燃氣輪機用充電控制及保護裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種燃氣輪機用充電控制及保護裝置，包括：差動保護器及勵磁調節(jié)器；差動保護器設有用于連接燃氣輪機的發(fā)電機的輸電端子的第一輸入端口、用于連接蓄電單元的第一輸出端口及設于第一輸入端口與第一輸出端口之間的判斷控制單元；判斷控制單元，用于根據發(fā)電機的輸出電壓與蓄電單元的剩余電壓的比較結果控制第一輸入端口與第一輸出端口之間的通斷；勵磁調節(jié)器用于連接發(fā)電機的輸電端子與發(fā)電機的勵磁線圈以控制發(fā)電機的輸出電壓供電給發(fā)電機的勵磁線圈。本發(fā)明采用燃氣輪機自帶的發(fā)電機對蓄電單元進行充電，以及時補充蓄電單元消耗的電量，且及時切斷充電電路，避免蓄電單元對發(fā)電機反充電，既保護了發(fā)電機，又防止了蓄電單元過充電。
【專利說明】燃氣輪機用充電控制及保護裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及燃氣輪機控制領域，特別地，涉及一種燃氣輪機用充電控制及保護裝置。
【背景技術】
[0002]地面燃氣輪機可作為裝甲車輛及小型艦船動力，其作為核心機構成的分布式能源系統(tǒng)在電力、石油、化工、冶金、船舶、鐵路機車動力等領域有著廣闊的應用前景。某型燃氣輪機在使用過程中需要用蓄電池作為電源，以滿足無外接電源的情況下快速起動與加載。但現(xiàn)有的蓄電池容量有限，特別是燃氣輪機在起動過程中需大電流放電，故蓄電池需及時補充充電。現(xiàn)有技術中，燃氣輪機用蓄電池均采用浮充的方式，若沒有充電控制及保護措施，一方面，在蓄電池電壓過低時若不及時進行補充充電，則燃氣輪機下次起動時易因電力不足導致起動失?。涣硪环矫?，在蓄電池充滿電后不及時切斷充電電路，容易使蓄電池過充電，蓄電池由于過充電或者過放電所引起的發(fā)熱，可能導致其電解液氣化以至于損壞，從而影響其使用壽命和使用性能。因此，亟需提供一種對燃氣輪機用的蓄電池進行精確充電控制及保護的裝置。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種燃氣輪機用充電控制及保護裝置，以解決現(xiàn)有的燃氣輪機中蓄電池存在未及時充電導致起動失敗及過充電導致使用壽命受損的技術問題。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下:
[0005]一種燃氣輪機用充電控制及保護裝置，包括:差動保護器及勵磁調節(jié)器；
[0006]差動保護器設有用于連接燃氣輪機的發(fā)電機的輸電端子的第一輸入端口、用于連接蓄電單元的第一輸出端口及設于第一輸入端口與第一輸出端口之間的判斷控制單元；判斷控制單元，用于根據發(fā)電機的輸出電壓與蓄電單元的剩余電壓的比較結果控制第一輸入端口與第一輸出端口之間的通斷；
[0007]勵磁調節(jié)器用于連接發(fā)電機的輸電端子與發(fā)電機的勵磁線圈以控制發(fā)電機的輸出電壓供電給發(fā)電機的勵磁線圈。
[0008]進一步地，勵磁調節(jié)器包括用于連接發(fā)電機的輸電端子與發(fā)電機的勵磁線圈的第一供電支路及第二供電支路，第一供電支路與第二供電支路并聯(lián)設置；
[0009]第一供電支路上設有常閉的第一開關單元；
[0010]第二供電支路上設有常開的第二開關單元，第二開關單元的控制端連接電壓比較電路，電壓比較電路根據發(fā)電機的輸出電壓控制第二開關單元的動作。
[0011]進一步地，第二開關單元為三極管，三極管的基極連接電壓比較電路，電壓比較電路的基準電源端及比較電壓輸入端連接發(fā)電機的輸電端子，發(fā)電機的輸出電壓小于第一預設閾值時，電壓比較電路的輸出端子呈高阻態(tài)；發(fā)電機的輸出電壓大于等于第一預設閾值且小于第二預設閾值時，電壓比較電路的輸出端子呈低阻態(tài)；發(fā)電機的輸出電壓大于等于第二預設閾值時，電壓比較電路的輸出端子呈高阻態(tài)。
[0012]進一步地，勵磁調節(jié)器包括放電電路，放電電路為與發(fā)電機的輸電端子相連的二極管，用于在發(fā)電機準備向外發(fā)電時，將發(fā)電機的輸出電壓和勵磁電壓置零。
[0013]進一步地，判斷控制單元包括主繼電器，主繼電器用于控制第一輸入端口與第一輸出端口之間的通斷，主繼電器的控制端與一磁保持繼電器的常開觸點連接，磁保持繼電器的線圈兩端分別連接第一輸入端口、第一輸出端口，磁保持繼電器根據發(fā)電機的輸出電壓與蓄電單元的剩余電壓的比較結果控制主繼電器的動作。
[0014]進一步地，差動保護器還設有控制端口，在磁保持繼電器的線圈與第一輸入端口連接線路上和/或磁保持繼電器的線圈與第一輸出端口的連接線路上設有輔助繼電器，輔助繼電器的控制端受控制端口輸入的信號控制。
[0015]進一步地，發(fā)電機的輸電端子與蓄電單元相連的線路上設有分流器，分流器采集的電流信號連接有電流表，分流器采集的電壓信號連接有電壓表。
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]本發(fā)明燃氣輪機用充電控制及保護裝置，采用燃氣輪機自帶的發(fā)電機對蓄電單元進行充電，以及時補充蓄電單元消耗的電量，且通過勵磁調節(jié)器將發(fā)電機的輸出電壓供給發(fā)電機的勵磁線圈，通過差動保護器比較發(fā)電機的輸出電壓與蓄電單元的剩余電壓來控制對蓄電單元的充電，且及時切斷充電電路，避免蓄電單元對發(fā)電機反充電，既保護了發(fā)電機，又防止了蓄電單元過充電，便于對蓄電單元精確充電控制，提高蓄電單元的使用性能及燃氣輪機的起動成功率。
[0018]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0020]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例燃氣輪機用充電控制及保護裝置的原理示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例燃氣輪機用充電控制及保護裝置的電路結構示意圖；以及
[0022]圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例中差動保護器的電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]以下結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0024]參照圖1，本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了一種燃氣輪機用充電控制及保護裝置，包括:差動保護器及勵磁調節(jié)器。其中，差動保護器設有用于連接燃氣輪機的發(fā)電機的輸電端子的第一輸入端口、用于連接蓄電單兀的第一輸出端口及設于第一輸入端口與第一輸出端口之間的判斷控制單元；判斷控制單元，用于根據發(fā)電機的輸出電壓與蓄電單元的剩余電壓的比較結果控制第一輸入端口與第一輸出端口之間的通斷；勵磁調節(jié)器用于連接發(fā)電機的輸電端子與發(fā)電機的勵磁線圈以控制發(fā)電機的輸出電壓供電給發(fā)電機的勵磁線圈。本發(fā)明實施例，當燃氣輪機起動成功后，充電控制及保護裝置即進入工作狀態(tài)，發(fā)電機由電動狀態(tài)轉入發(fā)電狀態(tài)，勵磁調節(jié)器將發(fā)電機的輸出電壓輸入給勵磁線圈以產生勵磁電流，以使得發(fā)電機的輸出電壓逐漸增大，當發(fā)電機的輸出電壓大于蓄電單元的剩余電壓時，差動保護器中的判斷控制單元導通，使得發(fā)電機的輸電端子與蓄電單元連接，形成給蓄電單元充電的充電電路，且蓄電單元的電壓高于發(fā)電機的輸電電壓，使得蓄電單元反向給發(fā)電機充電時，判斷控制單元及時切斷充電電路，以保護發(fā)電機并避免蓄電單元過充電。本發(fā)明實施例采用燃氣輪機自帶的發(fā)電機對蓄電單元進行充電，以及時補充蓄電單元消耗的電量，且通過勵磁調節(jié)器將發(fā)電機的輸出電壓供給發(fā)電機的勵磁線圈，通過差動保護器比較發(fā)電機的輸出電壓與蓄電單元的剩余電壓來控制對蓄電單元的充電，且及時切斷充電電路，避免蓄電池對發(fā)電機反充電，既保護了發(fā)電機，又防止了蓄電單元過充電，便于對蓄電單元精確充電控制，提高蓄電單元的使用性能及燃氣輪機的起動成功率。[0025]圖2示出了本發(fā)明優(yōu)選實施例燃氣輪機用充電控制及保護裝置的電路結構示意圖。優(yōu)選地，勵磁調節(jié)器包括用于連接發(fā)電機的輸電端子與發(fā)電機的勵磁線圈的第一供電支路及第二供電支路，第一供電支路與第二供電支路并聯(lián)設置；第一供電支路上設有常閉的第一開關單元；第二供電支路上設有常開的第二開關單元，第二開關單元的控制端連接電壓比較電路，電壓比較電路根據發(fā)電機的輸出電壓控制第二開關單元的動作。參照圖2，本實施例中，第一供電支路包括繼電器K2，由+P — K2/5-4 — KP9/3-4形成；第二供電支路包括并聯(lián)的三極管V9~VII，三極管V9~VII的基極均連接電壓比較電路。其中，電壓比較電路的基準電源端1/2連接發(fā)電機的輸電端子，為電壓比較電路提供基準電壓，電壓比較電路的比較電壓輸入端連接發(fā)電機的輸電端子，以將發(fā)電機的輸出電壓與電壓比較電路內置的電壓閾值進行比較。電壓比較電路內置有第一預設閾值及第二預設閾值，第二預設閾值大于第一預設閾值。當發(fā)電機的輸出電壓小于第一預設閾值時，電壓比較電路的輸出端子呈高阻態(tài)；發(fā)電機的輸出電壓大于等于第一預設閾值且小于第二預設閾值時，電壓比較電路的輸出端子呈低阻態(tài)；發(fā)電機的輸出電壓大于等于第二預設閾值時，電壓比較電路的輸出端子呈高阻態(tài)。
[0026]優(yōu)選地，勵磁調節(jié)器包括放電電路，放電電路為與發(fā)電機的輸電端子相連的二極管，用于在發(fā)電機準備向外發(fā)電時，將發(fā)電機的輸出電壓和勵磁電壓置零。參照圖2，本實施例中，放電電路包括兩組，一組為并聯(lián)的二極管VI~V7，另一組為二極管V12。
[0027]參照圖3,優(yōu)選地，本實施例中的差動保護器設有第一輸入端口、第一輸出端口、電源正接入端、接地端，差動保護器的接口定義如下:
[0028]CETb:第一輸出端口
[0029]gammaΗ1:第一輸入端口
[0030]B:控制端口
[0031]+:電源正接入端
[0032]-:接地端
[0033]A、B、J1、C:自定義端口
[0034]本實施例中，判斷控制單元包括主繼電器P，主繼電器P用于控制第一輸入端口gammaΕ?與第一輸出端口 CETb之間的通斷，主繼電器P的控制端與一磁保持繼電器J的常開觸點連接，磁保持繼電器J的線圈兩端分別連接第一輸入端口 gamma EH、第一輸出端口 CETb，磁保持繼電器J根據發(fā)電機的輸出電壓與蓄電單元的剩余電壓的比較結果控制主繼電器P的動作。
[0035]優(yōu)選地，在磁保持繼電器J的線圈與第一輸入端口 連接線路上和/或磁保持繼電器J的線圈與第一輸出端口 CETb的連接線路上設有輔助繼電器，輔助繼電器的控制端受控制端口 B輸入的信號控制。本實施例中,磁保持繼電器J的線圈與第一輸入端口 ΕΗ的連接線路上設有繼電器P3，磁保持繼電器J的線圈與第一輸出端口 CETb的連接線路上設有繼電器P1。這樣，使得，主繼電器P在準備工作之前，先得經控制端口 B控制輔助繼電器接通磁保持繼電器J的線圈與第一輸入端口 Η1的連接或者磁保持繼電器J的線圈與第一輸出端口 CETb的連接。
[0036]本實施例中，充電控制及保護裝置的工作過程主要包括五個階段，參照圖2，其工作過程具體如下:
[0037]I)燃氣輪機起動成功后，燃氣輪機起動電路切斷了發(fā)電機(發(fā)電機在起動階段作為電動機工作)的電樞電流和勵磁電流通路，此時，發(fā)電機處于高速旋轉狀態(tài)，而其電樞線圈和勵磁線圈上產生很高的反電勢，分別通過Vl~V7并聯(lián)、V12兩組二極管放電，使得發(fā)電機輸出電壓VF和勵磁電壓VL均將為0V，+P處電壓為0V，故繼電器K2處于釋放狀態(tài)，此時起動控制器KP9處于釋放狀態(tài)，形成通路+P — K2/5-4 — KP9/3-4直接施加于勵磁線圈，為發(fā)電機向外發(fā)電做好準備。
[0038]2) TO~Tl階段，發(fā)電機開始發(fā)電，其輸出電壓VF逐漸增大，且VF <第一預設閾值。
[0039]此階段，K2、KP9處于釋放狀態(tài)，VF通過+P — Κ2/5-4 — ΚΡ9/3-4直接施加于勵磁線圈，從而形成IL且持續(xù)上升。因電壓比較電路輸入腳8的電壓<第一預設閾值，其輸出腳3腳為高阻狀態(tài)，使三只并聯(lián)三極管V9~Vll處于截止狀態(tài)。
[0040]3) Tl~Τ2階段，發(fā)電機的輸出電壓VF繼續(xù)增大，VF < VCE (VCE為蓄電池的剩余電壓)。
[0041]當VF =第一預設閾值時，電壓比較電路輸入腳8的電壓=第一預設閾值，本實施例中，取第一預設閾值為IIV，其3腳轉變?yōu)榈妥锠顟B(tài)，從而使三只并聯(lián)三極管V9~Vll處于飽和導通狀態(tài)，而VF還不能使Κ2動作，此時IL可通過K2、V9~V112條通路形成，K4處于釋放狀態(tài)(由起動箱V+控制)，+P — K4/2-1 — KM1/B通路使差動保護器KMl的輔助繼電器吸合，為KMl的主繼電器P吸合作好準備，但由于VF < VCE，故不能進行充電。
[0042]4) T2~T3階段，發(fā)電機的輸出電壓VF持續(xù)增大，VCE ( VF <第二預設閾值。
[0043]此時，KMl的主繼電器P吸合，發(fā)電機開始為蓄電池充電，電壓比較電路3腳仍為低阻狀態(tài)，IL仍由三極管通路形成(K2已處于吸和狀態(tài))。
[0044]5)T3~Τ4階段，此時發(fā)電機的輸出電壓VF =第二預設閾值。
[0045]當VF =第二預設閾值時，本實施例中，取第二預設閾值為27.66V，電壓比較電路的3腳轉變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，從而使三只并聯(lián)三極管V9~Vll截止，切斷三極管通路，而此時Κ2仍處吸合狀態(tài)，IL的兩條形成通路均斷開，發(fā)電機失去勵磁電流，輸出電壓下降為0，蓄電池的充電結束，電路恢復到TO狀態(tài)。
[0046]本發(fā)明實施例中差動保護器的工作原理如下:當控制端口 B端接入電壓信號后，繼電器Ρ3工作，繼電器Ρ4保持初始狀態(tài)，磁保持繼電器J線圈兩端分別為發(fā)電機的輸出電壓和蓄電池電壓信號，當發(fā)電機電壓高于蓄電池電壓達到一定差值時，磁保持繼電器J觸點閉合，主繼電器P、繼電器P1、繼電器P2相繼開始工作，發(fā)電機與蓄電池接通開始為蓄電池充電。若發(fā)動機轉速變化使發(fā)電機輸出電壓下降到低于蓄電池電壓時，從蓄電池到發(fā)電機會產生反流，當這個反流達到一定值時，磁保持繼電器J觸點斷開，主繼電器P、繼電器P1、繼電器P2停止工作，發(fā)電機與蓄電池斷開，這樣可以很好保護發(fā)電機。
[0047]從以上描述可知，優(yōu)選實施例中，當發(fā)電機的輸出電壓達到第二預設閾值時，勵磁調節(jié)器通過電壓比較電路將三極管構成的通路，即第二供電支路斷開，且第一供電支路上的繼電器K2亦因吸合斷開觸點，使得發(fā)電機失去勵磁電流，停止發(fā)電；同時，在給蓄電池充電過程中，差動保護器中的磁保持繼電器J通過比較發(fā)電機的輸出電壓與蓄電池的剩余電壓，當發(fā)電機的輸出電壓下降到低于蓄電池電壓時，從蓄電池到發(fā)電機會產生反流，亦使得磁保持繼電器J觸點斷開，從而中斷蓄電池的充電電路，以對發(fā)電機進行保護。故本發(fā)明實施例中采用了二級保護機制，避免了發(fā)電機的輸出電壓過大導致蓄電池過充，亦通過電壓比較及時切斷充電通路，避免蓄電池對發(fā)電機的反向充電，保護發(fā)電機，從而提高了燃氣輪機中發(fā)電機及蓄電池的可靠性及使用壽命。
[0048]優(yōu)選地，參照圖1，發(fā)電機的輸電端子與蓄電單元相連的線路上設有分流器，分流器采集的電流信號連接有電流表，分流器采集的電壓信號連接有電壓表。電流表用于監(jiān)控發(fā)電機的充電電流，電壓表用于監(jiān)控發(fā)電機的輸出電壓。
[0049]綜上所述，本發(fā)明實施例采用燃氣輪機自帶的發(fā)電機對蓄電單元進行充電，以及時補充蓄電單元消耗的電量，且通過勵磁調節(jié)器將發(fā)電機的輸出電壓供給發(fā)電機的勵磁線圈，通過差動保護器比較發(fā)電機的輸出電壓與蓄電單元的剩余電壓來控制對蓄電單元的充電，且及時切斷充電電路，避免蓄電單元對發(fā)電機反充電，既保護了發(fā)電機，又防止了蓄電單元過充電，便于對蓄電單元精確充電控制，提高蓄電單元的使用性能及燃氣輪機的起動成功率。
[0050]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種燃氣輪機用充電控制及保護裝置，其特征在于，包括:差動保護器及勵磁調節(jié)器； 所述差動保護器設有用于連接所述燃氣輪機的發(fā)電機的輸電端子的第一輸入端口、用于連接蓄電單元的第一輸出端口及設于所述第一輸入端口與所述第一輸出端口之間的判斷控制單元；所述判斷控制單元，用于根據所述發(fā)電機的輸出電壓與所述蓄電單元的剩余電壓的比較結果控制所述第一輸入端口與所述第一輸出端口之間的通斷； 所述勵磁調節(jié)器用于連接所述發(fā)電機的輸電端子與所述發(fā)電機的勵磁線圈以控制所述發(fā)電機的輸出電壓供電給所述發(fā)電機的勵磁線圈。
2.根據權利要求1所述的燃氣輪機用充電控制及保護裝置，其特征在于， 所述勵磁調節(jié)器包括用于連接所述發(fā)電機的輸電端子與所述發(fā)電機的勵磁線圈的第一供電支路及第二供電支路，所述第一供電支路與所述第二供電支路并聯(lián)設置； 所述第一供電支路上設有常閉的第一開關單元； 所述第二供電支路上設有常開的第二開關單元，所述第二開關單元的控制端連接電壓比較電路，所述電壓比較電路根據所述發(fā)電機的輸出電壓控制所述第二開關單元的動作。
3.根據權利要求2所述的燃氣輪機用充電控制及保護裝置，其特征在于， 所述第二開關單元為三極管，所述三極管的基極連接所述電壓比較電路，所述電壓比較電路的基準電源端及比較電壓輸入端連接所述發(fā)電機的輸電端子，所述發(fā)電機的輸出電壓小于第一預設閾值時，所述電壓比較電路的輸出端子呈高阻態(tài)；所述發(fā)電機的輸出電壓大于等于第一預設閾值且小于第二預設閾值時，所述電壓比較電路的輸出端子呈低阻態(tài)；所述發(fā)電機的輸出電壓大于等于第二預設閾值時，所述電壓比較電路的輸出端子呈高阻態(tài)。
4.根據權利要求2所述的燃氣輪機用充電控制及保護裝置，其特征在于， 所述勵磁調節(jié)器包括放電電路，所述放電電路為與所述發(fā)電機的輸電端子相連的二極管，用于在所述發(fā)電機準備向外發(fā)電時，將所述發(fā)電機的輸出電壓和勵磁電壓置零。
5.根據權利要求1所述的燃氣輪機用充電控制及保護裝置，其特征在于， 所述判斷控制單元包括主繼電器，所述主繼電器用于控制所述第一輸入端口與所述第一輸出端口之間的通斷，所述主繼電器的控制端與一磁保持繼電器的常開觸點連接，所述磁保持繼電器的線圈兩端分別連接所述第一輸入端口、所述第一輸出端口，所述磁保持繼電器根據所述發(fā)電機的輸出電壓與所述蓄電單元的剩余電壓的比較結果控制所述主繼電器的動作。
6.根據權利要求5所述的燃氣輪機用充電控制及保護裝置，其特征在于， 所述差動保護器還設有控制端口，在所述磁保持繼電器的線圈與所述第一輸入端口連接線路上和/或所述磁保持繼電器的線圈與所述第一輸出端口的連接線路上設有輔助繼電器，所述輔助繼電器的控制端受所述控制端口輸入的信號控制。
7.根據權利要求1至6任一項所述的燃氣輪機用充電控制及保護裝置，其特征在于， 所述發(fā)電機的輸電端子與所述蓄電單元相連的線路上設有分流器，所述分流器采集的電流信號連接有電流表，所述分流器采集的電壓信號連接有電壓表。
【文檔編號】H02J7/16GK103701184SQ201310683785
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權日:2013年12月13日
【發(fā)明者】韓晶, 王山峰, 戎元昌, 李亮, 湯愛平 申請人:中國南方航空工業(yè)(集團)有限公司