[发明专利]带有电压调节的交流发电机

说明书

技术领域

本发明的主题是一种同步电机。

背景技术

随着使用日益强大的交流发电机的发电厂的发展，确保尽可能快的负载加载或者负载消减已经变得至关重要。这已经导致了就电磁设计而言日益复杂的电机。在这种背景下使用了日益强大的计算机。

已知的同步发电机是由输出至一个二极管电桥的一个绕线式励磁发电机和一个主电机构成的。励磁电枢的电压经过调节并且用于为该主电机的旋转场供电，因而使之有可能产生该设施所需要的电压。这个电压是借助一个电压调节器来控制的，该电压调节器根据该主电机的输出电压向励磁电感器供应励磁电流。这种励磁能量是通过对来自该主电机或来自放置在该主电机的槽口中的多个辅助绕组的电压进行分接来供应的，抑或另外通过使用具有多个永磁体的、与主电机安装在相同的轴上的一个电机来供应的。

从美国专利6,362,588已知，使用一个传输(具有非正弦形式的)控制信号的系统来调节一个同步电机的电压。这个系统不是很可靠，因为它要求多个同步信号，这些同步信号在励磁发电机的情况下有非常多的谐波，从而不可避免地导致同步困难而影响这种解决方案的鲁棒性。

有可能的是减小励磁发电机的影响以便使该电机作为一个整体而获得一种更好的动态特性。

就该电机的内在结构而言，并不需要很多工作，工作主要被集中在调节部分上，为此使用了新的、所谓的现代控制规律。

存在着进一步提高交流发电机的性能水平的需求，特别是在负载大幅减小的过程中进一步提高交流发电机的性能水平的需求。

发明内容

本发明旨在至少部分地响应于这种需求，并且根据其多个方面之一，凭借有待电连接至负载的交流发电机而实现了这种需求，该交流发电机包括：

转子，包括：

旋转场，

励磁电枢，

耗散性部件，以及

切换系统，该切换系统使之有可能将该旋转场选择性地连接至该励磁电枢上和选择性地连接至该耗散性部件，以及

控制器，该控制器控制该切换系统以便调节该旋转场中的电流，并且响应于对该交流发电机所应用的负载的减小而将该耗散性部件连接至该旋转场，以耗散该旋转场中存储的感应能量。

本发明使之有可能在负载大幅减小时显著改善该交流发电机的响应时间。

凭借本发明，旋转场中的电流非常迅速地被降低，并且在负载减小时的电压过冲也被显著地降低。

该耗散性部件优选地是纯电阻性的。在多种变体中，该耗散性部件具有任何类型，本发明不限于一种具体类型的耗散性部件。

该控制器可以包含到该转子之中。在一种变体中，该控制器未包含到该转子之中。

该转子优选地包括一个整流器，该整流器从该励磁电枢处向直流总线供电，而该切换系统被连接至该直流总线。

这个直流总线可以包括滤波电容器，该滤波电容器具有小于30μF/kW励磁功率的电容。与已知的电力电子结构不同，通过使用这个耗散性部件来耗散能量，使用了一个非常小的滤波电容器。在一种变体中，这个直流总线是未滤波的。

这个切换系统包括多个可开关的电子部件，例如像多个IGBT晶体管。

这个切换系统优选地包括输出至该旋转场的二象限H构形桥。

可以将电流传感器布置在转子上以便测量旋转场中的电流并将适当测量的电流传输至控制器和/或传输至电压调节器。该电流传感器可以具有任何类型，特别是霍尔效应或感应性传感器。

可以将用于旋转场的温度传感器布置在转子上。

这个交流发电机包括定子，该定子包括励磁电感器，该励磁电感器可以包括多个永磁体。在一种变体中，该励磁电感器是绕线式的。

这个定子优选地包括电压调节器，该电压调节器可以由电压调节模块和直流电流发生器组成。

定子的电压调节器优选地通过脉宽调制作用在转子的切换系统的这些可开关的电子部件上。

在励磁电感器是绕线式的情况下，电压调节器还使之有可能向该电机的励磁发电机供应充足的电流以便确保过载模式运转并且同时避免励磁发电机的过热。在这种情况下，这种调节被称作是双功能的。

在一种变体中，电压调节器被放置在遥控柜中。

根据本发明的一种交流发电机可以包括布置在转子的控制器与定子的电压调节器之间的一种用于无线传输的系统，从而使之有可能避免使用一些环和刷，这些环和刷寿命可能是有限的并且涉及很多维修要求。

这种无线传输系统可以由两个传输模块(一个布置在转子上，另一个布置在定子上)以及连接所述模块的多条无线传输通道构成。