[其他]用來起動大型同步旋轉電機的電源系統

無效

• 申請號: 85109583
• 申請日: 1985-12-10
• 公開（公告）號: CN85109583A
• 公開（公告）日: 1986-08-27
• 發明（設計）人: 查爾斯·厄爾·庫珀;托馬斯·德特洛·斯蒂特
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02P1/52
• 分類號: H02P1/52;H02H7/515
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 董江雄,黃向陽

本發明概括地介紹可旋轉的交流同步機電發電機，并更具體地介紹這種電機的起動系統;這種起動系統是用來起動大型柴油機的，其曲軸是與發電機轉子相聯接的。

大型自推進牽引機車（如火車頭）通常都裝備有“電力輸送系統”。這類系統一般包括一臺主同步發電機（有時稱為牽引交流發電機），它向若干直流牽引電動機供電。這些直流（d-c）電動機的轉子通過齒輪減速機構與機車的有關差動滑車聯結起來。發電機的轉子在機械上是由機車上的熱原動機（一般是12缸或16缸柴油機）的曲軸驅動的。當發電機轉子上的勵磁繞組通過勵磁電流時，在電機定子的三相繞組中就產生交變電勢。定子繞組的交變電勢經過整流后，加到牽引電動機的電樞繞組上。通過適當地控制勵磁的強度和柴油機的轉速，即可控制和改變交流發電機的輸出功率。

上述自推進機車由于其引擎設有運行而有時實際上將會停止工作。為了使它重新工作，需要采用適當的方法轉動曲軸，使引擎運轉起來，以前慣用的引擎“啟動”功能通常是應用一臺輔助直流發電機，其轉子與曲軸在機械上耦合在一起，并且暫時運行于電動機工作狀態而進行的，其電樞繞組用車上的蓄電池供電。一份1969年的英國專利（№1164????957）提出，主發電機本身可以用作供起動引擎用的同步電動機。因此可以把分開使用的起動電動機所占用的空間、重量、成本和機械磨損等節省下來。然而，在后者情況下，其起動系統必須包含適當的裝置，藉以將蓄電池的直流電轉變為可以變頻的三相交流電，這就是牽引發電機工作在電動機方式時所需要的。

在應用現有技術的，由機車蓄電池、電力換能器和上述三相交流同步發電機組成的引擎起動系統中，為了起動引擎的曲軸，電機轉子的初始輸出轉矩以及定子繞組的電流必須相當大。當轉子從靜止狀態加速起來時，所需的轉矩和電流就會減小。而負載電流的基波頻率將隨轉速（轉/分）而增高。在這種起動工作方式中，換能器會給發電機提供變化合適的電流量值和頻率，直到引擎曲軸的轉速達到或超過維持其正常運行所需的最小轉速為止。

一種非常適用于上述系統的特殊換能器就是通常所說的電流饋電的“三次諧波”輔助脈沖整流逆變器。關于這種逆變器的整流原理及其典型的用途曾在R.L.Steigerwald和T.A.Lipo合寫的論文中描述過，該論文的題目是：《把一種新穎的強迫整流起動方案用于負載整流的同步電動機驅動的分析》該論文是于1977年10月2-4日，在美國加利福尼亞州，洛杉磯市舉行電機及電子工程師學會/航空科學研究院（IEEE/IAS）年會上所推薦的，并于《IEEE文摘》（“IEEE????TRANS”）的1979年1月/2月第IAS-15卷，第一期中重新發表的。在這里特予引用以作參考。

一臺三次諧波輔助脈沖整流逆變器包括六個主要單向導通可控電子元件，如閘流晶體管。它們彼此聯結成若干對同向串聯的交替導通的整流元件，以便在一組三相交流端子與一對直流端子之間形成普通的三相雙路六脈沖電橋。電橋的直流端子可與合適的、相當平衡的直流電源相連接，例如大容量多單元大型蓄電池。上述電橋的交流端子分別連到三相負載電路的各相。負載電路一般包括大型同步電動機的星形聯結的三相定子繞組。

為了對負載電路供應三相交流電流，逆變器的六個主要整流元件按予定的順序輪轉地打開（即使之導通），這種予定的順序是響應于由相連系的控制設備按照予定的型式，并在所希望的時間產生一系列的周期性的“觸發”信號（即門控脈沖）的。為了通過強制整流而周期性地截止主要整流元件，逆變器備有輔助電路，它包括一個預先充好電的整流電容器和至少二個（第七和第八）交替導通的單向可控整流元件，它們準備同介于三相交流負載電路的中性點或公共點和電橋的任一直流端子之間的電容器聯接起來。

在三次諧波逆變器的每一穩態運行的全周期中，輔助整流電路中的每一整流元件都短暫地分別導通三次。更具體地說，第七整流元件，每隔大約120°電角度觸發一次，第八整流元件也按同樣的時間間隔觸發，但與第七元件的時間錯開。從而，每隔60°電角度便有一個輔助整流元件觸發。當輔助整流元件導通時，整流電容器就和負載電路的一相及二個主要整流元件中的第一個相并聯，于是主要整流元件使負載電流導通。起初電容器電壓比線路對零線的相電壓高。該電壓是加在電感負載上的，其極性恰好使電容器開始放電。結果，電流被強迫地從第一個整流元件（即離去的或脫開的整流元件）轉換（換向）到包括導通的輔助整流元件及電容器的并聯支路。在換向過程中，由負載電感限制電流的變化速度。