专利名称：交流发电机的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及例如通过包括由发动机在转动中驱动的转
子的交流发电机来产生单相或多相交流电(AC)，例如，三相交流 电(AC)，而且本发明更具体地涉及调整该交流发电机。
背景技术：
以公知方式，交流发电机包括通过可变的电流量供电的激励器励 磁(或初级)绕组，以在激励器二次(或电枢)绕組中感应AC,该 AC随后由桥式整流器整流以通过整流的直流电(DC)为交流发电机 的主励磁绕组供电。这使得可以避免在交流发电机的转动部和静止部 之间具有环和电刷。
通常通过检测来自交流发电机的输出电压中的变化的电压调整 器来控制交流发电机，其中，变化可能是由于交流发电机上的负载的 变化。
调整器在用于调整来自交流发电机的输出电压的回路中改变流 入激励器励磁绕组的电流。
调整回路的响应时间可能相对长些，特别是由于电压调整器的响 应时间和由于激励器的电气和机械时间常数和交流发电机的电气和 机械时间常数。
美国专利第3 656 051号和第4 453 120号公开了交流发电机，每 个均包括设置在交流发电机的激励器二次绕组和主励磁绕组之间的 转动控制电路，控制电路被配置成响应从比较电路接收的控制信号， 通过控制流入交流发电机转子的电流将来自交流发电机的输出电压 维持在预定电平。
这些交流发电机包括具有励磁永磁铁或具有由电池供电的单个
绕组的激励器。
这些交流发电机显现出相对较高的激励器成本和较大激励器尺 寸的缺点，特别是，当使用永磁铁激励器时，要不然取决于对其充电 的电池和系统。
因此，需要提出具有呈现降低的尺寸和制造成本的交流发电机。
发明内容
欧洲专利申请EP-A1-0 233 425公开了用于没有环和电刷的交流 发电机的调整器装置，其中，用于为激励励磁绕组供电的电路包括用 于拾取交流发电机的基波和三次谐波电压的辅助绕组，以及首先作为 基波和三次谐波电压的函数并且其次作为来自交流发电机的输出电 压的函数控制的激励电流调整器构件。
在那个应用中，借助通过电压调整器改变的电流供电激励器励磁 绕組，其可以导致交流发电机的响应的延迟和瞬时电压的较大变化。 如果负栽中存在变化，则通过励磁绕组的时间常数使激励器励磁绕组 中的电流变化延迟。交流发电机的接线端处产生的电压变化大于没有 激励器可能发生的变化。
因此，如果发生负载变化则存在受益于具有较快速响应时间的交 流发电机的需要，以改进其在瞬时条件下的性能，并且特别是能够使 瞬时电压变化降低。
本发明目的是全部或部分满足上述要求。
本发明借助交流发电机实现该目的，该交流发电机包括
交流发电机定子，其包括
输送输出电压的主二次绕组； 至少一个辅助绕组；以及 通过辅助绕组供电的激励器励磁绕组；
用于调整交流发电机的输出电压的调整器；以及
交流发电机转子，其包括 激励器二次绕组；
通过激励器二次绕组供电的旋转励磁绕组；以及 控制电路，用于控制旋转励磁绕组的电源，并且被配置成 响应来自电压调整器的控制信号通过控制旋转励磁绕组的电源 将来自交流发电机的输出电压的幅度维持在预定电平，因为辅助 绕组经受通过转动中的旋转励磁绕组产生的变化的磁场，所以辅 助绕组产生电压。
独立地以及与上述结合，本发明也提供一种交流发电机，其包括 交流发电机定子，其包括
输送输出电压的主二次绕组；
至少一个辅助绕组；以及
经至少一个桥式整流器通过辅助绕组供电的激励器励磁绕
组；
用于调整交流发电机中的输出电压的调整器；以及
交流发电机转子，其包括 激励器二次绕组；以及 通过激励器二次绕组供电的旋转励磁绕组。
根据本发明的一个方面，激励器励磁绕组并不通过电池供电并且 也不同于永久磁场，从而使其能够降低交流发电机的成本。
有利的是，激励器励磁绕组不是以依靠主二次绕组，并且特别是 依靠来自交流发电机的输出电压的方式供电，具体地因为激励器励磁 绕组的电源不被电压调整器控制。
定子辅助绕组的使用使其能够将激励电压传送到激励器。在交流 发电机的所有操作条件下，通过传送充足电流的辅助绕组为激励器励 磁绕组供电。
起的延迟，本发明也能够使调整更快速。
激励器励磁绕组可以通过辅助绕组DC供电。 交流发电机可以包括多个辅助绕组，例如，两个辅助绕组。 控制电路可以包括整流器，例如，桥式整流器，其能够使激励器
二次绕组的AC电压变换成整流的DC电压，用于为旋转励磁绕组供 电。
控制装置可以包括旋转励磁绕组和激励器二次绕组之间的电子 开关，该开关根据控制信号被控制。电子开关可以是例如静态元件。
控制电路可以被安排成使用脉宽调制模式控制电子开关。
控制电路可以包括连接于旋转励磁绕組的接线端的续留二极管。
电压调整器可以包括数字处理器单元，其被安排成监视输出电压 并生成作为输出电压的函数的控制信号，特别是作为输出电压的频 率、频率的积分、和频率的微分的函数，以及作为输出电压的幅度、 幅度的积分、和幅度的微分的函数。
控制信号可以通过电感耦合(特别是低频连接)，通过光连接(特 别是红外连接)，或通过发射电磁波(特别是高频或非常高频电磁波)， 从电压调整器发送到控制电路。
交流发电机可以包括至少一个整流器，用于将通过至少一个辅助 绕组产生的AC电压整流成为激励器励磁绕组供电的整流的DC电压。 该整流电压也可以为电压调整器供电。
可以利用脉宽调制为激励器励磁绕组供电以限制激励器励磁绕 组中的电流。
定子的主绕组可以输出三相电压。
本发明也提供了包括如上所述的交流发电机的电力发电机组。借 助实例，发电机組也可以包括热机(heat engine)。
在阅读本发明实施例的以下详细描述和在检查
时可以 更好地理解本发明，其中，图l是根据本发明制成的交流发电机的示 意图。
具体实施例方式
图1中示出的交流发电机l包括交流发电机定子2，该交流发电
机定子2包括通过参考的U、 V、和W的三相传送输出电压(例如， 三相电压)的主定子二次绕组7。
每相均可以包括一个或多个绕组。
定子2也包括执行下述功能的辅助绕组3。
交流发电机也包括具有设置在机器轴上的旋转励磁绕组4的交 流发电机转子8，该轴例如通过发动机(未示出)驱动。
因为这些辅助绕组经受由旋转励磁绕组产生的变化磁场和定子 二次绕组的作用，所以辅助绕组3产生电压。
交流发电机l包括激励器，该激励器首先包括由辅助绕组3供电 的静止激励器励磁绕组5，和其次包括激励器二次绕组6。
经由控制电路10通过激励器二次绕组6为旋转励磁绕组4供电， 该控制电路10被配置成响应来自交流发电机的调整器20的电压的控 制信号，通过控制旋转励磁绕组的电源将来自交流发电机的输出电压 的幅度维持在预定电平。
在所述实例中，交流发电机具有两个定子辅助绕组3。
激励器励磁绕组5可以例如经由整流器21通过来自辅助绕组3 的整流电压供电。整流器包括在整流侧并联连接的两个单相桥式整流 器22,每个整流器均与辅助绕组3之一相关联。整流器21可以包括 使用一个或多个静态开关(例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)) 的例如脉宽调制型的限流器系统23。续留二极管27连接到激励器励 磁绕组5的接线端。
限流器系统的功能是设置激励最高限度，从而降低由于变热的激 励器励磁绕组而引起的热漂移。通过实例，该激励最高限度是可调节 的。需要被传送的激励电流作为在辅助绕组3中产生的基波和三次谐 波电压的函数而变化，并且其被限制为可调节的最高限度。
例如，限流器系统23和电压调整器20可以位于同一壳体中。
电压调整器20可以在来自整流器21的输出处通过整流电压供电。
电压调整器20产生从定子2传输到转子8的控制信号，然后在
控制电路10中被处理，用于控制旋转励磁绕组4的激励电流。
电压调整器20例如可以包括数字处理器单元25，其可以被安排 成监视例如两相之间的交流变流器中的输出电压，并产生作为输出电 压函数的控制信号，特别是作为输出电压的频率值、频率的积分、频 率的微分的函数，以及作为输出电压的幅度、幅度的积分、以及幅度 的微分的函数。
数字处理器单元25可以被安排成对输出电压信号的幅度和频率 执行比例积分微分(PID)型调整策略，从属于根据与参考电平相比 较的计算值的逻辑选择。借助实例，数字处理器单元25可以包括一 个或多个逻辑电路，例如， 一个或多个微处理器或微控制器。
为了控制旋转励磁绕组4的激励，控制信号从交流发电机的静止 部分传输到其转动部分。例如，传输可以通过电感耦合、或通过发射 电磁波、或实际上通过光连接(并且具体地通过光电连接)来进行。
控制信号可以通过控制电路10被接收和成形，其本身例如通过 激励器二次绕组6供电。
控制电路10可以包括桥式整流器12，用于将多相AC从激励器 二次绕组6变换成用于为旋转励磁绕组4供电的整流的DC。
控制电路10控制可以具有一个或多个元件(例如，至少一个半 导体电子开关，例如，IGBT)的电子开关ll。
控制信号可以至少包括在最小值和最大值之间变化的信息。借助 实例，最小值可以与零电流相对应，开关11被持续断开，并且最大 值可以与被持续闭合的开关ll相对应。
用于根据控制信号控制开关11的关系不需要是线性的。电子开 关11可以利用可变的脉宽调制模式被控制。
借助实例，控制电路10可以包括用于该目的的脉宽调制型断路 器系统14。
续流二极管15可以连接到旋转励磁绕组4的接线端。 本发明特别应用于构成发电机组一部分的所有交流发电机，无论 其应用。 术语"包括一个"应该被理解为与"包括至少一个"同义，除非相反 地指定。
权利要求
1.一种交流发电机包括交流发电机定子(2)，其包括输送输出电压的主二次绕组(7)；至少一个辅助绕组(3)；以及通过辅助绕组供电的激励器励磁绕组(5)；用于调整交流发电机的输出电压的调整器(20)；以及交流发电机转子(8)，其包括激励器二次绕组(6)；通过激励器二次绕组(6)供电的旋转励磁绕组(4)；以及控制电路(10)，用于控制旋转励磁绕组(4)的电源，并且被配置成响应来自电压调整器(20)的控制信号通过控制旋转励磁绕组(4)的电源将来自交流发电机的输出电压的幅度维持在预定电平，因为辅助绕组(3)经受通过转动中的旋转励磁绕组(4)产生的变化的磁场，所以辅助绕组(3)产生电压。
2. 根据前述权利要求所述的交流发电机，包括至少一个整流器 (12)，用于将通过至少一个辅助绕组(3)产生的交流电压整流成为激励器励磁绕组(5)供电的整流电压。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的交流发电机，包括两个辅 助绕组(3)。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的交流发电机，其中，控制 电路(IO)包括整流器(12)，所述整流器(12)能够使来自激励器 二次绕组(6)的交流电压变换成用于为旋转励磁绕组(4)供电的整 流电压。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的交流发电机，其中，控制 装置包括旋转励磁绕组(4)和激励器二次绕组(6)之间的电子开关(11)，所述开关根据控制信号被控制。
6. 根据权利要求5所述的交流发电机，控制电路(10)被安排 成利用脉宽调制模式控制电子开关(11)。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的交流发电机，其中，电压 调整器(20)包括数字处理器单元(25)，所述数字处理器单元(25) 被安排成监视输出电压并产生作为输出电压函数的控制信号，特别是 作为输出电压的频率、频率的积分、和频率的微分的函数，以及作为 输出电压的幅度、幅度的积分、和幅度的微分的函数。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的交流发电机，其中，控制 信号通过电感耦合、通过射频信号、或通过光连接从电压调整器(20) 传输到控制电路(10)。
9. 根据权利要求2所述的交流发电机，其中，整流电压为电压 调整器(20)供电。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的交流发电机，其中，输出 电压是三相电压。
11. 一种交流发电机，包括 交流发电机定子，其包括输送输出电压的主二次绕组(7); 至少一个辅助绕组(3);以及经由至少一个整流器(22)通过辅助绕组(3)供电的激励 器励磁绕组(5 );用于调整交流发电机中的输出电压的调整器(20);以及 交流发电机转子，其包括激励器二次绕组(6);以及通过激励器二次绕组(6)供电的旋转励磁绕组(4)。
12. 根据权利要求11所述的交流发电机，其中，利用脉宽调制 模式控制为激励器励磁绕组(5)供电的电流，以限制由激励器励磁 绕组(5)承载的电流。
全文摘要
本发明涉及一种交流发电机包括交流发电机定子(2)；具有输送输出电压的主电枢绕组(7)；至少一个辅助绕组(3)；以及通过辅助绕组供电的激励器励磁绕组(5)；用于调整交流发电机的输出电压的调整器(20)；以及交流发电机转子(8)，其包括激励器电枢绕组(6)，通过激励器电枢绕组(6)供电的旋转励磁绕组(4)，以及控制电路(10)，用于控制旋转励磁绕组(4)的电源，并且被配置成响应来自电压调整器(20)的控制信号在控制旋转励磁绕组(4)的电源的同时将交流发电机的输出电压的幅度维持在预定电平，由于辅助绕组(3)经受通过旋转励磁绕组(4)产生的变化的磁场，所以辅助绕组(3)产生电压。
文档编号H02P9/14GK101341649SQ200680047904
公开日2009年1月7日 申请日期2006年10月24日 优先权日2005年11月4日
发明者F·恰吉考斯基 申请人:利莱-森玛电机公司