CN1219970C - 交流发电机与交流电电路连接和断开的方法和连接器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使诸如原动机驱动的交流发电机(10)的交流发电机与诸如市电电源(20)的交流电电路连接和断开的方法和连接器装置。

Description

交流发电机与交流电电路连接和断开的方法和连接器装置

技术领域

本发明涉及一种使交流发电机(诸如原动机驱动的交流发电机)与交流电电路(诸如市电电源)连接和断开的方法和连接器装置。

背景技术

在交流发电机与诸如市电电源的带有现有交流电的一个电路连接和断开的时候，会遇到许多问题。

交流发电机可以被隔离地起动，直至达到合适的电源质量以及适当的频率和相位，然后连接市电电源。然而，设置一个监视交流发电机的电源质量，并且当达到适当的电源质量时将交流发电机连接到市电电源的控制装置是非常昂贵的，它增加了装置的复杂性并且容易出错。

当交流发电机与市电电源断开连接时，会在用于断开的开关触点之间产生火花。该火花将磨损开关的触点，从而削弱其性能，以及必须进行不方便的昂贵的经常替换。火花还干扰市电电信号的质量，这是不允许的。火花还可以造成其它部件的损坏以及起火，为了对其进行预防，例如需要提供昂贵的惰性气体环境。

发明内容

本发明的目的是克服上述的一个或多个问题。

根据本发明的第一方面，一种将具有两个端子的原动机驱动的交流发电机连接到交流电电路的方法包括：

经由一个合适的低阻抗将原动机驱动的交流发电机的两个端子连接在一起，使用于驱动交流发电机的原动机实际上不运动，从而使交流发电机不产生电流；

初始化用于驱动交流发电机的原动机，使原动机在合适的条件下以将要连接的电路中的交流电频率驱动交流发电机；以及

将交流发电机的端子连接到交流电电路上，使交流发电机起动原动机的运动，以便原动机驱动的交流发电机生成用于所述电路的具有合适电源质量的交流电。

最好把斯特林发动机用作原动机，因为该发动机可以通过一个外部热源加热而进行初始化并随后保持一种准备极快地进入操作的状态。由于作为运动部件的活塞比较轻并且可以从静止状态非常容易地加速，因此起动斯特林发动机仅需要少量的能量。在发动机的正常操作中，活塞从静止状态开始的加速是通过线性简谐运动持续进行的。

起动能量是按以下方式提供的：将来自原动机驱动的交流发电机所要连接的电路(通常是市电电源)的交流电经由一个合适的阻抗供应给交流发电机的定子，以限制浪涌电流并使交流发电机接近市电的相位。

根据本发明的第二方面，将原动机驱动的交流发电机与一个交流电电路断开连接的方法，包括：

使一个阻抗与原动机驱动的交流发电机并联连接，所述阻抗具有一个低阻抗，以要求一个比交流发电机能够供应的电流高的电流，以避免原动机驱动该交流发电机，并由此停止交流发电机运转；

断开交流发电机与交流电电路的连接。

通过在与市电断开之前停止交流发电机运转，充分地降低了断开市电时造成的火花。

根据本发明的第三方面，一种把原动机驱动的交流发电机连接到交流电电路的设备，包括：

一个与交流发电机可切换地形成和不形成并联电路的阻抗，所述阻抗是低阻抗，使原动机不能驱动交流发电机在并联电路周围产生电流；和

一个将原动机驱动的交流发电机连接到交流电电路的开关。

根据本发明的第四方面，一种将原动机驱动的交流发电机与交流电电路断开的设备，包括：

一个与交流发电机可切换地形成并联电路的阻抗，所述阻抗是低阻抗，使原动机不能驱动交流发电机在并联阻抗周围产生电流；和

一个将原动机驱动的交流发电机与交流电电路断开的开关。

附图说明

下面将参照附图图示说明本发明的一个实例。

图1显示了把原动机驱动的交流发电机连接到交流电电路的一个连接器装置；

图2至图7显示了所述电路在不同间隔处的有效状态；

图8显示了控制连接器装置中的开关的一个控制系统；

图9显示了控制系统将原动机驱动的交流发电机连接到交流电电路所发生的步骤的序列；和

图10显示了控制系统断开原动机驱动的交流发电机与交流电电路的连接所发生的步骤的序列。

具体实施方式

图1所示的本实例中的驱动交流发电机10的原动机是本技术领域公知的一个斯特林发动机，比如是例如WO94/04878中公开的斯特林发动机。然而，任何其它的合适的原动机，比如，燃气发动机、内燃机或者蒸汽轮机也将是适用的。虽然可以使用任何合适的交流发电机，但是在本实例中，线性交流发电机被认为特别适合于同往复式斯特林发动机一起工作。在图1所示的本实例中，中性线21与火线端22之间的市电电源20作为交流电电路。交流发电机具有两个端子11和12，其中一个端子11连接中性线。交流发电机10的另一个端子12通过两个并行路径30、40可连接火线市电电源22。第一电路径30具有串连的开关31和电表32，第二电路径40具有串联的第一阻抗41(在本实例中为10欧姆)和第二阻抗42(在本实例中为27欧姆)以及开关43和电表44。在阻抗41与42之间设置一个连接中性线21的线路50。线路50具有串连的两个开关51和52。

在起动斯特林发动机以及把交流发电机连接到市电电源之前，开关31和43断开，开关51和52闭合，以便借助环接交流发电机10的电阻41产生图2所示的有效电流。电阻41的阻抗被选择为足够低，使原动机驱动的交流发电机10不能产生流经电阻41所需的电流，所以发动机停止运转并且保持静止状态。然后，通过对发动机活塞室的一端加热以及对另一端制冷，使发动机(未示出)(在本案中，是斯特林发动机)进入准备使用的状态。当为了实现稳定状态操作而对发动机充分预热以及期望将交流发电机10连接到市电电源20上时，开关52被断开，开关43闭合。开关52和43采用本领域公知的“先开后合”开关组件，以确保开关52在开关43闭合之前是断开的。这样，连接器装置有效地工作于图3所示的交流发电机10经由串连的两个阻抗41和42连接市电20的配置中。阻抗41和42的特定的总阻值根据使用的特定原动机和交流发电机组合来选择。在本实例中，串连的阻抗的总阻值被选择为37欧姆，该阻值支配流经交流发电机绕组的电流，由此进而支配施加给该绕组内的交流发电机的运动部件的力，在本案中，所述的运动部件是活塞。所述的力必须足以起动活塞的运动，但是不能产生过强的导致活塞损坏交流发电机或者原动机的力。正如可以看到的那样，所选择的特定阻抗值应当依赖于所使用的原动机和交流发电机的特定类型。本发明的连接器装置1特别适合于供作为交流发电机原动机的斯特林发动机使用，因为斯特林发动机可以由外部热源激励，然后保持在准备极迅速地进入操作的稳定状态。此外，起动发动机仅需要少量的能量，因为活塞比较轻并且可以从静止状态非常容易地加速。活塞从静止开始的加速在发动机的常规操作中是通过线性简谐运动持续进行的。

在此方式下起动原动机驱动的交流发电机能够保证交流发电机10产生具有相同频率和相位的用于市电电源的合适电源质量的电力。

本发明的连接装置1装备有一个电表44，该电表提供流经线路40的电流的一个指示。闭合开关43之后，检查由电表44测量的电流，以确保电流处于预期的参数之内。该检查提供了阻抗41、42和开关31、43、51、52的触点正在满意工作的一个指示。电表44所测量的电流由控制器101读出。控制器101将所测量的电流与预期值进行比较，以确保连接器装置1正确运行。如果所测量的值落在预期值之外，控制装置执行一个如下所述的紧急关闭处理。然而，在正常环境下，电表44的读数将在预定参数之内，所以开关31闭合，开关51打开，以便产生图4所示的等效电路。开关31和51按照本领域公知的“先合后开”结构设置。在经过一个使流经线路30的电流稳定的合适的时间周期之后，例如100ms，检查流经电表32的电流，以查看该电流是否处于正常操作参数之内。如果‘不是’，则连接器装置经历如下所述的紧急关闭处理。然而，在正常环境下，该电流将在正常参数之内，然后打开断开43，消除由阻抗41和42提供的阻抗，使原动机驱动的交流发电机直接连接市电，如图5所示。由于在本实例中开关43和52共同按照“先开后合”结构形成，因此开关43的断开还造成开关52闭合。然而，没有流经线路50的电流，因为开关51保持断开。如图5所示，原动机驱动的交流发电机10始终直接连接市电电源20，直至希望关闭原动机。在正常操作期间，以固定时间间隔监视流经电表32的电流，以确保连接装置1满意地工作，以及确保原动机驱动的交流发电机在其正常规范内操作。

当希望断开原动机驱动的交流发电机10与市电电源20的连接时，关闭本实例中使用的斯特林发动机的加热器，并且耗尽斯特林发动机中剩余的热量。当斯特林发动机降低到临界温度以下时，该发动机开始从市电20中提取电源而不是供应能量，正如斯特林发动机操作中公知的那样。设置在斯特林发动机上的温度检测器15连接到控制器101(参见图8)，并且当达到该临界温度时(对于本实例中使用的斯特林发动机，该临界温度是300℃)，开关51闭合，以产生图6所示的等效电路几毫秒，因为开关31和52的“先合后开”开关装置改变状态。在该安排中，发动机停止运行，因为它不能产生经由阻抗41驱动的足够电流。阻抗41的阻值是为所使用的原动机驱动的交流发电机10的特定类型选择的，使原动机驱动的交流发电机不能产生足够的经由电阻41驱动的电流，所以发动机停止运行。

在用于原动机驱动的交流发电机停止运行的一个合适的时间周期之后，在本实例中该时间周期是1.5ms，开关31和51的“先合后开”开关装置的开关31断开，以断开原动机驱动的交流发电机与市电20的连接，从而产生图7所示的等效电路。由于在断开交流发电机与市电电源20的连接之前，原动机驱动的交流发电机已经停止工作，因此，基本上不产生或者产生很少的火花。

当原动机驱动的交流发电机在紧急情况下与市电20断开时，例如，由于电表32或44上检测的电流落在正常参数之外而使交流发电机断开市电20，则开关51闭合以及开关31断开，而不等待斯特林发动机中的剩余热量被用尽。这将避免原动机驱动的交流发电机受到由于在正常条件之外操作而造成的任何损坏。

图8示出了以上述方式控制开关31、51、43、52的控制系统的安排。

控制器101可以例如是一个微处理器或者一个计算机。控制器101具有分别连接电表32和44的数据链路以及连接斯特林发动机上的温度检测器15的数据链路112。控制器101还具有分别连接“先合后开”开关装置31、51和“先开后合”开关装置43、52的起动链路31、51。

图9示出了控制系统将原动机驱动的交流发电机10连接到市电电源20所进行的操作序列。

在步骤201，连接器装置1初始进入以下条件：

开关31断开

开关43断开

开关51闭合

开关52闭合

在步骤202，

开关52断开以及

开关43闭合

在步骤203，

从电表44中得到读数，如果读数是在预期条件之外，则在步骤208起动紧急关闭。如果读数是在预期条件之内，则控制装置进入步骤204。

在步骤204，

开关31闭合，以及

开关51断开。

在步骤205，

从电表32中得到读数，如果读数是在预期条件之外，则在步骤208起动紧急关闭。如果读数是在预期条件之内，则控制装置进入步骤206。

在步骤206，

开关43断开，和

开关53闭合，

在步骤207，

监视电表32，如果得到的读数是在预期条件之外，则在步骤208起动紧急关闭。反之，该系统继续该开关布置，直至需要进行断开，如图9所示。

图10显示了控制系统断开原动机驱动的交流发电机10与市电电源所进行的操作序列。

最初

开关31将被闭合，

开关43将被断开，

开关51将被断开，以及

开关52将被闭合。

在步骤301，关闭斯特林电动机的加热器，并且在线路112上监视斯特林电动机的温度，直至该温度达到该电动机开始或将要从市电提取电源时的一个临界温度。当达到该温度时，控制装置前进到步骤302。

在步骤302，起动“先合后开”开关装置31，51，使

开关51闭合，然后使

开关31断开。

对于紧急关闭，控制系统直接前进到步骤302。

斯特林发动机驱动的交流发电机10和连接器装置1可以以下方式运送：使连接器装置1被安排成开关31和开关43断开以及开关51和52闭合，从而产生图2和图7所示的等效电路。在该条件下，斯特林发动机的活塞基本上保持静止，所以运送期间不会造成由于运动或震动对斯特林发动机的损坏。

使用机械开关执行关闭序列，而不使用外部定时装置执行关闭的原因是，既使在缺少电源的情况下也能够执行关闭。连接器装置1能够用相同的元件提供对市电电源的连接和断开，这样通过提供双重功能性减低了元件数量。

连接器装置1在缺少市电电源的情况下提供了可靠的市电电源连接和安全的瞬时断开。该方法依赖于对带有诸如市电的现有交流电的电路的连接。

象使用全电路设计一样，可以将电路的部分用于特定的连接或断开应用。例如，断开电路可以用于独立的交流发电机，连接电路可以用于高压输电网的独立启动。

Claims (24)

1、一种将原动机驱动的交流发电机连接到交流电电路的方法，所述交流发电机被安排成在两个端子之间生成电流，所述方法包括：

在交流发电机的端子之间连接这样一个阻值的阻抗，使驱动交流发电机的原动机不运动，以及使交流发电机不产生电流；

初始化原动机，使原动机以将要连接的电路中的交流电频率驱动所述交流发电机；以及

将交流发电机的端子连接到交流电电路上，使交流发电机起动原动机的运动。

2、根据权利要求1所述的方法，其中原动机是斯特林发动机，交流发电机是线性交流发电机。

3、根据权利要求2所述的方法，其中通过向斯特林发动机的活塞室的一端供应热量来初始化斯特林发动机。

4、根据上述权利要求任一项所述的方法，其中，所述的交流电电路是市电电源。

5、根据上述权利要求4所述的方法，其中，交流发电机的端子经由一个阻抗连接到交流电电路。

6、根据权利要求5所述的方法，其中随后把将交流发电机的端子连接到交流电电路的所述阻抗短路。

7、根据权利要求6所述的方法，其中，在交流发电机的端子连接到交流电电路之后，检查流经该连接的电流特性，以确定电流特性是否在预定参数之内。

8、根据权利要求6所述的方法，其中，检查流经所述短路的电流特性，以确定该电流特性是否在预定参数之内。

9、根据权利要求7或8所述的方法，其中，如果电流特性是在预定参数之外，则断开交流发电机与交流电电路的连接。

10、一种断开原动机驱动的交流发电机与一个交流电电路的连接的方法，包括：

使一个阻抗与原动机驱动的交流发电机并联连接，所述阻抗具有一个低阻抗，以要求一个比交流发电机能够供应的电流大的电流，以避免原动机驱动该交流发电机，由此停止交流发电机运转；

断开交流发电机与交流电电路的连接。

11、根据权利要求10所述的方法，其中原动机是斯特林发动机，交流发电机是线性交流发电机。

12、根据权利要求11所述的方法，其中，斯特林发动机具有一个加热器；在所述阻抗与交流发电机并联联接之前，关闭所述加热器，并且用尽斯特林发动机中的热能，以停止斯特林发动机运转。

13、根据权利要求10至12任何一项所述的方法，其中交流电电路是市电电源。

14、一种使原动机驱动的交流发电机连接交流电电路的设备，包括：

一个与交流发电机可切换地形成和不形成并联电路的阻抗，所述阻抗的阻抗值低，使得当所述阻抗并联连接交流发电机时，原动机不能驱动交流发电机在阻抗上产生电流；和

一个将交流发电机连接到交流电电路的开关。

15、根据权利要求14所述的设备，包括一个控制电路，该控制电路被安排为：将所述阻抗与交流发电机连接成并联电路；把交流发电机上从交流发电机并联电路断开；以及将交流发电机连接到交流电电路上。

16、根据权利要求15所述的设备，其中所述控制电路被安排成：在把交流发电机连接到交流电电路之前，断开所述阻抗与交流发电机的并联连接。

17、根据权利要求15所述的设备，其中所述控制装置被安排成：在把交流发电机连接到交流电电路之后，断开所述阻抗与交流发电机的并联连接。

18、根据权利要求14至17中任何一项所述的设备，其中交流发电机经由一个阻抗连接交流电电路。

19、根据权利要求18所述的设备，包括监视装置，该装置监视流经连接在交流发电机与交流电电路之间的阻抗的电流特性。

20、根据权利要求19所述的设备，其中控制装置被安排为：如果流经所述阻抗的电流特性是在预定参数之内，则把在交流发电机与交流电电路之间的阻抗端接。

21、一种将原动机驱动的交流发电机与交流电电路断开的设备，包括：

一个与交流发电机可切换地形成并联电路的阻抗，所述阻抗是低阻值的阻抗，使原动机不能驱动交流发电机在并联阻抗上产生电流；和

一个将交流发电机与交流电电路断开的开关。

22、根据权利要求21所述的设备，包括一个先合后开开关，在断开交流发电机与交流电电路的连接之前，该开关将阻抗连接成与交流发电机并联的并联电路。

23、根据权利要求21或22所述的设备，其中驱动交流发电机的原动机是斯特林发动机。

24、根据权利要求23所述的设备，其中在所述阻抗被切换成与交流发电机并联的并联电路之前，中断对斯特林交流发电机的加热。

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