CN1446396A - 通用频率发电机 - Google Patents

Abstract

一种发电机，其中通过电子控制(80)可以实质上彼此独立地改变转子的机械旋转速度和输出频率，以达到就如原动机(70)的速度及负载条件和发电机输出之间更佳的匹配一类结果。

Description

通用频率发电机

相关申请

本申请是1998年9月22日提交的并在2000年4月4日作为美国专利第6047104号公布的专利申请序列号09/158464的部分继续申请，因此把它的全部内容通过引用合并在本发明的说明书中。

领域

本专利说明是属于诸如发电机一类的电机领域，而更为具体而言，则与以下能力有关，即能基本上彼此独立地改变原动机机械转速和发电机输出频率中的一个或两个，以及当使用其中机械转速和输出频率难于匹配的诸如当高RPM原动机驱动第输出频率发电机之类的装置时还能省去齿轮箱。

背景

发电机已使用了超过一个世纪，上溯至Faraday和Fouquet的原理简单归纳如下：如果在磁场中的导线相对于机械力场移动(大于电磁力)，那么导线中就产生电流或导线两端产生电压，并且由此就把机械运动转换为电能。为了满足能量产生标准的各种需求，设计了不同形式的发电机系统。可以说全部都遵循Faraday的电动原理，正如之后由Lenz更准确加以描述的那样。

流行型的发电机是AC发电机，虽然在某些应用中也使用DC发电机。AC发电机有许多配置，最普通的就是这样一种发电机，其中提供电能的线圈是静止的，而在其中感应电流的磁场则是旋转的。通常同步AC发电机的主要部件是定子和转子。转子通常具有偶数极的交变极性。每极具有励磁线圈并把励磁线圈电气连接以形成励磁绕组。励磁器把DC电流馈送给励磁绕组，而得到的mmf(磁动势)则产生所期望的旋转磁场。励磁器可以是由同一原动机(例如，水轮机或蒸汽或燃气轮机)作为转子加以驱动的DC发电机。DC电流通过电刷和集流环进入转子励磁绕组。在“无刷”励磁器中，可通过置于转子上的整流器电路并对这个AC电流进行整流，而从置于同主转子直接连接的分离转子上的分离AC绕组得到DC电流。

其中产生所期望emf(电动势)的定子或电枢绕组通常置于定子内部或外部表面上整齐排列的槽缝中。定子绕组包括如此安置的线圈，以使诸线圈边分离相隔一个极。例如，对于使用四极的转子，它们相隔90度。当原动机旋转转子时，转子上励磁绕组的磁通量产生对电枢绕组的扫描，在其中感应出所期望的emf。具有四极的转子，当转子转过180机械度时(它对应于360电气度)，就得到emf的完整周期。对p极发电机以n RPM机械旋转的更一般情况(其中p是正整数)，以Hz为单位的电频率与极数p和以RPM为单位的机械旋转速度有关，即f＝pn/120。相反，n＝120f/p。

单相AC发电机在定子上具有单个电枢绕组，但由于诸如机械振动以及功率脉动之类因素这通常只用于小功率的应用。对于较大功率的最通常配置是在具有相等rms值但相位相隔120度的三个端子产生三个电压的三相系统(相对于第四个中性端)。

同步发电机通常馈送电力网(经常通过升压变压器)，但只当满足以下几个条件时才可连接于电力网：(a)电力网的频率和发电机emf是相同的(例如60Hz的电力网，对于2极的转子发电机的转子就以3600 RPM转动，对于4极的转子就以1800 RPM转动，等等)；(b)发电机的相位顺序与电力网相同；(c)发电机的emf与电力网电压相同；以及(d)在发电机的emf和电力网电压之间没有相位差。只有当所有四个条件都满足时，发电机才能安全连接于或保持连接于电力网以向其馈送电能。

由于AC同步发电机通常把它的机械旋转速度与供电频率相联系，从而使2极60Hz的发电机将以3600 RPM旋转，而2极50Hz的发电机则以3000 RPM旋转，所以难以达到原动机的有效运行，或难以从一个输出频率变化到另一个，或者难以以有效和高效地响应负载变化的方式运行原动机。例如，随着原动机改进的出现，如果允许运行于很高的RPM，那么某些发动机可以产生很高的马力。这可能与期望输出的电频率是不相符的，并也可能意味着减少发动机重量以及改进它的效率，但需要添加笨重的转矩齿轮箱，从而它会降低总效率以及增加维护和成本。

典型的著名发电机在1998年由Chapman & Hall，Int’l Thomson Publishing出版的O.I.Elgerd等人所著的《Electric Power Engineering，2nd Ed》中有所讨论，它通过引用在这里合并并在以下通过其标题加以引用。

概述

以下所述较佳实施例通过提供能以方便的机械速度驱动发电机的同时，还能产生为所期望的另一输出频率来克服了已知现有技术这些和其它一些的缺点。换言之，转子产生的磁场能以实质上独立于转子机械旋转速度的速度旋转。结果，原动机可以以明显不同于要不然将由所期望输出电频率指定的速度的速度旋转转子一例如高速转轮可以以它自己的速度驱动转子轴而仍旧馈送60Hz或50Hz的电力网。作为另一例子，可以有效使用同一的发电机馈送60Hz或50Hz的电力网，不同的只在于电子控制的设置，它建立和维持转子所产生磁场的旋转速度，而不需要改变转子的机械转速。作为再一个例子，不馈送固定频率输电线的发电机可以有效运行于多个输出频率的任何一个，而无需改变原动机的RPM。此外，可以通过改变原动机速度来计算出负载条件以匹配当前负载，同时保持电频率为常数或以不同方法改变。照这样，原动机就可以对当前负载是有效的速度运行，但发电机的输出频率可以保持相同或以所期望的方法改变。

如本专利所述，可由主机械或主电气控制达到这样一些优点。在主要为机械的实施中，在选择驱动速度和所期望的输出频率之后，确定驱动向励磁绕组供电的电刷所要求的不同速度。主要为电气的实施允许更多的设计自由度，而计算机时代的电子学和原理则使得对于较佳结果的自动同步成为可能。消除瞬变的稳定盒，连同当前同步发电机使用的是个重要的发展步骤。由于稳定盒为感应电动机的转子系统设计，所以如果转子以非同步速度运转，则励磁绕组和电枢间的差频产生强的反向emf；这转而又对异步的运动产生反作用转矩。

这里所揭示系统和方法的一个目的在于提供一种电子换向电路，它可与以零机械速度开始的输电线同步，另一个目的在于使发电机稳定，而无需感应电机盒。进一步目的在于顺利地把无刷同步发电机转换为无刷通用发电机。还有另一个目的在于改进发电机的运行，同时能够继续使用大部分已知发电机的基础结构和配置，例如转子和励磁绕组、定子和电枢绕组以及换向器条，正如它们存在于已知AC发电机中，比如单相和三相发电机。从以下陈述的详细揭示附加目的会变得明显。

附图简述

图1a、1b和1c说明了典型机械碳刷换向系统以及当碳刷从一个换向器条移到下一个时电枢线圈中产生的电流。

图2说明了换向器条的电流交换分布。

图3、3a和3b是说明用于向换向器条供电并由此向励磁绕组供电而无需电刷或集流环电子电路的电路简图。

图4时说明用于向换向器条供电以是转子旋转磁场以实际上与转子机械转速无关的速度进行旋转的典型控制电路框图。

图4a是用于说明控制励磁绕组电流的斜坡电压的时序图。

图5说明用于使发电机而通过频率、相位、emf和相位顺序与电力网或一些其它参考同步的锁相电路。

图6说明用于电气控制转子磁场的旋转实质上与转子机械转速无关的典型配置。

图7说明典型无刷可变速度同步的发电机。

较佳实施例详述

图1a说明了典型机械刷系统的部分，它用作在过程或在电刷和换向器条之间的相对旋转中使AC发电机定子中一组电枢线圈的电流流动方向从正向转换为负向的开关。它也使邻近电枢线圈从负向转换为正向。如图1a所见，处于正电压电平的电刷10与传统换向器条12的一部分换向器条片a电气接触。由于这一电气接触，电流(Ia)以图1所示的方向绕着线圈14流动，并在示出的而且并是同一电枢绕组一部分的其它线圈中以所示方向流动。为了简化起见，说明了单相发电机，但该原理也适用于3相发电机。如图1b所见，当同一电刷10和换向器条12之间的相对运动引起了电刷10与换向器条片b电气接触，而脱离与条片a的电气接触时，在相同电枢线圈14中的电流(Ib)与电流(Ia)具有的方向相反，而由于电刷10与条片b的接触在其它线圈中的电流方向则如图1c所示。图1c说明同一电刷10相对于换向器条12的两个不同位置(假设在电刷和换向器条之间相对运动期间的不同时间)以及由于与条片a和条片b的电气接触引起的电流方向。

图2说明了在换向器条12一个条片的交换期间电流(I)的时间记录。电刷10和换向器条之间的接触表面通过电刷相对高的电阻率调节电流的流动。图2所示换向时间中的线性时间电流分布对保持电枢线圈14其余部分的恒定电流流动是可期望的。

图3是32个条片换向器的电子交换电路详细电路图，它可以替代关于图1a-1c所讨论的这类电刷配置，而图3a则是换向器条片驱动器的放大。可以采用任何合适的低损耗晶体管系统；对于每个换向器条片，图3所示的电路使用一对N型和P型场效应晶体管(F.E.T.)。使用典型的换向器条交换电路，由图3可以看出，来自功能主交换计算机的输入信号确定在顺序中使用的换向器条片。如果选择了特定条片，并根据需要交换的电流方向，N沟道或P沟道的F.E.T.在偏置栅输入接收斜坡信号。

图3a说明了图3所示电路的条片驱动器之一。响应于控制信号1_P，P沟道的晶体管Q41导通，把电源30连接到标号为“1_换向器条”的输出端，它电气连接于对应的换向器条片。相反，响应于控制信号1_N，N沟道的晶体管Q53导通，把同一输出端接地。电容器C61和C85跨接于F.E.T.Q41和Q53以获得磁储能(C61跨接P沟道的Q51，C85跨接N沟道的Q53)。F.E.T.电容器C73是进一步吸收瞬变电压的稳定电容器。电阻器R41和R53是偏置和栅控电路的部分。电源30可以是为励磁绕组的提供DC电流的已知类型励磁器电路。

图3b是鼠笼式电枢配置的等效电路，它在对于无刷结构发电机再作详细讨论。

图4以框图形式说明完整的数字换向交换电路。在图4中，术语“偶数换向器条”和“奇数换向器条”表示可选的换向器条片。由不同信号驱动偶数号和奇数号的条片，因为当由斜坡栅信号启动一个换向器条片(称为奇数的一个)时，就在同一换向器条时隙期间由反相斜坡信号使以前偶数的换向器条片截止。此外，同时启动和截止相隔180度的P沟道和N沟道驱动器对；然而，由于这些晶体管的互补特性，这些栅需要分别参考电源电压和地的反相斜坡。

在图3的例子中，其中有32个换向器条，第21个条片上的P沟道的F.E.T.41的同时启动第五换向器条片上的N沟道的F.E.T.Q53。在同一时间周期中，截止第四条片上的N沟道以及第20条片上的P沟道。如果换向器条片的数量不能被4整除，那么奇数和偶数的N以及P沟道设备不能配对。例如，具有22个条片的换向器条，在第16条片上的P沟道的同时启动第5条片上的N沟道。

应该清楚术语换向器条片是用户的称谓因为这是AC发电机的典型组件。虽然这里所揭示的实施例中可以使用相同的结构，但相关的方面在于条片电气连接于电枢绕组的特定点。由于没有电刷或集流环需要用于所揭示的实施例中，所以换向器条片可以是简单的驱动器输出通过永久(但不需要)连接加以电气连接的终端，比如输出端“1_换向器条”。

图4中所示的控制电路通过压控振荡器(VCO)16产生频率。如果发电机不需要与电力网同步，那么VCO 16的输出频率可手动控制，例如通过变阻器的配置16a。VCO 16的输出控制上/下计数器18，它通过256步对来自VCO 16的一个脉冲递增计数，随后由来自上/下控制20的信号使它的方向反向以递减计数256步，并重复了这个顺序。如果期望使发电机与电力网(或某些其它标准)同步运行，那么可由来自图5中所示元件的信号控制上/下计数器18，并且以下进行讨论，其中不需使用VCO 16并可从图4中省略。把计数器18(256步进或256步退)的数字输出转换为在A/D转换器21的模拟上斜坡或下斜坡信号，并通过变阻器配置21a提供对模拟斜坡的幅度控制，变阻器配置21a可由手动控制或可通过维持来自转换器21的斜坡期望幅度电平的反馈回路加以控制。来自转换器的模拟斜坡通过互补放大器21b和21c并分别作为正斜坡(ramp+)和负斜坡(ramp-)。两个斜坡互相是镜像的并相差180度相位。放大器21b的输出是锯齿波形，而放大器21c的输出是另一个锯齿波形，一个具有正峰值，另一个具有负峰值。把这些斜坡提供到差分放大器29a到19d，它们还通过可变偏移量控制28a接收来自诸如DC/DC转换器28的电源输入。图4中标为V并用作Vcc电源的电压源为电子器件供电。以下对于图4a描述控制28引起的偏移功能。把放大器29a和29b的输出提供到多路复用器22，如分别标为“偶数P”和“偶数N”的信号，而把放大器29c和29d的输出提供到多路复用器24，如分别标为“奇数P”和“偶数N”的信号。在条片计数器26的控制下运行多路复用器以便为每一斜坡交换其输出到每个斜坡的连续换向器条片。

参照图4a，使用如图4中相同的标号“偶数P”、“奇数P”、“偶数N”和“奇数N”说明来自放大器29a到29d的斜坡。如图4a中所见，各个斜坡信号相位相差180度，并通过诸如图4中的28a的偏移电路偏移以说明晶体管的阈值电压，比如图3a中的Q41和Q53。图4a中的标号识别一个换向器条(条片)周期的持续时间，它对应一个上斜坡或一个下斜坡的持续时间。图4a还识别同时启动两个邻近换向器条片的两个驱动器(比如图3a的驱动器)的周期，并因此短路本地线圈。

再参照图4，每个多路复用器22和24具有32个输出(在使用32个条片的换向器条的情况下)，分别进入条片驱动器22a和22b以及24a和24b。多路复用器22馈送偶数号的换向器条片用驱动器，而多路复用器24馈送奇数号的换向器条片用驱动器。事实上驱动器22a和22b是与图3a中的驱动器电路相同16个电路。从多路复用器进入标为“偶数P驱动器”的框中的输出事实上就是诸如图3a中标为“1_P”的输入，而进入图4中标为“偶数N驱动器”的框的输出事实上就是诸如图3a中标为“1_N”的输入端。事实上图4中标为“1_换向器条”的输出与图3a中标为“1_换向器条”的输出相同。当然，在32个条片的发电机的情况下，对于16个偶数号的换向器条片的每个均有各自的驱动器电路以及各自的输入及输出信号。考虑到图3a和图4中的标号以及奇数号的16个换向器条片是相关的这一事实，多路复用器24和组件24a及24b的结构和运行是相似的。

图5说明了用于自我同步的锁相电路，一种在纯机械的系统中不可或地或不完全实用的装置。这个电路使发电机31与以发电机任何轴转速的的输电线32的线电压相位同步。例如，在图5中可通过光耦合器34采样线电压的相位。当发电机31中的转子正在旋转并且发电机输出开路电压时，使用光耦合器来检测自产生电压用以同鉴相器38上的线电压信号进行相位比较。把由鉴相器38通过电子开关38控制的压控振荡器40的输出通过光耦合器42馈送进图4中的上/下计数器18，替换图4中VCO 16输出的使用。

在运行时，当开关39处在所示位置时，鉴相器38从发电机31和输电线32(但不从来源32a)的输出接收输入，鉴相器38产生与它的两个输入之间的任何相位差有关的信号，它随来自实际产生可允许相位误差窗口的锁定误差源38a的信号变化。鉴相器38的输出控制VCO 40的频率，它从内部建立了上下可允许频率的限制。通过根据来自鉴相器38的信号以合适的方向改变VCO 40的频率，图5的控制电路加速或减慢发电机31中转子磁场的旋转，使其会聚于发电机31输出和输电线电力网的相位之间可允许的误差窗口中。电路44检测何时完成相位锁定并使LED指示器44发光指示，这样可以闭合电源开关(未示出)以把发电机31的输出连接到电力网，假使用于这个目的的其他条件(emf、相位顺序以及频率)也满足的话。

如果希望，发电机31可以以相似的方式与相位信号的另一源32a相位同步。在这种情况下将并不采用来自输电线32的相位输入。

如不需要或不希望相位同步，开关39就可用于所示相反的位置，这样就不把鉴相器38连接于VCO 40，并且手动或另外由来自包括变阻器的配置45的信号控制VCO 40的输出频率。

启动可按相似于当前用于这样一些发电机过程的另一种方式进行，使用励磁器以及反馈电路把发电机提到合适的输出频率和emf以及合适的相位顺序(如果使用了多相位发电机)。在启动中附加的转矩可能改变轴转速，但锁相电路可调节该速度以使其保持同步。驱动器(可以是任何机械或电气原动机)可以检测转矩的改变以及R.P.M.的需要以提供合适的机械能。

图6说明了典型机械配置，它安装在发电机31轴上，这样以上所述的换向器控制电路就与轴一起旋转。电路的电源来自集流环或通过整流器的自励磁器系统。机械配置包括一系列的碟片60，它包括典型的电子玻璃纤维电路板。这些碟片60携带相应条片的条片驱动器，即如图3中所示的电路。附加的碟片62可以携带驱动器的逻辑电路，比如调压器以及驱动器逻辑和光检测器66。碟片与转子轴一起旋转。之前讨论的VCO 40不需要与旋转部件一起安装，并通过调制激光68(由光检测器68检测它的输出)把频率信息提供到旋转部分，这样提供了光隔离。VCO 16可以替代图6中的VCO 40或者电力网及电压用作锁相电路的参考频率以通过光信号馈送到系统。如果自励磁器(见图7)提供驱动励磁绕组必要的电能和电子设备的电能，这可以使配置成为无刷。

图7说明了典型无刷变速同步发电机。机械轴70附于主发电机的励磁绕组(图7中标为“电枢”)以及励磁器电枢74。提供到励磁绕组72的电压由励磁器线圈76控制，它从外部控制电路接收它的信号。产生的AC电能首先通过整流器电路78馈送然后进入电子换向系统80。电子换向系统80现在控制励磁绕组76上的各个线圈的交换。这产生了转子场，它与定子中的典型电枢线圈互相作用；定子线圈产生电能。根据本专利揭示的典型无刷配置包括普通同步发电机的自励磁电能以及串联工作的DC电刷类型的换向电枢。该系统用作机械电子转换器；使用这个场，机械能放大为电能，把它升高到更高的发电机输出电平。机械能还馈送到励磁器；这可解释为由主电枢系统的放大信号。虽然在这个配置中可使用正常的反馈控制，但励磁器系统的场通常使用DC源。在这里所揭示中，DC或旋转AC源均是起作用的。AC励磁可对旋转或非旋转的场起作用，但通常如果使用旋转的AC励磁场，对于场以与机械轴相反的方向旋转是可期望的。这将为发电机以更高速度放大所需能量。如前所述并由于反向的E.M.F.，发电机的反馈控制可不同于普通同步发动机的反馈控制。由于反馈控制涉及转矩/R.P.M.的关系，它就根据使用的特定原动机类型而个别加以编程。

无刷配置

当今同步发电机趋向于无刷。AC励磁器的励磁线圈由外部电源供电或连接于发电机的输出。励磁器的可选电源是自耦变压器。励磁器电枢产生可变频率的AC电能，它被转换为DC电能以馈送发电机的转子绕组。由于AC励磁器在发电机转子相同的轴上，它消除了电刷类型发电机需要的集流环的需要，使发电机无刷。虽然在本专利揭示中可以使用相同一般类型的无刷配置，但来自外部控制系统的电子信号可以从光耦合器馈送。进一步，AC励磁器场可以帮助产生电能，同时轴不旋转。因此，励磁器场的旋转方向应该与轴的旋转方向相反，从而当轴最终开始旋转时就可以产生较高的电压。这导致较高电能产生以馈送给主电枢绕组并确保在任何轴转速下频率将不会减小到零。

较佳可变频率发电机的配置是无刷配置。重绕无刷同步发电机的电枢以使把主电枢的励磁绕组配置为没有换向器条的DC电枢，但具有换向器连接。电子换向系统传送线频率和发电机实际的轴R.P.M.之间的换向速度差以提供差分换向速度。同一轴上的AC励磁器为发电机的电枢供电。它被转换为DC电能，使配置无刷。发电机的场强由励磁器的场强控制，而励磁器场可由DC电能或AC电能控制。如果AC电源控制励磁器场，那么较佳地这个电能就为励磁器提供旋转场。该旋转的方向应与机械轴的旋转方向相反。到线频率用电子换向器的输入以及机械轴的R.P.M应该产生由光耦合器连接的锁相R.P.M.。进行实际的机械配置以使电子换向定位于整个电枢轴的最末端，它包括励磁器电枢；整流器；滚珠轴承以及在机械驱动器中主磁场电枢。机械R.P.M.速度可通过机械原动机(比如燃气轮机；蒸汽轮机；水轮机；风轮机或内燃机)与转矩曲线相联系。这个联系可为原动机提供特别的经济运行。例如，考虑单轴燃气轮机以3600P.R.M.旋转的效率而忽略负载条件。如果燃气轮机驱动传统的同步发电机，那么它的效率在部分负载的条件下下降十分快速。由于燃气轮机必须仍旧以3600R.P.M.运转，所以它处理相同量的空气。所使用的控制方法降低了工作温度，转而降低了热力学效率。然而，如果燃气轮机使用本专利说明书揭示的这类变速发电机，它可以在部分负载的条件下以低于3600RPM的速度更有效地运行。它会处理更少的工作流体(空气)并把运行温度保持在发动机标准考虑的尽可能的高度。这样通过使用这里揭示的发电机系统就增加了燃气轮机的部分负载的效率。

作为另一个例子，如果柴油机是发电机的原动机，已知这样的发动机当它的RPM随转矩负载变化时工作最佳。然而，由于典型现有技术的系统配置为柴油发电机设置，柴油机就必须以同步速度运行而忽略它的负载条件。这个操作不匹配自然柴油机的运行特性。结果，柴油机只能运行在有限负载范围；否则它必须牺牲其大量热效率并需要高的燃料损耗。然而，在如这里揭示的实施例中，柴油机RPM可随负载变化而变化。

这里一个重要的设计标准就是使用了跨接所有晶体管的并联电容器，作为抑制如图3、3a和3b所示的瞬变过程的方法。电枢设计具有于脉动转矩条件下使用的内建稳定特性，比如当由活塞机通过连接诸条的电容器驱动发电机时。电容器还提供存储来自电枢线圈启动的感应能量以及变换其电流方向的两个功能。和碳刷系统不同，该系统允许感应能量电阻性地散逸为热量。假使它作为隔离电源运行，并且不连接于公用输电线，则发电机还可使用振荡器电路作为参考替代线电压频率以运行于期望频率。如图3b所示，连接换向器条的电容器使脉动转矩稳定；在高脉冲条件下，这个电路就像鼠笼型感应机电枢那样运行。

如果机械轴保持静止，那么电刷旋转R.P.M.可以接近发电机的发生频率；当这发生时，可变频率自同步发电机变为能量转换器。于是它可用于诸如转换电池组或燃料电池的DC电能或使用馈送到能量转换器的频率以产生电能系统的不同期望频率这样的目的。由于这里所揭示的可变频率同步发电机设计这个方法就成为可能的。对于特定应用，发电机绕组的励磁器边可以适当加以设计以匹配发电机能量需要的要求。对于DC到AC的转换器，不再需要励磁器；只有DC电源可被馈送到具有本地振荡器的电子换向器作为线电压同步用的参考。

分支

具有自同步锁相电路的电子换向系统提供更简便的方法操作同步发电机，因为可以全部消除机械齿轮盒。锁相电路加速了发电机的同步操作，这提供了操作便捷性并实际减少了所需部件，由此减少了制造和维护成本。由于大多数发电机系统可以电机系统的反向方式运行，所以这里所揭示的原理也适用于电动机设计。

为了驱动电动机，如今的变速驱动电路通常把AC电源转换为DC电源，随后把AC反向转换为可变频率。这会使这样的系统变得昂贵及低效。如上所揭示的控制可以替代旧的变速驱动系统，而发电机频率转换器和变速驱动器的组合可为工业应用提供电能使用方面中的重大改进。诸如泵、鼓风机、变速驱动造纸机以及纺织操作的应用都可以从使用以上所揭示的控制原理中得利，而那些原理的最重要应用可能是电车。使用本专利说明书的揭示可使电车更为价廉，并导致更快速地拓展电车的使用范围。当应用于电动机时这里所揭示的变速驱动器可以改变高速铁路的功率传输系统以及电船的推进系统。由于通过光纤耦合器可以馈送差分速度，就可以使用连接于计算机控制系统的单光纤线路控制系统，作为未来加强控制应用的靠线飞行控制系统。

Claims (4)

1.一种产生电能的方法，其特征在于包括：

以第一频率旋转发电机的轴；

以第二频率从发电机输出AC电能；

彼此独立地改变所述频率以按所选的建立起其间的可变差。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于改变的步骤包括从电子学上控制向发电机电枢馈送AC功率，其中馈送到电枢的AC功率频率不同于从发电机输出的AC功率频率。

3.一种产生电能的方法，其特征在于包括：

提供具有换向器条片以及与其一起旋转的励磁线圈的发电机；

从与换向器条一起旋转的电路提供电流给换向器条片，并以所选的顺序和方向馈送所述电流到励磁线圈；以及

选择性地改变频率，以这个频率把电流提供给不同的换向器条片以选择性地维持或改变发电机的输出频率。

4.一种同线电压发电机输出相位同步的方法，其特征在于包括：

检测线电压相位和发电机输出的相位；

互相比较所检测的相位以检测它们之间的相位差；以及

以与相位差有关的频率把功率提供给发电机中的励磁绕组线圈，由此以达到线电压和发电机输出之间的相位同步。

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