ES2607435T3 - Control de generador sincrónico, sistema generador y sistema de energía de buque - Google Patents

Control de generador sincrónico, sistema generador y sistema de energía de buque Download PDF

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ES2607435T3 ES13713822.8T ES13713822T ES2607435T3 ES 2607435 T3 ES2607435 T3 ES 2607435T3 ES 13713822 T ES13713822 T ES 13713822T ES 2607435 T3 ES2607435 T3 ES 2607435T3
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Abstract

Disposición (103) para controlar un generador sincrónico (105) que tiene un estator (129) que comprende por lo menos un embobinado de estator (131) y que tiene un rotor (137) con un electroimán (139) accionado por una corriente (127) de campo, el rotor (137) puede girar con relación al estator (129), el electroimán (139) se acopla inductivamente al embobinado (131) de estator, la disposición (103), comprende: Un sistema de medición adaptado para medir por lo menos una cantidad (167, 165, 168, 169, 171); un controlador adaptado para provocar el apagado de la corriente (127) de campo, si la cantidad satisface por lo menos un criterio asociado con por lo menos un mal funcionamiento, en el por lo menos una cantidad (167, 165, 168, 169, 171) incluye por lo menos una cantidad (169, 171) indicadora de una condición de operación de un circuito (115) rectificador conectado a la terminal (133) de salida del embobinado (131) de estator, en el que por lo menos una (167, 165, 168, 169, 171) incluye adicionalmente corriente (167) de estator y una corriente (165) de salida para el embobinado (131) de estator para obtener una diferencia de corriente para proporcionar protección de corriente diferencial para el embobinado (131) de estator.

Description

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DESCRIPCION
Control de generador sincronico, sistema generador y sistema de energla de buque Campo de la invencion
La presente invencion se relaciona con una disposicion para controlar un generador sincronico, con un sistema generador que comprende la disposicion y con un sistema de energla de buque que comprende un sistema generador.
Tecnica antecedente
El documento EP 1 012 943 B1 describe un sistema para suministrar energla electrica a consumidores electromotrices, en el que un motor diesel acciona un generador CA conectado a un rectificador, con el fin de proporcionar un flujo de energla CD.
El documento EP 1 614 621 B1 describe un sistema de suministro de energla electrica para buques que tienen un generador y consumidores.
El documento EP 1 914 162 B1 describe un sistema de distribucion de energla CD que se puede utilizar para sistemas de propulsion y de energla marina, en el que un motor diesel acciona un generador para suministrar energla a un convertidor de salida.
El documento WO 2010/06077 A2 describe un sistema de distribucion de energla que comprende una pluralidad de sistemas generadores sobrevoltaje cada uno comprende un generador de corriente alterna conectado directamente a un rectificador.
El documento DE 102011054375 describe una maquina giratoria electrica para un vehlculo con un dispositivo de control que suministra una corriente excitatoria a la bobina de campo cuando detecta la rotacion del rotor y un circuito de control que configura alternadamente un transistor de brazo superior y un transistor de brazo inferior en un estado en un modulo rectificador para generar un voltaje de fase. En caso de sobrecalentamiento, la generation de voltaje de fase se detiene para reducir la temperatura del modulo rectificador.
Se ha observado que los sistemas de distribucion de energla convencionales no operan en todas las situaciones en una forma segura y confiable.
Puede haber necesidad de una disposicion para controlar un generador sincronico, para un sistema generador y un sistema de energla de buque, en el que se puede asegurar que el sistema opera de una forma segura y confiable, en particular en caso de falla o mal funcionamiento de uno o mas componentes del sistema o de un componente externo.
Resumen de la invencion
Esta necesidad se puede satisfacer mediante la materia objeto de acuerdo con las reivindicaciones independientes. Las realizaciones ventajosas de la presente invencion se describen mediante las reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con una realization se proporciona una disposicion para controlar un generador sincronico que tiene un estator que comprende por lo menos un embobinado de estator y que tiene un rotor con un electroiman accionado mediante una corriente de campo, el rotor puede girar con relation al estator, el electroiman se acopla inductivamente al embobinado de estator, la disposicion comprende un sistema de medicion adaptado para medir por lo menos una cantidad, y un controlador adaptado para provocar el apagado de la corriente de campo, si la cantidad satisface por lo menos un criterio asociado con por lo menos un mal funcionamiento.
Por lo menos una cantidad puede incluir por lo menos una cantidad indicadora de una condition de operation de un circuito rectificador conectado al terminal de salida del embobinado estator.
La disposicion no necesita comprender el generador sincronico. Sin embargo, la disposicion se adapta para controlar el generador sincronico.
El generador sincronico genera en un terminal de salida un flujo de energla CA (voltaje y/o corriente) que tiene la misma frecuencia que la frecuencia de giro de rotor con relacion al estator. El generador sincronico puede ser por ejemplo alimentado por separado o un generador electrico doblemente alimentado. La energla electrica se genera luego de la rotacion del rotor, en el que se induce un voltaje en el embobinado estator debido a la rotacion (movimiento) del electroiman del rotor. En particular, el generador sincronico, no comprende un iman permanente, sino un electroiman que debido a la corriente de campo genera un campo magnetico, que luego induce (en el embobinado de estator) el voltaje que representa el flujo de salida de energla electrica.
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En particular, el generador sincronico puede comprender un estator que tiene tres embobinados de estator (formado por porciones de cable) dispuestas en diferentes posiciones circunferenciales del estator. Los tres embobinados (uno por fase) estan compuestos de tres cables separados que se pueden conectar en una forma similar a estrella o en forma similar a triangulo.
El electroiman del rotor puede comprender un nucleo, en particular un nucleo ferromagnetico, en el que se genera un campo magnetico despues del flujo de corriente de campo a traves de una bobina del electroiman. La corriente de campo puede ser en particular una corriente de campo CD. El rotor se puede soportar mediante un rodamiento.
El sistema de medicion puede comprender uno o mas sensores de medicion dispuestos en una o mas posiciones del generador sincronico o en una o mas posiciones de los componentes externos o adicionales, tal como un rectificador generador, una carga y as! sucesivamente. La cantidad puede comprender en particular una cantidad electrica. El controlador puede generar, en particular luego de recibir la cantidad, una senal de control que se puede suministrar a un circuito adicional, que luego apaga indirectamente la corriente de campo.
El apagado de la corriente de campo puede apagar o reducir por lo menos un campo magnetico generado por el electroiman, cuando la corriente de campo esta fluyendo a traves del electroiman. De esta manera, el apagado de la corriente de campo puede resultar en una reduccion del campo magnetico y puede incluso conducir a una desaparicion del campo magnetico en corto tiempo, tal como entre 0.5 s y 3 s, despues del apagado de la corriente de campo. Sin embargo, el campo magnetico se puede sostener un rato despues del apagado de la corriente de campo debido a la remanencia del electroiman. Sin embargo, la remanencia solo puede conducir a un campo magnetico relativamente pequeno, que no puede inducir un voltaje significativo en el embobinado del estator.
Por lo tanto, luego del apagado de la corriente de campo la generacion de flujo de energla por el generador sincronico en el terminal de salida o en los tres terminales de salida particulares se puede reducir aun valor pequeno, en particular a cero. Por lo tanto, en caso de mal funcionamiento (de la disposicion o cualquier componente externo conectado indirectamente o directamente con la disposicion), en particular, corriente de salida, se puede interrumpir o apagar, con el fin de proporcionar una funcion de proteccion para proteger la disposicion o cualquier componente externo conectado directa o indirectamente con la disposicion. Por lo tanto, se puede asegurar una operacion confiable y segura del generador sincronico.
En particular, el generador sincronico se puede conectar mecanicamente o acoplar a un motor de combustion, tal y como un generador diesel. En particular, el generador sincronico puede proporcionar su flujo de energla de salida a un rectificador, con el fin de permitir configurar un sistema de distribution CD. La configuration o el suministro de un sistema de distribucion de energla CD puede proporcionar la ventaja de activar el generador con velocidad variable, lo que puede resultar en una reduccion de consumo de combustible y de polucion; los costes reducidos del sistema y la reduccion de los esfuerzos de mantenimiento requeridos en los motores diesel.
En particular, cuando el generador sincronico se conecta en su terminal de salida a un rectificador se realiza la funcion de proteccion mediante el apagado o detention del suministro de campo magnetico para la magnetization del generador, es decir el electroiman del rotor.
En una realization, la cantidad es indicadora de una temperatura de un circuito rectificador conectado en el terminal de salida del embobinado del estator, en el que por lo menos un criterio comprende que la temperatura es mayor que el umbral de temperatura.
La cantidad que se relaciona con la condicion de operacion del circuito rectificador puede incluir adicionalmente o alternativamente una cantidad indicadora de un voltaje CD entre los terminales de salida CD del circuito rectificador. Por lo menos un criterio puede comprender que el voltaje CD cae por debajo de un umbral de voltaje, lo que puede ocurrir por ejemplo luego de la ocurrencia de una falla en un componente acoplado electricamente a los terminales de salida CD del circuito rectificador, por ejemplo, una falla sobre un bus CD o en un componente acoplado a este.
En una realizacion, por lo menos una cantidad adicional puede incluir una cantidad indicadora de una condition de operacion de un circuito de magnetizacion, en particular magnetizacion de corriente de circuito y/o voltaje de circuito de magnetizacion.
En una realizacion adicional, por lo menos una cantidad puede incluir adicionalmente una corriente de estator y una corriente de salida medida para el embobinado de estator para obtener una diferencia de corriente para proporcionar proteccion diferencial para el embobinado del estator.
En una realizacion, el sistema de medicion se adapta para medir por lo menos una cantidad que incluye una cantidad que se relaciona con la condicion de operacion de circuito rectificador, una cantidad indicadora de una condicion de operacion del circuito de magnetizacion y corriente de estator y una corriente de salida. De este modo, se puede lograr una proteccion integral del generador y del circuito rectificador acoplados a este.
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Monitorizar o medir la temperatura del rectificador puede proporcionar una indication adecuada de si el rectificador esta en una condition de operation aceptable. En particular, se puede indicar una falla o mal funcionamiento mediante la temperatura que sobrepasa el umbral de temperatura.
De acuerdo con una realization de la presente invention la cantidad es indicadora de una corriente de embobinado de estator y/o la cantidad es indicadora de una corriente de salida en un terminal de salida CA del embobinado de estator, en el que por lo menos un criterio comprende que la corriente de estator esta por encima del umbral de corriente de estator y/o que la corriente de salida esta por encima del umbral de la corriente de salida, en el que el mal funcionamiento es un estado de corto circuito de una carga o red conectada a la terminal de salida.
La corriente de embobinado de estator puede comprender tres partes de corriente embobinado de estator, cada una se asocia con uno de los embobinados respectivos de los tres embobinados de estator. Adicionalmente, la corriente de salida se puede representar por tres porciones de corrientes de salida cada una se asocia con una de las tres terminales de salida que corresponden a las tres fases de salida. En un generador sincronico intacto y la corriente de embobinado de estator puede ser por lo menos aproximadamente igual a la corriente de salida. Sin embargo, si existen algunos problemas con el generador sincronico, en particular, con el embobinado de estator o embobinados de estator, la corriente de embobinado de estator puede ser diferente de la corriente de salida. La corriente de embobinado de estator se puede medir en una o mas posiciones en el embobinado de estator y/o la corriente de salida se puede medir en una o mas posiciones cerca o en el terminal de salida.
El umbral de corriente del estator se puede determinar en particular en funcion de las propiedades electricas de los componentes que se conectan en los terminales de salida. Tambien, el umbral de corriente de salida se puede determinar en funcion de las propiedades electricas de uno o mas componentes conectados a los terminales de salida. En particular, el umbral de corriente se puede determinar en funcion de los llmites de corriente de uno o mas componentes conectados a los terminales de salida. Por lo tanto, los componentes conectados a los terminales de salida se pueden proteger contra el dano en caso de estado de corto circuito. En particular, el estado de corto circuito se puede deber a algun mal funcionamiento o falla en un sistema de distribution, particular, el sistema de distribution de energla CD conectado en el terminal de salida del generador sincronico.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion el controlador se adapta para integrar un cuadrado de la corriente de embobinado del estator y/o de la corriente de salida durante un rango de tiempo determinado para obtener un valor de integration, en el que por lo menos un criterio comprende que el valor de integration sea mayor que un umbral de integracion, en el que el mal funcionamiento es un estado de sobrecarga de una carga conectada al terminal de salida.
En particular, el umbral de integracion se puede basar en propiedades electricas, en particular llmites electricos, de uno o mas componentes conectados a los terminales de salida. Por lo tanto, se puede evitar sobrecargar una carga conectada (indirectamente o directamente) en el terminal de salida.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion el controlador se adapta para determinar una diferencia entre la corriente de embobinado de estator y la corriente de salida para obtener una diferencia de corriente, en el que por los menos un criterio comprende que la diferencia de corriente sea mayor que un umbral de diferencia de corriente, en el que el mal funcionamiento comprende un mal funcionamiento del generador.
La diferencia de la corriente del embobinado de estator y la corriente de salida puede ser cero o por lo menos aproximadamente a cero para un embobinado de estator intacto, pero se puede desviar de cero para un embobinado de estator que no estaba operando en una forma correcta. Por lo tanto, se puede detectar un mal funcionamiento o falla del generador al determinar la diferencia y se puede apagar el generador sincronico, en particular con respecto a su salida de energla, con el fin de proteger los otros componentes del generador sincronico propiamente dicho del dano. Alternativamente, se puede implementar una detection desbalanceada de corriente para detectar diferentes corrientes para diferentes fases.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, la cantidad es indicadora de temperatura de un circuito rectificador, en particular un diodo, conectado en la terminal de salida del embobinado de estator, en el que por lo menos un criterio comprende que la temperatura sea mayor que un umbral de temperatura o un cambio de temperatura sea mayor que un umbral de cambio de temperatura.
Cuando un circuito rectificador, en particular que comprende dos diodos conectados en serie por fase de los terminales de salida (en el que cada fase se conecta entre los dos diodos conectados en serie) el generador sincronico puede proporcionar energla electrica a un sistema de distribucion de energla CD, en particular el rectificador puede bloquear una corriente inversa de tal manera que puede ser suficiente apagar la corriente de campo, con el fin de detener la corriente de salida del generador.
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En particular, el umbral de corriente de estator y/o el umbral de corriente de salida y/o el umbral de integracion y/o umbral superior de voltaje de salida y/o umbral de energia de voltaje de salida y/o una temperatura se puede basar en propiedades electricas del diodo, en particular, los valores limites electricos del diodo.
Supervisar o medir la temperatura del rectificador puede proporcionar una indicacion adecuada de si el rectificador esta en una condicion de operacion aceptable. En particular, se puede indicar una falla o mal funcionamiento mediante una temperatura que sobrepasa el umbral de temperatura.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, la cantidad es indicadora de un voltaje de salida en el terminal de salida CA del embobinado de estator, en el que por lo menos un criterio comprende que el voltaje de salida sea mayor que el umbral superior del voltaje de salida, en el que el mal funcionamiento es una condicion de sobrevoltaje en el terminal de salida.
El sobrevoltaje tambien puede deteriorar o danar uno o mas componentes conectados en el terminal de salida y al apagar el generador sincronico se puede proteger los componentes.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion la cantidad es indicador de un voltaje de salida en una terminal de salida CA del embobinado de estator, en el que por lo menos un criterio comprende que el voltaje de salida sea mas pequeno que el umbral inferior del voltaje de salida, en el que el mal funcionamiento es una condicion de subvoltaje en la terminal de salida.
Un subvoltaje puede deteriorar la funcionalidad del sistema de distribucion de energia conectado directamente o indirectamente con los terminales de salida del generador sincronico. Al detectar un subvoltaje se puede evitar o por lo menos reducir el deterioro del sistema de distribucion de energia de CD.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion la cantidad es indicadora de una frecuencia de salida de un voltaje de salida o una corriente de salida en el terminal de salida CA del embobinado de estator, en el que por lo menos un criterio comprende que la frecuencia de salida se desvia mas de un umbral de desviacion de frecuencia de una frecuencia de destino, en el que el mal funcionamiento es una frecuencia erronea en el terminal de salida.
La frecuencia del voltaje y/o corriente en el terminal de salida del generador sincronico puede corresponder o ser igual (por lo menos aproximadamente) a la frecuencia de rotacion del rotor que gira con relacion al estator. Sin embargo, si la frecuencia de rotacion es muy baja o muy alta el motor de combustion de impulsion, tal como un motor diesel, puede no funcionar en condiciones de trabajo optimas. En caso que se detecte una desviacion de la frecuencia de la frecuencia objetivo, el motor de combustion impulsa mecanicamente el generador sincronico que puede ser controlado con el fin de restablecer la frecuencia objetivo.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion se proporciona un sistema de generador que comprende una disposicion de acuerdo con una cualquiera de las realizaciones precedentes, el generador sincronico que tiene el estator comprende por lo menos una bobina de estator y que tiene el rotor con el electroiman impulsado por la corriente de campo, el rotor puede girar con relacion al estator, el electroiman se acopla inductivamente al embobinado del estator; y un sistema para proporcionar corriente de campo, en el que el controlador se adapta para provocar el apagado de la corriente de campo al suministrar una senal de control al sistema para proporcionar una corriente de campo.
El sistema para proporcionar la corriente de campo se puede configurar de diferentes maneras. En particular, la corriente de campo puede proporcionar al electroiman mediante contacto electrico directo entre una fuente de energia y una bobina del electroiman se pueden proporcionar al electroiman del rotor mediante acoplamiento inductivo, evitando por lo tanto contactos mecanicos entre las partes giratorias y las partes estaticas. El controlador se puede conectar en forma comunicativamente al sistema para proporcionar la corriente de campo en una forma electrica o utilizando una comunicacion de radio frecuencia.
El sistema para proporcionar la corriente de campo se puede suministrar con energia electrica tambien desde el terminal de salida del generador sincronico. Por lo tanto, se puede suspender un suministro de energia separado. El sistema generador puede en particular proporcionar energia electrica para un sistema de distribucion de energia de CD.
En razon a que el sistema de generador comprende la disposicion para controlar los componentes de generador sincronico del generador sincronico y los componentes conectados a los terminales de salida del generador sincronico se pueden proteger del dano como se explico anteriormente.
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De acuerdo con una realization de la presente invention el sistema para proporcionar una corriente de campo comprende un anillo colector acoplada mecanicamente al rotor y acoplado electricamente al electroiman y una escobilla que hace contacto con el anillo colector, en donde apagar la corriente de campo comprende interrumpir el flujo de corriente suministrado a la escobilla.
La escobilla o escobillas pueden hacer contacto electricamente con el anillo de colector. Por lo tanto, se puede establecer una conexion mecanica entre la escobilla y el anillo colector. De esta manera, cuando la escobilla hace contacto electricamente con el anillo colector se puede proporcionar una corriente a la escobilla que puede fluir a traves del anillo colector y el electroiman del rotor, despues de lo cual se genera un campo magnetico que luego induce a su vez un voltaje electrico en el embobinado del estator del estator.
De acuerdo con una realization de la presente invention el sistema para proporcionar la corriente de campo comprende (el lugar del anillo colector y la escobilla) una bobina giratoria acoplada mecanicamente al rotor; un rectificador giratorio acoplado mecanicamente al rotor y acoplado electricamente a la bobina de rotation y que proporciona la corriente de campo al electroiman del rotor; un electroiman de estator acoplado inductivamente a la bobina de rotation; y un sistema de suministro de electroiman de estator apagar la corriente de campo comprende interrumpir el voltaje de excitation al electroiman de estator.
Luego de la rotation de la bobina de rotation (conectada al rotor) el electroiman de estator induce un voltaje en la bobina de rotation estableciendo por lo tanto una senal de CA que se rectifica utilizando el rectificador giratorio y luego se suministra como una corriente de campo CD al electroiman del rotor.
El electroiman de estator se activa mediante por un sistema de suministro electroiman de estator. Interrumpir el voltaje de excitation al electroiman de estator puede provocar el apagado de la corriente de campo, en razon a que el electroiman de estator no generara ningun campo magnetico, cuando se interrumpe el voltaje de excitation. Por lo tanto, la corriente de salida del generador sincronico se apagar en una forma simple y confiable sin requerir un interruptor particular en una terminal de salida del generador.
De acuerdo con una realization de la presente invention el sistema de suministro de electroiman estator comprende por lo menos un interruptor controlable, en particular un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT), accionado un circuito controlador de puerta, en donde el apagado de la corriente de campo comprende suministrar una senal de apagado al controlador de puerta. El sistema de suministro de electroiman estator puede comprender en particular cuatro interruptores controlables, en donde dos pares de interruptores controlables conectados en serie se conectan entre dos barras de CD en el que el voltaje de excitation al electroiman estator se aprovecha en una conexion entre dos interruptores controlables en cada par.
La senal de apagado puede provocar que el interruptor controlable e adapte a un estado no conduction. Por lo tanto, la corriente de salida del generador se puede apagar facilmente.
De acuerdo con una realization de la presente invention el sistema generador comprende adicionalmente un interruptor de detention de emergencia entre por lo menos un interruptor controlable y el electroiman de estator. El interruptor de detention de emergencia tambien se puede controlar mediante el controlador de la disposition para controlar el generador sincronico.
De acuerdo con una realization de la presente invention el sistema generador comprende adicionalmente un rectificador generador conectado a la terminal de salida CA, en particular tres terminales de salida CA, el rectificador comprende en particular un diodo y un sensor de temperatura para medir la temperatura del diodo, en donde en particular el rectificador tiene solo carga conectada a la terminal de salida del generador.
El rectificador generador puede comprender seis diodos, en el que tres pares de diodos se disponen en paralelo y en el que entre los dos diodos de cada par se conecta un terminal de salida del embobinado estator. Por lo tanto, se puede configurar el sistema generador establecer un sistema de distribution de energla CD. El rectificador generador bloquea ventajosamente la corriente inversa.
De acuerdo con una realization de la presente invention, el generador puede comprender grupos de bobinados separados y tener un rectificador respectivo conectado a cada uno de los grupos de bobinados separados.
Adicionalmente en particular, el rectificador generador puede comprender un interruptor de aislamiento posterior a los diodos. En razon a que los diodos sin corriente pueden fluir de nuevo desde la terminal de salida CD del generador al generador sincronico.
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De acuerdo con una realizacion de la presente invencion se proporciona un sistema de energla, en particular un sistema de energla de buque o sistema electrico autonomo (autarquica), sistema de perforacion, o rejilla industria, que comprender un motor de combustion para proporcionar energla mecanica; un sistema generador de acuerdo con una de las realizaciones descritas anteriormente y dispuesto para convertir energla mecanica energla electrica; y un sistema de distribucion de CD acoplado al terminal de salida CD del rectificador generador para distribuir energla electrica, en particular a por lo menos un motor de propulsion.
El motor de combustion puede en particular comprender un motor diesel. El sistema de generador comprende el rectificador generador y de esta manera convierte la energla mecanica proporcionada por el motor de combustion en flujo de energla CD. El sistema de distribucion CD puede proporcionar la energla electrica en forma de un flujo de energla CD a una o mas unidades de velocidad variable para impulsar uno o mas motores de propulsion. El buque puede ser por ejemplo un barco, una plataforma, en particular, una plataforma petrollfera.
Los aspectos definidos anteriormente y aspectos adicionales de la presente invencion son evidentes a partir de los ejemplos de las realizaciones que se van a describir en adelante y se ejemplifican con referencia a los ejemplos de las realizaciones. La invencion se describira en mas detalle en lo sucesivo con referencia a los ejemplos de las realizaciones, pero a las cuales no se limita la invencion.
Breve descripcion de los dibujos
Las siguientes realizaciones particulares de la presente invencion se describen con referencia a los dibujos acompanantes. La invencion no se limita a las realizaciones ilustradas, explicadas o descritas.
La figura 1: ilustra esquematicamente un sistema de energla de buque de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, en el que el sistema de energla de buque comprende de un sistema generador de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;
La figura 2: ilustra esquematicamente el sistema generador de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, que esta comprendido en el sistema de energla de buque ilustrado en la figura 1; y
La figura 3: ilustra una grafica que explica una funcionalidad de una disposicion para controlar un generador sincronico de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
La figura 1 ilustra esquematicamente un sistema de energla de buque 100 de acuerdo con una realizacion de la presente invencion que incluye un sistema 101 generador de acuerdo con una realizacion de la presente invencion que comprende disposicion 103 para controlar un generador 105 sincronico de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
El sistema 100 de energla de buque comprende de un motor 107 diesel que se conecta mecanicamente al sistema 101 generador, en particular al generador 105 sincronico comprendido en el sistema 101 generador. El sistema 101 generador comprende adicionalmente un cublculo 109 generador que se conecta en una terminal 111 de salida en el generador 105 que proporciona flujo 119 de energla CA con el fin de generar en una terminal 113 de salida del cubilo generador un flujo 121 de energla CD desde el flujo 119 de energla CA proporcionado en la terminal 111 de salida CA del generador 105. En particular, aunque no se ilustra, el generador 105 comprende tres terminales 111 de salida que proporciona tres fases cambiadas 120° con relacion a la otra. El cublculo 109 generador comprende una disposicion 103 para controlar el generador 105 sincronico, un circuito rectificador (tambien denominado como rectificador generador) 115 y un interruptor 117 de aislamiento. El rectificador 115 generador genera desde el flujo 119 energla CA proporcionado por el generador 105 un flujo 121 de energla CD que se proporciona a un sistema de 123 de distribucion de energla de CD.
El sistema de distribucion de energla CD 123 puede proporcionar energla electrica a uno o mas motores de propulsion por ejemplo en un buque, un barco o una plataforma en el mar.
La figura 2 ilustra esquematicamente el sistema 101 generador ilustrado en la figura 1 en mayor detalle.
El sistema 101 generador comprende el generador 105, el circuito 115 rectificador, un sistema 125 para proporcionar una corriente 127 de campo y un disposicion o controlador 103 para controlar el generador 105 sincronico.
El generador 105 tiene un estator 129 que comprende por lo menos un embobinado 131 de estator, en el que en el caso particular se ilustran tres embobinados 131 de estator que proporcionan tres terminales 133 de salida del generador 105 para tres fases electricas. Los embobinados 131 de estator se establecen mediante cables 135
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respectivos. El generador 105 tiene un rotor 137 con un electroiman 139 que es accionado mediante una corriente 127 de campo. Por lo tanto, el rotor 137 puede girar con relacion al estator 129.
El sistema 125 para proporcionar la corriente 127 de campo comprende una bobina 141 de rotacion que se acopla mecanicamente 137, un rectificador 143 giratorio que se acopla mecanicamente al rotor 137 y se acopla electricamente a la bobina 141 de rotacion y que proporciona la corriente 127 de campo al electroiman 139 del rotor 137. Adicionalmente, el sistema 125 para proporcionar la corriente 127 de campo comprende un electroiman 145 de estator que se acopla inductivamente a la bobina 141 de rotacion. Adicionalmente, el sistema 125 para proporcionar la corriente 127 de campo comprende un sistema de suministro de electroiman de estator 147 para suministrar un voltaje de excitacion desde una terminal 149 de salida de la misma hacia el electroiman 145 de estator. Por lo tanto, el sistema 147 de suministro electromagnetico de estator es suministrado con energla electrica a traves de terminales 151 de entrada que se conectan a traves de un transformador 153 a los tres terminales 133 de salida del generador 105.
El sistema 147 de suministro de electroiman de estator comprende cuatro 155 bipolares de puerta aislada que se accionan mediante un circuito 157 de impulsion de puertas que recibe senales de control a traves de llneas 159 de senal desde la disposition o controlador 103 para controlar el generador 105 sincronico.
El sistema 101 generador comprende adicionalmente un interruptor 161 de detention de emergencia entre los terminales 149 de salida del sistema 147 de suministro de electroiman estator y el electroiman 145 estator para apagar un voltaje de suministro.
El circuito 115 rectificador generador comprende seis diodos 163 que se disponen cuando los tres pares de diodos conectados en series entre dos terminales 180 de salida CD del sistema 101 generador. Los tres terminales 133 de salida de fase del generador 105 sincronico se conectan entre dos diodos 163 de cada par de diodos del circuito 115 rectificador generador.
El sistema 101 generador se configura y dispone para proteger los diodos 163 del dano en particular en caso de un evento de corto circuito provocado por alguna carga defectuoso conectada a los terminales 180 de salida CD, por ejemplo.
Por lo tanto, la disposicion 103 adquiere utilizando un sistema de medicion no ilustrado, por lo menos una cantidad, tal como una corriente 167 de estator, una corriente 165 de salida o un voltaje 168 de salida que se relaciona con la salida del generador 105. Adicionalmente, la disposicion 103 puede recibir una senal 169 de temperatura (desde el sensor 170 de temperatura) que indica la temperatura de uno o mas diodos 163 del circuito 115 generador rectificador. Adicionalmente, la disposicion 103 recibe los valores 171 de medicion que indican el voltaje DC entre las terminales 180 de salida DC. Adicionalmente, la disposicion 103 recibe una o mas senales de control de otros controladores, tal como las senales 173. Adicionalmente, la disposicion 103 se puede controlar mediante una interfaz 175 humana.
En particular, la disposicion 103 (que tambien se puede denominar como un modulo de control generador, interfaz de comunicacion profinet, control domestico de 30 Hz hasta un voltaje de 120 Hz mediciones de frecuencia y corriente) se adapta para apagar la corriente 127 de campo en caso de un mal funcionamiento del generador o de cualquier componente conectado directa o indirectamente en los terminales 133 de salida del generador 105.
Por lo tanto, el controlador 103 o la disposicion que incluye el controlador 103 y el sistema de medicion para proporcionar la senal de medicion de corriente, se adapta para provocar el apagado de la corriente 127 de campo, si por lo menos una de las cantidades recibidas satisface por lo menos un criterio asociado con por lo menos un mal funcionamiento.
En particular, la figura. 3 ilustra una grafica que explica una funcion de protection del controlador 103 comprendido en el sistema 101 generador ilustrado en la figura 2. En una abscisa 301 se indica el tiempo en segundos, mientras que en una ordenada 302 la corriente 177 de diodo que fluye a traves del diodo 163 del circuito 115 rectificador generador se indica en amperios.
La curva 303 indica el llmite de corriente de diodo de los diodos 163. La curva 305 ilustra la corriente 177 de diodo actual que fluye a traves del diodo 163 despues de un corto circuito en el bus 180 CD y despues que el controlador 103 ha provocado el apagado de la corriente 127 de campo 30 ms despues que aparece el cortocircuito. Antes que aparezca el corto circuito, el generador 105 estaba corriendo a una frecuencia de 62.5 Hz y condiciones nominales. Como se puede ver a partir de la figura 3 la corriente real (curva 305) se encuentra bien por debajo del llmite de corriente (curva 303) de tal manera que los diodos 163 del rectificador 115 generador se protegen de dano.
En particular, el controlador 103 puede adquirir valores de medicion que se relacionan con el estator, de tal manera que este puede adquirir la medicion de corriente de tres fases, medicion de voltaje de tres fases, medicion de corriente de punto mutuo de tres fases y medicion de frecuencia de salida.
Adicionalmente, el controlador 103 puede adquirir valores que se relacionan con el circuito 115 rectificador, tal como 5 valores de medicion de CD, temperaturas de puente de diodos, tal como las senales 169 y 171.
Adicionalmente, el controlador 103 puede adquirir valores de medicion que se relacionan con el circuito 145, 147 de magnetizacion, en particular, corriente de circuito de magnetizacion externa, voltaje de circuito de magnetizacion externa, tal como las senales de 177.
El sistema 101 generador se adapta para proteger de cortocircuito, sobrevoltaje, subvoltaje, proteccion de carga en 10 desequilibro, proteccion de corriente diferencial, sobreexcitacion, subexcitacion y sobrecorriente de tiempo inverso (condition de sobrecarga). Adicionalmente, el sistema 101 generador se adapta para monitorizar la frecuencia, sobrevelocidad, temperatura e historial de falla

Claims (18)

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    35
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    REIVINDICACIONES
    1. Disposicion (103) para controlar un generador sincronico (105) que tiene un estator (129) que comprende por lo menos un embobinado de estator (131) y que tiene un rotor (137) con un electroiman (139) accionado por una corriente (127) de campo, el rotor (137) puede girar con relacion al estator (129), el electroiman (139) se acopla inductivamente al embobinado (131) de estator, la disposicion (103), comprende:
    Un sistema de medicion adaptado para medir por lo menos una cantidad (167, 165, 168, 169, 171);
    un controlador adaptado para provocar el apagado de la corriente (127) de campo, si la cantidad satisface por lo menos un criterio asociado con por lo menos un mal funcionamiento,
    en el por lo menos una cantidad (167, 165, 168, 169, 171) incluye por lo menos una cantidad (169, 171) indicadora de una condicion de operacion de un circuito (115) rectificador conectado a la terminal (133) de salida del embobinado (131) de estator,
    en el que por lo menos una (167, 165, 168, 169, 171) incluye adicionalmente corriente (167) de estator y una corriente (165) de salida para el embobinado (131) de estator para obtener una diferencia de corriente para proporcionar proteccion de corriente diferencial para el embobinado (131) de estator.
  2. 2. Una disposicion de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la cantidad es indicadora de una temperatura (169) del circuito (115) rectificador conectado en el terminal (133) de salida del embobinado (131) de estator,
    en el que por lo menos un criterio comprende que la temperatura sea mayor que un umbral de temperatura, o en el que la cantidad es indicadora de un voltaje (171) CD entre terminales (180) de salida CD del circuito (115) rectificador.
  3. 3. Disposicion de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que por lo menos una cantidad (167, 165, 168, 169, 171) incluye adicionalmente una cantidad indicadora de una condicion de operacion de un circuito (145, 147) de magnetizacion, en particular corriente de circuito de magnetizacion y/o voltaje de circuito de magnetizacion.
  4. 4. Una disposicion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la cantidad es indicadora de una corriente (167) de embobinado de estator y/o en el que la cantidad es indicadora de una corriente (165) de salida en un terminal (133) de salida CA del embobinado (131) de estator,
    en el que por lo menos un criterio comprende que la corriente de estator este por encima de un umbral de corriente de estator que la corriente y/o que la corriente (177) de salida este por encima de un umbral (303) de corriente de salida,
    en el que el mal funcionamiento es un estado de cortocircuito de una carga conectada a la terminal de salida.
  5. 5. Disposicion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el controlador se adapta para integrar un cuadrado de la corriente de embobinado de estator y/o de la corriente (177) de salida sobre un determinado rango de tiempo para obtener un valor de integracion, en el que por lo menos un criterio comprende que el valor de la integracion sea mayor que un umbral de integracion, en el que el mal funcionamiento es un estado de sobrecarga de una carga conectada a la terminal de salida.
  6. 6. Disposicion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el controlador se adapta para determinar una diferencia entre la corriente (167) de embobinado de estator y la corriente (165) de salida para obtener una diferencia de corriente, en el que por lo menos un criterio comprende que la diferencia de corriente sea mayor que un umbral diferencia de corriente, en el que el mal funcionamiento comprende un mal funcionamiento del generador y/o
    una diferencia o diferencias entre el flujo de corriente de las diferentes fases de la corriente de embobinado de estator y/o la corriente de salida para obtener una diferencia de corriente asociada a fase, en el que por lo menos un criterio comprende que la diferencia de corriente asociada a fase sea mayor que un umbral de diferencia de corriente asociada a fase,
    en el que el mal funcionamiento comprende un mal funcionamiento del generador.
  7. 7. Disposicion de acuerdo con una las reivindicaciones 1 a 5, en el que el controlador se adapta para determinar una diferencia entre la corriente (167) de embobinado de estator y la corriente (165) de salida para obtener una diferencia de corriente, en el que la corriente de embobinado de estator se mide en una o mas posiciones en el embobinado de estator y la corriente de salida se mide en una o mas posiciones cerca a o en una terminal de salida.
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    35
    40
  8. 8. Disposition de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la cantidad es indicadora de una temperatura (169) de un diodo (163) del circuito (115) rectificador,
    en el que por lo menos un criterio comprende que un cambio de la temperatura sea mayor que un umbral de cambio de temperatura.
  9. 9. Disposicion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la cantidad es indicadora de un voltaje (168) de salida en una terminal de salida CA del embobinado (131) de estator, en el que por lo menos un criterio comprende que el voltaje de salida sea mayor que un umbral superior de voltaje de salida, en el que el mal funcionamiento es una condition de sobrevoltaje en el terminal de salida.
  10. 10. Disposicion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la cantidad es indicadora de un voltaje (168) de salida en una terminal (133) de salida CA del embobinado (131) de estator, en el que por lo menos un criterio comprende el voltaje de salida sea menor que el umbral inferior del voltaje de salida, en el que el mal funcionamiento es una condicion de subvoltaje en la terminal de salida.
  11. 11. Disposicion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
    en el que la cantidad es indicadora de una frecuencia (168) de salida de un voltaje de salida o corriente de salida en una terminal de salida CA del embobinado de estator, en el que por lo menos un criterio comprende que la frecuencia de salida se desvle mas de un umbral de desviacion de frecuencia de una frecuencia objetivo,
    en el que el mal funcionamiento es una frecuencia erronea en el terminal de salida.
  12. 12. El sistema (101) generador, que comprende:
    una disposicion (103) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes;
    el generador (105) sincronico tiene el estator (129) que comprende por lo menos un embobinado (131) de estator y tiene el rotor (137) con el electroiman (139) accionado por la corriente (127) de campo, el rotor puede girar con relation el estator, el electroiman (139) se acopla inductivamente al embobinado (131) de estator; y
    un sistema (125) para proporcionar la corriente (127) de campo,
    en el que el controlador se adapta para provocar apagado de la corriente (127) de campo al suministrar una senal (159) de control al sistema (125) para proporcionar la corriente de campo.
  13. 13. Sistema generador de acuerdo con la reivindicacion 12, en el que el sistema (125) para proporcionar la corriente de campo esta comprende un anillo colector acoplado mecanicamente al rotor y acoplado electricamente al electroiman y una escobilla que hace contacto con el anillo colector, en el que el apagado de la corriente de campo comprende interrumpir el flujo de la corriente suministrada a la escobilla.
  14. 14. Sistema generador de acuerdo con la reivindicacion 12, en el que el sistema (125) para proporcionar corriente (127) de campo comprende:
    una bobina (141) de rotation acoplada mecanicamente al rotor (137);
    un rectificador (143) giratorio acoplado mecanicamente al rotor (137) y acoplado electricamente a la bobina de rotacion (141) y que proporciona la corriente (127) de campo al electroiman (139) del rotor (137);
    un electroiman (145) de estator acoplado inductivamente a la bobina (141) de rotacion;
    un sistema (147) de suministro de electroiman de estator para suministrar un voltaje de excitation al electroiman (145) de estator, en el que el apagado de la corriente (127) de campo comprende interrumpir el voltaje e excitacion al electroiman estator.
  15. 15. Sistema generador de acuerdo con la reivindicacion 14, en el que el sistema (147) de suministro de electroiman estator comprende por lo menos un interruptor (155) controlable, en particular transistor bipolar de puerta aislada, accionado mediante un circuito (157) impulsor de puerta, en el que apagado de la corriente (127) de campo comprende suministrar una senal (159) de apagado al accionador (157) de puerta.
  16. 16. Sistema generador de acuerdo con la reivindicacion 15, que comprende adicionalmente un interruptor (161) de detention de emergencia entre por lo menos un interruptor (155) controlable y el electroiman (145) de estator.
  17. 17. Sistema generador de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 16, que comprende adicionalmente:
    un rectificador (115) generador conectado al terminal (133) de salida CA, en particular tres terminales de salida CA, el rectificador comprende en particular un diodo (163) y un sensor (170) de temperatura para medir la temperatura (169) del diodo (163),
    5 en el que en particular el rectificador es la unica carga conectada al terminal (133) de salida del generador (105)
  18. 18. Sistema de energla, en particular el sistema (100) de energla de buque, que comprende:
    un sistema (101) generador de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 16 dispuesto para convertir energla mecanica proporcionada por un motor (107) de combustion a energla electrica;
    un sistema (123) de distribucion CD acoplado al terminal (180) de salida CD del circuito (115) rectificador para distribuir 10 la energla electrica, en particular a por lo menos un motor de propulsion.
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