專利名稱：具有永磁體發(fā)電機(jī)保護(hù)的高壓直流發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永磁體發(fā)電機(jī)，具體涉及提供避免短路情況的保護(hù)的永磁體發(fā)電機(jī)。永磁體發(fā)電機(jī)(PMGs)是依靠永磁體產(chǎn)生運(yùn)行發(fā)電機(jī)所必須的磁場(chǎng)的特殊類型的發(fā)電機(jī)。這與其它類型發(fā)電機(jī)相反，其通常利用激勵(lì)電流產(chǎn)生所需磁場(chǎng)。雖然在很多應(yīng)用中永磁體發(fā)電機(jī)優(yōu)于更傳統(tǒng)的電機(jī)和發(fā)電機(jī)，但是更傳統(tǒng)的系統(tǒng)的一個(gè)好處在于在出現(xiàn)故障情況時(shí)快速消除激勵(lì)以及由此磁場(chǎng)的存在的能力。由于在永磁體發(fā)電機(jī)中的磁場(chǎng)由永磁體產(chǎn)生，所以沒有在出現(xiàn)故障時(shí)快速關(guān)閉機(jī)器的機(jī)制。例如，響應(yīng)于永磁體發(fā)電機(jī)(PMG)中的短路情況，發(fā)電機(jī)將繼續(xù)提供電壓直到發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分靜止下來(lái)。在此期間，短路故障可能會(huì)對(duì)永磁體發(fā)電機(jī)弓I起重大損害。

發(fā)明內(nèi)容
一種發(fā)電系統(tǒng)，包括具有至少一個(gè)永磁體以及用于響應(yīng)于由所述至少一個(gè)永磁體提供的磁場(chǎng)產(chǎn)生和交變電流(AC)電壓的第一線圈、第二線圈和第三線圈的永磁體發(fā)電機(jī)(PMG)。所述第一線圈、第二線圈和第三線圈每個(gè)具有第一端和第二端。初級(jí)輸出連接到所述第一、第二和第三線圈的所述第二端以接收在正常運(yùn)行模式期間在那些線圈中產(chǎn)生的交流電壓。次級(jí)輸出連接到所述第一、第二和第三線圈的所述第一端以接收在備用運(yùn)行模式期間在那些線圈中產(chǎn)生的交流電壓。所述系統(tǒng)還包括第一對(duì)接觸器和第二對(duì)接觸器。所述第一對(duì)接觸器包括連接在所述第一線圈的所述第一端和所述第二線圈的所述第一端之間的第一接觸器以及連接在所述第二線圈的所述第一端和所述第三線圈的所述第一端之間的第二接觸器。所述第二對(duì)接觸器包括連接在所述第一線圈的所述第二端和所述第二線圈的所述第二端之間的第三接觸器以及連接在所述第二線圈的所述第二端和所述第三線圈的所述第二端之間的第四接觸器。在正常運(yùn)行模式期間，所述第一對(duì)接觸器閉合以連接所述第一、第二和第三線圈的所述第一端到第一中性點(diǎn)，而第二對(duì)接觸器打開以將所述第一、第二和第三線圈中產(chǎn)生的所述交流電壓提供至所述初級(jí)輸出。在備用運(yùn)行模式期間，所述第二對(duì)接觸器閉合以將所述第一、第二和第三線圈的所述第二端連接到第二中性點(diǎn)，而所述第一對(duì)接觸器打開以將所述第一、第二和第三線圈中產(chǎn)生的所述交流電壓提供至所述次級(jí)輸出。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的永磁體發(fā)電機(jī)(PMG)系統(tǒng)的框圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的提供了額外細(xì)節(jié)的永磁體發(fā)電機(jī)(PMG)系統(tǒng)的框圖/電路圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種具備故障保護(hù)的永磁體發(fā)電機(jī)(PMG)系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，所述永磁體發(fā)電機(jī)系統(tǒng)被配置運(yùn)行于兩種運(yùn)行模式之一。在第一運(yùn)行模式中(即，正常模式)，所述永磁體發(fā)電機(jī)的線圈具有一起短接到第一中性點(diǎn)的第一端和連接以提供交流電能到初級(jí)轉(zhuǎn)換器的第二端。響應(yīng)于在初級(jí)轉(zhuǎn)換器側(cè)檢測(cè)到的故障，線圈的第二端被一起短接到第二中性點(diǎn)。而且，線圈的第一端從第二中性點(diǎn)斷開以使得線圈中產(chǎn)生的電壓被提供到級(jí)次轉(zhuǎn)換器。永磁體發(fā)電機(jī)由此可甚至在檢測(cè)的故障后繼續(xù)供電。圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的永磁體發(fā)電機(jī)(PMG)和保護(hù)系統(tǒng)10的框圖。永磁體發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10包括具有線圈LI，L2和L3的永磁體發(fā)電機(jī)12、初級(jí)轉(zhuǎn)換器14、次級(jí)轉(zhuǎn)換器16、控制器20和接觸器Rla，Rlb，R2a，R2b，R3a，R3b，R4a和R4b (—起被稱為“所述接觸器”)。線圈LI，L2和L3每個(gè)具有標(biāo)示為a，b和c的相位的第一端以及標(biāo)示為a'，b'和c'的相位的第二端。永磁體發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10運(yùn)行于兩種運(yùn)行模式之一，正常模式，其中永磁體發(fā)電機(jī)12產(chǎn)生的電壓提供到初級(jí)轉(zhuǎn)換器14，以及次級(jí)模式，其中永磁體發(fā)電機(jī)12產(chǎn)生的電能被提供到次級(jí)轉(zhuǎn)換器16。運(yùn)行模式由控制器20選擇性地控制，其提供控制信號(hào)26以選擇性打開和閉合所述接觸器。這樣，通過經(jīng)由從次級(jí)轉(zhuǎn)換器16向負(fù)載18供電使得初級(jí)轉(zhuǎn)換器14中的故障能得到緩和。而且，通過將否則可能被提供給初級(jí)轉(zhuǎn)換器14的電壓引導(dǎo)給次級(jí)轉(zhuǎn)換器16以供給負(fù)載18，本發(fā)明從而減輕了永磁體發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10中否則可能由于短路導(dǎo)致的損害。在圖1提供的實(shí)施例中，永磁體發(fā)電機(jī)12的線圈中產(chǎn)生的三相交流(AC)電壓被轉(zhuǎn)換為用于供給給負(fù)載18的直流(DC)電壓。在另一個(gè)實(shí)施例中，可能不必將產(chǎn)生的交流電壓轉(zhuǎn)換為用于供給負(fù)載18的直流電壓，或者可能需要包括額外的轉(zhuǎn)換器以將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樾枰男问交蚍??？刂破?0通過控制各個(gè)接觸器Rla，Rlb，R2a，R2b，R3a，R3b，R4a和R4b的狀態(tài)來(lái)指示運(yùn)行模式。如下的表格示出了每一個(gè)接觸器的狀態(tài)(打開或閉合)以實(shí)施需要的運(yùn)行模式。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電系統(tǒng)，包括: 永磁體發(fā)電機(jī)(PMG)，具有至少一個(gè)永磁體以及響應(yīng)于由所述至少一個(gè)永磁體提供的磁場(chǎng)產(chǎn)生并且交變電流(AC)電壓的第一線圈、第二線圈和第三線圈，所述第一線圈、第二線圈和第三線圈每個(gè)具有第一端和第二端； 初級(jí)輸出，其被連接到所述第一、第二和第三線圈的第二端以在正常運(yùn)行模式期間接收所述PMG的所述第一、第二和第三線圈中產(chǎn)生的AC電壓； 次級(jí)輸出，其被連接到所述第一、第二和第三線圈的第一端以在備用運(yùn)行模式期間接收所述PMG的所述第一、第二和第三線圈中產(chǎn)生的AC電壓； 第一對(duì)接觸器，包括連接在所述第一線圈的第一端和所述第二線圈的第一端之間的第一接觸器，以及連接在所述第二線圈的第一端和所述第三線圈的第一端之間的第二接觸器； 第二對(duì)接觸器，包括連接在所述第一線圈的第二端和所述第二線圈的第二端之間的第三接觸器，以及連接在所述第二線圈的第二端和所述第三線圈的第二端之間的第四接觸器； 控制器，用于選擇性地在正常運(yùn)行模式或備用運(yùn)行模式下運(yùn)行所述PMG系統(tǒng)，其中，在正常運(yùn)行模式期間，所述控制器閉合所述第一對(duì)接觸器以將所述第一、第二和第三線圈的第一端連接到第一中性點(diǎn)，并且打開所述第二對(duì)接觸器以將所述第一、第二和第三線圈中產(chǎn)生的所述AC電壓提供給所述初級(jí)輸出；以及 其中，在備用運(yùn)行模式期間，所述控制器閉合所述第二對(duì)接觸器以將所述第一、第二和第三線圈的第二端連接到第二中性點(diǎn)，并且打開第一對(duì)接觸器以將所述第一、第二和第三線圈中產(chǎn)生的所述AC 電壓提供給所述次級(jí)輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 可連接到初級(jí)輸出的初級(jí)轉(zhuǎn)換器，用于將所述第一線圈、所述第二線圈和所述第三線圈中產(chǎn)生的所述AC電壓轉(zhuǎn)換為直流(DC)電壓； 可連接到次級(jí)輸出的次級(jí)轉(zhuǎn)換器，用于將所述第一線圈、所述第二線圈和所述第三線圈中產(chǎn)生的所述AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓； 第三對(duì)接觸器，可連接在所述初級(jí)轉(zhuǎn)換器的DC輸出和負(fù)載之間，其中，所述控制器在正常運(yùn)行期間閉合所述第三對(duì)接觸器以將初級(jí)轉(zhuǎn)換器提供的所述DC輸出供應(yīng)到所述負(fù)載，而在備用運(yùn)行期間打開所述第三對(duì)接觸器以將所述初級(jí)轉(zhuǎn)換器從所述負(fù)載斷開；以及第四對(duì)接觸器，可連接在所述次級(jí)轉(zhuǎn)換器的DC輸出和所述負(fù)載之間，其中，所述控制器在正常運(yùn)行期間打開所述第四對(duì)接觸器以將所述次級(jí)轉(zhuǎn)換器從所述負(fù)載斷開，而在備用運(yùn)行期間閉合所述第四對(duì)接觸器以將初級(jí)轉(zhuǎn)換器提供的所述DC輸出供應(yīng)到所述負(fù)載。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述初級(jí)轉(zhuǎn)換器為有源整流器，其用于將由所述第一線圈、所述第二線圈和所述第三線圈產(chǎn)生的所述AC電壓轉(zhuǎn)換為所述DC電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述有源整流器包括: 第一對(duì)固態(tài)開關(guān)，可連接以接收由所述第一線圈產(chǎn)生的AC電壓； 第二對(duì)固態(tài)開關(guān)，可連接以接收由所述第二線圈產(chǎn)生的AC電壓； 第三對(duì)固態(tài)開關(guān)，可連接以接收由所述第三線圈產(chǎn)生的AC電壓，其中，在所述正常運(yùn)行模式期間，所述第一、第二和第三對(duì)固態(tài)開關(guān)被選擇性地閉合和打開以將所述第一、第二和第三線圈中產(chǎn)生的AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓。
5.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述次級(jí)轉(zhuǎn)換器為升壓轉(zhuǎn)換器，其用于將由所述第一線圈、所述第二線圈和所述第三線圈產(chǎn)生的所述AC電壓轉(zhuǎn)換為所述DC電壓。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器包括: 第一對(duì)二極管，可連接以整流由所述第一線圈產(chǎn)生的AC電壓； 第二對(duì)二極管，可連接以整流由所述第二線圈產(chǎn)生的AC電壓； 第三對(duì)二極管，可連接以整流由所述第三線圈產(chǎn)生的AC電壓； 連接到所述第一、第二和第三對(duì)二極管的輸出的固態(tài)開關(guān)，其在所述備用運(yùn)行模式期間被選擇性地閉合和打開以調(diào)節(jié)提供到所述負(fù)載的DC電壓。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器監(jiān)控通過所述第一、第二和第三線圈中至少一個(gè)的電流來(lái)檢測(cè)要求從所述正常運(yùn)行模式到所述備用運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換的故障條件。
8.如權(quán)利要求2所述的系 統(tǒng)，其中所述控制器監(jiān)控由所述初級(jí)轉(zhuǎn)換器提供的DC輸出電壓來(lái)檢測(cè)要求從所述正常運(yùn)行模式到所述備用運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換的故障條件。
9.運(yùn)行永磁體發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的方法,所述永磁體發(fā)電機(jī)系統(tǒng)包括永磁體發(fā)電機(jī),該永磁體發(fā)電機(jī)具有第一、第二和第三線圈，每個(gè)線圈具有第一和第二端，所述方法包括: 在正常運(yùn)行模式運(yùn)行，其中第一對(duì)接觸器被閉合以將所述第一、第二和第三線圈的第一端連接到第一中性點(diǎn)，其中所述第一、第二和第三線圈上產(chǎn)生的交流(AC)電壓通過所述第一、第二和第三線圈的第二端被提供到初級(jí)輸出；以及 響應(yīng)于檢測(cè)到的故障條件在備用運(yùn)行模式運(yùn)行，其中第二對(duì)接觸器被閉合以將所述第一、第二和第三線圈的第二端連接到第二中性點(diǎn)，并且第一對(duì)接觸器被打開，其中所述第一、第二和第三線圈上產(chǎn)生的電壓通過所述第一、第二和第三線圈的第一端被提供到次級(jí)輸出。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述永磁體發(fā)電機(jī)系統(tǒng)包括連接到所述第一、第二和第三線圈的第二端的初級(jí)轉(zhuǎn)換器以及連接到所述第一、第二和第三線圈的第一端的次級(jí)轉(zhuǎn)換器，其中在正常運(yùn)行模式運(yùn)行進(jìn)一步包括: 以連接到所述第一、第二和第三線圈的第二端的初級(jí)轉(zhuǎn)換器將在所述第一、第二和第三線圈中產(chǎn)生的AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓； 保持連接在所述次級(jí)轉(zhuǎn)換器和負(fù)載之間的第三對(duì)接觸器為打開狀態(tài)；以及保持連接在所述初級(jí)轉(zhuǎn)換器和負(fù)載之間的第四對(duì)接觸器為閉合狀態(tài)以將由初級(jí)轉(zhuǎn)換器提供的所述DC電壓供應(yīng)給所述負(fù)載。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中在備用運(yùn)行模式運(yùn)行進(jìn)一步包括: 以連接到所述第一、第二和第三線圈的第一端的次級(jí)轉(zhuǎn)換器將在所述第一、第二和第三線圈中產(chǎn)生的AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓； 保持連接在所述次級(jí)轉(zhuǎn)換器和負(fù)載之間的第三對(duì)接觸器為閉合狀態(tài)以將由次級(jí)轉(zhuǎn)換器提供的所述DC電壓供應(yīng)給所述負(fù)載；以及 保持連接在所述初級(jí)轉(zhuǎn)換器和所述負(fù)載之間的第四對(duì)接觸器為打開狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括: 監(jiān)控通過所述第一、第二和第三線圈中至少一個(gè)的電流來(lái)檢測(cè)要求從所述正常運(yùn)行模式到所述備用運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換的故障條件。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括: 監(jiān)控由所述初級(jí)轉(zhuǎn)換器提供的DC電壓來(lái)檢測(cè)要求從所述正常運(yùn)行模式到所述備用運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換的故障條件。
14.一種高壓直流(DC)發(fā)電系統(tǒng)，包括: 永磁體發(fā)電機(jī)(PMG),其具有至少一個(gè)永磁體以及響應(yīng)于由所述至少一個(gè)永磁體提供的磁場(chǎng)產(chǎn)生并交變電流(AC)電壓的第一線圈、第二線圈和第三線圈，所述第一線圈、第二線圈和第三線圈每個(gè)具有第一端和第二端； 初級(jí)轉(zhuǎn)換器，連接到所述第一、第二和第三線圈的第二端，其在正常運(yùn)行模式期間將所述第一、第二和第三線圈中產(chǎn)生的所述AC電壓轉(zhuǎn)換為直流(DC)電壓； 次級(jí)轉(zhuǎn)換器，可連接到所述第一、第二和第三線圈的第一端，其在備用運(yùn)行模式期間將所述第一、第二和第三線圈中產(chǎn)生的所述AC電壓轉(zhuǎn)換為DC輸出電壓； 第一對(duì)接觸器，包括連接在所述第一線圈的第一端和所述第二線圈的第一端之間的第一接觸器，以及連接在所述第二線圈的第一端和所述第三線圈的第一端之間的第二接觸器； 第二對(duì)接觸器，包括連接在所述第一線圈的第二端和所述第二線圈的第二端之間的第三接觸器，以及連接在所述第二線圈的第二端和所述第三線圈的第二端之間的第四接觸器； 第三對(duì)接觸器，包括連接在所述次級(jí)轉(zhuǎn)換器的所述DC輸出電壓和負(fù)載之間的第五和第六接觸器； 第四對(duì)接觸器，包括連接在所述初級(jí)轉(zhuǎn)換器的DC輸出和負(fù)載之間的第七和第八接觸器； 控制器，用于選擇性地在正常運(yùn)行模式或備用運(yùn)行模式下運(yùn)行所述系統(tǒng)，其中，在所述正常運(yùn)行模式期間，所述控制器閉合所述第一對(duì)和第四對(duì)接觸器并且打開所述第二對(duì)和第三對(duì)接觸器以使得在所述第一、第二和第三線圈上產(chǎn)生的AC電壓被提供給所述初級(jí)轉(zhuǎn)換器，而所述初級(jí)轉(zhuǎn)換器的所述DC輸出電壓被提供給所述負(fù)載；以及 其中在備用運(yùn)行模式期間，所述控制器打開所述第一和第四對(duì)接觸器并閉合所述第二和第三對(duì)接觸器以使得在所述第一、第二和第三線圈上產(chǎn)生的AC電壓被提供給所述次級(jí)轉(zhuǎn)換器，且所述次級(jí)轉(zhuǎn)換器的所述DC輸出電壓被提供給所述負(fù)載。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述初級(jí)轉(zhuǎn)換器為有源整流器。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述次級(jí)轉(zhuǎn)換器為升壓轉(zhuǎn)換器。
17.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)響應(yīng)于所述初級(jí)轉(zhuǎn)換器中檢測(cè)到的故障從所述正常運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換到所述備用運(yùn)行模式。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中在從所述正常運(yùn)行模式到所述備用運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換期間，所述控制器在打開所述第一對(duì)接觸器前閉合所述第二對(duì)接觸器。
19.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述控制器監(jiān)控通過所述第一、第二和第三線圈中至少一個(gè)的電流來(lái)檢測(cè)要求從所述正常運(yùn)行模式到所述備用運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換的故障條件。
20.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述控制器監(jiān)控DC輸出電壓來(lái)檢測(cè)要求從所述正常運(yùn)行模式到所述備用運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換的故障條件。
全文摘要
一種提供對(duì)故障條件保護(hù)的永磁體發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括具有第一、第二和第三線圈的永磁體發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)線圈具有第一端和第二端。在正常運(yùn)行模式期間，所述線圈的第一端被短接到第一中性點(diǎn)，而在所述第一、第二和第三線圈中產(chǎn)生的交流(AC)電壓被提供給與所述線圈第二端相關(guān)的初級(jí)輸出。響應(yīng)于所述系統(tǒng)的初級(jí)輸出側(cè)的故障條件，所述線圈的第二端被一起短接到第二中性點(diǎn)，而所述線圈的第一端從第一中性點(diǎn)斷開。在備用模式期間，在所述線圈中產(chǎn)生的AC電壓被提供給與所述線圈的第一端相關(guān)的次級(jí)輸出。
文檔編號(hào)H02M7/219GK103187892SQ20111046234
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者G·I·羅斯曼, S·J·莫斯 申請(qǐng)人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司