[发明专利]用于涡轮/交流发电机的共轴电气系统

说明书

背景技术

燃气涡轮必须在燃料喷射和点燃之前由辅助装置驱动成以启动速度旋转，然后自持运作。以前，例如，已经用辅助电动或压缩空气电动机驱动的齿轮箱系统使涡轮旋转，并达到启动速度。“气”动力启动系统也用于小型涡轮，并通过把气流，尤其是空气对准到涡轮或压缩轮中使主转子旋转来操作。这些已有的系统很复杂，难以实现。

可以利用燃气涡轮驱动交流发电机来产生电力。交流发电机可以由自由涡轮来驱动，自由涡轮耦接到交流发电机的转子上，或者穿过齿轮箱。在这些系统中，必须精确地控制涡轮的速度，以把交流电流的输出保持在所需频率和电压上。

发明内容

根据本发明，把具有永磁转子的交流发电机连接到主涡轮转子上，以便可以启动涡轮并产生电力。这里描述的电气系统可以使转子以各种速度工作，而与转子速度的输出频率和电压无关。该电气系统独特地引入了逆变器，在启动模式工作下以及在功率产生模式工作下都能输出适当的电压和频率。

电气系统用于在启动模式期间使涡轮旋转，然后在涡轮达到其正常工作状态时，从交流发电机中取出电力。在启动时，交流发电机起到电动机的作用。电气系统在启动时的作用包含电力升压、电力转换和控制，以向交流发电机提供例如三相交流电力。频率和电压都是作为时间和转速的函数来控制的。在启动期间从直流源(例如电池)或者从交流电源之一获得电气系统的电力。根据转子位置反馈，启动电路可以起到开环控制系统或者闭环控制系统的作用。

当通过控制燃料和空气的燃烧而提供能力，使涡轮在极高速旋转时接近正常工作条件时，用于初始时把交流发电机驱动成电动机的电路自动被重新配置成从交流发电机接收能量。接着，可以从电气系统取出所希望电压和频率的三相电。

简言之，根据本发明，涡轮/交流发电机的电气系统包含燃气驱动涡轮和共轴旋转的交流发电机。交流发电机具有永磁转子和定子绕组。定子电路连接到定子绕组上。直流汇流线向逆变电路提供电力。逆变电路的输出连接到交流输出电路上或者通过第一接触器连接到定子电路上。整流器连接在定子电路与直流汇流线之间。信号发生器由从共轴旋转取得的信号驱动，开环波形发生器产生与共轴旋转无关的波形。第二接触器把信号发生器或开环波形发生器之一连接到使逆变电路转换的驱动器上。临时电源向直流汇流线提供电力。在启动模式期间，控制电路把第一接触器转换成把逆变电路连接到定子电路上，把第二接触器转换成把信号发生器连接到驱动器(更佳地为一脉宽调制器)上。在电力输出模式期间，控制电路把第一接触器转换成使逆变器从定子电路上断开，把第二接触器转换成把开环波形发生器连接到驱动器上。在启动期间，交流发电机起到电动机的作用，以把涡轮的速度提高到安全点火速度。逆变器用于响应于信号发生器的信号对定子绕组进行整流。在电力输出模式期间，逆变器用于把交流发电机的整流输出转换成交流信号，响应于开环波形发生器加到交流输出电路上，从而产生频率与交流发电机的转速无关的电力。