CN111834985A - 电力系统过电压保护的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于操作电机的过电压响应的方法和设备，包括响应于过电压状况而断开第一可开关元件和第二可开关元件。在过电压状况持续存在的情况下，该方法和设备可以进一步断开第三可开关元件以停止过电压状况。

Description

电力系统过电压保护的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年4月15日提交的美国临时专利申请No.62/834,124的优先权和权益，其全部内容合并于此。
技术领域
本公开涉及一种操作电机组件的方法和设备，并且更具体地涉及响应电机组件中的过电压状况。
背景技术
电机(例如电动机或发电机)用于能量转换。在飞行器工业中，通常在同一电机中组合电动机模式和发电机模式，其中处于电动机模式的电机起到启动发动机的作用，并且取决于模式还起到发电机的作用。不管模式如何，电机通常包括具有转子绕组的转子，转子绕组由诸如机械或电机的旋转源驱动旋转，对于某些飞行器而言，该旋转源可以是燃气涡轮发动机。在某些情况下，电机可能会无意中生成比期望或需要的动力更多的动力。在这些情况下，电机可以采用过电压保护或响应机制来防止将过多的动力输送到下游的电气负载。
发明内容
在一个方面，本公开涉及一种用于电机的过电压响应模块，包括：输入，输入被配置为接收电机的电力输出值；第一输出和第二输出，第一输出被配置为驱动H桥的第一臂(leg)处的第一可开关元件，第二输出被配置为驱动H桥的第二臂处的第二可开关元件，H桥进一步包括设置在第一臂和第二臂之间的电机的励磁机定子；第三输出，第三输出被配置为驱动H桥上游的第三可开关元件；控制器模块，控制器模块被配置为将电力输出值与电机的过电压状况进行比较，从而限定第一比较，并且响应于基于第一比较确定存在过电压状况：通过第一输出可控地操作第一可开关元件以断开，并且通过第二输出可控地操作第二可开关元件以断开，并且在预定时间段后，将电力输出值与电机的过电压状况进行比较，从而限定第二比较；和响应于基于第二比较确定存在过电压状况，可控地操作第三可开关元件以断开。
在另一方面，本公开涉及一种在电力系统中操作过电压响应的方法，该方法包括：接收代表电机的电力输出的第一值；将该值与代表电机中的过电压状况的过电压阈值进行第一比较；响应于基于第一比较确定存在过电压状况，可控地断开H桥的第一臂处的第一可开关元件并且可控地断开H桥的第二臂处的第二可开关元件，H桥进一步包括设置在第一臂和第二臂之间的电机的励磁机定子；在足以停止励磁机定子中的电流传导的预定时间段之后，接收代表电机的电力输出的更新值；和将更新值与代表电机中的过电压状况的过电压阈值进行第二比较，以确保过电压状况已经停止。
在另一方面，本公开涉及一种电机组件，包括：电力输出，电力输出具有被配置为感测电力输出的传感器；定子组件，定子组件包括H桥电路，H桥电路限定第一臂和第二臂，并且具有设置在第一臂和第二臂之间的励磁机定子；第一可开关元件，第一可开关元件设置在第一臂中；第二可开关元件，第二可开关元件设置在第二臂中；第三可开关元件，第三可开关元件设置在H桥电路的上游；控制器模块，控制器模块与传感器连接并且被配置为将由传感器感测到的电力输出与电机的过电压状况进行比较，从而限定第一比较，并且响应于基于第一比较确定存在过电压状况：可控地操作第一可开关元件以断开并且可控地操作第二可开关元件以断开，并且在预定时间段之后，将由传感器感测到的更新的电力输出与电机的过电压状况进行比较，从而限定第二比较；和响应于基于第二比较确定存在过电压状况，可控地操作第三可开关元件以断开。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本公开的这些和其他特征，方面和优点。结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的各个方面，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。
附图说明
在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本说明书的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其参考附图，其中：
图1是根据本文所述的各个方面的具有发电机的燃气涡轮发动机的等距视图。
图2是根据本文描述的各个方面的图1的发电机的外部的等距视图。
图3是根据本文描述的各个方面的沿着图2的线III-III截取的图2的发电机的示意性横截面视图。
图4是根据本文描述的各个方面的包括发电机和过电压响应系统的电力系统的示意图。
图5示出了根据本文描述的各个方面的操作发电机的过电压响应系统的示例性方法流程图。
具体实施方式
本公开的方面可以在使用电机或发电机的任何环境中实施。为了描述的目的，这样的电机通常将被称为发电机，电机组件或类似的语言，其意在阐明一种或多种定子/转子组合可以被包括在机器中。尽管该描述主要涉及提供发电的电机，但是其也适用于提供驱动力和发电的电机。此外，尽管该描述主要涉及飞行器环境，但是本公开的方面可适用于使用电机的任何环境。因此，对预期环境的简要概述应有助于更全面的理解。
如本文中所使用的，可控开关元件或“开关”是可被控制以在第一操作模式和第二操作模式之间切换的电气装置，第一操作模式中开关是“闭合的”，旨在将电流从开关输入传输至开关输出，第二操作模式中开关是“断开的”，旨在防止电流在开关输入和开关输出之间传输。在非限制性示例中，可以选择性地构造连接或断开，例如通过可控开关元件启用或禁用连接，以提供，启用，禁用等各个元件之间的电气连接。
本公开可以在具有开关的任何电路环境中实施。可以包括本公开的方面的电路环境的非限制性示例可以包括飞行器动力系统架构，该飞行器动力系统架构使得能够从涡轮发动机(优选地，燃气涡轮发动机)的至少一个线轴产生电力，并且将电力传递到一组电气负载。开关元件的一个非限制性示例可以包括固态开关装置，例如基于碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)的高功率开关。可以基于SiC或GaN的固态材料结构，以较小和较轻的形状因数处理高压和大功率水平的能力，以及快速进行电气操作的高速开关能力来选择SiC或GaN。可以包括附加开关装置或附加基于硅的功率开关。
另外，尽管本文中可以使用诸如“电压”，“电流”和“功率”之类的术语，但对本领域技术人员显而易见的是，当描述电路或电路操作的各方面时，这些术语可以相互关联。
尽管将描述“一组”各种元件，但是应理解，“一组”可包括任何数量的相应元件，包括仅一个元件。如本文所使用的，术语“轴向”或“轴向地”是指沿着发电机的纵向轴线或沿着设置在发电机内的部件的纵向轴线的尺寸。
如本文中所使用的，术语“径向”或“径向地”是指在中心纵向轴线，外周或其设置的圆形或环形部件之间延伸的尺寸。单独使用或与术语“径向”或“径向地”结合使用术语“近端”或“近端地”是指在朝向中心纵向轴线的方向上移动，或部件与另一部件相比相对更靠近中心纵向轴线。
所有方向参考(例如，径向，轴向，上方，下方，向上，向下，左，右，侧向，前，后，顶部，底部，上，下，竖直，水平，顺时针，逆时针)仅用于标识的目的，以帮助读者理解本公开，并且不产生限制，特别是关于其位置，取向或用途的限制。除非另有说明，否则连接参考(例如，附接，联接，连接和接合)应被广义地解释，并且可以包括元件集合之间的中间构件以及元件之间的相对移动。这样，连接参考不一定推断两个元件直接连接并且是彼此固定的关系。
如本文所使用，“系统”或“控制器模块”可包括至少一个处理器和存储器。存储器的非限制性示例可以包括随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，闪存或一种或多种不同类型的便携式电子存储器(例如光盘，DVD，CD-ROM等)，或这些类型存储器的任何合适的组合。处理器可以被构造为运行被设计为执行各种方法，功能，处理任务，计算等的任何合适的程序或可执行指令，以启用或实现本文所述的技术操作或操作。程序可以包括计算机程序产品，该计算机程序产品可以包括机器可读介质，该机器可读介质用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构。这样的机器可读介质可以是任何可用的介质，其可以由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问。通常，这样的计算机程序可以包括例程，程序，对象，部件，数据结构，算法等，其具有执行特定任务或实施特定抽象数据类型的技术效果。
在另一个非限制性示例中，控制模块可以包括将第一值与第二值进行比较，并且基于该比较的满足来操作或控制附加部件的操作。例如，当将感测，测量或提供的值与包括存储或预定值的另一个值进行比较时，该比较的满足可以导致可由控制器模块控制的动作，功能或操作。如所使用的，本文使用比较的术语“使满足”或“满足”来表示第一值满足第二值，例如等于或小于第二值，或在第二值的值范围内。将理解的是，可以容易地改变这种确定以通过正/负比较或真/假比较来满足。示例比较可以包括将感测或测量的值与阈值或阈值范围进行比较。
同样如本文中所使用的，虽然传感器可以被描述为“感测”或“测量”相应值，但是感测或测量可以包括确定指示相应值的值或与相应值有关的值，而不是直接感测或测量该值本身。感测或测量的值可以进一步提供给附加部件。例如，可以将该值提供给控制器模块或处理器，并且控制器模块或处理器可以对该值进行处理，以确定代表值或代表所述值的电气特性。
如本文中所使用的，“湿”腔发电机包括容纳转子和定子的腔，该转子和定子暴露于自由液体冷却剂(例如，在腔内自由移动的冷却剂)。相反，“干”腔发电机中，转子和定子可通过容纳在有限的流体密封通道内(例如，围绕腔非自由运动)的冷却剂进行冷却。
示例性附图仅出于说明的目的，并且所附附图中反映的尺寸，位置，顺序和相对大小可以变化。
图1示出了根据本公开的方面的具有附件齿轮箱(AGB)12和电机或发电机14的燃气涡轮发动机10。燃气涡轮发动机10可以是通常在现代商业和军事航空中使用的涡轮风扇发动机(例如通用电气GEnx或CF6系列发动机)，或者可以是各种其他已知的燃气涡轮发动机(例如涡轮螺旋桨发动机或涡轮轴发动机)。AGB 12可以通过机械动力输出装置16联接到燃气涡轮发动机10的涡轮轴(未示出)。燃气涡轮发动机10可以是在现代航空中使用的任何合适的燃气涡轮发动机，或者可以是各种其他已知的燃气涡轮发动机，例如涡轮螺旋桨发动机或涡轮轴发动机。燃气涡轮发动机10的类型和细节与本公开没有密切关系，并且在此将不进一步描述。尽管示出并描述了发电机14，但是本公开的方面可以包括任何电机或发电机。
图2更清楚地示出了根据本公开的方面的非限制性示例发电机14及其壳体18。发电机14可包括夹紧接口20，该夹紧接口20用于将发电机14夹紧至AGB(未示出)。可以在发电机14的外部上提供多个电气连接，以提供到发电机14和来自发电机14的电力传输。可以通过电缆将电气连接进一步连接到具有燃气涡轮发动机10的飞行器的配电节点，以为飞行器上的各种物品(例如灯和座椅靠背监视器)供电。发电机14可包括液体冷却剂系统，该液体冷却剂系统用于冷却或消散由发电机14的部件或靠近发电机14的部件生成的热量，靠近发电机14的部件的一个非限制性示例可以是燃气涡轮发动机10。例如，发电机14可以包括使用油作为冷却剂的液体冷却系统。
液体冷却系统可以包括用于控制将冷却剂供应到发电机14的冷却流体入口端口82和冷却流体出口端口84。在一个非限制性示例中，冷却流体入口端口82和冷却流体出口端口84可用于冷却发电机14的转子或定子的至少一部分。液体冷却系统还可包括在发电机14的可旋转轴部分处示出的第二冷却剂出口端口91。尽管未示出，但是本公开的方面可以进一步包括其他液体冷却系统部件(例如与冷却流体入口端口82，可旋转轴冷却剂入口端口，冷却流体出口端口84或发电机冷却剂出口端口流体联接的液体冷却剂贮存器)，以及通过端口82、84或发电机14强制供应冷却剂的液体冷却剂泵。尽管为了理解而示出和描述了用于干腔发电机的液体冷却系统，但是本公开的方面适用于任何湿腔或干腔发电机。
在图3中最佳地示出了发电机14的非限制性内部，图3是图2所示的发电机14沿线III-III截取的横截面视图。可旋转轴40位于发电机14内，并且是用于支撑各种部件的主要结构。可旋转轴40可具有单个直径或可沿其长度变化的直径。可旋转轴40由间隔开的支承件42和44支撑，并构造成绕旋转轴线41旋转。发电机14的若干元件具有固定部件和旋转部件，其中固定部件相对于壳体18固定，并且旋转部件提供在旋转轴40上或相对于旋转轴40可旋转地固定。这些元件的示例可以包括容纳在主机腔51内的主机50，励磁机60和永磁发电机(PMG)70。相应的旋转部件分别包括主机转子52，励磁机转子62和PMG转子72，并且相应的固定部件包括主机定子54或定子芯，励磁机定子64和PMG定子74。以这种方式，主机转子52，励磁机转子62和PMG转子72设置在可旋转轴40上并且与可旋转轴40一起旋转。固定部件可以安装到壳体18的任何合适的部分，并且包括主机定子54，励磁机定子64和PMG定子74。固定部件共同限定了内部，可旋转轴40延伸通过该内部并相对于其旋转。
将理解的是，主机转子52，励磁机转子62和PMG转子72可具有一组转子极，并且主机定子54，励磁机定子64和PMG定子74可具有一组定子极。该组转子极可以相对于该组定子极生成一组磁场，从而使得转子磁场相对于定子极的旋转在相应的定子部件中生成电流。
转子极和定子极中的至少一个可由芯形成，该芯具有柱和缠绕柱的导线以形成绕组，其中绕组具有至少一个端匝。所示的本公开的方面包括沿着壳体18纵向布置(即，与壳体18和旋转轴线41平行)的至少一组定子绕组90。该组定子绕组90还可以包括一组定子绕组端匝92，其轴向延伸超过主机定子54的纵向长度的相对端。
发电机14的部件可以是已知发电机的任何组合。例如，主机50可以是同步发电机或异步发电机。除了此方面显示的附件外，还可以存在需要针对特定应用操作的其他部件。例如，除了所示的机电附件之外，还可以存在由相同的可旋转轴40驱动的其他附件，例如液体冷却剂泵，流体压缩机或液压泵。
在发电操作期间，可旋转轴40相对于静止发电机14部件的旋转最终在主机定子绕组90中引起或生成电流，该电流进一步提供给发电机电力输出(未显示)。发电机电力出口可以进一步供应生成的电流，以给一组电气负载供电或激励其。具体地，固定到PMG转子72的一组永磁体相对于PMG定子74的旋转在PMG定子中生成电流，该电流被提供给励磁机定子64。继而，励磁机转子62相对于通电的励磁机定子64的旋转在励磁机转子62中产生电流，该电流进一步被提供给主机转子52。通电的主机转子52相对于主机定子54或该组定子绕组90的旋转生成电力输出电流，该电力输出电流被提供给发电机电力输出以及一组电气负载或电气总线。
图4示出了包括发电机的方面的电力系统100的示意图，发电机的一个非限制性示例是图1-3的发电机14。如图所示，发电机14可包括转子组件102和定子组件104。示意性地示出的转子组件包括永磁发电机(PMG)转子72，励磁机转子62(示意性地示出为一组绕组)以及主机转子52(也示意性地示出为绕组)。在一个非限制性示例中，转子组件102被示出为还包括第一整流二极管桥112，该第一整流二极管桥112连接在励磁机转子62输出与主机转子52输入之间，并且被构造为将交流(AC)电(包括但不限于三相电)整流为提供给主机转子52的直流(DC)电。如所解释的，转子组件102或其部件可以通过可旋转轴(未示出)旋转地联接或连接。
示出的定子组件104包括PMG定子74(示意性地示出为一组绕组)、励磁机定子64(示意性地示出为“H”桥122构造中的绕组)以及主机定子54(示意性地示出为一组绕组)。在一个非限制性示例中，定子组件104被示为还包括第二整流二极管桥120，该第二整流二极管桥120连接在PMG定子74输出与励磁机定子64或H桥122输入之间，并且被构造为将AC电(包括但不限于三相电)整流为提供给励磁机定子64的DC电。示出了可选的电容器124，其跨第二二极管桥120输出设置。
H桥122包括限定H桥122的第一臂的第一二极管126和第一可开关元件128的串联布置以及限定H桥122的第二臂的第二二极管130和第二可开关元件132的串联布置。示出了励磁机定子64绕组，其设置在H桥122的第一臂和第二臂之间，并在相应的二极管126、130与可开关元件128、132布置之间的节点处连接。在一种非限制性示例构造中，主机定子54可包括通过接触器或开关(示为发电机线接触器(GLC)142)与电力总线144连接的电力输出140。电力总线144可以进一步连接到一组可通电的电气负载。
在又一个非限制性示例中，定子组件104还可以包括降压(buck)转换器136，其位于PMG定子74输出(包括但不限于第二二极管桥120的下游)和H桥122之间。降压转换器136可以包括第三可开关元件137和跨第二二极管桥120的DC输出定位的降压续流(freewheeling)二极管139。在又一个非限制性示例中，定子组件104可以包括物理连接开关(例如继电器，接触器等)，并且被示为励磁机断开继电器(EDR)138。EDR 138也可以位于PMG定子74输出(包括但不限于第二二极管桥120的下游)和H桥122之间。尽管降压转换器136和EDR 138被示为位于PMG定子74输出和H桥122之间的DC电流导体的相对的上部分和下部分，但是可以包括本公开的非限制性方面，其中降压转换器136，EDR 138或其组合可以被定位在上导体或下导体的任何排列中，包括将元件136、138都定位在上导体或下导体上。
在一个非限制性示例中，第一，第二和第三可开关元件128、132、137可包括固态可开关元件，而EDR 138可包括机电继电器，接触器等。如本文所用，与可在15到50毫秒内可操作地断开、闭合或切换开关状态的机电开关相比，固态可开关元件可在10微秒内，小于0.5毫秒或类似的快速时间段内可操作地断开，闭合或切换开关状态。
发电机14的电力输出140可以连接具有电压传感器的发电机控制单元(GCU)151(以虚线示出)，电压传感器示出为冗余电压感测调节点(POR；示出为电压感测POR1146和电压感测POR2148)，其被构造为或适于感测或测量在电力输出140线处的电压输出。GCU 151进一步示出为包括具有处理器156和存储器158的控制器模块154。在一个非限制性示例中，第二电压感测POR2148可以被包括在不同的或分离的过电压保护单元153检测模块中。可以进一步包括本公开的非限制性方面，其中第二电压感测POR2可以被包括在GCU 151中，或者其中过电压保护单元153可以被包括在GCU 151中。如图所示，在讨论或描述GCU 151时，定子组件104的方面也可以被包括在内(并且包括在GCU 151的虚线轮廓中)。
该组电压感测POR 146、148可以将感测或测量的电压或其指示信号提供给被构造为或适于控制发电机14的操作的发电机控制器152。例如，在一个非限制性示例中，发电机控制器152可以将来自一个或多个冗余电压感测POR 146、148的感测或测量的电压与期望或预期的参考值160进行比较，并且进而可控地操作励磁机定子64的励磁，以确保发电机14的电力输出140符合参考值160。发电机控制器152可以通过门控(gate)驱动器162可控制地操作，命令，引导或以其他方式指示励磁机定子64的激励，该门控驱动器162操作第一可开关元件128，第二可开关元件132或其组合的开关操作。发电机控制器152还可以基于附加输入或考虑因素(例如来自位于H桥122处的示例电流传感器134的电流测量)来可控制地操作励磁机定子64的激励。
GCU 151还可以包括用于操作或功能保护控制方案的过电压响应模块150。过电压响应模块150可以被构造为检测并响应发电机14的电力输出140处的过电压状况。如图所示，第一过电压检测器(OVdetect1)164可以与电压感测POR1 146相关联，并且从电压感测POR1 146接收电压感测或测量，而冗余的第二过电压检测器(OVdetect2)166可以与电压感测POR2 148 146相关联并从电压感测POR2 148接收电压感测或测量。每个过电压检测器164、166可以被适配或构造为检测，确定发电机14的电力输出140处存在过电压状况，或基于比较(例如，第一比较)，向过电压响应模块150发出警报或向其发出信号，表明发电机14的电力输出140处存在过电压状况。可以通过任何已知的过电压检测机制来确定或检测对过电压状况的检测。众所周知，过电压状况会损害或损坏电力输出140，电力总线144下游的电气负载等。
响应于过电压响应模块150在电力输出140处检测到过电压状况，过电压响应模块150或控制器模块154可以响应地操作一系列处理或步骤。例如，对检测到过电压状况的初始响应可以包括命令，指示或以其他方式可控制地操作第一可开关元件128和第二可开关元件132以断开并保持断开一段时间，以停止向励磁机定子64的电流传导。停止励磁机定子64中电流的传导将进一步停止电力输出140处的电力产生。如本文所述，与传统的机电元件相比，第一和第二开关128、132的固态开关元件能够非常快速地可操作地断开，并且因此具有对过电压状况的检测的非常快速的响应。另外，将理解的是，该初始响应可以包括通过门控驱动器162覆盖(overriding)，否决(overruling)或以其他方式替代(superseding)励磁机定子64的激励。
然而，在某些过电压状况下，初始响应可能不足以消除过电压状况。例如，如果H桥122中跨第一二极管126，跨第二二极管130短路，或者如果一个或多个可开关元件128、130在闭合状态下发生故障，或者它们的组合，则可能会丢失对励磁机定子54的控制，并且过电压状况可能会继续。因此，如果在初始响应之后过电压状况继续存在(由过电压检测器164、166，过电压响应模块150或其组合检测到)，则过电压响应模块150可以包括次级响应。
在一个非限制性示例中，次级响应可以包括例如通过过电压检测器164、166(例如第二比较)检测，重新检测过电压状况，或在足以允许过电压状况响应于初始响应而消除的预定时间段到期之后，另外检测过电压状况。在确认或确定过电压状况持续存在之后，过电压响应模块150或控制器模块154可以可操作地命令，指示或以其他方式可控制地操作降压转换器136的第三可开关元件137以可操作地断开，从而防止电流一起传导至H桥122和励磁机定子54。
然而，在某些过电压状况下，初始响应，次级响应或其组合可能仍不足以消除过电压状况。例如，如果在H桥122和PMG定子74之间导体中发生进一步的电气短路，如果第三可开关元件137在闭合状态下发生故障，或者它们的组合，则可能会失去对励磁机定子54的控制，并且过电压状况可以继续。因此，如果在初始响应，次级响应或其组合之后继续存在过电压状况(由过电压检测器164、166，过电压响应模块150或其组合检测到)，则过电压响应模块150可以包括三级响应。
在一个非限制性示例中，三级响应可以包括例如通过过电压检测器164、166检测，重新检测过电压状况，或在足以允许过电压状况响应于初始响应，次级响应或其组合而消除的预定时间段到期之后，另外检测过电压状况。在确认或确定过电压状况持续存在(例如第三比较)之后，过电压响应模块150或控制器模块154可以可操作地命令，指示或以其他方式可控地操作EDR 138以可操作地断开，从而防止电流一起传导至H桥122和励磁机定子54。
然而，在某些过电压状况下，初始响应，次级响应，三级响应或它们的组合可能仍不足以消除过电压状况。因此，如果在初始响应，次级响应，三级响应或其组合之后继续存在过电压状况(由过电压检测器164、166，过电压响应模块150或其组合检测到)，过电压响应模块150可以包括第四响应。在一个非限制性示例中，第四响应可以包括例如通过过电压检测器164、166检测，重新检测过电压状况，或在足以允许过电压状况响应于初始响应，次级响应，三级响应或它们的组合而消除的预定时间段到期之后，另外检测过电压状况。在确认或确定过电压状况持续存在(例如第四比较)之后，过电压响应模块150或控制器模块154可以可操作地命令，指示或以其他方式可控制地操作GLC 142以可操作地断开，从而防止电流传导至电力总线144，从而到达电气负载。
可以包括本公开的非限制性方面，其中，例如，过电压响应模块150是另一个发电机14部件的子部件，包括但不限于GCU 151。另外，过电压检测器164、166的非限制性方面可以结合在过电压响应模块150，GCU 151等内。另外，尽管上述可控制的操作包括依次执行初始响应，次级响应和三级响应，但是可以包括本公开的非限制性方面，其中响应可以以不同的排列或顺序发生，可以同时发生多个有序响应(例如，在顺序操作之外；例如，初级和次级响应同时发生，如果过电压状况持续，则随后是三级响应)，或者可以基于特定的过电压检测状况触发或发生一部分响应(例如，与检测到的135％标称电压的过电压状况相比，检测到的高于150％标称电压的过电压状况可以生成不同的响应阶数，顺序或同时响应)。
在本公开的又一个非限制性方面，通过过电压响应模块150同时(例如，非顺序地)仅将开关元件128、132、137的子集命令为断开状态。例如，如果同时断开开关元件128、132、137，则在励磁机定子64中流动的电流可以被引导到断开的开关元件(例如，开关元件137)中，并且除了在续流二极管139上产生大电压外别无去处。续流二极管139上的该大电压会损坏电力系统中的半导体。在又一个非限制性示例中，当过电压响应模块150命令EDR 138以断开时，还可以命令开关元件132和128以闭合或重新闭合。这将允许励磁电流通过续流二极管139续流并崩溃(collapse)。
图5示出了检测或响应电力系统中的过电压状况的方法200。可以首先在210处通过诸如过电压检测器164、166的已知机制来检测过电压状况。接下来，方法200可以在220处发起初始响应动作，例如本文所述的初始响应。然后，方法200可以在230处确定过电压状况是否持续，如本文所述。如果过电压状况已经消除，则方法200可以前进至240，其中可以例如在错误或维护记录系统中记录或报告该过电压状况。记录或报告可以进一步生成维护动作或活动，以响应于过电压状况来评估，维修或检查电力系统。记录或报告还可以指出过电压状况已由初始响应消除。
如果过电压状况持续存在，则方法200在250处进行到次级响应。再次，在次级响应发生之后，方法200然后可以在260处确定过电压状况是否仍然持续，如本文所述。如果过电压状况已经消除，则方法200可以前进至240，其中可以记录或报告过电压状况，如所说明的。记录或报告可以进一步指出过电压状况已由次级响应消除。
如果过电压状况持续存在，则方法200在270处进行到三级响应。再次，在三级响应发生之后，方法200然后可以在280处确定过电压状况是否仍然持续，如本文所述。如果过电压状况已经消除，则方法200可以前进至240，其中可以记录或报告过电压状况，如所说明的。记录或报告还可以指出过电压状况已由三级响应消除。
如果过电压状况持续存在，则方法200在290处进行到第四响应。然后，方法200进行到240，其中可以记录或报告过电压状况，如所说明的。记录或报告可以进一步指出过电压状况已被第四响应消除或引起了第四响应。
根据系统程序，包括但不限于飞行器错误报告程序，设想了240中的记录或报告的其他方面。
所描绘的顺序仅出于说明性目的，并且无意以任何方式限制方法200，因为应当理解，在不背离所描述的方法的情况下，该方法的各部分可以以不同的逻辑顺序进行，可以包括其他或中间的部分，或者该方法的所描述的部分可以被分成多个部分，或者该方法的所描述的部分可以被省略。例如，在一个非限制性示例中，该系统可以进行操作，使得在过电压响应模块150或其相关系统发生故障时，第三可开关元件137，EDR 138，GLC 144或其组合可以被命令以立即无条件断开。
除以上附图中所示之外，本公开还设想了许多其他可能的方面和构造。另外，可以重新布置各种电力系统部件的设计和布置，从而可以实现许多不同的串联构造。
本文公开的各方面提供了用于例如通过发电机控制方案的电力系统的过电压保护或其响应的方法和设备。可以在上述方面中实现的一个优点是，与常规地命令机械或机电继电器或接触器以断开相比，上述方面在响应过电压状况时具有显著改善的响应时间或速度。通过更快地响应，系统减少了过电压状况损坏或损害下游电路，电气负载等的可能性。另外，通过建立冗余响应(例如，初始响应，次级响应，三级响应等)，该系统包括降低了过电压状况不能以期望的方式消除的可能性。
在本公开的又一个优点中，降压转换器的包括使能，提供或以其他方式允许快速电路，以在发生过电压状况消除的情况下将升高的电压水平降低至正常或标称水平。在特定的发电系统中，例如变频发电机(VFG)，发电机在高发电机转速下的磁饱和度要小得多。因此，与恒定频率发生器相比，VFG中的内部反电动势(BEMF)可能更高，从而使内部电压在过电压状况下可高达标称电压的1.5至2.5倍。在设计飞行器部件时，可靠性和冗余性是重要的特征。
在尚未描述的范围内，各个方面的不同特征和结构可以根据需要彼此组合使用。不能在所有方面都示出的一个特征并不意味着解释为其不能有，而是为了描述简洁而这样做。因此，不管是否明确地描述了新方面，都可以根据需要混合和匹配不同方面的各种特征以形成新方面。本文所描述的特征的组合或排列被本公开覆盖。
该书面描述使用示例来公开本公开的各个方面，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开的各个方面，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本公开的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
本发明的进一步方面由以下条项的主题提供：
1.一种用于电机的过电压响应模块，包括：输入，输入被配置为接收电机的电力输出值；第一输出和第二输出，第一输出被配置为驱动H桥的第一臂处的第一可开关元件，第二输出被配置为驱动H桥的第二臂处的第二可开关元件，H桥进一步包括设置在第一臂和第二臂之间的电机的励磁机定子；第三输出，第三输出被配置为驱动H桥上游的第三可开关元件；控制器模块，控制器模块被配置为将电力输出值与电机的过电压状况进行比较，从而限定第一比较，并且响应于基于第一比较确定存在过电压状况：通过第一输出可控地操作第一可开关元件以断开，并且通过第二输出可控地操作第二可开关元件以断开，并且在预定时间段之后，将电力输出值与电机的过电压状况进行比较，从而限定第二比较；和响应于基于第二比较确定存在过电压状况，可控地操作第三可开关元件以断开。
2.根据任何在前条项的过电压响应模块，进一步包括第四输出，第四输出被配置为驱动励磁机断开继电器。
3.根据任何在前条项的过电压响应模块，其中，控制器模块进一步被配置为，在第二预定时间段之后，将电力输出值与电机的过电压状况进行比较，从而限定第三比较，并且响应于基于第三比较确定存在过电压状况，通过第四输出可控地操作励磁机断开继电器以断开。
4.根据任何在前条项的过电压响应模块，其特征在于，其中，控制器模块被配置为，当通过第四输出可控地操作励磁机断开继电器以断开时，同时地通过第一输出可控地操作第一开关元件以闭合以及通过第二输出可控地操作第二可开关元件以闭合。
5.根据任何在前条项的过电压响应模块，进一步包括第五输出，第五输出被配置为驱动电机的线接触器。
6.根据任何在前条项的过电压响应模块，其中，控制器模块进一步被配置为，在第三预定时间段之后，将电力输出值与电机的过电压状况进行比较，从而限定第四比较，并且响应于基于第四比较确定存在过电压状况，通过第五输出可控地操作线接触器以断开。
7.根据任何在前条项的过电压响应模块，进一步包括第四输出，第四输出被配置为驱动电机的线接触器，并且其中，控制器模块进一步被配置为，在第二预定时间段之后，将电力输出值与电机的过电压状况进行比较，从而限定第三比较，并且响应于基于第三比较确定存在过电压状况，通过第四输出可控地操作线接触器以断开。
8.根据任何在前条项的过电压响应模块，进一步包括第四输出，第四输出被配置为驱动励磁机断开继电器，其中第一可开关元件，第二可开关元件和第三可开关元件的至少一个子集是固态可开关元件，并且其中励磁机断开继电器是机电开关或接触器中的至少一种。
9.根据任何在前条项的过电压响应模块，其特征在于，其中，第一可开关元件，第二可开关元件和第三可开关元件的至少一个子集能够在10微秒内被控制器模块可操作地切换。
10.根据任何在前条项的过电压响应模块，其中，控制器模块被配置为取代励磁机定子的励磁。
11.根据任何在前条项的过电压响应模块，其特征在于，其中，预定时间段是足以停止励磁机定子中的电流传导的时间段。
12.一种在电力系统中操作过电压响应的方法，该方法包括：接收代表电机的电力输出的第一值；将该值与代表电机中的过电压状况的过电压阈值进行第一比较；响应于基于第一比较确定存在过电压状况，可控地断开H桥的第一臂处的第一可开关元件并且可控地断开H桥的第二臂处的第二可开关元件，H桥进一步包括设置在第一臂和第二臂之间的电机的励磁机定子；在足以停止励磁机定子中的电流传导的预定时间段之后，接收代表电机的电力输出的更新值；和将更新值与代表电机中的过电压状况的过电压阈值进行第二比较，以确保过电压状况已经停止。
13.根据任何在前条项的方法，其中，响应于基于第二比较确定存在过电压状况，可控地断开励磁机断开继电器。
14.根据任何在前条项的方法，其特征在于，其中，响应于基于第二比较确定存在过电压状况，同时地断开励磁机断开继电器，闭合第一可开关元件，以及闭合第二可开关元件。
15.根据任何在前条项的方法，进一步包括：在励磁机断开继电器断开后的预定时间段之后，接收代表电机的电力输出的更新值；和将更新值与代表电机中的过电压状况的过电压阈值进行第三比较，以确保过电压状况已经停止。
16.根据任何在前条项的方法，其中，响应于基于第三比较确定存在过电压状况，可控地断开线接触器。
17.根据任何在前条项的方法，其中，可控地断开第一可切换元件以及可控地断开第二可切换元件在10微秒内发生。
18.一种电机组件，包括：电力输出，电力输出具有被配置为感测电力输出的传感器；定子组件，定子组件包括H桥电路，H桥电路限定第一臂和第二臂，并且具有设置在第一臂和第二臂之间的励磁机定子；第一可开关元件，第一可开关元件设置在第一臂中；第二可开关元件，第二可开关元件设置在第二臂中；第三可开关元件，第三可开关元件设置在H桥电路的上游；控制器模块，控制器模块与传感器连接并且被配置为将由传感器感测到的电力输出与电机的过电压状况进行比较，从而限定第一比较，并且响应于基于第一比较确定存在过电压状况：可控地操作第一可开关元件以断开并且可控地操作第二可开关元件以断开，并且在预定时间段之后，将由传感器感测到的更新的电力输出与电机的过电压状况进行比较，从而限定第二比较；和响应于基于第二比较确定存在过电压状况，可控地操作第三可开关元件以断开。
19.根据任何在前条项的电机组件，进一步包括励磁机断开继电器，并且响应于确定过电压状况继续存在，由控制器模块可控地断开励磁机断开继电器。
20.根据任何在前条项的电机组件，进一步包括发电机线接触器，并且响应于确定过电压状况继续存在，通过控制器模块可控地断开发电机线接触器。

Claims (10)

1.一种用于电机的过电压响应模块，其特征在于，包括：
输入，所述输入被配置为接收所述电机的电力输出值；
第一输出和第二输出，所述第一输出被配置为驱动H桥的第一臂处的第一可开关元件，所述第二输出被配置为驱动所述H桥的第二臂处的第二可开关元件，所述H桥进一步包括设置在所述第一臂和所述第二臂之间的所述电机的励磁机定子；
第三输出，所述第三输出被配置为驱动所述H桥上游的第三可开关元件；
控制器模块，所述控制器模块被配置为将所述电力输出值与所述电机的过电压状况进行比较，从而限定第一比较，并且响应于基于所述第一比较确定存在过电压状况：
通过所述第一输出可控地操作所述第一可开关元件以断开，并且通过所述第二输出可控地操作所述第二可开关元件以断开，并且在预定时间段后，将所述电力输出值与所述电机的所述过电压状况进行比较，从而限定第二比较；和
响应于基于所述第二比较确定存在所述过电压状况，可控地操作所述第三可开关元件以断开。
2.根据权利要求1所述的过电压响应模块，其特征在于，进一步包括：第四输出，所述第四输出被配置为驱动励磁机断开继电器。
3.根据权利要求2所述的过电压响应模块，其特征在于，其中，所述控制器模块进一步被配置为，在第二预定时间段之后，将所述电力输出值与所述电机的所述过电压状况进行比较，从而限定第三比较，并且响应于基于所述第三比较确定存在所述过电压状况，通过所述第四输出可控地操作所述励磁机断开继电器以断开。
4.根据权利要求3所述的过电压响应模块，其特征在于，其中，所述控制器模块被配置为，当通过所述第四输出可控地操作所述励磁机断开继电器以断开时，同时地通过所述第一输出可控地操作所述第一开关元件以闭合以及通过所述第二输出可控地操作所述第二可开关元件以闭合。
5.根据权利要求3所述的过电压响应模块，其特征在于，进一步包括第五输出，所述第五输出被配置为驱动所述电机的线接触器。
6.根据权利要求5所述的过电压响应模块，其特征在于，其中，所述控制器模块进一步被配置为，在第三预定时间段之后，将所述电力输出值与所述电机的所述过电压状况进行比较，从而限定第四比较，并且响应于基于所述第四比较确定存在所述过电压状况，通过所述第五输出可控地操作所述线接触器以断开。
7.根据权利要求3所述的过电压响应模块，其特征在于，进一步包括第四输出，所述第四输出被配置为驱动所述电机的线接触器，并且其中，所述控制器模块进一步被配置为，在第二预定时间段之后，将所述电力输出值与所述电机的所述过电压状况进行比较，从而限定第三比较，并且响应于基于所述第三比较确定存在所述过电压状况，通过所述第四输出可控地操作所述线接触器以断开。
8.根据权利要求1所述的过电压响应模块，其特征在于，进一步包括第四输出，所述第四输出被配置为驱动励磁机断开继电器，其中所述第一可开关元件，所述第二可开关元件和所述第三可开关元件的至少一个子集是固态可开关元件，并且其中所述励磁机断开继电器是机电开关或接触器中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的过电压响应模块，其特征在于，其中，所述第一可开关元件，所述第二可开关元件和所述第三可开关元件的至少一个子集能够在10微秒内被所述控制器模块可操作地切换。
10.一种在电力系统中操作过电压响应的方法，其特征在于，所述方法包括：
接收代表电机的电力输出的第一值；
将所述值与代表所述电机中的过电压状况的过电压阈值进行第一比较；
响应于基于所述第一比较确定存在过电压状况，可控地断开H桥的第一臂处的第一可开关元件并且可控地断开所述H桥的第二臂处的第二可开关元件，所述H桥进一步包括设置在所述第一臂和所述第二臂之间的所述电机的励磁机定子；
在足以停止所述励磁机定子中的电流传导的预定时间段之后，接收代表所述电机的所述电力输出的更新值；和
将所述更新值与代表所述电机中的所述过电压状况的所述过电压阈值进行第二比较，以确保所述过电压状况已经停止。
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