，触发电流根据线间电压的极性而通过所述电流路径流向所述门极(TG)，由此，所述三端双向开关(TR)接通，短路电流通过该三端双向开关(TR)流向输电线间。
在上述另一实施方式中，所述开关部(Q11)为光MOS继电器。
在上述另一实施方式中，可以具有检测所述交流发电机的转速的转速检测部(2)，并基于由所述转速检测部(2)检测到的转速来进行由所述控制部(cs)实现的所述开关部(Q11)的状态切换。
在本发明的交流发电机制动装置的又另一实施方式中，所述交流发电机制动装置为上述任一实施方式的制动装置，所述交流发电机为输出三相交流的交流发电机并设置于三个输电线的各线间。
在本发明的交流发电机制动装置的又另一实施方式中，在上述任一实施方式中，所述交流发电机为风力发电装置中的交流发电机。
在本发明的交流发电机制动装置的又另一实施方式中，在上述任一实施方式中，所述交流发电机为永磁同步发电机。
发明效果
本发明的制动装置使短路电流通过连接于交流发电机的输电线间的三端双向开关而流动，对交流发电机施加制动。由于能根据控制信号来自如地控制三端双向开关的通断状态，因此能缓急自如地进行制动动作。此外，无论交流的线间电压的极性是正是负，本发明的制动装置都能进行工作。
本发明的制动装置中的制动动作的实际工作部构成为能以线间电压来作为驱动电源，即能利用交流发电机的功率来进行工作，在控制部功能失效的情况下也会自动起动。因此，具备在控制部产生异常时也能正常进行制动动作的失效保护功能。
附图说明
图1为表示本发明的第一实施方式的构成例的图。
图2的(a)～(h)为示意性地表示图1所示的制动装置工作时的各处电压、电流或状态的经时变化的一例的图。
图3为表示图1所示的短路制动部中的触发电流的流动的图。
图4为表示本发明的第二实施方式的构成例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的交流发电机制动装置的实施方式进行详细说明。
(1)第一实施方式
图1为表示本发明的第一实施方式的构成例的图。本发明的交流发电机制动装置具有：短路制动部1，用于使作为交流发电机(未图示)的输出的一对输电线间短路；转速检测部2，检测交流发电机的转速；及控制部3。
应用本发明的交流发电机为永磁同步发电机。优选应用于风力发电的交流发电机的三相交流输出。通过使三相交流输出的线间短路，能使短路电流流向交流发电机，从而在交流发电机中产生制动力矩，对旋转进行制动。由此能对风车的旋转施加制动。
本发明的制动装置中的短路制动部1能相对于三相交流输出的三个线间的每一个独立地进行设置。在三个线间分别设置有短路制动部1的情况下，能通过使至少两个线间的短路制动部1工作来进行制动。以下，以三相交流输出中的设置于UW线间的短路制动部1为例进行说明，但设置于其他两个线间的短路制动部(未图示)也具有完全相同的构成。转速检测部2可以为任意的构成，因此最后进行说明。
(1-1)第一实施方式的短路制动部的构成
短路制动部1具有连接于一对输电线U、W间的作为双向晶闸管的三端双向开关TR。三端双向开关TR的第一端T1连接于输电线W，第二端T2连接于输电线U。即，三端双向开关TR与交流发电机并联。三端双向开关TR的作为控制端的门极用附图标记TG来表示。
在图示的情况下，三端双向开关TR的第一端T1的电位为与输电线W相同的电位Vw，第二端T2的电位为与输电线U相同的电位Vu。三端双向开关TR的两端电压为UW线间电压Vu-Vw。三端双向开关TR在正(流入的电流)或负(流出的电流)的触发电流流到门极TG时成为导通状态(接通)，主电流能在两端电压的极性方向上流动，当主电流为零时成为关断状态(断开)。
短路制动部1具有插入连接在触发电流的电流路径上的开关部(第一开关部)。触发电流的电流路径并联在三端双向开关TR的门极TG与第二端T2之间。开关部由两个开关元件Q1、Q2构成。两个开关元件Q1、Q2分别具有控制端并相互反向串联。
作为开关元件Q1、Q2的一例，使用n沟道MOS管。开关元件Q1(以下称作“场效应管Q1”)和开关元件Q2(以下称作“场效应管Q2”)的各源极S通过公共连接点P1相互连接，并且，作为场效应管的控制端的各门极G通过公共连接点P2相互连接。由此，场效应管Q1与场效应管Q2取决于公共的门极源极间电压并同时通断。
场效应管Q1的漏极D1连接于三端双向开关TR的门极TG，场效应管Q2的漏极D2连接于三端双向开关TR的第二端T2(输电线U)侧。
作为另一个例子，在三端双向开关TR的第一端T1和第二端T2相对于输电线U、W的朝向相反的情况下，三端双向开关TR的门极TG与场效应管Q2的漏极D2连接。
进而，场效应管Q1和场效应管Q2的门极G的公共连接点P2经由电阻R2与场效应管Q1的漏极D1连接，并且经由电阻R4与场效应管Q2的漏极D2连接。场效应管Q1的漏极D1经由电阻R1连接于三端双向开关TR的第一端T1(输电线W)，场效应管Q2的漏极D2经由电阻R3连接于三端双向开关TR的第二端T2(输电线U)。
在短路制动部1还设有开关元件Q3(第二开关部)。开关元件Q3的开关输出端连接在场效应管Q1和场效应管Q2的作为源极S的公共连接点P1、与作为门极G的公共连接点P2之间，并以导通或关断公共连接点P1与公共连接点P2之间的方式受到控制。优选开关元件Q3的控制输入端和开关输出端为电绝缘的光电耦合器。在此，作为一例，使用了晶体管输出耦合器(以下称作“光电耦合器Q3”)。由于三端双向开关TR与交流发电机直接连接，因此优选使短路制动部1与控制部3电绝缘。
光电耦合器Q3的作为开关输出端的内置晶体管的集电极连接于公共连接点P2，发射极连接于公共连接点P1，但也可以相反。光电耦合器Q3的作为控制输入端的内置发光二极管的阳极连接于正电源Vcc，阴极连接于控制部3的控制输出端P5。光电耦合器Q3的驱动电源Vcc通常与控制部3的驱动电源通用。
在图示的例子中，在控制输出端P5的控制信号cs为“L”时，光电耦合器Q3为导通状态(接通)。此时，公共连接点P1与P2连接，因此场效应管Q1和场效应管Q2的门极源极间电压为零，场效应管Q1和场效应管Q2成为断开状态。
另一方面，在控制信号cs为“H”时，光电耦合器Q3为关断状态(断开)。此时，公共连接点P1和P2被关断，在场效应管Q1和场效应管Q2的门极源极间，根据UW线间电压施加规定的电压。在门极源极间电压为门极阈值电压以下时，场效应管Q1和场效应管Q2断开，在大于门极阈值电压时，场效应管Q1和场效应管Q2接通。当场效应管Q1和场效应管Q2成为接通状态时，电流能根据UW线间电压的极性而流至场效应管Q1和场效应管Q2的电流路径。可以说UW线间电压发挥场效应管Q1和场效应管Q2的驱动电源的作用。
当光电耦合器Q3为断开状态时，场效应管Q1和场效应管Q2有时是接通状态，有时是断开状态，这些场效应管是否接通取决于UW线间电压。因此，将光电耦合器Q3为断开状态时的场效应管Q1和场效应管Q2的状态称作“可接通状态(意思是能根据条件而接通的状态)”。
虽未图示，但在输电线U、V的线间以及输电线V、W的线间也连接有完全相同结构的短路制动部(仅图示出光电耦合器Q3)。在图1中，从控制部3伸出三个用于控制各线间的短路制动部的控制输出端。在该情况下，能从控制部3向每个短路制动部的开关元件Q3独立地发送控制信号cs。
作为另一个例子，也可以从控制部3向各线间的短路制动部的开关元件Q3发送一个共用的控制信号cs。在该情况下，将三个光电耦合器Q3的各个控制输入端(内置发光二极管的两端)串联。
需要说明的是，短路制动部1也能将场效应管Q1和场效应管Q2替换为p沟道MOS场效应管而构成。
(1-2)短路制动部的动作
图2的(a)～(h)为示意性地表示图1所示的短路制动部1工作时的各处或各构成要素的电压、电流或状态的经时变化的一例的图。图3为表示图1所示的短路制动部1中的触发电流的流动的图。参照图2和图3对短路制动部1的动作进行说明。
图2的(a)表示输电线U、W间的线间电压。图2的(b)表示后述的转速检测部的输出波形的一例。图2的(c)表示光电耦合器Q3的通断状态。图2的(d)表示场效应管Q2和场效应管Q3的通断状态。图2的(e)示意性地示出了流向三端双向开关TR的门极TG的触发电流。图2的(f)表示三端双向开关TR的通断状态。图2的(g)表示三端双向开关TR的短路电流。图2的(h)表示三端双向开关TR的两端电压。
<未进行制动动作时>
在图2的(c)中，截止至输入光电耦合器Q3的控制信号cs被切换为止的期间相当于不进行制动动作的期间。
在不进行制动动作时，来自图1的控制部3的控制信号cs维持为“L”。由此，光电耦合器Q3保持接通(图2的(c))。由此，场效应管Q1和场效应管Q2的门极G与源极S间连接。由于门极源极间电压为零，因此场效应管Q1和场效应管Q2维持为断开状态(图2的(d))。
在场效应管Q1和场效应管Q2为断开状态时，触发电流无法流向三端双向开关TR的门极TG，因此三端双向开关TR维持为断开状态。
<进行制动动作时>
(i)包含制动动作的开始时间点的半个周期的动作
根据图2的(b)所例示的转速检测部的输出脉冲的频率，能判定交流发电机的转速。当该转速超过规定的设定值时，从控制部3发出控制信号cs以开始制动动作。
在图2的(c)中，当“H”控制信号cs被输入光电耦合器Q3时，光电耦合器Q3断开。由此，场效应管Q1和场效应管Q2的门极G与源极S的连接被切断。
需要说明的是，制动动作的开始时间点为UW线间电压的半个周期内的哪个时间点并不特别指定。
图3的(a)表示在制动动作的开始时间点输电线U的电位Vu高于输电线W的电位Vw时，即UW线间电压的极性为正时，控制信号cs刚刚被输入之后的状态。三端双向开关TR在该时间点之前为断开状态。
当场效应管Q1和场效应管Q2的门极G与源极S的连接被切断时，根据UW线间电压在门极G与源极S产生电位差，施加门极源极间电压。若门极源极间电压超过了门极阈值电压，则场效应管Q1和场效应管Q2接通(图2的(d))。
在图2的例子中，在UW线间电压的绝对值足够大的时间点开始制动动作，因此场效应管Q1和场效应管Q2立即接通。即使在制动动作的开始时间点门极源极间电压为门极阈值电压以下，在UW线间电压的绝对值变大而超过门极阈值电压的时间点，场效应管Q1和场效应管Q2也会接通。
通过接通场效应管Q1和场效应管Q2，根据UW线间电压的正极性，正方向的触发电流按照虚线所示的路径流至输电线U→电阻3→场效应管Q2→场效应管Q1→三端双向开关的门极TG→三端双向开关的第一端T1→输电线W(图2的(e)的tg1)。
通过触发电流tg1流动而接通三端双向开关TR(图2的(f))。其结果为，短路电流根据UW线间电压的极性而流向三端双向开关TR(图2的(g))。由此，三端双向开关TR成为短路状态，两端电压为零(图2的(h))。当三端双向开关TR的两端电压为零时，场效应管Q1和场效应管Q2的门极源极间电压也为零，因此场效应管Q1和场效应管Q2断开(图2的(d))，触发电流也不流动(图2的(e))。场效应管Q1和场效应管Q2的接通时间以及触发电流的流动时间非常短。
即使触发电流消失，三端双向开关TR也会在短路电流的流动期间成为接通状态。当在UW线间电压的这半个周期的结束时间点短路电流为零时，三端双向开关TR断开(图2的(f))。
(ii)下一个半周期之后的工作
当三端双向开关TR断开并开始UW线间电压的下一个负的半周期时，UW线间电压以与此前相反的负的极性开始增加绝对值。由此，TR两端电压也以负的极性开始增加绝对值(图2的(h))。
图3的(b)表示在输电线U的电位Vu低于输电线W的电位Vw时，即UW线间电压的极性为负时，三端双向开关TR接通时的状态。三端双向开关TR在该时间点前为断开状态。在UW线间电压的极性为负时，也根据UW线间电压在场效应管Q1和场效应管Q2的门极G与源极S产生电位差，施加门极源极间电压。当门极源极间电压超过门极阈值电压时，场效应管Q1和场效应管Q2接通(图2的(d))。
如此，无论UW线间电压的极性为正还是为负时，都能使场效应管Q1和场效应管Q2的门极电位高于源极电位。并且，当UW线间电压的绝对值超过规定值时，门极源极间电压大于门极阈值电压，场效应管Q1和场效应管Q2能接通。其结果为，无论线间电压的极性为正还是为负时，都能进行制动动作。
通过接通场效应管Q1和场效应管Q2，根据UW线间电压的负的极性，负方向的触发电流按照虚线所示的路径流至输电线W→三端双向开关的第一端T1→三端双向开关的门极TG→场效应管Q1→场效应管Q2→电阻3→输电线U(图2的(e)的tg2)。
通过触发电流tg2流动而接通三端双向开关TR(图2的(f))。其结果为，短路电流根据UW线间电压的极性而流向三端双向开关TR(图2的(g))。由此，三端双向开关TR成为短路状态，两端电压为零(图2的(h))。当三端双向开关TR的两端电压为零时，场效应管Q1和场效应管Q2的门极源极间电压也为零，因此场效应管Q1和场效应管Q2断开(图2的(d))，触发电流也不流动(图2的(e))。
即使触发电流消失，三端双向开关TR也会在短路电流的流动期间成为接通状态。当在负的半周期的结束时间点短路电流为零时，三端双向开关TR再次断开(图2的(f))。
之后重复如下动作：当UW线间电压的新的半周期开始时，伴随着UW线间电压的绝对值的上升，三端双向开关TR的两端电压的绝对值开始上升，当绝对值大于规定值时，场效应管Q1和场效应管Q2接通，三端双向开关TR的触发电流流动，三端双向开关接通而短路电流流动，三端双向开关TR的两端电压回到零。上述动作在维持光电耦合器Q3的断开状态的期间持续。
三端双向开关TR的短路电流返回至交流发电机，由此在交流发电机中产生制动力矩，对旋转施加制动。在交流发电机经由齿轮连结于风力发电装置的风车的情况下，会对风车的旋转施加制动。
(1-3)制动动作的控制特点
如上所述，通过以UW线间电压(即交流发电机的输出功率)来作为驱动电源，使场效应管Q1和场效应管Q2接通而流过触发电流，能使三端双向开关TR接通，并使短路电流流向UW线间。在控制信号cs维持为“H”且光电耦合器Q3维持为断开的期间，能持续施加制动。
需要说明的是，能通过控制部3来对控制信号cs的“H”和“L”的切换以及各期间的长度自由地进行控制。例如，当以固定时间(比三相交流的周期长)逐次重复控制信号cs的“H”和“L”时，能间歇地施加制动。由此，能对交流发电机进而对风车施加平稳的制动，而不会带来急剧的机械应力。如此，能通过控制信号cs进行缓急自如的制动动作。
在此，光电耦合器Q3的驱动电源Vcc通常与控制部3的驱动电源通用。当控制部3的驱动电源因停电等某种原因而失效时，光电耦合器Q3的驱动电源Vcc也会失效。此时，光电耦合器Q3断开。光电耦合器Q3断开意味着场效应管Q1和场效应管Q2为可接通状态，意味着由上述的三端双向开关TR实现的制动动作开始。这一点通过三端双向开关TR、场效应管Q1以及场效应管Q2的驱动电源为UW线间电压自身来实现。即，本发明的制动装置的实际工作部利用交流发电机的功率进行工作。因此，图1的制动装置在控制部的驱动电源失效时也能进行制动动作，因此可以说具备失效保护功能。
(2)第二实施方式
图4为表示本发明的第二实施方式的构成例的图。第二实施方式具有与图1所示的第一实施方式不同的构成的短路制动部1A。需要说明的是，转速检测部与第一实施方式通用，因此省略图示。
短路制动部1A与第一实施方式同样地具有三端双向开关TR，三端双向开关TR的第一端T1连接于输电线W，第二端T2连接于输电线U。
短路制动部1A与第一实施方式同样地具有插入连接在三端双向开关TR的触发电流的电流路径上的开关部。触发电流的电流路径并联在三端双向开关TR的门极TG与第二端T2之间。第二实施方式的开关部由开关元件Q11构成。开关元件Q11优选为能与控制部3电绝缘的光电耦合器。在此，作为一例，使用了光MOS继电器(Photo MOS relay)。
光MOS继电器为内置有发光二极管、通过发光二极管进行充电的光电元件、以及通过光电元件来提供门极电压而接通的两个MOS场效应管的元件。内置MOS场效应管为与第一实施方式的反向串联的两个MOS场效应管等价的构成。内置MOS场效应管的两端为光MOS继电器的开关输出端。
光MOS继电器Q11的开关输出端的一方连接于三端双向开关TR的门极TG，另一方连接于三端双向开关TR的第二端T2。
根据从控制部3的控制信号端子P5输入的控制信号cs来进行光MOS继电器Q11的内置发光二极管的接通状态与断开状态的切换。在内置发光二极管根据控制信号cs而维持接通的期间，内置MOS场效应管也维持接通状态，光MOS继电器Q11为导通状态。在内置发光二极管断开时，光MOS继电器Q11被关断。
需要说明的是，在图4中，三相交流的各线间用的三个光MOS继电器Q11串联，并通过一个公共的控制信号cs来控制，但也可以像第一实施方式那样，通过三个控制信号cs分别单独地进行控制。
接着，对第二实施方式的短路制动部1A的动作进行说明。
在不进行制动动作时，不发出控制信号cs(或者，根据构成发出断开信号)。此时，光MOS继电器Q11断开，因此，供三端双向开关TR的触发电流流动的电流路径被切断，触发电流不流动。在三端双向开关TR呈断开状态时，维持断开状态，短路电流不会流向三端双向开关TR。
在开始制动动作时，从控制部3输入使光MOS继电器Q11成为接通状态的控制信号cs。当光MOS继电器Q11接通时，根据该时间点的UW线间电压的极性，触发电流通过光MOS继电器Q11而流向三端双向开关TR。若UW线间电压为正的极性，则电流流入门极TG；若UW线间电压为负的极性，则电流流出门极TG。由此三端双向开关TR接通。
当三端双向开关TR接通时，短路电流根据UW线间电压的极性而流向三端双向开关TR。由此，对交流发电机施加制动。此外，三端双向开关TR的两端电压为零，由此触发电流也断开，但只要短路电流持续流动，三端双向开关TR就会维持接通状态。
当在UW线间电压的半周期的结束时间点短路电流为零时，三端双向开关TR断开，但在第二实施方式中，根据控制信号cs维持着光MOS继电器Q11的接通状态。因此，当下一个半周期开始，UW线间电压的绝对值开始变大时，反方向的触发电流立即流动，三端双向开关TR接通。当三端双向开关TR的短路电流流动时，三端双向开关TR的两端电压为零，触发电流断开。短路电流持续流向三端双向开关TR。通过重复该工作，能对交流发电机持续施加制动。
与第一实施方式同样地，通过调整控制信号cs的接通期间和断开期间，能缓急自如地施加制动。不过，不同于第一实施方式，在第二实施方式中，在控制部3的驱动电源失效等控制部3的功能失效时，光MOS继电器Q11会断开，因此短路制动部1A无法进行制动动作。
需要说明的是，只要是具有双向开关功能的光电耦合器，就能替代光MOS继电器。
(3)转速检测部的构成以及动作
对图1的转速检测部2的构成以及动作进行说明。图1的转速检测部2使用输电线U与输电线V的线间电压来进行转速检测。将三相中的哪个线间电压用于转速检测是任意的。
光电耦合器Q4和Q5根据UV线间电压的极性而互斥地进行通断。通过光电耦合器来使输电线与检测电路电绝缘。输电线U经由电阻R5连接于作为光电耦合器Q4的内置发光二极管的阴极且作为光电耦合器Q5的内置发光二极管的阳极的点P6。由此电位Vu反映为点P6的电位。输电线V经由反极性串联的稳压二极管Z1、Z2连接于作为光电耦合器Q4的内置发光二极管的阴极且作为光电耦合器Q5的内置发光二极管的阳极的点P7。由此电位Vv反映为点P7的电位。
为了应对UV线间电压的极性切换点附近的噪声，通过稳压二极管Z1、Z2来设置了滞后。
转速检测部2的输出端P8为n形MOS场效应管Q8的漏极。在场效应管Q8断开时，输出端P8为Vcc电位且为“H”。当场效应管Q8接通时，输出端P8大致为接地电位且为“L”。根据UV线间电压的正、负极性来输出该“H”和“L”输出信号rs，由此能检测出转速。
光电耦合器Q4、Q5的输出连接于由p形晶体管Q6和n形晶体管Q7构成的晶闸管等效电路。
当点P6为正且点P7为负时，光电耦合器Q4断开，光电耦合器Q5接通。由此，基极电流流向晶体管Q6，因此晶体管Q6接通，通过晶体管Q6的集电极电流，基极电流流向晶体管Q7，因此晶体管Q7接通，通过晶体管Q7的集电极电流，晶体管Q6的基极电流流动。通过该环路，晶体管Q6、Q7成为自保持状态。其结果为，场效应管Q8的门极电位接地，因此场效应管Q8断开，“H”输出信号rs被输出至输出端P8。
当点P6为负且点P7为正时，光电耦合器Q4接通，光电耦合器Q5断开。由此，晶体管Q7中基极电流消失，晶体管Q7断开，晶体管Q6的基极电流消失，晶体管Q6断开。其结果为，对场效应管Q8的门极电位施加Vcc电位而场效应管Q8接通，“L”输出信号rs被输出至输出端P8。
需要说明的是，转速检测部2并不限于图示的例子，只要能检测交流发电机(未图示)的转速，就能采用任意构成。此外，也可以采用检测与转速对应的其他参数的构成来替代直接检测交流发电机的转速。在风力发电装置的情况下，检测交流发电机的转速的目的在于检测风车的转速或旋转速度，因此也可以检测与风车的转速或旋转速度对应的参数。
(4)其他实施方式
本发明的交流发电机制动装置根据其原理，并不限于三相交流发电机，也能应用于单相交流发电机。
本发明并不限于图示说明的构成例，只要根据所例示的实施方式的原理，它们的变形实施方式也包含于发明的范围内。
附图标记说明
Q1-Q8、Q11：开关元件
U、V、W：三相交流输电线
Vu、Vv、Vw：三相交流输电线电位
TR：三端双向开关
Z1、Z2：稳压二极管

Claims (11)

1.一种交流发电机制动装置，其特征在于，具有：
三端双向开关(TR)，其第一端(T1)连接于交流发电机的一对输电线的一方，第二端(T2)连接于一对输电线的另一方；
第一开关部(Q1、Q2)，插入连接于并联在所述三端双向开关(TR)的门极(TG)与第二端(T2)之间的电流路径上；以及
第二开关部(Q3)，可切换所述第一开关部(Q1、Q2)的可接通状态和断开状态，
在通过所述第二开关部(Q3)使所述第一开关部(Q1、Q2)成为可接通状态时，当线间电压的绝对值大于规定值时，则以线间电压来作为驱动电源，该第一开关部(Q1、Q2)接通且触发电流根据线间电压的极性而通过所述电流路径流向所述门极(TG)，由此，所述三端双向开关(TR)接通，短路电流通过该三端双向开关(TR)流向输电线间。
2.根据权利要求1所述的交流发电机制动装置，其特征在于，
在所述第二开关部(Q3)断开时所述第一开关部(Q1、Q2)成为可接通状态，在该第二开关部(Q3)接通时该第一开关部(Q1、Q2)成为断开状态。
3.根据权利要求2所述的交流发电机制动装置，其特征在于，
所述第二开关部(Q3)由其他的驱动电源来驱动，并在该其他的驱动电源失效时断开。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的交流发电机制动装置，其特征在于，
所述第一开关部(Q1、Q2)由通过反向串联而插入至所述电流路径上的具备控制端(G)的第一和第二开关元件(Q1、Q2)构成，
第一开关元件(Q1)的一端(D1)连接于所述三端双向开关(TR)的门极(TG)侧，并且第二开关元件(Q2)的一端(D2)连接于所述三端双向开关(TR)的第二端(T2)侧，
所述第一和第二开关元件(Q1、Q2)的另一端(S)彼此通过第一公共连接点(P1)连接，该第一和第二开关元件(Q1、Q2)的控制端(G)彼此通过第二公共连接点(P2)连接，并且，
所述第二开关部(Q3)的一端连接于所述第一公共连接点(P1)，并且另一端连接于所述第二公共连接点(P2)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的交流发电机制动装置，其特征在于，
具有：转速检测部(2)，检测所述交流发电机的转速，
基于由所述转速检测部(2)检测到的转速来进行由所述第二开关部(Q3)实现的所述第一开关部(Q1、Q2)的状态切换。
6.一种交流发电机制动装置，其特征在于，具有：
三端双向开关(TR)，其第一端(T1)连接于交流发电机的一对输电线的一方，第二端(T2)连接于一对输电线的另一方；
开关部(Q11)，插入连接于并联在所述三端双向开关(TR)的门极(TG)与第二端(T2)之间的电流路径上；以及
控制部(cs)，可切换所述开关部(Q11)的接通状态和断开状态，
在通过所述控制部(cs)使所述开关部成为接通状态时，触发电流根据线间电压的极性而通过所述电流路径流向所述门极(TG)，由此，所述三端双向开关(TR)接通，短路电流通过该三端双向开关(TR)流向输电线间。
7.根据权利要求6所述的交流发电机制动装置，其特征在于，
所述开关部(Q11)为光MOS继电器。
8.根据权利要求6或7所述的交流发电机制动装置，其特征在于，
具有：转速检测部(2)，检测所述交流发电机的转速，
基于由所述转速检测部(2)检测到的转速来进行由所述控制部(cs)实现的所述开关部(Q11)的状态切换。
9.一种交流发电机制动装置，其特征在于，
所述交流发电机制动装置为权利要求1～8中任一项所述的制动装置，所述交流发电机为输出三相交流的交流发电机并设置于三个输电线的各线间。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的交流发电机制动装置，其特征在于，
所述交流发电机为风力发电装置中的交流发电机。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的交流发电机制动装置，其特征在于，
所述交流发电机为永磁同步发电机。
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