永磁同步发电机整流系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种永磁同步发电机整流系统，该系统包括：原动机；永磁同步发电机，其与所述原动机连接；整流器，其通过断路器与所述永磁同步发电机连接；岸电电源，其通过连接器与所述整流器连接；现场控制器，其连接于所述永磁同步发电机和所述整流器之间，其中，通过断开所述断路器或所述连接器，并在所述现场控制器的控制下实现两种交流电源的输入。本发明提出一种适用于船舶用的永磁同步发电机整流系统，该系统可以实现永磁同步发电机、岸电电源这两种不同电压、频率的交流电源的输入模式，而且，该系统能够进行系统整流器输入端的输入电压、频率的自动检测，进而获得期望的直流电压和电流的输出。
【专利说明】永磁同步发电机整流系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子【技术领域】，尤其涉及一种永磁同步发电机整流系统。
【背景技术】
[0002]目前永磁同步发电整流电源与传统的电励磁发电整流电源相比，由于发电机取消了电励磁绕组，消除了易发生故障的集电环和电刷，同时采用多相多绕组永磁同步发电机，因而能够有效消除基波电流产生的五、七次等高次谐波磁势及五、七次谐波电流产生的基波磁势，减少附加损耗，降低定子绕组和铁心的磁振动。而且，多相多绕组永磁同步发电机更可以降低整流输出电流的纹波系数。
[0003]船舶用永磁同步发电机整流系统通常采用以发电机来输出交流电、以断路器连接不可控整流桥的形式，来获取期望恒定的直流电压和电流。然而，该方式的交流输入电源单一，并且系统复杂、装备占用空间大、模块化、集成化程度低，从而影响船舶整体空间的有效利用，因此在应用上具有一定局限性。
[0004]因此，亟需提供一种解决方案以解决上述问题，实现多种方式的交流输入电源，减小装备占用面积乃业界所致力的课题之一。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种永磁同步发电机整流系统，该系统能够实现多种方式的交流输入电源，减小装备占用面积。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种永磁同步发电机整流系统，该系统包括:原动机；永磁同步发电机，其与所述原动机连接；整流器，其通过断路器与所述永磁同步发电机连接；岸电电源，其通过连接器与所述整流器连接；现场控制器，其连接于所述永磁同步发电机和所述整流器之间，其中，通过断开所述断路器或所述连接器，并在所述现场控制器的控制下实现两种交流电源的输入。
[0007]在一个实施例中，在断开所述断路器的第一模式下，所述现场控制器采集所述岸电电源的交流电压和频率，根据所述整流器的设定输出电压、所述交流电压和频率来计算移相控制量，并对所述移相控制量进行调制得到触发脉冲以发送给所述整流器；所述现场控制器实时检测所述整流器的输出端的直流电压，通过将所述直流电压与所述设定输出电压进行比较，来调整所述整流器的移相控制量。
[0008]在一个实施例中，在断开所述连接器的第二模式下，所述现场控制器采样所述永磁同步发电机的转速信号，根据所述转速信号和所述永磁同步发电机的输出电压的对应关系，初步计算得到所述整流器的输入电压和频率；所述现场控制器同步采集所述整流器的输入端的同步电压和频率；所述现场控制器通过将初步计算得到的输入电压和频率、与同步电压和频率进行比较得到所述整流器的最终的输入电压和频率；所述现场控制器根据所述整流器的设定输出电压、最终的输入电压和频率计算移相控制量，并对所述移相控制量进行调制得到触发脉冲以发送给所述整流器；所述现场控制器实时检测所述整流器的输出端的直流电压，通过将所述直流电压与所述设定输出电压进行比较，来调整所述永磁同步发电机的转速，进而调节所述整流器的移相控制量。
[0009]在一个实施例中，系统还包括:冷却系统，其与所述永磁同步发电机、所述整流器和所述现场控制器连接，所述冷却系统用于对所述永磁同步发电机和所述整流器进行散热冷却，并将自身的信号反馈给所述现场控制器。
[0010]在一个实施例中，所述现场控制器检测所述永磁同步发电机、所述整流器和所述冷却系统的保护信号；所述现场控制器按照优先级别将接收到的所述保护信号发送至外部的上级控制系统，其中，所述保护信号至少包括以下两种级别信号:一级保护信号包括所述永磁同步发电机的转速过高信号、所述整流器保护信号、同步电压丢失信号和上级控制系统失灵信号；二级保护信号包括冷却水压过低信号、冷却水温过高信号、发电机轴承温度过高信号和绕组温度过高信号；该系统还包括短路保护电路，其设置在所述整流器的输入端，所述短路保护电路根据所述整流器保护信号来对所述整流器进行保护。
[0011]在一个实施例中，所述永磁同步发电机为六相双Y型移30°绕组结构的永磁同步发电机。
[0012]在一个实施例中，所述原动机为柴油机或燃气轮机。
[0013]在一个实施例中，所述整流器为由两组三相全控整流桥并联组成的装置。
[0014]与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点:
[0015]本发明提出一种适用于船舶用的永磁同步发电机整流系统，该系统可以实现永磁同步发电机、岸电电源这两种不同电压、频率的交流电源的输入模式，而且，该系统能够进行系统整流器输入端的输入电压、频率的自动检测，进而获得期望的直流电压和电流的输出。
[0016]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0018]图1是根据本发明实施例的永磁同步发电机整流系统的结构示意图；
[0019]图2是图1所示永磁同步发电整流系统中现场控制器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。
[0021]图1是根据本发明实施例的永磁同步发电机整流系统的结构示意图。下面参考图1来详细说明该系统的各个组成结构和功能。
[0022]如图1所示，该系统主要包括:原动机10、永磁同步发电机(简称发电机)11、岸电交流电源(简称岸电电源)12、整流器13和现场控制器14。原动机10优选采用柴油机或燃气轮机。发电机11通过高速联接轴与原动机10连接，该发电机11优选采用六相双Y型移30°绕组结构的永磁同步发电机，且频率为322.5Hz。整流器13经由断路器16通过电缆与发电机11连接，该整流器13采用两组三相全控整流桥并联结构。另外，整流器13还包括对应每组三相全控整流桥设置的电流传感器BC1、BC2以及设置在输出端的电压传感器BV。岸电交流电源12通过连接器与整流器13连接，优选地，该连接器为集成于整流器13的快速连接接头，通过该接头能够实现快速插拔以断开岸电交流电源12和整流器13的连接，该岸电交流电源12采用电网动力电源，频率为50Hz。现场控制器14与发电机11和整流器13连接，该现场控制器14为集成终端控制器。在本实施例中，能够通过断开断路器16或连接器，并在现场控制器14的控制下实现两种交流电源的输入。
[0023]另外，该系统还包括冷却系统15，冷却系统15与发电机11、整流器13和现场控制器14，冷却系统15可以为船舶自带的纯水冷却系统。冷却系统15用于对发电机11和整流器13进行散热冷却，并通过例如温度/压力传感器等装置将自身的信号反馈给现场控制器14。
[0024]从上述结构可以看出，本发明实施例通过将发电机11和岸电电源12分别与整流器13连接，并通过现场控制器14的控制，能够实现关于整流器13的双电源供电模式。
[0025]图2是图1所示永磁同步发电整流系统中现场控制器的结构示意图。下面参考图2来说明现场控制器14的各个组成结构和功能。
[0026]如图2所示，该现场控制器14主要包括:CPU单元140、以及分别与CPU单元140连接的格雷码信号采集单元141、数字量输入单元142、A/D处理单元143、数字量输出单元144和脉冲输出单元145。该现场控制器14还包括分别与A/D处理单元143连接的CAN通讯单元146、温度检测单元147、模拟量采集单元148和电压、频率自检单元149。
[0027]其中，格雷码信号采集单元141采集由外部发电机转子信号绝对值编码器编码得到的发电机11的转速信号。数字量输入单元142接收整流器保护信号。CAN通讯单元146接收外部的上级控制系统的信号。温度检测单元147检测发电机11的轴承和绕组的温度。模拟量采集单元148采集冷却系统15的水压和温度、以及整流器13的电流传感器BC1、BC2所检测的直流电流和电压传感器BV检测的直流电压。电压、频率自检单元149用来同步采集发电机11输出端的同步电压和频率(可以理解为整流器13输入端的同步电压和频率)。A/D处理单元143用于将接收到的来自CAN通讯单元146、温度检测单元147、模拟量采集单元148和电压、频率自检单元149的模拟信号转换成数字信号发送给CPU单元140。
[0028]另外，上述的格雷码信号采集单元141、数字量输入单元142、CAN通讯单元146、温度检测单元147、模拟量采集单元148和电压、频率自检单元149作为检测永磁同步发电机
11、整流器13和冷却系统15的保护信号的保护信号检测装置。
[0029]CPU单元140按照优先级别将接收到的保护信号上传至外部的上级控制系统中，实现永磁同步发电机11和整流器13的协同保护。其中，保护信号至少包括以下两种级别信号:一级保护信号(优先级最高)包括发电机转子转速过高信号、整流器保护信号、上级控制系统失灵信号和同步电压丢失信号；二级输入信号(优先级次之)包括冷却水压过低信号、冷却水温过高信号、发电机轴承温度过高信号和绕组温度过高信号。进而，该系统还包括短路保护电路，该短路保护电路集成在整流器13的输入端，其根据数字量输出单元144输出的整流器保护信号来对整流器13进行保护。
[0030]另外，该现场控制器14还包括备用通讯单元，如图中所示的485通讯单元。该现场控制器14还包括电源处理单元，用于对外部的控制电源进行处理。
[0031]下面详细说明在不同模式下该系统是如何控制不同直流输出。
[0032]在第一模式下，即在岸电电源12和整流器13共同运行的模式下，将与永磁同步发电机11相连的断路器16断开。
[0033]现场控制器14采集岸电电源12的交流电压和频率。现场控制器14中的CPU单元140根据整流器13的设定输出电压、采集的交流电压和频率计算出移相控制量，并对移相控制量进行调制得到触发脉冲，该设定输出电压可由外部的上级控制系统来设定。脉冲输出单元145将触发脉冲输出给整流器13的硅堆整流元件(快速晶闸管单元)中。在此过程中，模拟量采集单元148采集整流器13的电流传感器BCl、BC2和电压传感器BV检测到的直流电流和直流电压，A/D处理器143将检测到的直流电压和直流电流转化为数字量，CPU单元140将转化后的直流电压与设定输出电压进行比较来调节整流器13的移相控制量，进而保持输出电压的稳定。CPU单元140还通过将对应设定输出电压的设定输出电流与检测到的整流器13的两条支路直流电流进行比较，实现两条支路的电流精细控制，调节输出直流功率。
[0034]并且，在第一模式中，现场控制器14的CPU单元140按照优先级别将接收到的保护信号分级上传到上级控制系统中，实现永磁同步发电机11和整流器13的协同保护。
[0035]在第二模式下，即在原动机10、永磁同步发电机11和整流器13共同运行的模式下，将岸电电源12与整流器13之间的快速连接接头拔掉以断开二者之间的电缆。现场控制器14的格雷码信号采集单元141采集由外部发电机转子信号绝对值编码器编码得到的发电机11的转速信号，CPU单兀140根据转速信号和永磁同步发电机11的输出电压之间的对应关系，初步计算得出整流器13输入端的输入电压和频率。电压、频率自检单元149同步采集整流器13的输入端的同步电压和频率。CPU单元140通过将初步计算得到的输入电压和频率、与同步采样得的同步电压和频率进行比较得到整流器13的最终的输入电压和频率。
[0036]CPU单元140根据整流器13的设定输出电压、最终的输入电压和频率计算出移相控制量，并对移相控制量进行调制得到触发脉冲，该设定输出电压可由外部的上级控制系统来设定。脉冲输出单元145将脉冲触发输出到整流器13的硅堆整流元件中。而且，模拟量采集单元148采集整流器13的电流传感器BC1、BC2和电压传感器BV检测到的直流电流和直流电压，A/D处理单元143将采集到的直流电压和直流电流转换成数字量，CPU单元140将转换后的直流电压与设定输出电压进行比较来调整发电机11转速进而调节整流器13的移相控制量，保持输出电压的稳定。CPU单元140还将对应设定输出电压的设定电流与两条支路的直流电流进行比较，实现对两条支路的电流进行精细控制，调节输出直流功率。
[0037]并且，在该模式下，现场控制器14CPU单元140按照优先级别将接收到的保护信号分级上传到上级控制系统中，实现永磁同步发电机11和整流器13的协同保护。
[0038]综上所述，本发明实施例提出一种永磁同步发电机整流系统，该系统既可应用永磁同步发电机，又可应用岸电电源。而且，该系统具有不同频率交流电源输入的自适应功能，输出的整流电压、电流调节范围宽，能够实现宽电压、宽频率范围内的移相控制量计算和触发脉冲调制。另外，由于系统的控制、保护单元集成于现场控制器中，因此该系统具备空间小、模块化和集成化高的特点。[0039]以上所述，仅为本发明的具体实施案例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明所述的技术规范内，对本发明的修改或替换，都应在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种永磁同步发电机整流系统,该系统包括: 原动机； 永磁同步发电机，其与所述原动机连接； 整流器，其通过断路器与所述永磁同步发电机连接； 岸电电源，其通过连接器与所述整流器连接； 现场控制器，其连接于所述永磁同步发电机和所述整流器之间， 其中，通过断开所述断路器或所述连接器，并在所述现场控制器的控制下实现两种交流电源的输入。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 在断开所述断路器的第一模式下， 所述现场控制器采集所述岸电电源的交流电压和频率，根据所述整流器的设定输出电压、所述交流电压和频率来计算移相控制量，并对所述移相控制量进行调制得到触发脉冲以发送给所述整流器； 所述现场控制器实时检测所述整流器的输出端的直流电压，通过将所述直流电压与所述设定输出电压进 行比较，来调整所述整流器的移相控制量。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于， 在断开所述连接器的第二模式下， 所述现场控制器采样所述永磁同步发电机的转速信号，根据所述转速信号和所述永磁同步发电机的输出电压的对应关系，初步计算得到所述整流器的输入电压和频率； 所述现场控制器同步采集所述整流器的输入端的同步电压和频率； 所述现场控制器通过将初步计算得到的输入电压和频率、与同步电压和频率进行比较得到所述整流器的最终的输入电压和频率； 所述现场控制器根据所述整流器的设定输出电压、最终的输入电压和频率计算移相控制量，并对所述移相控制量进行调制得到触发脉冲以发送给所述整流器； 所述现场控制器实时检测所述整流器的输出端的直流电压，通过将所述直流电压与所述设定输出电压进行比较，来调整所述永磁同步发电机的转速，进而调节所述整流器的移相控制量。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括: 冷却系统，其与所述永磁同步发电机、所述整流器和所述现场控制器连接，所述冷却系统用于对所述永磁同步发电机和所述整流器进行散热冷却，并将自身的信号反馈给所述现场控制器。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述现场控制器检测所述永磁同步发电机、所述整流器和所述冷却系统的保护信号；所述现场控制器按照优先级别将接收到的所述保护信号发送至外部的上级控制系统，其中，所述保护信号至少包括以下两种级别信号:一级保护信号包括所述永磁同步发电机的转速过高信号、所述整流器保护信号、同步电压丢失信号和上级控制系统失灵信号；二级保护信号包括冷却水压过低信号、冷却水温过高信号、发电机轴承温度过高信号和绕组温度过高信号； 该系统还包括短路保护电路，其设置在所述整流器的输入端，所述短路保护电路根据所述整流器保护信号来对所述整流器进行保护。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述永磁同步发电机为六相双Y型移30°绕组结构的永磁同步发电机。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述原动机为柴油机或燃气轮机。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的系统，其特征在于， 所述整流器为由两组 三相全控整流桥并联组成的装置。
【文档编号】H02P9/00GK104038121SQ201410225361
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】吴强, 曹洋, 王海军, 陈洁莲, 黄燕艳, 张敏, 赵道德, 田华贵, 柳浩 , 许汝波, 陶洪亮, 郭民, 陈元初, 周成, 初蕊, 蔡宇峰, 孙茂, 邓建华 申请人:株洲变流技术国家工程研究中心有限公司