永磁同步發(fā)電機整流系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種永磁同步發(fā)電機整流系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：原動機；永磁同步發(fā)電機，其與所述原動機連接；整流器，其通過斷路器與所述永磁同步發(fā)電機連接；岸電電源，其通過連接器與所述整流器連接；現(xiàn)場控制器，其連接于所述永磁同步發(fā)電機和所述整流器之間，其中，通過斷開所述斷路器或所述連接器，并在所述現(xiàn)場控制器的控制下實現(xiàn)兩種交流電源的輸入。本發(fā)明提出一種適用于船舶用的永磁同步發(fā)電機整流系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)永磁同步發(fā)電機、岸電電源這兩種不同電壓、頻率的交流電源的輸入模式，而且，該系統(tǒng)能夠進行系統(tǒng)整流器輸入端的輸入電壓、頻率的自動檢測，進而獲得期望的直流電壓和電流的輸出。
【專利說明】永磁同步發(fā)電機整流系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種永磁同步發(fā)電機整流系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前永磁同步發(fā)電整流電源與傳統(tǒng)的電勵磁發(fā)電整流電源相比，由于發(fā)電機取消了電勵磁繞組，消除了易發(fā)生故障的集電環(huán)和電刷，同時采用多相多繞組永磁同步發(fā)電機，因而能夠有效消除基波電流產(chǎn)生的五、七次等高次諧波磁勢及五、七次諧波電流產(chǎn)生的基波磁勢，減少附加損耗，降低定子繞組和鐵心的磁振動。而且，多相多繞組永磁同步發(fā)電機更可以降低整流輸出電流的紋波系數(shù)。
[0003]船舶用永磁同步發(fā)電機整流系統(tǒng)通常采用以發(fā)電機來輸出交流電、以斷路器連接不可控整流橋的形式，來獲取期望恒定的直流電壓和電流。然而，該方式的交流輸入電源單一，并且系統(tǒng)復(fù)雜、裝備占用空間大、模塊化、集成化程度低，從而影響船舶整體空間的有效利用，因此在應(yīng)用上具有一定局限性。
[0004]因此，亟需提供一種解決方案以解決上述問題，實現(xiàn)多種方式的交流輸入電源，減小裝備占用面積乃業(yè)界所致力的課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是需要提供一種永磁同步發(fā)電機整流系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多種方式的交流輸入電源，減小裝備占用面積。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種永磁同步發(fā)電機整流系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:原動機；永磁同步發(fā)電機，其與所述原動機連接；整流器，其通過斷路器與所述永磁同步發(fā)電機連接；岸電電源，其通過連接器與所述整流器連接；現(xiàn)場控制器，其連接于所述永磁同步發(fā)電機和所述整流器之間，其中，通過斷開所述斷路器或所述連接器，并在所述現(xiàn)場控制器的控制下實現(xiàn)兩種交流電源的輸入。
[0007]在一個實施例中，在斷開所述斷路器的第一模式下，所述現(xiàn)場控制器采集所述岸電電源的交流電壓和頻率，根據(jù)所述整流器的設(shè)定輸出電壓、所述交流電壓和頻率來計算移相控制量，并對所述移相控制量進行調(diào)制得到觸發(fā)脈沖以發(fā)送給所述整流器；所述現(xiàn)場控制器實時檢測所述整流器的輸出端的直流電壓，通過將所述直流電壓與所述設(shè)定輸出電壓進行比較，來調(diào)整所述整流器的移相控制量。
[0008]在一個實施例中，在斷開所述連接器的第二模式下，所述現(xiàn)場控制器采樣所述永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速信號，根據(jù)所述轉(zhuǎn)速信號和所述永磁同步發(fā)電機的輸出電壓的對應(yīng)關(guān)系，初步計算得到所述整流器的輸入電壓和頻率；所述現(xiàn)場控制器同步采集所述整流器的輸入端的同步電壓和頻率；所述現(xiàn)場控制器通過將初步計算得到的輸入電壓和頻率、與同步電壓和頻率進行比較得到所述整流器的最終的輸入電壓和頻率；所述現(xiàn)場控制器根據(jù)所述整流器的設(shè)定輸出電壓、最終的輸入電壓和頻率計算移相控制量，并對所述移相控制量進行調(diào)制得到觸發(fā)脈沖以發(fā)送給所述整流器；所述現(xiàn)場控制器實時檢測所述整流器的輸出端的直流電壓，通過將所述直流電壓與所述設(shè)定輸出電壓進行比較，來調(diào)整所述永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，進而調(diào)節(jié)所述整流器的移相控制量。
[0009]在一個實施例中，系統(tǒng)還包括:冷卻系統(tǒng)，其與所述永磁同步發(fā)電機、所述整流器和所述現(xiàn)場控制器連接，所述冷卻系統(tǒng)用于對所述永磁同步發(fā)電機和所述整流器進行散熱冷卻，并將自身的信號反饋給所述現(xiàn)場控制器。
[0010]在一個實施例中，所述現(xiàn)場控制器檢測所述永磁同步發(fā)電機、所述整流器和所述冷卻系統(tǒng)的保護信號；所述現(xiàn)場控制器按照優(yōu)先級別將接收到的所述保護信號發(fā)送至外部的上級控制系統(tǒng)，其中，所述保護信號至少包括以下兩種級別信號:一級保護信號包括所述永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速過高信號、所述整流器保護信號、同步電壓丟失信號和上級控制系統(tǒng)失靈信號；二級保護信號包括冷卻水壓過低信號、冷卻水溫過高信號、發(fā)電機軸承溫度過高信號和繞組溫度過高信號；該系統(tǒng)還包括短路保護電路，其設(shè)置在所述整流器的輸入端，所述短路保護電路根據(jù)所述整流器保護信號來對所述整流器進行保護。
[0011]在一個實施例中，所述永磁同步發(fā)電機為六相雙Y型移30°繞組結(jié)構(gòu)的永磁同步發(fā)電機。
[0012]在一個實施例中，所述原動機為柴油機或燃氣輪機。
[0013]在一個實施例中，所述整流器為由兩組三相全控整流橋并聯(lián)組成的裝置。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一個或多個實施例可以具有如下優(yōu)點:
[0015]本發(fā)明提出一種適用于船舶用的永磁同步發(fā)電機整流系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)永磁同步發(fā)電機、岸電電源這兩種不同電壓、頻率的交流電源的輸入模式，而且，該系統(tǒng)能夠進行系統(tǒng)整流器輸入端的輸入電壓、頻率的自動檢測，進而獲得期望的直流電壓和電流的輸出。
[0016]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的永磁同步發(fā)電機整流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是圖1所示永磁同步發(fā)電整流系統(tǒng)中現(xiàn)場控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細說明。
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的永磁同步發(fā)電機整流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。下面參考圖1來詳細說明該系統(tǒng)的各個組成結(jié)構(gòu)和功能。
[0022]如圖1所示，該系統(tǒng)主要包括:原動機10、永磁同步發(fā)電機(簡稱發(fā)電機)11、岸電交流電源(簡稱岸電電源)12、整流器13和現(xiàn)場控制器14。原動機10優(yōu)選采用柴油機或燃氣輪機。發(fā)電機11通過高速聯(lián)接軸與原動機10連接，該發(fā)電機11優(yōu)選采用六相雙Y型移30°繞組結(jié)構(gòu)的永磁同步發(fā)電機，且頻率為322.5Hz。整流器13經(jīng)由斷路器16通過電纜與發(fā)電機11連接，該整流器13采用兩組三相全控整流橋并聯(lián)結(jié)構(gòu)。另外，整流器13還包括對應(yīng)每組三相全控整流橋設(shè)置的電流傳感器BC1、BC2以及設(shè)置在輸出端的電壓傳感器BV。岸電交流電源12通過連接器與整流器13連接，優(yōu)選地，該連接器為集成于整流器13的快速連接接頭，通過該接頭能夠?qū)崿F(xiàn)快速插拔以斷開岸電交流電源12和整流器13的連接，該岸電交流電源12采用電網(wǎng)動力電源，頻率為50Hz?，F(xiàn)場控制器14與發(fā)電機11和整流器13連接，該現(xiàn)場控制器14為集成終端控制器。在本實施例中，能夠通過斷開斷路器16或連接器，并在現(xiàn)場控制器14的控制下實現(xiàn)兩種交流電源的輸入。
[0023]另外，該系統(tǒng)還包括冷卻系統(tǒng)15，冷卻系統(tǒng)15與發(fā)電機11、整流器13和現(xiàn)場控制器14，冷卻系統(tǒng)15可以為船舶自帶的純水冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)15用于對發(fā)電機11和整流器13進行散熱冷卻，并通過例如溫度/壓力傳感器等裝置將自身的信號反饋給現(xiàn)場控制器14。
[0024]從上述結(jié)構(gòu)可以看出，本發(fā)明實施例通過將發(fā)電機11和岸電電源12分別與整流器13連接，并通過現(xiàn)場控制器14的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)于整流器13的雙電源供電模式。
[0025]圖2是圖1所示永磁同步發(fā)電整流系統(tǒng)中現(xiàn)場控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。下面參考圖2來說明現(xiàn)場控制器14的各個組成結(jié)構(gòu)和功能。
[0026]如圖2所示，該現(xiàn)場控制器14主要包括:CPU單元140、以及分別與CPU單元140連接的格雷碼信號采集單元141、數(shù)字量輸入單元142、A/D處理單元143、數(shù)字量輸出單元144和脈沖輸出單元145。該現(xiàn)場控制器14還包括分別與A/D處理單元143連接的CAN通訊單元146、溫度檢測單元147、模擬量采集單元148和電壓、頻率自檢單元149。
[0027]其中，格雷碼信號采集單元141采集由外部發(fā)電機轉(zhuǎn)子信號絕對值編碼器編碼得到的發(fā)電機11的轉(zhuǎn)速信號。數(shù)字量輸入單元142接收整流器保護信號。CAN通訊單元146接收外部的上級控制系統(tǒng)的信號。溫度檢測單元147檢測發(fā)電機11的軸承和繞組的溫度。模擬量采集單元148采集冷卻系統(tǒng)15的水壓和溫度、以及整流器13的電流傳感器BC1、BC2所檢測的直流電流和電壓傳感器BV檢測的直流電壓。電壓、頻率自檢單元149用來同步采集發(fā)電機11輸出端的同步電壓和頻率(可以理解為整流器13輸入端的同步電壓和頻率)。A/D處理單元143用于將接收到的來自CAN通訊單元146、溫度檢測單元147、模擬量采集單元148和電壓、頻率自檢單元149的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)送給CPU單元140。
[0028]另外，上述的格雷碼信號采集單元141、數(shù)字量輸入單元142、CAN通訊單元146、溫度檢測單元147、模擬量采集單元148和電壓、頻率自檢單元149作為檢測永磁同步發(fā)電機
11、整流器13和冷卻系統(tǒng)15的保護信號的保護信號檢測裝置。
[0029]CPU單元140按照優(yōu)先級別將接收到的保護信號上傳至外部的上級控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)永磁同步發(fā)電機11和整流器13的協(xié)同保護。其中，保護信號至少包括以下兩種級別信號:一級保護信號(優(yōu)先級最高)包括發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速過高信號、整流器保護信號、上級控制系統(tǒng)失靈信號和同步電壓丟失信號；二級輸入信號(優(yōu)先級次之)包括冷卻水壓過低信號、冷卻水溫過高信號、發(fā)電機軸承溫度過高信號和繞組溫度過高信號。進而，該系統(tǒng)還包括短路保護電路，該短路保護電路集成在整流器13的輸入端，其根據(jù)數(shù)字量輸出單元144輸出的整流器保護信號來對整流器13進行保護。
[0030]另外，該現(xiàn)場控制器14還包括備用通訊單元，如圖中所示的485通訊單元。該現(xiàn)場控制器14還包括電源處理單元，用于對外部的控制電源進行處理。
[0031]下面詳細說明在不同模式下該系統(tǒng)是如何控制不同直流輸出。
[0032]在第一模式下，即在岸電電源12和整流器13共同運行的模式下，將與永磁同步發(fā)電機11相連的斷路器16斷開。
[0033]現(xiàn)場控制器14采集岸電電源12的交流電壓和頻率。現(xiàn)場控制器14中的CPU單元140根據(jù)整流器13的設(shè)定輸出電壓、采集的交流電壓和頻率計算出移相控制量，并對移相控制量進行調(diào)制得到觸發(fā)脈沖，該設(shè)定輸出電壓可由外部的上級控制系統(tǒng)來設(shè)定。脈沖輸出單元145將觸發(fā)脈沖輸出給整流器13的硅堆整流元件(快速晶閘管單元)中。在此過程中，模擬量采集單元148采集整流器13的電流傳感器BCl、BC2和電壓傳感器BV檢測到的直流電流和直流電壓，A/D處理器143將檢測到的直流電壓和直流電流轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，CPU單元140將轉(zhuǎn)化后的直流電壓與設(shè)定輸出電壓進行比較來調(diào)節(jié)整流器13的移相控制量，進而保持輸出電壓的穩(wěn)定。CPU單元140還通過將對應(yīng)設(shè)定輸出電壓的設(shè)定輸出電流與檢測到的整流器13的兩條支路直流電流進行比較，實現(xiàn)兩條支路的電流精細控制，調(diào)節(jié)輸出直流功率。
[0034]并且，在第一模式中，現(xiàn)場控制器14的CPU單元140按照優(yōu)先級別將接收到的保護信號分級上傳到上級控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)永磁同步發(fā)電機11和整流器13的協(xié)同保護。
[0035]在第二模式下，即在原動機10、永磁同步發(fā)電機11和整流器13共同運行的模式下，將岸電電源12與整流器13之間的快速連接接頭拔掉以斷開二者之間的電纜?，F(xiàn)場控制器14的格雷碼信號采集單元141采集由外部發(fā)電機轉(zhuǎn)子信號絕對值編碼器編碼得到的發(fā)電機11的轉(zhuǎn)速信號，CPU單兀140根據(jù)轉(zhuǎn)速信號和永磁同步發(fā)電機11的輸出電壓之間的對應(yīng)關(guān)系，初步計算得出整流器13輸入端的輸入電壓和頻率。電壓、頻率自檢單元149同步采集整流器13的輸入端的同步電壓和頻率。CPU單元140通過將初步計算得到的輸入電壓和頻率、與同步采樣得的同步電壓和頻率進行比較得到整流器13的最終的輸入電壓和頻率。
[0036]CPU單元140根據(jù)整流器13的設(shè)定輸出電壓、最終的輸入電壓和頻率計算出移相控制量，并對移相控制量進行調(diào)制得到觸發(fā)脈沖，該設(shè)定輸出電壓可由外部的上級控制系統(tǒng)來設(shè)定。脈沖輸出單元145將脈沖觸發(fā)輸出到整流器13的硅堆整流元件中。而且，模擬量采集單元148采集整流器13的電流傳感器BC1、BC2和電壓傳感器BV檢測到的直流電流和直流電壓，A/D處理單元143將采集到的直流電壓和直流電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，CPU單元140將轉(zhuǎn)換后的直流電壓與設(shè)定輸出電壓進行比較來調(diào)整發(fā)電機11轉(zhuǎn)速進而調(diào)節(jié)整流器13的移相控制量，保持輸出電壓的穩(wěn)定。CPU單元140還將對應(yīng)設(shè)定輸出電壓的設(shè)定電流與兩條支路的直流電流進行比較，實現(xiàn)對兩條支路的電流進行精細控制，調(diào)節(jié)輸出直流功率。
[0037]并且，在該模式下，現(xiàn)場控制器14CPU單元140按照優(yōu)先級別將接收到的保護信號分級上傳到上級控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)永磁同步發(fā)電機11和整流器13的協(xié)同保護。
[0038]綜上所述，本發(fā)明實施例提出一種永磁同步發(fā)電機整流系統(tǒng)，該系統(tǒng)既可應(yīng)用永磁同步發(fā)電機，又可應(yīng)用岸電電源。而且，該系統(tǒng)具有不同頻率交流電源輸入的自適應(yīng)功能，輸出的整流電壓、電流調(diào)節(jié)范圍寬，能夠?qū)崿F(xiàn)寬電壓、寬頻率范圍內(nèi)的移相控制量計算和觸發(fā)脈沖調(diào)制。另外，由于系統(tǒng)的控制、保護單元集成于現(xiàn)場控制器中，因此該系統(tǒng)具備空間小、模塊化和集成化高的特點。[0039]以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施案例，本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)的技術(shù)人員在本發(fā)明所述的技術(shù)規(guī)范內(nèi)，對本發(fā)明的修改或替換，都應(yīng)在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種永磁同步發(fā)電機整流系統(tǒng),該系統(tǒng)包括: 原動機； 永磁同步發(fā)電機，其與所述原動機連接； 整流器，其通過斷路器與所述永磁同步發(fā)電機連接； 岸電電源，其通過連接器與所述整流器連接； 現(xiàn)場控制器，其連接于所述永磁同步發(fā)電機和所述整流器之間， 其中，通過斷開所述斷路器或所述連接器，并在所述現(xiàn)場控制器的控制下實現(xiàn)兩種交流電源的輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于， 在斷開所述斷路器的第一模式下， 所述現(xiàn)場控制器采集所述岸電電源的交流電壓和頻率，根據(jù)所述整流器的設(shè)定輸出電壓、所述交流電壓和頻率來計算移相控制量，并對所述移相控制量進行調(diào)制得到觸發(fā)脈沖以發(fā)送給所述整流器； 所述現(xiàn)場控制器實時檢測所述整流器的輸出端的直流電壓，通過將所述直流電壓與所述設(shè)定輸出電壓進 行比較，來調(diào)整所述整流器的移相控制量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于， 在斷開所述連接器的第二模式下， 所述現(xiàn)場控制器采樣所述永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速信號，根據(jù)所述轉(zhuǎn)速信號和所述永磁同步發(fā)電機的輸出電壓的對應(yīng)關(guān)系，初步計算得到所述整流器的輸入電壓和頻率； 所述現(xiàn)場控制器同步采集所述整流器的輸入端的同步電壓和頻率； 所述現(xiàn)場控制器通過將初步計算得到的輸入電壓和頻率、與同步電壓和頻率進行比較得到所述整流器的最終的輸入電壓和頻率； 所述現(xiàn)場控制器根據(jù)所述整流器的設(shè)定輸出電壓、最終的輸入電壓和頻率計算移相控制量，并對所述移相控制量進行調(diào)制得到觸發(fā)脈沖以發(fā)送給所述整流器； 所述現(xiàn)場控制器實時檢測所述整流器的輸出端的直流電壓，通過將所述直流電壓與所述設(shè)定輸出電壓進行比較，來調(diào)整所述永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，進而調(diào)節(jié)所述整流器的移相控制量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 冷卻系統(tǒng)，其與所述永磁同步發(fā)電機、所述整流器和所述現(xiàn)場控制器連接，所述冷卻系統(tǒng)用于對所述永磁同步發(fā)電機和所述整流器進行散熱冷卻，并將自身的信號反饋給所述現(xiàn)場控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述現(xiàn)場控制器檢測所述永磁同步發(fā)電機、所述整流器和所述冷卻系統(tǒng)的保護信號；所述現(xiàn)場控制器按照優(yōu)先級別將接收到的所述保護信號發(fā)送至外部的上級控制系統(tǒng)，其中，所述保護信號至少包括以下兩種級別信號:一級保護信號包括所述永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速過高信號、所述整流器保護信號、同步電壓丟失信號和上級控制系統(tǒng)失靈信號；二級保護信號包括冷卻水壓過低信號、冷卻水溫過高信號、發(fā)電機軸承溫度過高信號和繞組溫度過高信號； 該系統(tǒng)還包括短路保護電路，其設(shè)置在所述整流器的輸入端，所述短路保護電路根據(jù)所述整流器保護信號來對所述整流器進行保護。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述永磁同步發(fā)電機為六相雙Y型移30°繞組結(jié)構(gòu)的永磁同步發(fā)電機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述原動機為柴油機或燃氣輪機。
8.根據(jù)權(quán)利要求1~7中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述整流器為由兩組 三相全控整流橋并聯(lián)組成的裝置。
【文檔編號】H02P9/00GK104038121SQ201410225361
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】吳強, 曹洋, 王海軍, 陳潔蓮, 黃燕艷, 張敏, 趙道德, 田華貴, 柳浩 , 許汝波, 陶洪亮, 郭民, 陳元初, 周成, 初蕊, 蔡宇峰, 孫茂, 鄧建華 申請人:株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司