DE10339086A1 - Einrichtung und Verfahren zur Leistungskonditionierung für einen Turbinenmotor/Generator - Google Patents

Einrichtung und Verfahren zur Leistungskonditionierung für einen Turbinenmotor/Generator Download PDF

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Gautam Sinha
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Abstract

Ein Motor/Generator-Leistungskonditionierer ist mit einem Gleichrichter, der elektrisch mit einem Motor/Generatorport verbunden ist, und einem Wechselrichter versehen, der elektrisch mit dem Gleichrichter und einem Lastport verbunden ist. In einem Startmodus liefert der kombinierte Gleichrichter und Wechselrichter Startleistung an den Motor/Generatorport. In einem Betriebsmodus liefert der kombinierte Gleichrichter und Wechselrichter generierte Leistung an den Lastport und generiert einen neutralen Ausgang.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Motor/Generator-Leistungskonditionierer und insbesondere auf Leistungskonditioniereinrichtungen für Turbinenmotor/Generatoren.
  • Turbinenmotor/Generatoren (einschließlich Mikroturbinenmotor/Generatoren) werden üblicherweise zur Leistungserzeugungsanwendungen verwendet, wie beispielsweise Reserve- oder Not-Turbogeneratoren in Krankenhäusern, Flughäfen usw.
  • Ein derartiger Turbinenmotor/Generator ist in dem US-Patent 6,020,713 (nachfolgend '713 Patent genannt) beschrieben, die durch diese Bezugnahme in die vorliegende Offenbarung eingeschlossen wird. Das '713 Patent beschreibt bekannte Turbogeneratoren mit einer Rotoreinrichtung, die mehrere in gleichen Abständen angeordnete Magnetpole mit abwechselnder Polarität um den äußeren Umfang des Rotors herum aufweist, wobei die Rotoreinrichtung in einem Stator drehbar ist, der mehrere Wicklungen und Magnetpole mit abwechselnder Polarität aufweist.
  • Um den Turbogenerator zu starten, wird den Statorspulen des Permanentmagnet-Generator/Motors elektrischer Strom zugeführt, um den Permanentmagnet-Generator/Motor als einen Motor zu betreiben und somit die Gasturbine von dem Turbogenerator zu beschleunigen. Um die Startleistung zu liefern, enthält das '713 Patent eine Leistungsversorgung, die mit den Statorspulen von dem Permanentmagneten über einen Versorgungsgleichrichter und einen schaltenden Wechselrichter verbunden ist. Während dieser Beschleunigung werden der Brennkammer Zündfunken und Brennstoff in einer richtigen Reihenfolge zugeführt und sich selbst unterhaltende Gasturbinenbedingungen erreicht. An diesem Punkt wird die Leistungsversorgung von dem Turbogenerator getrennt, und der Turbogenerator arbeitet als eine Versorgung zum Liefern von Energie an eine externe Last. Genauer gesagt, wird dem Turbogenerator Energie zugeführt, nachdem der schaltende Wechselrichter in einen gesteuerten 60 Hertz Modus rekonfiguriert und von einem Versorgungsgleichrichter zu einem Leistungsversorgungsgleichrichter geändert worden ist, der von dem Versorgungsgleichrichter unterschiedlich ist.
  • Der vorgenannte bekannte Turbogenerator gemäß dem '713 Patent leidet jedoch unter einem großen Nachteil bezüglich der elektrischen Komponenten aufgrund des Einschlusses von zwei gesonderten Gleichrichtern.
  • Eine weitere Leistungskonditioniereinrichtung für Turbogeneratoren ist in dem US-Patent 5,008,801 (nachfolgend das '801 Patent genannt) beschrieben, das durch diese Bezugnahme in die vorliegende Offenbarung eingeschlossen wird. Das '801 Patent beschreibt eine Leistungskonditioniereinrichtung, die Anlaufleistung für die Statorspulen von einer externen Energiequelle über einen Wechselrichter und eine einzige Gleichrichter/Filter-Kombination liefert. Für Anwendungen, die einen neutralen Ausgang für die Last benötigen, verwendet das '801 Patent einen Ausgangs-Autotransformator, um den neutralen Ausgang zu generieren. Aufgrund des Einschlusses eines getrennten Autotransformators leidet auch die Leistungskonditioniereinrichtung gemäß dem '801 Patent unter einem großen Nachteil bezüglich der elektrischen Komponenten und einen kleineren Wirkungsgrad aufgrund des Transformators.
    •
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, insbesondere die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Einrichtungen zu beseitigen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Motor/Generator-Leistungskonditionierer bereitgestellt, der einen Gleichrichter, der elektrisch mit einem Motor/Generatorport verbunden ist, und einen Wechselrichter (Inverter) aufweist, der elektrisch mit dem Gleichrichter und mit einem Lastsport verbunden ist. In einem Startmodus liefert der kombinierte Gleichrichter und Wechselrichter Startleistung an den Motor/Generatorport. In einem Betriebsmodus liefert der kombinierte Gleichrichter und Wechsel richter generierte Energie an den Lastport und generiert einen neutralen Ausgang.
  • Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Steuern eines Motors/Generators bereitgestellt, enthaltend die Schritte: Liefern von Startleistung an den Motor/Generator über einen Gleichrichter, der elektrisch mit einem Wechselrichter (Inverter) verbunden ist, Konditionieren der von dem Motor/ Generator erzeugten Leistung über den Gleichrichter und Wechselrichter und Generieren eines neutralen Ausgangs über den kombinierten Gleichrichter und Wechselrichter, während die erzeugte Leistung konditioniert wird.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Motor/Generator-Leistungskonditionierer bereitgestellt mit Mitteln zum. Zuführen von Startleistung zu dem Motor/Generator, Mitteln zum Konditionieren der erzeugten Leistung aus dem Motor/Generator und Mitteln zum Erzeugen eines neutralen Ausgangs aus den Mitteln zum Konditionieren der erzeugten Leistung.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Motor/Generator-Leistungskonditionierer mit einem drei Schenkel aufweisenden aktiven Gleichrichter, der mit einem Motor/Generatorport elektrisch verbunden ist, einem vier Schenkel aufweisenden Wechselrichter (Inverter), der elektrisch mit einem Lastport verbunden ist, einem bidirektionalen DC Leistungsbus, der den Gleichrichter elektrisch mit dem Wechselrichter verbindet, und einem neutralen Ausgang, der mit einem der Schenkel des Wechselrichters verbunden ist.
    •
  • Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung näher erläutert.
  • 1 ist ein Blockdiagramm von einer Leistungskonditioniereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2 ist eine vergrößerte Ansicht von einer Schaltvorrichtung und einer Diode gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 3 ist ein Blockdiagramm von der Leistungskonditioniereinrichtung gemäß 1 in einem Betriebsmodus gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 4 ist ein Blockdiagramm von der Leistungskonditioniereinrichtung gemäß 1 in einem Startmodus gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 5 ist ein Blockdiagramm von einer Leistungskonditioniereinrichtung in einem Startmodus gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Es werden nun bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Wo immer möglich werden die gleichen Bezugszahlen in den Zeichnungen verwendet, um auf die gleichen oder ähnlichen Teile Bezug zu nehmen.
  • Nur zu Erläuterungszwecken werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Turbinenmotor/Generatoren (d.h. Motor/Generatoren mit einer Turbinen-Antriebsmaschine) beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, dass die Erfindung auf mehr Einrichtungen als einfach Turbinenmotor/ Generatoren anwendbar ist, wie beispielsweise Diesel-Gensets (d.h. Motor/Generatoren mit einer Dieselmaschine als Antriebsmaschine).
  • Eine Leistungskonditioniereinrichtung 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in 1 gezeigt. Wie dort gezeigt ist, enthält die Leistungskonditioniereinrichtung 100 einen Gleichrichter 110, der elektrisch mit einem Turbinenmotor/Generator 120 verbunden ist. Der Gleichrichter 110 ist elektrisch auch mit einem Wechselrichter (Inverter) 130 verbunden, der seinerseits elektrisch mit einem Lastport 140 verbunden ist. Vorzugsweise ist der Lastport 140 wählbar mit einer externen Energiequelle (z.B. einem nicht gezeigten Leistungsgitter) verbunden zum Zuführen von Startleistung, und er ist auch wählbar mit einer oder mehreren elektrischen Lasten) verbunden.
  • Der Gleichrichter 110 weist vorzugsweise einen aktiven Gleichrichter auf, wie er in 1 gezeigt ist (d.h. er weist primäre aktive Komponenten anstatt bekannte passive Dioden/ Gleichrichter auf). Für dreiphasige Energieversorgungsanwendungen ist der Gleichrichter 110 als ein "dreischenkliger" aktiver Gleichrichter konfiguriert, wobei jeder Schenkel 112, 114, 116 des Gleichrichters 110 einer der drei Phasen entspricht, die von dem Motor/Generator 120 versorgt/generiert werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass mehr oder weniger Schenkel für Energieversorgungsanwendungen addiert/entfernt werden können als die drei Eingangsphasen (z.B. eine zweischenklige, vierschenklige usw. Anwendung). Wie in der vergrößerten Darstellung von 2 gezeigt ist, enthält jeder Schenkel 112, 114, 116 des Gleichrichters 110 mehrere Schaltvorrichtungen 210 (z.B. ein Paar bipolarer Transistoren mit isoliertem Gate (IGBT), wobei jede der Schaltvorrichtungen 210 einer entsprechenden Diode 220 in bekannter Weise elektrisch parallel geschaltet ist.
  • Ähnlich dem aktiven Gleichrichter 110 weist auch der Wechselrichter (Inverter) 130 vorzugsweise einen aktiven Wechselrichter 130 (1) auf. Jeder Schenkel 132, 134, 136, 138 des Wechselrichters 130 enthält mehrere Schaltvorrichtungen 210 (d.h. ein Paar FETs), wobei jede Schaltvorrichtung 210 elektrisch einer entsprechenden Diode 220 in bekannter Weise parallel geschaltet ist, wie bei dem Gleichrichter 110. Anders als beim Gleichrichter 110 enthält jedoch der Wechselrichter 130 vorzugsweise einen "vierschenkligen" aktiven Wechselrichter 130 (oder einen Schenkel mehr als der Gleichrichter 110 für andere Anwendungen als dreiphasige Ausgänge). Genauer gesagt, entspricht jeder der drei Schenkel 134, 136, 138 des aktiven Wechselrichters 130 einer der drei Phasen, die an den Lastport 140 abgegeben werden. Zusätzlich ist ein vierter Schenkel 132 vorgesehen, der einem neutralen Ausgang 150 entspricht, der durch den kombinierten Gleichrichter 110/Wechselrichter 130 erzeugt ist. Dieser neutrale Ausgang 150 kann als ein generierter neutraler Leiter bezeichnet werden.
  • Es sollte klar sein, dass, obwohl nur ein zweistufiger Gleichrichter 110 und Wechselrichter 130 gezeigt ist (d.h. jeder Schenkel enthält nur zwei Schaltvorrichtungen 210 in Reihe), eine vielstufige Wandlung mit mehr als zwei Stufen verwendet werden kann, beispielsweise in Hochspannungs-Energieerzeugungsanwendungen.
  • Während des in 3 gezeigten Betriebsmodus richtet der Gleichrichter 110 Wechselstrom(AC)-Leistung, die von dem Turbinenmotor/Generator 120 geliefert wird, in Gleichstrom(DC)-Leistung. Die DC Leistung wird dem Wechselrichter 130 über einen bidirektionalen DC Leistungsbus 160 zugeführt. Ein DC Bus-Kondensator 162 ist parallel zu dem bidirektionalen DC Leistungsbus 160 angeordnet, um die dem Wechselrichter 130 zugeführte Spannung zu filtern.
  • Die DC Leistung, die von dem Gleichrichter 110 während des Betriebsmodus geliefert wird, wird durch den Wechselrichter 130 in eine 60 Hz AC Leistung umgerichtet. Nur zu Erläuterungszwecken ist der Leistungsfluss für eine einzelne Phase, die durch den Leistungskonditionierer 110 während des Betriebsmodus hindurchfließt, mit 310 bezeichnet (3). Die 60 Hz AC Leistung wird dann an die Last über den Leistungsport 140 abgegeben, vorzugsweise nach einer Filterung mit einem Ausgangsfilter 170. Eine DC/AC Leistungsumrichtung wird durch Schalten des Wechselrichters 130 bei einer konstanten Frequenz von 60 Hz in bekannter Weise ausgeführt. Der generierte neutrale Ausgang 150, der von dem kombinierten Gleichrichter 110/Wechselrichter 130 herausgeführt ist, wird von irgendwelchen durch Schalten induzierten Stromstößen durch das Ausgangsfilter 170 gefiltert. Durch Bereitstellung des generierten neutralen Leiters direkt aus dem kombinierten Gleichrichter 110/Wechselrichter 130 heraus kann ein zusätzlicher Transformator oder andere zusätzliche Komponenten eliminiert werden.
  • Wie in 4 gezeigt ist, kehrt sich die Rolle des Gleichrichters 110 und des Wechselrichters 130 gemäß 1 in einem Startmodus um. Nur zu Erläuterungszwecken ist der Leistungsfluss für eine einzelne Phase, der im Startmodus durch den Leistungskonditionierer 100 hindurchtritt, mit 410 bezeichnet. Es sei darauf hingewiesen, dass die in 4 gezeigten Gleichrichter 420 und Wechselrichter 430 dem Wechselrichter 130 bzw. Gleichrichter 110 entsprechen, wie sie zuvor in Bezug auf 1 beschrieben wurden. Zu Erläuterungszwecken bezeichnet 4 den vorherigen Gleichrichter 110 und den vorherigen Wechselrichter 130 mit Wechselrichter 430 bzw. Gleichrichter 420, um deren "ausgetauschte" Funktion im Startmodus zu entsprechen.
  • Vorzugsweise wird während des Startmodus eine AC Leistung dem Gleichrichter 420 zugeführt (entsprechend dem Betriebsmodus des Wechselrichters 130), der die AC Leistung in eine DC Leistung wandelt. Die DC Leistung wird dem Wechselrichter 430 (entsprechend dem Betriebsmodus des Gleichrichters 110) über den bidirektionalen DC Leistungsbus 160 zugeführt. Der Wechselrichter 430 wird durch eine Steuereinheit (nicht gezeigt) betätigt, um AC Leistung unter einer geeigneten Steuerregel (z.B. einem konstanten Volt-Pro-Hertz-Verhältnis) an die Ankerwicklungen des Turbomotor/Generators 120 zu liefern. Die Steuereinheit vergrößert graduell die Grundfrequenz, die durch (und die Schaltrate von) den Wechselrichter 430 erzeugt ist, um den Turbinenmotor/Generator 120 in bekannter Weise auf seine Drehzahl zu beschleunigen. Wenn der Turbinenmotor/Generator 120 auf seiner Betriebsdrehzahl ist, werden der Wechselrichter 430 und der Gleichrichter 420 reversiert und arbeiten in dem Betriebsmodus, wie er zuvor beschrieben wurde.
  • Wie oben beschrieben ist, stellen die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung eine reversible oder rekonfigurierbare Turbinenleistungs-Konditioniereinrichtung 100 bereit, die einen verringerten Fussabsdruch (Größe) gegenüber bekannten Turbinenleistungs-Konditioniereinrichtungen hat. Somit sind die Kosten der Fertigung und Wartung der Turbinenleistungs-Konditioniereinrichtung 100 vermindert.
  • Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung auch für eine Erzeugung von Startleistung sorgt, ohne die Verwendung einer getrennten Star terschaltung zu benötigen. Getrennte Startschaltungen werden üblicherweise verwendet, um eine variable Spannung zu erzeugen, die im allgemeinen höher als die der Energiequelle alleine für Anwendungen, wie beispielsweise Turbinenmotor/Generatorstart, ist.
  • Durch Eliminieren der getrennten Startschaltung kann das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung den Fussabdruck (Größe) der Turbinenleistungs-Konditioniereinrichtung verkleinern und somit eine entsprechende Verringerung in den Kosten und der Komplexität der Turbinenleistungs-Konditioniereinrichtung erzielen. Obwohl die getrennte Startschaltung für die vorliegende Erfindung nicht erforderlich ist, sei darauf hingewiesen, dass eine getrennte Startschaltung dennoch in Verbindung mit Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet werden kann, wenn dies gewünscht wird, was von der jeweiligen Implementierung abhängt.
  • Zusätzlich zu den vorgenannten Größenverringerungen wurde auch gefunden, dass die vorstehend beschriebene Turbinenleistungs-Konditioniereinrichtung 100 eingestellt werden kann, um einen bestimmten Leistungsfaktor zu, wählen, der für eine gegebene Implementierung gewünscht wird. Allgemein bezieht sich der "Leistungsfaktor" von einer Ausgangsleistung auf das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung in der abgegebenen Leistung, wie es, beispielsweise, in dem im Internet veröffentlichten technischen Bericht TN-002 mit dem Titel "Power Factor: Definition and Application" von Asea Power Systems, beschrieben ist, der durch diese Bezugnahme in die vorliegende Offenbarung eingeschlossen wird. Der Leistungsfaktor bezieht sich auf den Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom, wenn es eine klare lineare Beziehung gibt. Aber er kann immer noch definiert werden, wenn es keine scheinbare Phasenbeziehung zwischen Spannung und Strom gibt oder wenn sowohl die Spannung als auch der Strom zufällige Werte annehmen.
  • Der Leistungsfaktor ist ein einfacher Weg um zu beschreiben, wie viel der Strom zur Wirkleistung in der Last beiträgt. Ein Leistungsfaktor von Eins (Einheit oder 1,00) gibt an, dass 100% von dem Strom zur Leistung in der Last beiträgt, während ein Leistungsfaktor von Null anzeigt, dass nichts von dem Strom zur Leistung in der Last beiträgt. Einen reinen Wirkwiderstand aufweisende Lasten, wie beispielsweise Heizelemente, haben üblicherweise einen Leistungsfaktor von Eins, da der durch sie hindurchströmende Strom direkt proportional zu der angelegten Spannung ist. Kapazitive und induktive (Motor)-Lasten haben üblicherweise einen Leistungsfaktor von Null, und der durch sie hindurchströmende Strom ist in einer komplizierteren Art und Weise definiert.
  • Der Strom in einer AC bzw. Wechselstromleitung kann als aus zwei Komponenten bestehend gedacht werden: Real und imaginär. Der reale Teil hat Leistung zur Folge, die durch die Last verbraucht wird, während der imaginäre Teil Leistung ist, die in die Quelle zurück reflektiert wird, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn Strom und Spannung entgegengesetzte Polarität haben und ihr Produkt, Leistung, negativ ist.
  • Der Grund, warum es wichtig sein kann, einen Leistungsfaktor so nahe wie möglich bei Eins zu haben, besteht darin, dass, wenn die Leistung zur Last geliefert wird, es unerwünscht ist, dass viel davon (wenn überhaupt) zur Quelle zurück reflektiert wird. Es benötigt Strom, um die Leistung zur Last zu transportieren und es erfordert Strom, um sie zurück zur Quelle zu führen. Folglich wird der Wirkungsgrad verringert, wenn es geschieht, dass Leistung zurück zur Quelle reflektiert wird.
  • Es wurde nun gefunden, dass die vorstehend beschriebene Turbinenleistungs-Konditioniereinrichtung 100 gestattet, dass der Leistungsfaktor einstellbar ist, indem die Stromsteuerschleifenreferenz des Gleichrichters 110 und/oder Wechselrichters 130 beeinflusst wird. Der aktive Gleichrichter 110 erlaubt gleichzeitig und unabhängig eine Regulierung der Spannung des DC Bus 160 und Steuerung der Eingangs(Generator)strom-Leistungsfaktoren. Setzt man beispielsweise den Referenzstrom der q-Achse (Igref) auf 100A und die Stromreferenz der d-Achse (Idref) auf 50A, so würde der Gleichrichter 110 Eingangsströme mit einem Leistungsfaktor von 0,89 voreilend in Bezug auf die Gleichrichterspannung ziehen. Setzt man umgekehrt Iqref auf 100A und Idref auf Null Ampere, würde der Gleichrichter 110 Generatorströme bei einem Leistungsfaktor 1,0 ziehen. In beiden Fällen wird die gleiche Leistungsmenge von dem Gleichrichter 110 an den DC Bus 160 geliefert. Vorzugsweise wird der Leistungsfaktor der Turbinenleistungs-Konditioniereinrichtung 100 so eingestellt, dass er größer oder gleich etwa 0,95 ist, damit eine minimale Leistungsmenge an den Turbinenmotor/Generator 120 reflektiert wird. In einigen Fällen jedoch, wie beispielsweise bei leichten Lasten oder Blindleistungskompensation, ist gelegentlich ein kleinerer Leistungsfaktor (z.B. etwa Null) erwünscht, um die Steuerbarkeit des Gleichrichters 110 beizubehalten oder für eine voreilende Blindleistung zu sorgen, um die Regelung der Systemspannung zu unterstützen.
  • Somit gestattet ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung einem Entwickler von einer Motor/Generator-Leistungskonditioniereinrichtung 100, einen breiten Spielraum zur Verfügung zu haben, wenn der Leistungsfaktor für eine bestimmte Anwendung gewählt wird. Dies kann den Wirkungsgrad der Leistungskonditioniereinrichtung verbessern und/oder für Leistungsfaktoren in Bereichen sorgen, die zuvor in bekannten Vorrichtungen nicht erzielbar waren.
  • Eine Leistungskonditioniereinrichtung 500 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in 5 gezeigt. Es wird deutlich, dass dieses zweite Ausführungsbeispiel in vielen Belangen im wesentlichen ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist. Jedoch enthält im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem der Lastport 140 wählbar mit einer äußeren Energiequelle verbunden ist, um Startleistung zuzuführen, die Leistungskonditioniereinrichtung 500 gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel eine Startleistungsquelle 510 (z.B. eine Batterie, Brennstoffzelle, usw.), die mit dem DC Bus 160 verbunden ist. Nur zu Erläuterungszwecken ist der Leistungsfluss für eine einzelne Phase, der durch den Leistungskonditionierer 500 im Startmodus verläuft, mit 510 bezeichnet.
  • Während des Startmodus wird DC Leistung dem Wechselrichter 430 von der Startleistungsquelle 510 über den bidirektionalen DC Leistungsbus 160 zugeführt. Der Wechselrichter 430 wird dann durch eine Steuereinheit (nicht gezeigt) betätigt, wie es zuvor beschrieben wurde, um AC Leistung bei einem konstanten Volt-pro-Hertz-Verhältnis an die Ankerwicklungen des Turbinenmotor/Generators 120 zu liefern und den Turbinenmotor/Generator 120 zu beschleunigen. Somit muss der Gleichrichter 410 nicht AC Leistung aus dem Lastport 140 in eine DC Leistung für den Wechselrichter 430 wandeln.
  • Während des Betriebsmodus kann dann DC Leistung, die durch den Gleichrichter 110 (1) von dem Turbinenmotor/ Generator 120 gleichgerichtet worden ist, verwendet werden, um die Startleistungsquelle 510 (5) wieder aufzuladen, vorausgesetzt, dass die Startleistungsquelle 510 wiederaufladbar ist durch Zuführen von DC Leistung auf dem DC Leistungsbus 160 (z.B. Wiederaufladen eines Akkumulators durch Anlegen einer stationären Gleichspannung). Bei anderen Anwendungen einer Startleistungsquelle 510, wie beispielsweise einer Brennstoffzelle, kann die Startleistungsquelle 510 wählbar von dem DC Leistungsbus 160 getrennt werden.
  • Die vorstehend beschriebene Motor/Generator-Leistungskonditioniereinrichtung 500 kann somit Startleistung für Anwendungen liefern, wo eine stetige Leistungsquelle, die selektiv mit dem Lastport 140 verbindbar ist, nicht auf einfache Weise zur Verfügung steht. Diese Bedingungen können beispielsweise in Mikroturbinen-Motor/Generatoren gefunden werden, die verwendet werden, um in einer Feldumgebung (z.B. öffentliche Vergnügungen, Gewerbeschau usw.) Leistung zu liefern.

Claims (24)

  1. Motor/Generator-Leistungskonditionierer (100), enthaltend: einen Gleichrichter (110), der elektrisch mit einem Motor/Generatorport (120) verbunden ist, und einen Wechselrichter (130), der elektrisch mit dem Gleichrichter (110) und einem Lastport (140) verbunden ist, wobei in einem Startmodus der kombinierte Gleichrichter (110) und Wechselrichter (130) Startleistung an den Motor/Generatorport (120) liefert und in einem Betriebsmodus der kombinierte Gleichrichter (110) und Wechselrichter (130) generierte Leistung an den Lastport (140) liefert und einen neutralen Ausgang (150) generiert.
  2. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 1, enthalten: einen DC Leistungsbus (160), der für einen bidirektionalen Leistungsfluss geeignet ist und elektrisch den Gleichrichter (110) und den Wechselrichter (130) verbindet, und einen Bus-Kondensator (162), der dem DC Leistungsbus (160) parallel geschaltet ist.
  3. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 2, wobei ferner eine Startleistungsquelle (510) vorgesehen ist, die mit dem DC Leistungsbus (160) verbunden ist.
  4. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 3, wobei im Betriebsmodus die Startleistungsquelle (510) durch den Gleichrichter (110) und/oder den Wechselrichter (130) wiederaufladbar ist.
  5. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 1, wobei der Gleichrichter (110) einen aktiven Gleichrichter aufweist.
  6. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 5, wobei der Gleichrichter (110) drei Schenkel (112, 114, 116) aufweist und enthält: mehrere Schaltvorrichtungen (210) und mehrere Dioden (220), die jeweils einer entsprechenden Schaltvorrichtung (210) elektrisch parallel geschaltet sind.
  7. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 1, wobei der Wechselrichter (130) vier Schenkel (132, 134, 136, 138) aufweist und enthält: mehrere Schaltvorrichtungen (210) und mehrere Dioden (220), die jeweils einer entsprechenden Schaltvorrichtung (210) elektrisch parallel geschaltet sind, wobei der eine (132) der vier Schenkel (132, 134, 136, 138) elektrisch mit dem neutralen Ausgang (150) verbunden ist.
  8. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 1, wobei der kombinierte Gleichrichter (110) und Wechselrichter (130) genügend generierte Leistung und genügend Startleistung ohne eine getrennte Starterschaltung liefert.
  9. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 1, wobei eine getrennte Starterschaltung zum Erzeugen der Startleistung vorgesehen ist.
  10. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 1, wobei ein Leistungsfaktor der generierten Leistung einstellbar ist.
  11. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 1, wobei ein Leistungsfaktor der generierten Leistung größer als etwa 0,95 voreilend oder nacheilend ist.
  12. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 1, wobei ein Leistungsfaktor der generierten Leistung etwa Null ist.
  13. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 1, wobei eine Kraftmaschine für den Motor/Generator vorgesehen ist.
  14. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 13, wobei die Kraftmaschine für den Motor/Generator eine Turbine und/oder einen Dieselmotor aufweist.
  15. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 1, wobei der Motor/Generator-Leistungskonditionierer ein zweistufiger Konditionierer ist.
  16. Verfahren zum Steuern eines Motor/Generators, enthaltend: Liefern von Startleistung an den Motor/Generator über einen Gleichrichter (110), der elektrisch mit einem Wechselrichter (130) verbunden ist, Konditionieren generierter Leistung aus dem Motor/Generator über den Gleichrichter (110) und den Wechselrichter (130) und Generieren eines neutralen Ausganges (150) über den kombinierten Gleichrichter (110) und Wechselrichter (113), während generierte Leistung konditioniert wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Zuführen von Startleistung an den Motor/Generator enthält, dass genügend Leistung an den Motor/Generator ohne eine getrennte Starterschaltung geliefert wird, und wobei das Konditionieren generierter Leistung aus dem Motor/Generator enthält, dass genügend Leistung aus dem Motor/Generator ohne eine getrennte Starterschaltung konditioniert wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein Leistungsfaktor der generierten Leistung eingestellt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Leistungsfaktor der generierten Leistung auf größer als etwa 0,95 voreilend oder nacheilend eingestellt wird.
  20. Motor/Generator-Leistungskonditionierer, enthaltend: Mittel zum Zuführen von Startleistung zu dem Motor/Generator, Mittel zum Konditionieren generierter Leistung aus dem Motor/Generator und Mittel zum Generieren eines neutralen Ausganges aus den Mitteln zum Konditionieren generierter Leistung.
  21. Motor/Generator-Leistungskonditionierer enthaltend: einen drei Schenkel (112, 114, 116) aufweisenden aktiven Gleichrichter (110), der elektrisch mit einem Motor/Generatorport (120) verbunden ist, einen vier Schenkel (132, 134, 136, 138) aufweisenden Wechselrichter (130), der elektrisch mit einem Lastport (140) verbunden ist, einen bidirektionalen DC Leistungsbus (160), der den Gleichrichter (110) elektrisch mit dem Wechselrichter (130) verbindet, und einen neutralen Ausgang (150), der mit einem (132) der Schenkel (132, 134, 136, 138) des Wechselrichters (130) verbunden ist.
  22. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 21, wobei im Startmodus der kombinierte Gleichrichter (110) und Wechselrichter (130) Startleistung an den Motor Generatorport (120) liefert und im Betriebsmodus der kombinierte Gleichrichter (110) und Wechselrichter (130) generierte Leistung an den Lastport (140) und einen neutralen Ausgang (150) liefert.
  23. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 22, wobei ein Leistungsfaktor der generierten Leistung einstellbar ist.
  24. Motor/Generator-Leistungskonditionierer nach Anspruch 22, wobei ein Leistungsfaktor der generierten Leistung größer als 0,95 voreilend oder nacheilend ist.
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