发电机中的反磁场绕组制造技术

发电机中的反磁场绕组。公开了一种发电机的主磁场电路以及关联的系统和方法。主磁场电路包括被配置成传导主磁场电流的主磁场绕组、和接近主磁场绕组设置的反磁场绕组。主磁场电路还包括开关元件，该开关元件被配置成将主磁场电流的至少一部分选择性地耦合到反磁场绕组中，以降低主磁场电流的量值。将主磁场电流的至少一部分耦合到反磁场绕组中可以响应于一个或多个预定状态(诸如预定故障状态和使得能够进行预定磁场减弱操作)来执行。

Inverse magnetic field winding in generator

【技术实现步骤摘要】
发电机中的反磁场绕组
本公开的示例总体上涉及发电机，并且更具体地说，涉及用于解决在特定状态下发电机中的主磁场电流的不期望效应的技术。
技术介绍
发电机被用于产生当前电网的大部分电力。这些发电机(其可以是同步发电机或永磁发电机)例如被用于将来自内燃、风能、核能以及水力源的机械能例如转换成电能。现代发电机皆可以产生数百兆瓦。现代绕线式转子发电机包括转子和定子，每个都带有一个或更多个电绕组。由通过转子绕组的电流产生旋转转子上的磁场，其在定子绕组中感应出电流并产生交流(AC)电力。可以通过控制转子绕组中的电流流动(并因此控制磁场的强度，其在定子绕组上感应出电压)来控制发电机的输出电压。在一些情况下，转子绕组中的电流流动可以通过例如利用滑环直接电连接至发电机控制器来提供。在其它情况下，该电流流动可以利用到转子的电枢绕组，通过电磁感应来从发电机控制器控制。一个或更多个负载可以连接至定子的输出部并由其供电。在一些示例中，定子的输出可以被整流以产生直流(DC)电力。在负载故障状态(如负载中发生短路故障)期间，应当限制由发电机向负载递送的电能，以降低故障后果的严重程度。然而，即使发电机控制器可以切断励磁机电流，转子磁场也因主磁场绕组中存储的磁能和相对较大的时间常数而不会立即下降至零。这种情况导致磁场电流通过转子的组件“自由转动(free-wheeling)”，这继而使得主电枢继续产生电流。遗憾的是，这个电流被提供给短路的电路，使问题复杂化。这使得难以清除负载故障(即，因为其仍然通电)并且可能使转子和定子都过热。如果这种情况持续时间足够长，那么存在永久性损坏负载、配电系统和/或发电机的风险。为解决这些和其它问题，提交了本公开。
技术实现思路
根据一个或更多个示例，提供了一种发电机的主磁场电路，该主磁场电路包括被配置成传导主磁场电流的主磁场绕组、和接近所述主磁场绕组设置的反磁场绕组。所述主磁场电路还包括开关元件，该开关元件被配置成将所述主磁场电流的至少一部分选择性地耦合到所述反磁场绕组中，以降低所述主磁场电流的量值(magnitude)。根据一个或更多个示例，提供了一种包括发电机的系统，该系统包括被配置成传导主磁场电流的第一转子绕组、和接近所述主磁场绕组设置的第二转子绕组。所述系统还包括与所述第二转子绕组串联设置的第一开关元件、和控制器，该控制器被配置成，操作所述第一开关元件，以选择性地将所述主磁场电流的至少一部分耦合到所述第二转子绕组中，以降低所述主磁场电流的量值。根据一个或更多个示例，提供了一种供与发电机一起使用的方法，该方法包括以下步骤：通过所述发电机的主磁场绕组传导主磁场电流；并且，响应于预定状态，将所述主磁场电流的至少一部分耦合到接近所述主磁场绕组设置的反磁场绕组中。将所述主磁场电流的至少一部分耦合到所述反磁场绕组中用于降低所述主磁场电流的量值。已经讨论的特征、功能，以及优点可以在不同示例中独立实现，或者可以在其它示例中组合，其进一步细节可以参照下列描述和附图而了解。附图说明为了使得可以详细理解本公开的上述特征的方式、上面简要概述的本公开的更具体描述可以参照示例进行，其中一些在附图中进行了例示。然而，要注意的是，附图仅例示了本公开的典型示例，并由此，不应被视为对其范围的限制，对于本公开来说，可以允许其它等效示例。图1是描绘三级发电机的框图。图2是描绘负载故障状态期间的发电机的电路示意图。图3是描绘根据本文所公开示例的、具有反磁场绕组的发电机的示例性正常操作的电路示意图。图4是描绘根据本文所公开示例的、具有反磁场绕组的发电机的示例性负载故障操作的电路示意图。图5A是例示根据本文所公开示例的、在示例性正常操作期间具有多个槽的转子的图。图5B是例示根据本文所公开示例的、在示例性负载故障操作期间具有多个槽的转子的图。图6是根据本文所公开示例的、与发电机一起使用的方法。为了易于理解，在可能的情况下，使用了相同标号来指定图中共用的相同元件。设想的是，在一个示例中公开的元件可以在没有具体讲述的情况下有益地利用在其它示例上。这里引用的例示不应被理解为按比例绘制，除非具体指出。而且，为了清楚呈现和阐释，附图通常被简化并省略了细节或组件。附图和讨论用于解释下面讨论的原理，其中，相同标号指示相同元件。具体实施方式本公开的示例总体上涉及发电机，并且更具体地说，涉及用于利用接近主磁场绕组设置的反磁场绕组来快速耗散(dissipate)发电机中的主磁场电流的技术。主磁场绕组被配置成传导主磁场电流，而反磁场绕组被设置成使得主磁场电流沿与主磁场绕组相反的方向流过反磁场绕组。在一些情况下，由主磁场绕组和反磁场绕组产生的净磁场大致为零，这基本上消除了向负载递送的电流。在一些示例中，开关元件被配置成，将主磁场电流的至少一部分选择性地耦合到反磁场绕组中，以降低主磁场电流的量值。一些示例还可以包括：控制器、一个或个多个附加开关元件、一个或更多个逻辑门，和/或一个或更多个能量耗散元件。能量耗散元件的一些非限制例包括：电阻器、电容器，蓄电池等。在一些示例中，主磁场电流的快速耗散是响应于预定状态(诸如预定故障状态或使得能够进行预定磁场减弱操作)而发生的。将主磁场电流的部分耦合到反磁场绕组中以显著降低与主磁场绕组相关联的时间常数，其在负载故障状态的情况下，允许更快地清除负载故障，同时还保护发电机的组件。在一些示例中，主磁场中的能量可以自主耗散，而无需来自外部控制电路的信号。这样的特征大大简化了设计并降低了布线复杂性，这往往会提高系统的可靠性。在一些示例中，该系统可以全部在转子上和/或转子中实现。在一些示例中，该系统可以利用两种电压方式来工作：(1)正常工作电压(或正常电压范围)和(2)正常工作电压或正常电压范围之外的电压。因此，如果系统按正常工作电压或正常电压范围之外的电压工作，则可以提取主磁场能量以使得能够实现故障校正。在下文中描述为构成本公开各种元件的材料和组件旨在例示而非限制。与本文所述材料和组件执行相同或相似功能的许多合适材料和组件旨在包含在本公开的范围内。本文未描述的此类其它材料和组件可以包括但不限于，在开发本公开之后的时间开发的材料和组件。图1是描绘三级发电机100的框图。如所示，发电机100包括同步发电机，但也可以设想其它类型的发电机和/或级数。发电机100包括旋转部分(或“转子”)105和静止部分(或“定子”)110。在永磁体(PMG)级130内，将永磁体120安装在转子105上，并且将一个或更多个主绕组135安装在定子110上。转子105与机械动力源联接，其一些非限制例包括：内燃机、利用风力、蒸汽或水驱动的涡轮机等。在发电机100的励磁机级中，励磁机磁场定子绕组140安装在定子110上并且与发电机控制单元145以通信方式联接，发电机控制单元145被配置成调节从PMG级130产生的励磁机磁场电流。在励磁机级，一个或更多个励磁机磁场电枢绕组150位于转子105上。由三相整流器155对来自励磁机磁场电枢绕组150的输出电流进行整流以产生DC电流。然后，经整流的DC电流被传导至发电机100的主级的主磁场绕组160。该主级包括位于转子105上的主磁场绕组160，和位于定子110上的一个或更多个主电枢绕组165(如所示，三个绕组对应于三相发电)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发电机(300、400)的主磁场电路(350)，该主磁场电路包括：主磁场绕组(160)，该主磁场绕组被配置成传导主磁场电流；反磁场绕组(345)，该反磁场绕组接近所述主磁场绕组设置；以及开关元件(320b)，该开关元件被配置成将所述主磁场电流的至少一部分选择性地耦合到所述反磁场绕组中，以降低所述主磁场电流的量值。

【技术特征摘要】
2017.11.06 US 15/804,7981.一种发电机(300、400)的主磁场电路(350)，该主磁场电路包括：主磁场绕组(160)，该主磁场绕组被配置成传导主磁场电流；反磁场绕组(345)，该反磁场绕组接近所述主磁场绕组设置；以及开关元件(320b)，该开关元件被配置成将所述主磁场电流的至少一部分选择性地耦合到所述反磁场绕组中，以降低所述主磁场电流的量值。2.根据权利要求1所述的主磁场电路，其中，所述开关元件被配置成，响应于检测到预定的负载故障状态，将所述主磁场电流的至少一部分耦合到所述反磁场绕组中。3.根据权利要求1所述的主磁场电路，其中，所述反磁场绕组的第一电感大致等于所述主磁场绕组的第二电感。4.根据权利要求1所述的主磁场电路，其中，所述发电机包括限定多个槽(505)的转子(105)，其中，所述多个槽中的各槽包括所述主磁场绕组的相应部分(510)和所述反磁场绕组的相应部分(515)。5.根据权利要求1所述的主磁场电路，其中，将所述主磁场电流的至少一部分耦合到所述反磁场绕组中包括将所述反磁场绕组与所述主磁场绕组并联设置在所述主磁场电路的第一腿部(325)与第二腿部(330)之间。6.根据权利要求5所述的主磁场电路，其中，响应于确定所述第一腿部与所述第二腿部之间的电压差小于预定值而将所述反磁场绕组与所述主磁场绕组并联设置。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：高利军，刘生义，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US