CN114938106B - 一种基于多相冗余控制的发电机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发电系统设计领域,公开了一种基于多相冗余控制的发电机系统。该发电机系统包括系统机壳、n个发电机、原动机、控制器,n个发电机并列排列位于系统机壳内,控制器设置在系统机壳内并位于n个发电机的径向位置的正上方,原动机与每个发电机之间通过机械部件进行能量传输;每个发电机周围圆周均布若干个油冷通道,可对发电机进行冷却;同时,在系统机壳内沿n个发电机的油冷通道外围环绕若干圈水冷管,用以带走油冷通道内的热量,实现高效油水混合冷却效果。本发明减小了系统体积,提高了发电系统功率密度,同时采用单原动机输入,多个发电机进行发电,有效提高系统能量利用率,减小系统损耗;实现了在有限空间内的发电机良好散热。
Description
技术领域
本发明属于发电系统设计领域,具体涉及一种基于多相冗余控制的发电机系 统。
背景技术
工业的不断进步发展,导致工业系统中用电设备不断增多,对电量的需求 越来越大。采用原动机拖动发电机进行发电,为用电设备提供足够的电能供应。 设计安全可靠的发电机系统,提高发电机系统的容错能力,为用电设备提供电 能供应显得尤为重要;另外,随着用电需求的增大,提高发电机的功率密度, 减小电机体积的需求更加迫切。
中国专利CN 112977041 A提供了一种双电机发电系统,包括内燃机、行星 轮机构、发电机、制动器及发电控制单元。该双电机发电系统,能够扩展发电 系统高效工作区范围和分布,同时能够一机多用,即利用一台原动机提供多种 电源,提高了设备利用率。制动器导致发电系统的控制难度增加,同时发电系 统功率密度低,体积大,不满足高功率密度需求。
中国专利CN 108696217 B提供了一种发电机系统,包含第一发电机和第二 发电机、发电控制系统、检测系统和同步控制系统。两个发电机分为主发电机 和从发电机,同步控制系统用于将主发电机和从发电机发出的电能进行同步变 换。系统中包含两台原动机,导致系统复杂,抗干扰能力大幅降低,同时两台 发电机主从运行,主发电机系统出现运行故障,从发电机系统无法保证电能供 应。
发明内容
本发明为适应工业系统的用电需求,提出了一种基于多相冗余控制的发电 机系统,通过多电机的冗余控制,实现发电机系统的高功率密度、小型化及抗 干扰能力的特点。
本发明采用的技术方案如下:
本发明的第一个方面提供了一种基于多相冗余控制的发电机系统,该系统 包括系统机壳1、n个发电机、原动机、控制器,n个发电机并列排列位于系统 机壳1内,控制器设置在系统机壳1内并位于n个发电机的上方,原动机与每 个发电机之间通过机械部件进行能量传输;
控制器2包括支撑电容201、n组驱动器件组202、n组功率器件组203、n 个水冷板204,其中支撑电容201位于控制器2的中心位置,n个水冷板204位 于支撑电容201的左右两侧;每组驱动器件组202由2m个驱动器件组成;每组 功率器件组203由2m个功率器件组成;每组驱动器件组202和功率器件组203 均分为上下两层布置,上层有m个驱动器件和m个功率器件;上层的驱动器件 组202与功率器件组203连接并固定于1个水冷板204上方,下层驱动器件组 202与下层功率器件组203连接并固定于1个水冷板204下方,形成针对每个发 电机的m相控制。
进一步地,发电机的个数n大于等于2,发电机为m相永磁同步发电机,相 邻发电机之间的轴线距离需大于发电机直径。
进一步地,基于多相冗余控制的发电机系统功率为L MW时,每个发电机 为L/n MW的永磁同步发电机。
进一步地,每个发电机均包括:定子9、转子10、绕组11、转子轴12、电 机前端盖13、电机后端盖14;转子轴12与电机前端盖13和电机后端盖14通 过轴承同轴连接。
进一步地,每个发电机的转子轴伸出端分别同轴安装有发电机齿轮,所有 齿轮与原动机齿轮7相啮合,原动机齿轮7与原动机轴8同轴连接且原动机轴8 与原动机相连,原动机齿轮7及原动机轴8均位于该系统所有发电机的中垂线 位置。
进一步地,每个发电机周围圆周均布若干个油冷通道,可对发电机进行冷 却;同时,在系统机壳内沿n个发电机的油冷通道外围环绕若干圈水冷管,用 以带走油冷通道内的热量,实现高效油水混合冷却效果。
进一步地,系统机壳1为长方体结构,在长方体结构内对称开有n个空心 圆柱腔体,用于安放发电机。
本发明第二个方面还提供了一种具有两个发电机的发电机系统,该系统包 括系统机壳1、2个发电机、原动机、控制器;第一发电机3和第二发电机5并 排放置在系统机壳1内两个并排的空心圆柱腔体内,控制器2放置在系统机壳1 内上方腔体内,位于第一发电机3和第二发电机5的正上方;第一发电机3和 第二发电机5的转子轴12伸出端分别同轴安装有第一发电机齿轮4和第二发电 机齿轮6,第一发电机齿轮4和第二发电机齿轮6与原动机齿轮7相啮合;原动 机齿轮7与原动机轴8同轴连接且原动机轴8与原动机相连,原动机齿轮7及 原动机轴8均位于该系统第一发电机3和第二发电机5的中垂线位置;
系统机壳1内两个并排的空心圆柱腔体周围圆周开有若干个通孔,作为油 冷通道15,均布围绕在每个发电机周围,可对发电机进行冷却;同时,在系统 机壳1内沿油冷通道15外围环绕若干圈水冷管16,用以带走油冷通道内的热量, 实现高效油水混合冷却效果;
控制器2包括支撑电容201、驱动器件组202、功率器件组203、水冷板204, 支撑电容201位于控制器2的中心位置,2个水冷板204位于支撑电容201的左 右两侧;驱动器件组202有两组,每组由12个驱动器件组成,功率器件组203 有两组,每组由12个功率器件组成;每组驱动器件组202和功率器件组203均 分为上下两层布置,上层有6个驱动器件和6个功率器件;上层驱动器件组202 与上层功率器件组203连接并固定于1个水冷板204上方,下层驱动器件组202 与下层功率器件组203连接并固定于该水冷板204下方,形成第一发电机3的 六相控制;上层驱动器件组202与上层功率器件组203连接并固定于另一个水 冷板204上方,下层驱动器件组202与下层功率器件组203连接并固定于另一 个水冷板204下方,形成第二发电机5的六相控制。
进一步地,每个发电机均包括:定子9、转子10、绕组11、转子轴12、电 机前端盖13、电机后端盖14;转子轴12与电机前端盖13和电机后端盖14通 过轴承同轴连接。
进一步地,当基于多相冗余控制的发电机系统功率为L MW时,每个发电 机为L/2MW的永磁同步发电机。
本发明具有以下优点:
1.本发明提供了一种单原动机输入的发电机系统,减小了系统体积,提高了 发电系统功率密度,同时采用单原动机输入,多个发电机进行发电,有效提高 系统能量利用率,减小系统损耗。
2.本发明提供了一种发电装置,将控制系统集成于发电机上方,此结构可大 幅减小发电系统的轴向长度及总体体积,提高发电系统的功率密度,提高了发 电系统运行可靠性。
3.发电机采用多相绕组设计,当发电机一相绕组出现故障,通过控制系统切 除故障绕组,保证发电机仍能稳定运行,为用电设备提供电能供应,发电控制 系统采用多相冗余设计,发电系统运行可靠性大幅提升。
4.本发明设计了空间垂直油水混合冷却结构,通过油冷与水冷结合,对发电 机系统进行降温冷却,充分利用了基于多相冗余控制的发电机系统的系统机壳 内部空间,实现了在有限空间内的发电机良好散热。
附图说明
图1为本实施例基于多相冗余控制的发电机系统的立体示意图;
图2为本实施例基于多相冗余控制的发电机系统的左视图;
图3为本实施例基于多相冗余控制的发电机系统的A-A’剖视图;
图4为本实施例基于多相冗余控制的发电机系统的B-B’剖视图;
图5为本实施例中系统机壳的立体示意图;
图6为本实施例中控制器的立体示意图;
图7为本实施例中多种电机排布方式示意图。
图中:
1-系统机壳,2-控制器,201-支撑电容,202-驱动器件组,203-功率器件组, 204-水冷板,3-第一发电机,4-第一发电机齿轮,5-第二发电机,6-第二发电机 齿轮,7-原动机齿轮,8-原动机轴,9-定子,10-转子,11-绕组,12-转子轴,13- 电机前端盖,14-电机后端盖,15-油冷通道,16-水冷管
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示,本发明的一个实施例提供了一种基于多相冗余控制的发电机 系统,采用两个发电机,可放置在有限空间中,包括系统机壳1、控制器2、第 一发电机3、第一发电机齿轮4、第二发电机5、第二发电机齿轮6、原动机齿 轮7、原动机轴8,其中:
第一发电机3和第二发电机5为直径为300mm的1MW的永磁同步发电机, 如图4所示的B-B’剖视图,两个发电机均包括定子铁心9、转子铁心10、定子 绕组11、转子轴12、电机前端盖13、电机后端盖14。转子轴12通过轴承安装 在电机前端盖13和电机后端盖14上。
如图2所示,第一发电机3和第二发电机5并列排列,第二发电机5位于 第一发电机3的正右方向,第二发电机5的轴线与第一发电机3的轴线距离为 320mm。
如图1所示,第一发电机3和第二发电机5的转子轴12伸出端分别同轴安 装有第一发电机齿轮4和第二发电机齿轮6。如图2所示,第一发电机齿轮4和 第二发电机齿轮6与原动机齿轮7相啮合。原动机齿轮7与原动机轴8同轴连 接且原动机轴8与原动机相连,原动机可以为燃气轮机等提供原动力的机械设 备,原动机齿轮7及原动机轴8均位于该系统第一发电机3和第二发电机5的 中垂线位置。
如图5所示,系统机壳1为长方体结构,在长方体左侧面开有两个并排的 空心圆柱腔体,用于安放第一发电机3和第二发电机5。在长方体右侧面位于两 个并排空心圆柱腔体的正上方挖空一个长方体腔体,用于安放控制器2。在长方 体的两个空心圆柱腔体周围,开有6个三棱柱通孔,作为油冷通道15,可对发 电机进行冷却。同时,在长方体的开孔周围环绕18圈方螺旋管形通孔,作为水 冷管16,用以带走冷却油的热量,实现高效油水混合冷却效果。
如图4和图6所示,控制器2包括支撑电容201、驱动器件组202、功率器 件组203、水冷板204,其中支撑电容201位于控制器2的中心位置,两个水冷 板204位于支撑电容201的左右两侧。驱动器件组202有两组,每组由12个驱 动器件组成,功率器件组203有两组,每组由12个功率器件组成。每组驱动器 件组202和功率器件组203均分为上下两层布置,上层有6个驱动器件和6个 功率器件。一组上层驱动器件组202与上层功率器件组203连接并固定于1个 水冷板204上方,一组下层驱动器件组202与下层功率器件组203连接并固定 于该水冷板204下方,形成第一发电机3的六相控制;另一组上层驱动器件组 202与上层功率器件组203连接并固定于另一个水冷板204上方,另一组下层驱 动器件组202与下层功率器件组203连接并固定于另一个水冷204下方,形成 第二发电机5的六相控制。通过该种方式的设计,本系统可直接形成12相冗余 控制的发电机系统。
如图7所示,列举了本发明中当n=2,n=3时的多相冗余控制的发电机系 统结构排布。
本发明保护的n个发电机的冗余控制,n大于等于2,即通过多电机联合实现 多相冗余控制的发电系统均在本发明的保护范围内。
本发明保护发电机系统的排布位置,即控制器位于发电机的径向位置,以 最小化发电机系统的轴向长度的多个电机排布方式均在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于多相冗余控制的发电机系统,其特征在于,该系统包括系统机壳、n个发电机、原动机、控制器,n个发电机位于系统机壳内,控制器设置在系统机壳内并位于n个发电机的上方,原动机与每个发电机之间通过机械部件进行能量传输;
控制器(2)包括支撑电容(201)、n组驱动器件组(202)、n组功率器件组(203)、n个水冷板(204),其中支撑电容(201)位于控制器(2)的中心位置,n个水冷板(204)位于支撑电容(201)的左右两侧;每组驱动器件组(202)由2m个驱动器件组成;每组功率器件组(203)由2m个功率器件组成;每组驱动器件组(202)和功率器件组(203)均分为上下两层布置,上层有m个驱动器件和m个功率器件;上层的驱动器件组(202)与功率器件组(203)连接并固定于1个水冷板(204)上方,下层驱动器件组(202)与下层功率器件组(203)连接并固定于1个水冷板(204)下方,形成针对每个发电机的m相控制;
每个发电机的转子轴伸出端分别同轴安装有发电机齿轮,所有齿轮与原动机齿轮(7)相啮合,原动机齿轮(7)与原动机轴(8)同轴连接且原动机轴(8)与原动机相连,原动机齿轮(7)及原动机轴(8)均位于该系统所有发电机的中垂线位置;
每个电机周围圆周均布若干个油冷通道,可对发电机进行冷却;同时,在系统机壳内沿n个发电机的油冷通道外围环绕若干圈水冷管,用以带走油冷通道内的热量,实现高效油水混合冷却效果。
2.如权利要求1所述的基于多相冗余控制的发电机系统,其特征在于,发电机的个数n大于等于2,发电机为m相永磁同步发电机;相邻发电机之间的轴线距离需大于发电机直径。
3.如权利要求2所述的基于多相冗余控制的发电机系统,其特征在于,当基于多相冗余控制的发电机系统功率为L MW时,每个发电机为L/n MW的永磁同步发电机。
4.如权利要求3所述的基于多相冗余控制的发电机系统,其特征在于,每个发电机均包括:定子(9)、转子(10)、绕组(11)、转子轴(12)、电机前端盖(13)、电机后端盖(14);转子轴(12)与电机前端盖(13)和电机后端盖(14)通过轴承同轴连接。
5.如权利要求1所述的基于多相冗余控制的发电机系统,其特征在于,系统机壳1为长方体结构,在长方体结构内对称开有n个空心圆柱腔体,用于安放发电机。
6.一种基于多相冗余控制的发电机系统,其特征在于,该系统包括系统机壳(1)、2个发电机、原动机、控制器;第一发电机(3)和第二发电机(5)并排放置在系统机壳(1)内两个并排的空心圆柱腔体内,控制器(2)放置在系统机壳(1)内上方腔体内,位于第一发电机(3)和第二发电机(5)的正上方;第一发电机(3)和第二发电机(5)的转子轴(12)伸出端分别同轴安装有第一发电机齿轮(4)和第二发电机齿轮(6),第一发电机齿轮(4)和第二发电机齿轮(6)与原动机齿轮(7)相啮合;原动机齿轮(7)与原动机轴(8)同轴连接且原动机轴(8)与原动机相连,原动机齿轮(7)及原动机轴(8)均位于该系统第一发电机(3)和第二发电机(5)的中垂线位置;
系统机壳(1)内两个并排的空心圆柱腔体周围圆周开有若干个通孔,作为油冷通道(15),均布围绕在每个发电机周围,可对发电机进行冷却;同时,在系统机壳(1)内沿油冷通道(15)外围环绕若干圈水冷管(16),用以带走油冷通道内的热量,实现高效油水混合冷却效果;
控制器(2)包括支撑电容(201)、驱动器件组(202)、功率器件组(203)、水冷板(204),支撑电容(201)位于控制器(2)的中心位置,2个水冷板(204)位于支撑电容(201)的左右两侧;驱动器件组(202)有两组,每组由12个驱动器件组成,功率器件组(203)有两组,每组由12个功率器件组成;每组驱动器件组(202)和功率器件组(203)均分为上下两层布置,上层有6个驱动器件和6个功率器件;上层驱动器件组(202)与上层功率器件组(203)连接并固定于1个水冷板(204)上方,下层驱动器件组(202)与下层功率器件组(203)连接并固定于该水冷板(204)下方,形成第一发电机(3)的六相控制;上层驱动器件组(202)与上层功率器件组(203)连接并固定于另一个水冷板(204)上方,下层驱动器件组(202)与下层功率器件组(203)连接并固定于另一个水冷板(204)下方,形成第二发电机(5)的六相控制。
7.如权利要求6所述的基于多相冗余控制的发电机系统,其特征在于,每个发电机均包括:定子(9)、转子(10)、绕组(11)、转子轴(12)、电机前端盖(13)、电机后端盖(14);转子轴(12)与电机前端盖(13)和电机后端盖(14)通过轴承同轴连接。
8.如权利要求6所述的基于多相冗余控制的发电机系统,其特征在于,当基于多相冗余控制的发电机系统功率为L MW时,每个发电机为L/2MW的永磁同步发电机。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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