JPH04229021A - 電力発生装置 - Google Patents

電力発生装置

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JPH04229021A
JPH04229021A JP3227086A JP22708691A JPH04229021A JP H04229021 A JPH04229021 A JP H04229021A JP 3227086 A JP3227086 A JP 3227086A JP 22708691 A JP22708691 A JP 22708691A JP H04229021 A JPH04229021 A JP H04229021A
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JP
Japan
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power
capacitor
circuit
damper
bus
Prior art date
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Pending
Application number
JP3227086A
Other languages
English (en)
Inventor
Gregory I Rozman
グレゴリー・アイ・ロズマン
Alexander Cook
アレクサンダー・クック
Albert L Markunas
アルバート・エル・マークナス
Madan L Bansal
マダン・エル・バンサル
Shan-Chin Tsai
シャン−チン・ツァイ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sundstrand Corp
Original Assignee
Sundstrand Corp
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Filing date
Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/02Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14Arrangements for reducing ripples from dc input or output

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の分野】本発明は、電力発生装置に関し、特に、
該電力発生装置のための改良されたダンパ回路に関する
ものである。
【0002】
【発明の背景】通常の電力システムは、交流電力を発生
するために同期発電機を使用する。特に、かかる発電機
は、回転子と、固定子コイルを有する固定子とを含み得
る。航空機のような適用においては、固定子コイルに電
力が発生するように回転子がエンジンによって駆動され
る。
【0003】航空機の電力システムは、付勢されるべき
複数の負荷を含んでいる。かかる負荷は、電子システム
のようなアビオニクス直流負荷、レーダのような脈動負
荷、及びファンのような交流負荷を含み得る。発電機は
直流励磁機を含み、その後に、回転整流器及び主同期発
電機が続く。主発電機固定子コイルに発生する交流電力
は整流されてリプル・フィルタによりろ波され、直流リ
ンク上に直流電力を提供する。270ボルト程度の直流
であって良いこの電力は、直流負荷への直流ー直流変換
機回路を介して、もしくは交流負荷を付勢するための交
流母線へのインバータ回路を介して、直流負荷に直接与
えられ得る。
【0004】上述の直流ー直流変換機回路は、電力シス
テムに対する殆ど一定の電力負荷として働く。電力シス
テムからの電圧における何等かの増加は電流における減
少をもたらし、その理由は、供給上の負荷は通常、厳格
に調整された直流電圧から定電流を要求するからである
。これらの負のインピーダンス特性は、270ボルト直
流システムの動作を不安定にする可能性を創成する。
【0005】リプル・フィルタの目的は、直流リンク上
の発電機リプルを減少することである。不安定な動作の
可能性を減少するために、ダンパ回路も含まれ得る。最
も一般に使用されるダンパ回路は、直流リンクを横切っ
て接続されるRC回路である。ダンパ回路はリプル・フ
ィルタのQを減少し、ピーキング(peaking)及
び出力インピーダンスを減少する。抵抗はフィルタの減
衰を行い、コンデンサは、入力電圧の直流部分を阻止し
て抵抗における浪費もしくは消散を減少する。阻止コン
デンサは代表的にはリプル・フィルタ・コンデンサより
も大きく、その理由は、そのインピーダンスがRCフィ
ルタの共振において充分に小さく、抵抗がこの周波数で
効果的な減衰を提供しなければならないからである。航
空機設計における大きさ及び重量の考察に基づいて、リ
プル・フィルタの大きさ及び重量、そしてダンパ回路を
最小にすることが望ましい。
【0006】本発明は、新規及び単純な態様で1つもし
くは2つ以上の上述した問題を解決することを意図して
いる。
【0007】
【発明の概要】本発明によれば、電力発生装置は、能動
ダンパ回路を用いることにより減少された大きさ及び重
量を有する。
【0008】広範には、ここには、入力電力を発生する
ための手段を含んで、直流母線上に電力を生じせしめる
電力発生装置(EPGS)が開示されている。整流器が
、入力電力を直流電力に変換するための発生手段に接続
される。該整流器及び直流母線間にリプル・フィルタが
接続され、直流母線を横切ってダンパ回路が接続される
。ダンパ回路は、リプル・フィルタのQを減少するよう
該リプル・フィルタ及びコンデンサ間のエネルギの流れ
を制御するためのスイッチング手段及びコンデンサを備
えている。
【0009】本発明の1つの観点によれば、インダクタ
もしくは誘導子がコンデンサと直列に接続される。
【0010】本発明の特徴において、スイッチング手段
は、交互に切換えられる一対のトランジスタを含む。
【0011】本発明のさらなる特徴においては、スイッ
チング手段は、コンデンサを、リプル・フィルタと並列
関係に結合する第1のトランジスタと、コンデンサを横
切って第1のトランジスタと直列に接続される第2のト
ランジスタと、を含む。
【0012】本発明のさらなる特徴においては、スイッ
チング手段は、第1及び第2のトランジスタを交互に導
通させる駆動回路を含む。
【0013】本発明のさらに別の特徴においては、スイ
ッチング手段は、ダンパ回路電流を感知するための手段
と、該感知された電流に応答して駆動回路を制御するた
めの手段と、を含む。
【0014】特に、能動ダンパ回路は、リプル・フィル
タ・コンデンサと並列に接続されてフィルタのQを減少
し、ピーキング及び出力インピーダンスを減少する。能
動ダンパは、ダンパ電流基準を、感知されたダンピング
もしくは減衰電流と比較して補償ブロックに供給される
誤差信号を発生する加算回路を含む。補償された誤差信
号はパルス幅変調されて、L−C回路網を交互に切換え
る一対のゲート・ドライバもしくはゲート駆動回路に与
えられる。インダクタもしくは誘導子は、コンデンサへ
の電流を制限して、エネルギの伝達が低損失で行われる
のを許容する。能動ダンパの回りの電流ループは、回路
の速度及び精度を改善する。
【0015】上述の能動ダンピング回路もしくは減衰回
路を用いれば、リプル・フィルタの大きさを減少し、よ
り特定的には、通常の容量性R−Cダンパを能動ダンパ
と置き換えることにより、阻止コンデンサの必要性を除
去する。
【0016】本発明のさらなる特徴及び長所は、以下の
説明並びに図面から容易に明瞭となるであろう。
【0017】
【実施例】最初に図1を参照すると、電力発生装置(E
PGS)10は、主発電機12と、該主発電機12に主
界磁電流を与えるための励磁機14と、磁石発電機(P
MG)16とを含んでいる。集合的にブラシなし発電機
17と称される主発電機12、励磁機14及び PMG
16の各々は、共通シャフト20を介して原動機18に
より駆動される。
【0018】発電機制御ユニット(GCU)22は、P
MG16によって発生される電力を受けて、励磁機14
の直流界磁巻線24への線23上に、制御された電流を
出力する。ブラシなし電力システムにおいて慣例的であ
るように、原動機18によるシャフト20の回転は、励
磁機14の電機子巻線26内に多相電圧の発生をもたら
す。この多相電圧は、概して28で示された回転整流器
ブリッジによって整流され、該整流された電力は、主発
電機12の界磁巻線30に結合される。界磁巻線30の
電流及びシャフト20の回転は、1組の主発電機固定子
巻線32によって占められる空間に回転磁界を供給する
。固定子巻線32は、負荷36を附勢するためのシステ
ム変換機34に出力される多相交流出力電力を発生する
【0019】代表的な応用例において、原動機18は、
航空機における主エンジンであり、システム変換機34
は、高電力負荷、及び航空電子工学を附勢するための、
そして交流負荷に供給するための例えば400Hzの交
流電力を提供するための、 270ボルト直流電力を発
生する電力源の部分である。
【0020】図2を参照すると、電力発生装置(EPG
S)10がブロック図形態でより詳細に示されている。
【0021】発電機17は、システム変換機34への給
電線38上に多相出力電力を発生する。システム変換機
34は、三相交流電力を直流電力に変換するよう動作す
ることができる通常構造の全波ブリッジ整流器40の形
態の交流/直流変換機を含んでいる。直流電力は、直流
リンク、もしくは母線46上に直流電力を発生するよう
、リプル・フィルタ42及びダンパ回路44を介して供
給される。リプル・フィルタ42は、直流母線46上の
発電機のリプルを減じる。ダンパ回路44は、リプル・
フィルタ42のQを減じそしてピーキング及び出力イン
ピーダンスを減じる。
【0022】母線46上の直流電力は、例えば航空機の
複数の負荷を附勢するために用いられる、例えば270
ボルトの直流電力を含み得る。これらの負荷は、アビオ
ニクス直流負荷のような種々の定電力負荷48、もしく
はレーダ、照明負荷49、RLC負荷52または400
Hzの交流母線54に接続される交流負荷のような脈動
負荷を含み得る。
【0023】定電力負荷48は、選択レベルにおいて直
流電圧を出力するように用いられる調整回路50を介し
て直流母線46に接続され、該調整回路50は通常の任
意の形態のものであって良い。照明負荷49及びRLC
負荷52は、直流母線46に直接的に接続され得る。交
流母線54は、EMIフィルタ56及びインバータ回路
58を介して直流母線46に接続される。インバータ回
路58は、インバータ制御60から受信された駆動信号
に従って交流電力を出力するために三相ブリッジ構造で
接続された6個の電力スイッチを有する電源インバータ
を含み得る。インバータ58の電力スイッチの切り換え
は、交流母線54への電力を制御するために制御60に
よって任意の既知の態様で制御され得る。
【0024】センサ62は、直流母線46上の電力の特
性を感知する。このセンサ62は、必要に応じて出力電
圧または電流を感知し得る。センサ62は、線64を介
してGCU22に接続される。GCU22は、次に、調
整点(POR)において制御するために、上述したよう
に、励磁機直流界磁巻線24への電流を制御することに
よって電圧調整を提供する。
【0025】図3を参照すると、該図3の概略図は、代
表的な従来技術のリプル・フィルタ66及びダンパ回路
68を示す。リプル・フィルタは、直流母線46上の発
電機のリプルを減じるために低域フィルタを形成するよ
う構成されたインダクタもしくは誘導子L1及びコンデ
ンサC1から成るL−C回路網を含んでいる。ダンパ回
路68は、フィルタのQを減じるように、リプル・フィ
ルタ・コンデンサC1に並列な直列R−C回路網を含ん
でおり、ピーキング及び出力インピーダンスを減じる。 ダンパ回路68は、フィルタ66のダンピングを行うた
めに抵抗器R1を含んでおり、そしてコンデンサC2は
、抵抗器R1における消散を減じるために入力電圧の直
流部分を阻止する。阻止コンデンサC2は、代表的には
リプル・フィルタ・コンデンサC1より大きく、その理
由は、そのインピーダンスが、適切なダンピングを許容
するようL1−C1共振において充分に小さくなければ
ならないからである。良く知られているように、ダンパ
回路68は、受動回路網を含んでいる。
【0026】本発明によると、受動ダンパ回路68は、
阻止コンデンサを除去する能動ダンパ回路と置換され、
このことは、ダンパ回路の大きさの縮小を許容する。
【0027】図4を参照すると、該図4の部分的なブロ
ック図は、本発明による能動ダンパ回路44を示す。
【0028】ダンパ回路44は、リプル・フィルタ42
及び直流母線46間で接続され、そしてコンデンサCD
と、リプル・フィルタ42のQを減じるように該コンデ
ンサCDをリプル・フィルタ42と並列関係にかつ並列
関係外に交互に切り換えるためのスイッチング回路70
と、を含んでいる。
【0029】スイッチング回路70は、直流母線46を
横切って直列に接続された第1及び第2の電界効果トラ
ンジスタ(FETs)72及び74を含んでいる。第1
のFET72のソースは、接合点76において第2のF
ET74のドレーンに接続される。インダクタもしくは
誘導子LDは、接合点76と直流母線46の負側との間
でコンデンサCDと直列に接続される。インダクタもし
くは誘導子LDは、切換えられたコンデンサCDの電流
を制限する。
【0030】電流センサ78は、ダンパ電流を感知する
ために直流母線46のプラス側と第1のFET72のド
レーンとの間で接続される。電流センサ78は加算器8
0に接続され、該加算器80はまた、ブロック82から
の電流基準値をも受ける。該基準値は、所望のダンパ電
流値を表わす。
【0031】開示された実施例において、必要な減衰電
流もしくはダンピング電流は基準値となり、VIN*W
2(s)で与えられ、ここに、W2(s)は、R1及び
C2(図3)の応答に匹敵する。それ故、減衰器もしく
はダンパに直流電流の流れがない。以下の数1のように
表されるので、次に数2となり、従って数3となる。
【0032】
【数1】
【0033】
【数2】
【0034】
【数3】
【0035】加算器80の出力は、実際のダンパ電流と
所望のダンパ電流との間の差を表す誤差信号であり、そ
れは補償ブロック84に与えられる。補償ブロック84
は、線86上に補償された誤差信号を発生する比例ー積
分アルゴリズムを含み得、該補償された誤差信号は、パ
ルス幅変調器(PWM)88に与えられる。PWM変調
器88の出力は、FET72及び74を駆動するために
それらFETの各々のゲートに接続されるゲート駆動回
路90に与えられる。
【0036】ゲート駆動回路90は、FET72及び7
4を交互にゲーティングするよう動作可能である。特に
、第1のFET72が導通しているとき、第2のFET
74は非導通であり、逆もまた同じである。スイッチン
グ周波数はPWM変調器88により決定され、各FET
72及び74に対する衝撃係数が該PWM変調器88か
らのパルス幅に従って選択される。より特定的には、パ
ルスは、線86上の補償された誤差信号に従って決定さ
れる。例えば、センサ78によって感知されたダンパ電
流が減少したならば、次に、誤差信号は増加し、対応の
補償された誤差信号の増加をもたらす。補償された誤差
信号の値における増加は、第2のFET74のオン時間
に対して第1のFET72のオン時間を増加し、それ故
、コンデンサC2は、各サイクル中、一層長い相対時間
周期の間、直流母線46と並列関係に切換えられる。
【0037】本発明によると、コンデンサCDの大きさ
は、要求されたダンピング電流もしくは減衰電流と、C
D上の許容され得る電圧揺れと、ダンパが作用するよう
要求される周波数と、によって決定される。回路の信頼
性及び正確さを改善するために、能動ダンパの回りに電
流ループがさらに適用可能である。
【0038】本発明の開示された実施例は、包含される
広い発明の概念を示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電力発生装置を示す図である。
【図2】本発明による電力発生装置を一層詳細に示すブ
ロック図である。
【図3】従来のリプル・フィルタ回路及びダンパ回路を
示す概略図である。
【図4】本発明によるダンパ回路を示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
10    電力発生装置 12    主発電機 14    励磁機 16    磁石発電機 17    ブラシなし発電機 18    原動機 20    共通シャフト 22    発電機制御ユニット 24    直流界磁巻線 26    電機子巻線 28    回転整流器 30    界磁巻線 32    固定子巻線 34    システム変換機 36    負荷 40    全波ブリッジ整流器 42    リプル・フィルタ 44    ダンパ回路 46    直流母線 48    定電力負荷 50    調整回路 54    交流負荷 58    インバータ回路 60    インバータ制御 62    センサ 70    スイッチング回路 72    第1のトランジスタ 74    第2のトランジスタ LD    インダクタもしくは誘導子CD    コ
ンデンサ 78    電流センサ 80    加算器 84    補償ブロック 88    PWM変調器 90    ゲート駆動回路

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  直流母線上に電力を発生させるための
    電力発生装置であって、交流出力電力を発生するための
    発生手段と、交流電力を直流電力に変換するために前記
    発生手段に接続される整流器と、該整流器を前記直流母
    線に接続するリプル・フィルタと、前記直流母線を横切
    って接続されるダンパ回路であって、コンデンサ、前記
    リプル・フィルタとの並列関係に及び並列関係外に前記
    コンデンサを交互に切換える電気的に制御されるスイッ
    チ、及び該スイッチの動作を制御する制御回路を含んだ
    前記ダンパ回路と、を備えた電力発生装置。
  2. 【請求項2】  前記ダンパ回路は、さらに、前記コン
    デンサと直列に接続されるインダクタを含んだ請求項1
    の電力発生装置。
  3. 【請求項3】  前記スイッチは、交互に切換えられる
    一対のトランジスタを含んだ請求項1の電力発生装置。
  4. 【請求項4】  前記スイッチは、前記コンデンサを前
    記リプル・フィルタと並列関係に結合する第1のトラン
    ジスタ、及び前記コンデンサを横切って前記第1のトラ
    ンジスタと直列に接続される第2のトランジスタを含ん
    だ請求項1の電力発生装置。
  5. 【請求項5】  前記制御回路は、前記第1及び第2の
    トランジスタを交互に導通させる駆動回路を含んだ請求
    項4の電力発生装置。
  6. 【請求項6】  前記スイッチは、ダンパ回路電流を感
    知するための手段、及び該感知された電流に応答して前
    記駆動回路を制御するための手段、を含んだ請求項5の
    電力発生装置。
JP3227086A 1990-09-10 1991-09-06 電力発生装置 Pending JPH04229021A (ja)

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US07/580,076 US5132894A (en) 1990-09-10 1990-09-10 Electric power generating system with active damping

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ID=24319582

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