用于涡轮电动机/发电机的功率调节系统技术方案

一种电动机／发电机功率调节器（１００），包括：　　　　一个整流器（１１０），与电动机／发电机端口（１２０）电气耦合；以及　　　　一个逆变器（１３０），与所述整流器（１１０）和负载端口（１４０）电气耦合，　　　　其中，在启动模式中，组合的整流器（１１０）和逆变器（１３０）给电动机／发电机端口（１２０）提供启动功率，并且　　　　其中，在运行模式中，组合的整流器（１１０）和逆变器（１３０）将发出的功率提供给负载端口（１４０）并且生成中点输出端（１５０）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及电动机/发电机功率调节器，更具体体地涉及用于涡轮电动机/发电机的功率调节系统。
技术介绍
涡轮电动机/发电机(包括微型涡轮电动机/发电机)通常被用在发电应用中，如医院、机场等的备用涡轮发电机。在序列号为6020713的美国专利(以后称为′713号专利)中对这样的涡轮电动机/发电机进行了描述，这里将其全文引用为参考。′713号专利描述了公知的涡轮发电机，它包括一个具有多个间隔相等、极性交替并且围绕转子外围的磁极的转子部件，该转子部件可以在具有多个绕组和极性交替的磁极的定子中旋转。为了启动涡轮发电机，将电流提供给永磁发电机/电动机的定子线圈，以使永磁发电机/电动机作为电动机运行，由此使涡轮发电机的燃气涡轮机加速。为了提供启动功率，′713号专利包括一个通过电源整流器和开关逆变器与永久磁铁的定子线圈耦合的电源。在这样的加速过程中，按照正确的顺序将火花和燃料引入燃烧室并且达到燃气涡轮机自持条件。此时，将涡轮发电机与电源断开，并且涡轮发电机作为外面负载的电源来运行。具体来说，在将开关逆变器重新配置为受控的60赫兹模式并且将供电整流器改变为与供电整流器不同的电源整流器之后，由涡轮发电机提供功率。但是，由于包含两个截然不同的整流器，因此，前述的′713号专利的涡轮发电机受到大型电气部件占位面积(footprint)的损害。在序列号为5008801的美国专利(以后称为′801号专利)中对用于涡轮发电机的另一种功率调节系统进行了描述，这里将其全文引用为参考。′801号专利公开了一种通过逆变器和单独的组合整流器/滤波器，从外部电源给定子线圈提供启动功率的功率调节系统。对于需要给负载提供中点输出端的情况，′801号专利利用一个输出自耦变压器来生成中点。由于包含单独的自耦变压器，′801号专利的功率调节系统也要受到大型电气部件占位面积的损害并且由于变压器而使效率下降。
技术实现思路
按照本专利技术的一个实施例，提供了一种备有与电动机/发电机端口电气耦合的整流器以及与整流器和负载端口电气耦合的逆变器的电动机/发电机功率调节器。在启动模式中，组合的整流器和逆变器给电动机/发电机端口提供启动功率。在运行模式中，组合的整流器和逆变器将产生的功率提供给负载端口并且生成中点输出端。按照本专利技术的另一个实施例，提供了一种对电动机/发电机进行控制的方法，包括通过与逆变器电气耦合的整流器给电动机/发电机提供启动功率，通过整流器和逆变器对从电动机/发电机产生的功率进行调节，并且在对产生的功率进行调节的同时，通过组合的整流器和逆变器生成中点输出端。按照本专利技术的另一个实施例，提供了一种具有用于给电动机/发电机提供启动功率的装置、用于对电动机/发电机产生的功率进行调节的装置以及用于从对产生的功率进行调节的装置的输出中生成中点输出端的装置的电动机/发电机功率调节器。按照本专利技术的另一个实施例，提供了一种具有与电动机/发电机端口电气耦合的三腿有源整流器、与负载端口电气耦合的四腿逆变器、将整流器与逆变器电气耦合的双向DC功率总线以及与逆变器的一个腿耦合的中点输出端的电动机/发电机功率调节器。附图说明图1为按照本专利技术一个实施例的功率调节系统的框图。图2为按照本专利技术一个实施例的开关器件和二极管的放大图。图3为按照本专利技术一个实施例的，在运行模式中的图1的功率调节系统的框图。图4为按照本专利技术一个实施例的，在启动模式中的图1的功率调节系统的框图。图5为按照本专利技术另一个实施例的，在启动模式中的功率调节系统的框图。具体实施例方式以下将对本专利技术当前的优选实施例进行介绍。只要可能，将在涉及的相同或者相似部分的所有附图中使用相同的参考数字。仅为了进行说明，将参照涡轮电动机/发电机(即，利用涡轮原动机的电动机/发电机)对本专利技术的优选实施例进行描述。但是，应该理解，还可以将本专利技术应用于除了简单的涡轮电动机/发电机以外的更多的设备，如柴油机发电设备(即，利用柴油机作为原动机的电动机/发电机)。在图1的示意图中示出了按照本专利技术第一实施例的功率调节系统100。如图所示，功率调节系统100包括与涡轮电动机/发电机120电气耦合的整流器110。整流器110还与逆变器130电气耦合，逆变器130又与负载端口140电气耦合。最好，可以将负载端口140有选择地与用于提供启动功率的外部电源(例如，没有示出的电力网)耦合，还可以有选择地与一个或多个电气负载耦合。如图1所示，整流器110最好包括有源整流器(即，除了已知的无源二极管整流器以外还包括一次侧有源元件)。对于三相电源的应用，整流器110被配置为“三腿”有源整流器，整流器110的每个腿112、114和116与由电动机120产生的/提供给发电机120的三相中的一相对应。但是，应该理解，对于三相输入以外的电源的应用，可以增加更多的腿或者减少为更少的腿(例如，两个腿、四个腿的应用等)。如图2的放大图所示，整流器110的每个腿112、114、116包括多个开关器件210(例如，一对双绝缘栅双极性晶体管(IGBT))，按照公知的方式，将多个开关器件210中的每一个与相应的二极管220并联电气耦合。与有源整流器110相似，逆变器130最好也包括有源逆变器130(图1)。逆变器130的每个腿132、134、136和138包括多个开关器件210(例如，一对FET)，按照公知的与整流器110相同的方式，将多个开关器件210中的每一个与相应的二极管220并联电气耦合。但是，与整流器110不同，逆变器130最好包括一个“四腿”有源逆变器130(或者比用于除了三相输出以外的应用的整流器110多一个腿)。具体来说，有源逆变器130的三个腿134、136、138中的每一个与输出到负载端口140的三相中的一相对应。此外，对应于由组合的整流器110/逆变器130生成的中点输出端150，提供第四个腿132。这个中点输出端150可以称为生成的中点。应该理解，尽管示出了只有两级的整流器110和逆变器130(即，每个腿仅有两个串联的开关器件210)，但是，可以在例如高压发电的场合使用多于两级的多级变换。在图3所示的运行模式期间，整流器110将由涡轮电动机/发电机120提供的交流(AC)功率转换为直流(DC)功率。通过双向DC功率总线160将DC功率提供给逆变器130。DC总线电容器162位于双向DC功率总线160之间，对提供给逆变器130的电压进行滤波。在运行模式期间，逆变器130将整流器110提供的DC功率转换为60赫兹的AC功率。仅为了进行说明，将运行模式期间通过功率调节器100的单相功率流标为310(图3)。然后，最好在利用输出滤波器170进行滤波之后，通过负载端口140将60赫兹的AC功率输出到负载。按照公知的方式，通过以固定的60赫兹的速率使逆变器130导通和关断，进行DC到AC功率的变换。由输出滤波器170对组合整流器110/逆变器130提供的生成中点150进行滤波，以消除任何由于切换而感应的电流冲击。通过直接从组合整流器110/逆变器130提供生成中点，可以省略附加变压器或者其它附加部件。如图4所示，在启动模式中，图1的整流器110和逆变器130的作用相反。仅为了进行说明，将在启动模式中通过功率调节器100的单相功率流标为410。应该理解，如前面参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：Z·叶，G·辛哈，L·J·加塞斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：