用于同步机的激励器电路的制作方法

本公开涉及用于同步机(其也可以被称为同步机系统，并且在任一情况下通常是同步发电机、同步马达或同步调相机)的激励器电路，并且具体地涉及通常被配置为响应于电力系统需求要求而使至少一个电荷存储器件向用于同步机的dc输出放电的激励器电路。

背景技术：

1、发电机励磁系统通常操作以将发电机端子电压保持在指定的设定值处。因此，当负载随时间变化时，端子电压被自动地保持——称为稳态控制的控制方面。此外，控制系统响应系统扰动，诸如短路故障，其可能发生在发电机所连接的电力系统中。在此类扰动期间，电力系统电压可能低于正常电压，并且这会导致励磁系统递送强效强制动作以增加发电机场电流。低电压扰动还使得发电机转子与任何连接的涡轮机转子一起经历加速功率，这是因为由降低的电压引起的所生成的功率的降低，同时来自涡轮机的机械功率在紧接着的短期内保持不变。励磁系统的快速强制作用可有助于提高发电机转子的稳定性，从而减小转子速度的偏差并有益于更广泛的电力系统。

2、因此，对于同步机诸如同步发电机来说，对电气需求的改变具有短响应时间是有益的。

3、本说明书中对先前公布的文献或任何背景的列举或讨论不一定被认为是承认该文献或背景是现有技术的一部分或是公知常识。本公开的一个或多个方面/示例可以或可不解决背景问题中的一个或多个背景问题。

技术实现思路

1、根据第一方面，提供了一种用于同步机的激励器电路，该激励器电路包括：

2、至少一个电荷存储器件，该至少一个电荷存储器件被配置为向dc输出放电；以及

3、控制电路，该控制电路被配置为：

4、接收指示同步机的电气输出的第一信号，

5、接收指示来自连接到同步机的负载的电气需求的第二信号，并且

6、当由第二信号指示的电气需求超过由第一信号指示的电气输出时使该至少一个电荷存储器件放电。

7、该激励器电路还可以包括被配置为将ac输入转换为dc输出的整流器电路。

8、控制电路可以被配置为：

9、接收指示由该至少一个电荷存储器件存储的电荷量的第三信号；并且

10、当由第三信号指示的所存储的电荷量低于预定义阈值并且由第一信号指示的电压输出满足由第二信号指示的电压需求时，启动对该至少一个电荷存储器件的充电。

11、控制电路可以被配置为启动通过ac输入对该至少一个电荷存储器件的充电。

12、控制电路可以被配置为启动通过负载对该至少一个电荷存储器件的充电。

13、控制电路可以被配置为当由第二信号指示的电气需求超过由第一信号指示的电气输出达预定义量时使该至少一个电荷存储器件放电。预定义量可以是绝对量或相对量。

14、控制电路可以被配置为当由第二信号指示的电气需求超过由第一信号指示的电气输出达预定义时间段时使该至少一个电荷存储器件放电。

15、控制电路可以被配置为当由第一信号指示的电气输出满足由第二信号指示的电气需求时，将该至少一个电荷存储器件与dc输出电隔离。

16、dc输出可以是正电压或负电压。ac输入可以是三相信号或单相信号。

17、第一信号可以包括同步机的电压输出、电流输出和功率输出中的一者或多者，第二信号可以包括来自连接到同步机的负载的电压需求、电流需求、功率需求、激励器场电压需求、电感需求和功率因数中的一者或多者，并且负载可以包括电气负载或机械负载。

18、控制电路可以包括一个或多个晶体管以及自动稳压器，该自动稳压器被配置为控制该一个或多个晶体管以使该至少一个电荷存储器件向dc输出放电。

19、该一个或多个晶体管可以是绝缘栅双极晶体管。

20、控制电路可以包括电容器，该电容器被配置为当绝缘栅双极晶体管被自动稳压器从导通状态切换到关断状态时保护绝缘栅双极晶体管免受电路电感影响。

21、自动稳压器可以被配置为施加脉宽调制以控制dc输出。

22、该至少一个电荷存储器件可以包括一个或多个电容器、电池或电池-电容器混合件。

23、根据第二方面，提供了一种用于同步机的激励器，该激励器包括第一或第四方面的激励器电路，其中dc输出耦合到激励器的激励器场线圈。

24、激励器可以是无刷ac激励器或dc激励器。

25、根据第三方面，提供了一种包括第二方面的激励器的同步机(或同步电机)。同步机可以是同步发电机、同步马达或同步调相机。

26、同步机还可以包括主发电机和耦合到主发电机的转子轴、被配置为提供ac输入的副激励器。

27、副激励器可以包括永磁发电机。

28、根据第四方面，提供了一种用于同步机的激励器电路，该激励器电路包括：

29、至少一个电荷存储器件，该至少一个电荷存储器件被配置为向耦合到同步机的dc输出供应能量；以及

30、控制电路，该控制电路被配置为：

31、接收指示同步机的操作状态的第一信号，

32、接收指示针对同步机的控制需求的第二信号，以及

33、当以下情况时，供应由该至少一个电荷存储器件存储的能量的至少一部分以满足由第二信号指示的控制需求：

34、由第二信号指示的控制需求超过同步机的在不存在该至少一个电荷存储器件的情形下原本将存在的阈值能力，并且

35、同步机处于从第一信号得到的适当的操作状态。

36、控制电路可以被配置为：

37、当由第二信号指示的控制需求与从同步机消除能量相关联时，启动通过dc输出对该至少一个电荷存储器件的充电。

38、控制电路可以被配置为：

39、接收指示由该至少一个电荷存储器件存储的电荷量的第三信号；并且

40、当由第三信号指示的所存储的电荷量低于预定义阈值并且由第一信号指示的操作状态满足由第二信号指示的控制需求时，启动对该至少一个电荷存储器件的充电。启动充电可以包括通过ac输入或dc输出充电。

41、第一信号可以指示同步机的操作状态的实测参数，其中控制电路可以被配置为当由第一信号指示的操作状态不满足由第二信号指示的控制需求达预定义量时供应由该至少一个电荷存储器件存储的能量的至少一部分。

42、第一信号可以指示同步机的操作状态的实测参数，其中控制电路可以被配置为当由第一信号指示的操作状态不满足由第二信号指示的控制需求达预定义时间段时供应由该至少一个电荷存储器件存储的能量的至少一部分。

43、控制电路可以被配置为当由第一信号指示的操作状态满足由第二信号指示的控制需求时，将该至少一个电荷存储器件与dc输出电隔离以在dc输出处提供预定义电压上限。

44、第一信号可以指示同步机的操作状态的实测参数，该实测参数包括：同步机的电压输出、电流输出和功率输出中的至少一者；以及来自连接到同步机的负载的电压需求、电流需求、功率需求、电感需求和功率因数中的一者或多者；并且其中第二信号可以指示针对同步机的控制需求的参数要求，该参数要求包括以下中的至少一者：同步机的激励器的场电压和/或场电流；被配置为控制同步机的自动稳压器的输入、输出和/或一个或多个内部值；由同步机的发电机提供的电压和/或电流；同步机的实数或复数电感需求；以及来自连接到同步机的负载的功率因数。

45、控制电路可以被配置为：

46、基于调制信号调制dc输出；并且

47、设置dc输出的极性。

48、自动稳压器可以包括被配置为生成脉宽调制信号的脉宽调制单元。

49、该一个或多个晶体管可以包括：

50、被配置为从脉宽调制单元接收脉宽调制信号以调制dc输出的晶体管；以及

51、被配置为设置dc输出的极性的多个另外的晶体管。

52、该激励器电路还可以包括被配置为将ac输入转换为dc输出的整流器电路，其中控制电路还可以包括：

53、第一电流通路，该第一电流通路经由第一晶体管将整流器电路的第一端子耦合到dc输出的对应第一端子；

54、第二电流通路，该第二电流通路经由第二晶体管将整流器电路的第二端子耦合到dc输出的对应第二端子；

55、第三电流通路，该第三电流通路经由第三晶体管将沿着第一电流通路的第一点耦合到dc输出的第一端子；以及

56、第四电流通路，该第四电流通路经由第四晶体管将沿着第一电流通路的第二点耦合到dc输出的第一端子，

57、其中该至少一个电荷存储器件与第四晶体管并联设置。

58、自动稳压器可以被配置为：

59、供应由该至少一个电荷存储器件存储的能量的至少一部分以在dc输出处提供正电压，方式如下：

60、导通第一晶体管和第四晶体管，关断第三晶体管，并且经由脉宽调制单元向第二晶体管供应脉宽调制信号，或者

61、导通第一晶体管和第二晶体管，关断第三晶体管，并且经由脉宽调制单元向第四晶体管供应脉宽调制信号；或者

62、供应由该至少一个电荷存储器件存储的能量的至少一部分以在dc输出处提供负电压，方式如下：

63、关断第一晶体管、第三晶体管和第四晶体管，并且经由脉宽调制单元向第二晶体管供应脉宽调制信号，或者

64、关断第一晶体管、第二晶体管和第四晶体管，并且经由脉宽调制单元向第三晶体管供应脉宽调制信号。

65、自动稳压器可以被配置为通过导通第一晶体管并且关断第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管来对该至少一个电荷存储器件进行充电。

66、自动稳压器可以被配置为：

67、隔离该至少一个电荷存储器件，并且在dc输出处提供正电压，方式如下：

68、导通第一晶体管和第三晶体管，关断第四晶体管，并且经由脉宽调制单元向第二晶体管供应脉宽调制信号；或者

69、隔离该至少一个电荷存储器件，并且在dc输出处提供负电压，方式如下：

70、关断第一晶体管和第四晶体管，导通第三晶体管，并且经由脉宽调制单元向第二晶体管供应脉宽调制信号。

71、同步机可以包括激励器和发电机，其中：

72、dc输出可以耦合到激励器的场线圈；

73、操作状态可以反映发电机的操作状态；

74、控制需求可以表示由激励器生成的场电压的所需值，其中由激励器基于场电压来为发电机提供电力；并且

75、控制电路可以被配置为当发电机的操作状态不满足场电压的所需值时，供应由该至少一个电荷存储器件存储的能量的至少一部分，以增加激励器的场线圈上的电压以及激励器的场线圈处的对应电流变化率。

76、如果由发电机提供的测量电压偏离由发电机提供的预期电压，则发电机的操作状态可以不满足场电压的所需值，其中预期电压基于由激励器的场线圈生成的场电流。

77、控制电路可以被配置为确定偏差。

78、对应电流变化率可以与激励器的场电路上的电压增加成正比并且与激励器的场电路的感应率成反比。

79、供应由该至少一个电荷存储器件存储的能量的至少一部分可以包括从该至少一个电荷存储器件逐渐或立即释放和/或该至少一个电荷存储器件完全放电。

80、控制电路可以被配置为当由第二信号指示的控制需求超过同步机的在不存在该至少一个电荷存储器件的情形下原本将存在的阈值能力，并且同步机处于从第一信号得到的适当的操作状态时，临时增加dc输出处的电压上限并且升压同步机的输出。

81、第一信号可以被配置为指示同步机处于适当的操作状态，或者控制电路被配置为从第一信号得到适当的操作状态。

82、适当的操作状态可以是使得能够使用该至少一个电荷存储器件的状态。

83、阈值容量可以基于被配置为控制同步机的自动稳压器的输出电压。自动稳压器可以包括平滑电容器，其中阈值容量可以由平滑电容器上的电压限制。

84、根据第五方面，提供了一种使用第一方面的激励器电路的方法，该方法包括：

85、接收指示同步机的电气输出的第一信号；

86、接收指示来自连接到同步机的负载的电气需求的第二信号；以及

87、当由第二信号指示的电气需求超过由第一信号指示的电气输出时使该至少一个电荷存储器件放电。

88、根据第六方面，提供了一种使用第四方面的激励器电路的方法，该方法包括：

89、接收指示针对同步机的控制需求的第二信号；以及

90、当以下情况时，供应由该至少一个电荷存储器件存储的能量的至少一部分以满足由第二信号指示的控制需求：

91、由第二信号指示的控制需求超过同步机的在不存在该至少一个电荷存储器件的情形下原本将存在的阈值能力，并且

92、同步机处于从第一信号得到的适当的操作状态。

93、根据第七方面，提供了一种装置，该装置包括处理器和包括计算机程序代码的存储器，该存储器和计算机程序代码被配置为利用该处理器使得该装置至少能够执行第四方面的方法。

94、根据第八方面，提供了一种基本上如本文参考附图所述并且如附图所示的装置。

95、在兼容的情况下，关于第一或第四方面的激励器电路描述的任选特征也适用于第二方面的激励器、第三方面的同步机、第五或第六方面的方法和/或第八方面的装置。

96、本文所公开的任何方法的步骤不必以所公开的精确顺序执行，除非明确说明或被技术人员理解。

97、用于实现本文所公开的方法的一个或多个步骤的对应计算机程序也在本公开范围内并且被所描述的示例中的一个或多个示例所涵盖。

98、当在计算机上运行时，计算机程序中的一个或多个计算机程序可使得计算机配置任何装置，包括本文所公开的电池、电路、控制器或器件，或者执行本文所公开的任何方法。计算机程序中的一个或多个计算机程序可以是软件具体实施，并且计算机可以被认为是任何适当的硬件，作为非限制性示例，包括数字信号处理器、微控制器以及只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)或电可擦除可编程只读存储器(eeprom)中的具体实施。软件可以是汇编程序。

99、计算机程序中的一个或多个计算机程序可以在计算机可读介质上提供，该计算机可读介质可以是物理计算机可读介质，诸如盘或存储器设备，或者可以具体体现为瞬时信号。此类瞬时信号可以是网络下载，包括互联网下载。

100、本公开单独地或以各种组合包括一个或多个相对应的方面、示例或特征，无论是否以该组合或单独地具体说明(包括要求保护的)。用于执行所讨论的功能中的一个或多个功能的对应部件也在本公开范围内。

101、在整个本说明书中，关于位置、取向或移动的描述符，诸如“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”和“垂直”，及其任何衍生形容词和副词，在附图中所呈现的装置的位置、取向或移动的意义上使用。然而，此类描述符并不旨在以任何方式限制所描述或要求保护的本发明的预期用途。

102、上述技术实现要素：仅仅是示例性和非限制性的。