[发明专利]提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置和方法

摘要

本发明公开了一种提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置，它的无刷电励磁同步发电机的三相电源输出端通过四象限变流器连接负载，负载电流检测器置在负载的三相电源接口；三相电子旁路开关的两端分别连接无刷电励磁同步发电机的电源输出端和四象限变流器相电源输出端；负载电流检测器的信号输出端连接控制器的负载电流监测信号输入端，控制器的四象限变流器控制信号输出端连接四象限变流器的控制端，控制器的开关控制信号输出端连接三相电子旁路开关的控制端，控制器的发电机控制信号输出端连接无刷电励磁同步发电机的控制端。本发明在船舶电气设备发生局部短路时，使轴带发电机通过电子旁路开关提供三倍负载额定输出电流的过载能力。

主权项

1.一种利用提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置进行过载保护的方法，所述提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置包括无刷电励磁同步发电机(1)、四象限变流器(2)和负载(6)，无刷电励磁同步发电机(1)的三相电源输出端通过四象限变流器(2)连接负载(6)，其特征在于：它还包括三相电子旁路开关(3)、负载电流检测器(4)和控制器(5)，其中，所述三相电子旁路开关(3)包括第一相电子旁路开关(3.1)、第二相电子旁路开关(3.2)和第三相电子旁路开关(3.3)，所述负载电流检测器(4)设置在负载(6)的三相电源接口，用于实时监测负载电流；所述第一相电子旁路开关(3.1)的两端分别连接无刷电励磁同步发电机(1)的第一相电源输出端和四象限变流器(2)的第一相电源输出端，第二相电子旁路开关(3.2)的两端分别连接无刷电励磁同步发电机(1)的第二相电源输出端和四象限变流器(2)的第二相电源输出端，第三相电子旁路开关(3.3)的两端分别连接无刷电励磁同步发电机(1)的第三相电源输出端和四象限变流器(2)的第三相电源输出端；负载电流检测器(4)的信号输出端连接控制器(5)的负载电流监测信号输入端，控制器(5)的四象限变流器控制信号输出端连接四象限变流器(2)的控制端，控制器(5)的开关控制信号输出端分别连接第一相电子旁路开关(3.1)、第二相电子旁路开关(3.2)和第三相电子旁路开关(3.3)的开关控制端，控制器(5)的发电机控制信号输出端连接无刷电励磁同步发电机(1)的控制端；由6个晶闸管构成电流可以双向流动的三相电子开关，在控制器(5)的实时控制下，当负载(6)发生局部短路时，及时停止四象限变流器(2)的IGBT工作，同时开通电子旁路开关，提供负载三倍的额定电流，当船舶电气设备继电保护装置自动切除了局部短路设备后，控制器(5)令电子旁路开关断开，并同时令四象限变流器的IGBT工作，恢复无刷电励磁轴带发电系统的正常供电，当负载(6)发生局部短路时，控制电路能自动调节无刷电励磁轴带发电机的励磁电流，既能提供发电负载三倍的额定电流，又限制发电系统的输出电流不会超过三倍额定电流；所述控制器(5)包括单片机(5.1)、第一光电隔离晶闸管G1～第六光电隔离晶闸管G6，所述第一光电隔离晶闸管G1输入端的阳极和阴极分别连接单片机(5.1)第一开关控制信号输出端和单片机(5.1)的接地端，第一光电隔离晶闸管G1输出端的阴极连接第一晶闸管T1的门极，第一光电隔离晶闸管G1输出端的阳极连接第一晶闸管T1的阳极；所述第二光电隔离晶闸管G2输入端的阳极和阴极分别连接单片机(5.1)第二开关控制信号输出端和单片机(5.1)的接地端，第二光电隔离晶闸管G2输出端的阴极连接第二晶闸管T2的门极，第二光电隔离晶闸管G2输出端的阳极连接第二晶闸管T2的阳极；所述第三光电隔离晶闸管G3输入端的阳极和阴极分别连接单片机(5.1)第三开关控制信号输出端和单片机(5.1)的接地端，第三光电隔离晶闸管G3输出端的阴极连接第三晶闸管T3的门极，第三光电隔离晶闸管G3输出端的阳极连接第三晶闸管T3的阳极；所述第四光电隔离晶闸管G4输入端的阳极和阴极分别连接单片机(5.1)第四开关控制信号输出端和单片机(5.1)的接地端，第四光电隔离晶闸管G4输出端的阴极连接第四晶闸管T4的门极，第四光电隔离晶闸管G4输出端的阳极连接第四晶闸管T4的阳极；所述第五光电隔离晶闸管G5输入端的阳极和阴极分别连接单片机(5.1)第五开关控制信号输出端和单片机(5.1)的接地端，第五光电隔离晶闸管G5输出端的阴极连接第五晶闸管T5的门极，第五光电隔离晶闸管G5输出端的阳极连接第五晶闸管T5的阳极；所述第六光电隔离晶闸管G6输入端的阳极和阴极分别连接单片机(5.1)第六开关控制信号输出端和单片机(5.1)的接地端，第六光电隔离晶闸管G6输出端的阴极连接第六晶闸管T6的门极，第六光电隔离晶闸管G6输出端的阳极连接第六晶闸管T6的阳极；六个晶闸管触发导通时刻与无刷电励磁同步发电机(1)输出电压的相位一致；所述第一相电子旁路开关(3.1)包括第一晶闸管T1和第二晶闸管T2，所述第一晶闸管T1的阳极连接无刷电励磁同步发电机(1)的第一相电源输出端，第一晶闸管T1的阴极连接四象限变流器(2)的第一相电源输出端，所述第二晶闸管T2的阴极连接无刷电励磁同步发电机(1)的第一相电源输出端，第二晶闸管T2的阳极连接四象限变流器(2)的第一相电源输出端，所述控制器(5)的第一开关控制信号输出端和第二开关控制信号输出端分别连接第一晶闸管T1和第二晶闸管T2的门极；所述第二相电子旁路开关(3.2)包括第三晶闸管T3和第四晶闸管T4，所述第三晶闸管T3的阳极连接无刷电励磁同步发电机(1)的第二相电源输出端，第三晶闸管T3的阴极连接四象限变流器(2)的第二相电源输出端，所述第四晶闸管T4的阴极连接无刷电励磁同步发电机(1)的第二相电源输出端，第四晶闸管T4的阳极连接四象限变流器(2)的第二相电源输出端，所述控制器(5)的第三开关控制信号输出端和第四开关控制信号输出端分别连接第三晶闸管T3和第四晶闸管T4的门极；所述第三相电子旁路开关(3.3)包括第五晶闸管T5和第六晶闸管T6，所述第五晶闸管T5的阳极连接无刷电励磁同步发电机(1)的第三相电源输出端，第五晶闸管T5的阴极连接四象限变流器(2)的第三相电源输出端，第六晶闸管T6的阴极连接无刷电励磁同步发电机(1)的第三相电源输出端，第六晶闸管T6的阳极连接四象限变流器(2)的第三相电源输出端，所述控制器(5)的第五开关控制信号输出端和第六开关控制信号输出端分别连接第五晶闸管T5和第六晶闸管T6的门极；单片机(5.1)的六个开关控制信号输出端分别输出对应的晶闸管脉冲控制信号；所述过载保护的方法，包括如下步骤：步骤1：负载电流检测器(4)实时监测负载电流，当负载电流检测器(4)监测到负载电流达到1.2倍负载额定电流后，控制器(5)向四象限变流器(2)的控制端发送关断信号，令四象限变流器(2)的所有绝缘栅双极型晶体管关断，禁止四象限变流器(2)输出电流；步骤2：控制器(5)同时发送六路开关控制信号触发六个晶闸管导通，使第一相电子旁路开关(3.1)、第二相电子旁路开关(3.2)和第三相电子旁路开关(3.3)导通，无刷电励磁同步发电机(1)输出的电压通过第一相电子旁路开关(3.1)、第二相电子旁路开关(3.2)和第三相电子旁路开关(3.3)直接向负载(6)供电；在此期间，控制器(5)向无刷电励磁同步发电机(1)发出控制信号使无刷电励磁同步发电机(1)的励磁电流提高；步骤3：当负载电流检测器(4)检测到无刷电励磁同步发电机(1)通过第一相电子旁路开关(3.1)、第二相电子旁路开关(3.2)和第三相电子旁路开关(3.3)输出电流达到三倍负载额定电流后，控制器(5)向无刷电励磁同步发电机(1)发出控制信号对无刷电励磁同步发电机(1)的励磁电流进行限制，使无刷电励磁同步发电机(1)输出的电流保持在三倍负载额定电流，保证了第一相电子旁路开关(3.1)、第二相电子旁路开关(3.2)和第三相电子旁路开关(3.3)中晶闸管的安全；步骤4：当负载电流检测器(4)检测到的负载电流小于1.2倍负载额定电流时，控制器(5)停止输出六个晶闸管脉冲控制信号，同时控制器(5)发送控制信号给四象限变流器(2)，使四象限变流器(2)中的所有绝缘栅双极型晶体管重新工作，由四象限变流器(2)向负载(6)供电，六个晶闸管由于无触发信号，在输出电压过零点后会自动由导通变为截止状态，即第一相电子旁路开关(3.1)、第二相电子旁路开关(3.2)和第三相电子旁路开关(3.3)处于断开状态，发电系统恢复了正常供电。