專利名稱：同步發(fā)電裝置及其激勵(lì)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有同步發(fā)電機(jī)的同步發(fā)電裝置，更具體地說，涉及一種對(duì)例如車輛上使用的同步發(fā)電機(jī)的定子繞組施加超前的相電流的同步發(fā)電裝置及其激勵(lì)控制方法。
一般例如用于車輛的同步發(fā)電裝置具有三相交流發(fā)電機(jī)(所謂交流發(fā)電機(jī))。該裝置使用內(nèi)裝的三相全波整流器對(duì)產(chǎn)生的電壓整流，然后用整流電壓為蓄電池充電。
隨著現(xiàn)在要求發(fā)動(dòng)機(jī)室小型化以及在發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)設(shè)備安裝密度的增加，使交流發(fā)電機(jī)的環(huán)境溫度升高。在具有磁場繞組的交流發(fā)電機(jī)中，在低速范圍內(nèi)，此時(shí)固定于轉(zhuǎn)子的冷卻風(fēng)扇的性能低，由磁場電流引起的熱而導(dǎo)致的磁場繞組的溫升可能失去控制。這可能使磁場電流減小，減小發(fā)電機(jī)輸出功率并減少絕緣樹脂的壽命。
尤其對(duì)具有Lundell型轉(zhuǎn)子的體積小的功率輸出大的交流發(fā)電機(jī)這一問題極為嚴(yán)重。因?yàn)橐话愕腖undell型轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)使得磁極鐵心基本上包圍著磁場繞組因而妨礙了熱輻射，使熱量集聚在繞組內(nèi)，因而引起可觀的溫升。
本發(fā)明的目的在于提供一種同步發(fā)電裝置和激勵(lì)控制方法，用于阻止磁場繞組型轉(zhuǎn)子的溫升并增加功率輸出。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種同步發(fā)電裝置和激勵(lì)控制方法，使得在低速時(shí)能減少磁場繞組的溫升并在高速時(shí)能保證高功率輸出。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，對(duì)定子繞組加一超前的相電流，對(duì)磁場繞組加一磁場電流。磁場磁通(即旋轉(zhuǎn)磁場)在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)被超前的相電流增強(qiáng)。在高速范圍內(nèi)，施加于定子繞組的超前的相電流被減少或被切斷，主要由磁場電流形成的磁通發(fā)電。結(jié)果，對(duì)于給定功率輸出的所需磁場電流被減小，并抑制在低速范圍內(nèi)磁場繞組的溫升。
超前的相電流最好以這樣的方向施加，即在半導(dǎo)體開關(guān)元件的整流操作期間，通過調(diào)整導(dǎo)通周期使其流入定子繞組。
對(duì)于超前的相電流的相控，最好檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)相角，從而控制半導(dǎo)體開關(guān)元件截止的時(shí)刻。
為了在輸出增加和發(fā)熱增加之間進(jìn)行平衡，最好在低轉(zhuǎn)速范圍和高轉(zhuǎn)速范圍之間確定一個(gè)邊界轉(zhuǎn)速，其值為上升轉(zhuǎn)速(例如500rpm-1000rpm)的二至四倍，在此轉(zhuǎn)速下發(fā)出的電壓超過預(yù)定的電池電壓。
最好檢測磁場繞組的溫度，使在高溫時(shí)與在低溫時(shí)相比超前相電流較大而磁場電流較小，從而使得在限制輸出電流減小的同時(shí)可以減小磁場繞組的溫度。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，檢測關(guān)于由同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電樞電流的實(shí)際量，根據(jù)檢測的量，具有高壓側(cè)開關(guān)和低壓側(cè)開關(guān)的雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路控制加于定子繞組的超前的相電流的開始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻。
最好高壓側(cè)開關(guān)在從流過高壓側(cè)開關(guān)的電流從流出的方向變?yōu)榱魅氲姆较蚱鸬囊活A(yù)定的時(shí)間長度之后被截止。
最好低壓側(cè)開關(guān)在從流過低壓側(cè)開關(guān)的電流由流入定子繞組的方向變?yōu)榱鞒龆ㄗ永@組的方向起的一預(yù)定的時(shí)間長度之后被截止。


圖1是按照本發(fā)明的實(shí)施例1的發(fā)電裝置的方塊圖；圖2是圖1所示的三相同步發(fā)電機(jī)的截面圖；圖3是說明圖1所示的三相全波整流器的一相的部分等效電路圖；圖4A-4D是當(dāng)不進(jìn)行相位超前控制時(shí)圖1所示的Si-MOSFET的導(dǎo)通定時(shí)圖；圖5A-5F是當(dāng)進(jìn)行相位超前控制時(shí)圖1所示的Si-MOSFET的導(dǎo)通定時(shí)圖；圖6是表示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和磁場繞組溫度以及繞組溫度之間的關(guān)系的由實(shí)驗(yàn)獲得的曲線；圖7是實(shí)施例1的控制流程圖；圖8是按照實(shí)施例1的執(zhí)行無相位超前方式的流程圖；圖9是按照實(shí)施例1的執(zhí)行相位超前方式的流程圖；圖10是按照實(shí)施例1的執(zhí)行相位超前方式的流程圖；圖11是本發(fā)明實(shí)施例2的發(fā)電裝置的電路方框圖；圖12A-12C是當(dāng)進(jìn)行相位超前控制時(shí)圖11所示的Si-MOSFET的導(dǎo)通定時(shí)圖；圖13是圖11所示的實(shí)施例2的控制流程圖；圖14是實(shí)施例3的發(fā)電裝置的電路方塊圖；以及圖15實(shí)施例3執(zhí)行相位超前方式的流程圖。
(實(shí)施例1)本發(fā)明的同步發(fā)電裝置的一個(gè)實(shí)施例將參照?qǐng)D1所示的方塊圖和圖2所示的三相同步發(fā)電機(jī)100的截面圖進(jìn)行說明。
例如用于車輛中的同步發(fā)電裝置具有三相同步發(fā)電機(jī)(AC發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電機(jī))100，用于對(duì)所發(fā)出的交流電流進(jìn)行整流的三相全波整流器(也叫逆變器)，以及調(diào)節(jié)器7，如圖1所示。三相全波整流器11和調(diào)節(jié)器7構(gòu)成超前相位電流供給裝置(控制裝置)。
三相同步發(fā)電機(jī)100具有驅(qū)動(dòng)架1和后架2它們通過軸承3a，3b可旋轉(zhuǎn)地支撐差轉(zhuǎn)子4，如圖2所示。定子5被固定在驅(qū)動(dòng)架1上，包圍差轉(zhuǎn)子4的外圓柱面。在定子5的定子繞組(a-c相電樞繞組)5a-5c中產(chǎn)生的電樞電流Ia-Ic經(jīng)由MOSFET構(gòu)成的整流器11整流。加于轉(zhuǎn)子4的磁場繞組的磁場電流被調(diào)節(jié)器7控制。冷卻風(fēng)扇4a，4b安裝于轉(zhuǎn)子4的磁極鐵心的相對(duì)端。
眾所周知，在三相同步發(fā)電機(jī)100中，磁場電流If被加于磁場繞組4C中，轉(zhuǎn)子4由發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)通過皮帶輪8帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從而在定子5而內(nèi)圓周上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在電樞繞組5a-5c中感應(yīng)三相交流電壓。
三相全波整流器11包括逆變器電路，其中Si-MOSFET 11a-11f呈三相橋式連接。三相全波整流器11是熟知的，為簡便起見略去其結(jié)構(gòu)的說明。三相全波整流器11的高電平直流輸出端連接于電池9的高電平端和電負(fù)載10的正端。三相全波整流器11的低電平直流輸出端和電池9的低電平端以及電負(fù)載10的另一端一起接地。代替Si-MOSFET，MOSFET可由SiC材料，即Si和C的化合物制成。這種MOSFET可用于高溫下，從而使冷卻風(fēng)扇4a，4b的體積可以減小。
調(diào)節(jié)器7具有微型計(jì)算機(jī)，用來對(duì)磁場電流If的導(dǎo)通率進(jìn)行PWM控制，使得電池電壓VB和發(fā)出的電壓的預(yù)定值一致，并根據(jù)由Si-MOSFET 11a-11f提供的電壓降信號(hào)Pa-Pf(后述)產(chǎn)生門控信號(hào)電壓Ga-Gf，并把這些門控信號(hào)電壓Ga-Gf供給Si-MOSFET的控制極。標(biāo)號(hào)70代表安裝在發(fā)電機(jī)100中的磁場溫度檢測器，用于檢測溫度并產(chǎn)生相應(yīng)于磁場繞組4C的溫度的信號(hào)。
下面對(duì)本實(shí)施例的操作機(jī)理作簡短說明。
按照本實(shí)施例，調(diào)節(jié)器7在預(yù)定的定時(shí)(后述)向整流器11輸出控制極電壓信號(hào)Ga-Gf，使得超前相位的電流流過定子繞組5a-5c。超前相位的電流產(chǎn)生電樞反應(yīng)，起激磁作用，從而使磁場磁通增加。因而輸出電壓電流增加。此外，磁場電流被減少與輸出增加相應(yīng)的量，從而減少磁場繞組4C的發(fā)熱。轉(zhuǎn)子繞組4C的溫升借以被限制而不減少功率輸出。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3說明三相全波整流器11的a相的逆變器電路。
高壓側(cè)開關(guān)Si-MOSFET 11a和低壓側(cè)開關(guān)Si-MOSFET 11d是N溝道型并互相串聯(lián)。Si-MOSFET具有在電樞繞組側(cè)形成的N型區(qū)，即在功率發(fā)出期間的漏極區(qū)，以及形成在電池側(cè)的另一個(gè)N型區(qū)，即在功率發(fā)出期間的源極區(qū)，還有在控制極114a下方形成的P陷區(qū)。P陷區(qū)和N型區(qū)之間的PN結(jié)形成寄生二極管112a。
按照本實(shí)施例，在緊接Si-MOSFET 11a的溝道下方的P陷區(qū)對(duì)提供在電樞繞組側(cè)的N型區(qū)被短路以便設(shè)置P陷區(qū)的電位。提供在電樞繞組側(cè)的N型區(qū)通過低阻值電阻113a被連接于電樞繞組5a用來檢測電流。低值電阻113a通過使用絕緣膜在芯片的頂上形成具有預(yù)定電阻的金屬化層或半導(dǎo)體層而形成。
類似地，緊接Si-MOSFET 11d的溝道下方的P陷區(qū)對(duì)接地側(cè)N型區(qū)被短路，以便設(shè)置P陷區(qū)的電位。接地側(cè)的N型區(qū)通過低值電阻113d接地用于檢測電流。其它相的Si-MOSFET 11b，11e，11c，11f具有相同的低值電阻。Si-MOSFET 11a-11f分別具有連接端Pa-Pf，用于低值電阻和在電樞繞組側(cè)提供的N型區(qū)之間的連接，寄生二極管112a，112d也作為電流通路把發(fā)出的電流供給電池9。
這樣，當(dāng)Si-MOSFET導(dǎo)通時(shí)發(fā)生的溝道電流可根據(jù)相電壓Va和連接端Pa的電位之間的差檢測。每個(gè)Si-MOSFET 11g-11f的溝道電流可以類似方式檢測?？刂茦O電壓被作得足夠高，Si-MOSFET11a-11f工作在不飽和區(qū)(即溝道不會(huì)被耗盡層夾斷的工作方式)。
現(xiàn)對(duì)三相全波整流器11的Si-MOSFET的開關(guān)定時(shí)進(jìn)行說明。
(當(dāng)不提供超前相位電流Is時(shí))首先說明不提供超前相位電流的情況。圖4A-4D表示電樞繞組5a的相電壓Va的定時(shí)圖。
作為輸出相電壓Va的a相的高壓側(cè)開關(guān)的Si-MOSFET 11a被控制如下。檢測電樞繞組5a的相電壓Va是否大于電池電壓VB和其它的相電壓Vb，Vc。如果相電壓Va較高，Si-MOSFET 11a就導(dǎo)通(關(guān)閉)。當(dāng)相電壓Va低于電池電壓VB時(shí)，Si-MOSFET 11a被截止(打開)。其它高側(cè)開關(guān)Si-MOSFET 11b，11c的轉(zhuǎn)開關(guān)操作基本上以相同的方式被控制。
作為a相低壓側(cè)開關(guān)的Si-MOSFET 11d被控制如下。檢查電樞5a的相電壓Va是否低于地電位VE(＝OV)和其它相電壓Vb，Vc。如果相電壓Va較低，則Si-MOSFET 11d導(dǎo)通。當(dāng)相電壓11a高于地電位時(shí)，Si-MOSFET 11d截止。其它的低壓側(cè)開關(guān)Si-MOSFET 11e，11f的開關(guān)操作基本上以相同的方式被控制。
(當(dāng)提供超前相位電流時(shí))
現(xiàn)在說明提供超前相位電流時(shí)的操作。圖5A-5F表示電樞繞組5a的相電壓Va的定時(shí)圖。
按照本實(shí)施例，高壓側(cè)開關(guān)Si-MOSFET 11a在時(shí)刻t2′(＝to)導(dǎo)通(圖5E)，即在從相電流Ia(圖5A)從負(fù)變正的時(shí)刻t2也即在低值電阻113d上的電壓降Vpsd(圖5D)由負(fù)變正時(shí)之后一段時(shí)間T4(＝T2)的時(shí)刻導(dǎo)通。其它的高壓側(cè)開關(guān)Si-MOSFET 11b，11c也在基本上以相同方式確定的時(shí)刻導(dǎo)通。低壓側(cè)開關(guān)Si-MOSFET 11d在時(shí)刻t1′導(dǎo)通(圖5F)，即在從時(shí)刻t1當(dāng)相電流Ia由正變負(fù)時(shí)也即當(dāng)?shù)椭惦娮?13a上的電壓降Vpsa(圖5C)由正變負(fù)時(shí)之后一段時(shí)間T2導(dǎo)通。其它低側(cè)開關(guān)Si-MOSFET 11e，11f按以基本相同的方式確定的定時(shí)導(dǎo)通。
在另一方面，每個(gè)Si-MOSFET 11a-11f的截止時(shí)刻按本實(shí)施例為從導(dǎo)通時(shí)刻持續(xù)大約180°相角。即，Si-MOSFET 11a和Si-MOSFET11d導(dǎo)通的同時(shí)或提前一點(diǎn)進(jìn)行截止，Si-MOSFET 11d和Si-MOSFET 11a導(dǎo)通的同時(shí)或略微提前一點(diǎn)進(jìn)行截止。
截止定時(shí)的延遲(T2＝T4)從電池9向電樞繞組5a，5b，5c提供超前相位電流分量，借以增加磁場磁通。例如，Si-MOSFET 11a在t1不進(jìn)行截止，而延遲一般時(shí)間T2才截止，如圖5E所示。類似地，Si-MOSFET11d的截止時(shí)刻延遲到t2′，即在t2之后一段時(shí)間I4(＝T2)。
這一操作使電流從電池9供給電樞繞組5a-5c，從而供給定子繞組5a相位超前α(見圖5A)的電流，使激磁增強(qiáng)。再充電持續(xù)時(shí)間T1(＝T3)和截止延遲持續(xù)時(shí)間T2之和必須為180°或更少。三相相位超前控制可通過使b相延遲120°電角使C相提前120°電角來實(shí)現(xiàn)。
被增加的磁場磁通必須通過控制使磁場電流If減小來恢復(fù)正常狀態(tài)。在控制通過監(jiān)視電池電壓VB和磁場繞組溫度θr進(jìn)行。
本實(shí)施例通過檢測相電壓Va，根據(jù)相電壓Va的頻率計(jì)算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速處于需要控制的范圍之內(nèi)時(shí)，按照磁場繞組溫度θr的增加減少用于控制磁場電流If的開關(guān)晶體管的占空比，從而減少磁場電流來進(jìn)行控制。
同時(shí)，延遲時(shí)間間隔T2(＝T4)隨電池電壓VB的減少而增加。對(duì)于這一操作，當(dāng)開關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)的持續(xù)時(shí)間必須為180°電角或更少。按照本實(shí)施例，導(dǎo)通期間為180°。這一控制被繼續(xù)到磁場繞組溫度θr和電池電壓VB穩(wěn)定為止。
在另一方面，如果計(jì)算的轉(zhuǎn)速不處在需要控制的范圍內(nèi)，設(shè)設(shè)定為無相位超前控制方式(一種把延遲期間T2，T4設(shè)定為0°電角的控制方式)，并根據(jù)電池電壓VB把控制轉(zhuǎn)向正常磁場電流控制(圖4A-4D)。
現(xiàn)對(duì)上述的操作總結(jié)如下。
相電流，即超前相位的電流按流入定子繞組的方向流動(dòng)一個(gè)預(yù)定的時(shí)間長度(例如，圖5A中的T2)。相電壓Va(指那一相的定子繞組5a的輸出端的電位)在這一時(shí)間長度內(nèi)尚未被反向。即相電流Ia比相電壓Va提前反向，電流Ia的相位也相應(yīng)地相電壓提前，從而增加磁場磁通。
如果在預(yù)定時(shí)間長度T2已過去之后的時(shí)刻T1′不提供超前相位電流，則相電壓Va一般高于低電平直流電源端的電壓(在圖1中為OV)。在沒有超前相位電流流過的情況下，相電流Ia(相位超前的)在時(shí)刻t1′之后將不從直流電源的低電平端流入定子繞組。
然而，在預(yù)定的時(shí)間長度T2期間，使超前相位的電流從高側(cè)開關(guān)11a流入定子繞組5a，在時(shí)刻t1′高側(cè)開關(guān)11a的截止使每相的定子繞組中的反向電動(dòng)勢的方向處于使該相的定子繞組5a的輸出端的電位即該相的相電壓Va減小的方向。相電壓被減少反電勢的值，即，相電壓Va被減少為低于直流電源端的低電平電位。結(jié)果，超前相位電流就通過閉合的低側(cè)開關(guān)或和低側(cè)開關(guān)并聯(lián)的低側(cè)二極管流入那相約定子繞組。
換句話說，可以認(rèn)為在不供給超前相位電流方式期間不發(fā)生的超前相位電流在預(yù)定時(shí)間間隔T2流動(dòng)，從而使電磁能量和定子繞組中積聚，然后在時(shí)刻t1′之后這電磁能量被釋放。因?yàn)樵跁r(shí)刻t1′之后發(fā)生的超前相位的電流也使電流波形向著相位超前狀態(tài)畸變，所以合成的超前相位電流增加磁場磁通。此外，在時(shí)刻t1′之后的超前相位電流實(shí)際上從高電平直流電源端恢復(fù)。
通過比較由圖4A-4D所示的非相位超前控制方式和電圖5A-5F所示的相位超前控制方式所達(dá)到的情況，應(yīng)該理解在預(yù)定時(shí)間長度T2導(dǎo)通的超前相位電流增強(qiáng)了用于發(fā)電的磁場磁通，并增加了一個(gè)周期期間的從定子繞組到高電平直流電源端的電流導(dǎo)通持續(xù)時(shí)間，從而增加了發(fā)電容量。
應(yīng)當(dāng)容易理解，上述的預(yù)定時(shí)間長度(超前)相位電流供應(yīng)的持續(xù)時(shí)間)的最大值是與轉(zhuǎn)速有關(guān)的最大持續(xù)時(shí)間(最大延遲時(shí)間)。顯然，該最大延遲時(shí)間基本上和轉(zhuǎn)速的變化成反比，因?yàn)槊肯嗟碾姌须娏鞯闹芷?2π電角度)依轉(zhuǎn)速而變。此外，因?yàn)槊肯喟l(fā)出的電壓的增加隨轉(zhuǎn)速的增加而變快，所以轉(zhuǎn)速的增加將進(jìn)一步減少最大延遲時(shí)間。因此，確定最大延遲時(shí)間和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系的圖形可預(yù)先儲(chǔ)存在控制電路中，使得當(dāng)把轉(zhuǎn)速引入控制電路時(shí)，可以確定相應(yīng)于轉(zhuǎn)速的最大延遲時(shí)間，使得如果計(jì)算的延遲時(shí)間超過所確定的最大延遲時(shí)間，延遲時(shí)間就可被固定于最大延遲時(shí)間。
這樣，這種控制便減少了磁場繞組4C的溫度而不使輸出減少，從而解決了絕緣劣化問題。圖6所示為本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如圖6所示，磁場繞組4C的溫度大約減少了15℃。相位超前控制和非相位超前控制通過控制調(diào)節(jié)器7加于每個(gè)Si-MOSFET 11a-11f的控制極上的轉(zhuǎn)換指令電壓的定時(shí)來實(shí)現(xiàn)。
雖然定子繞組5a-5c的溫度由上述控制的超前相電流引起的相電流的增加而增加，但這溫升不會(huì)引起實(shí)質(zhì)問題。因?yàn)檗D(zhuǎn)子繞組5a-5c的溫度達(dá)到峰值的轉(zhuǎn)速N2高于磁場繞組4C的溫度達(dá)到峰值的轉(zhuǎn)速N1，在磁場繞組4C的溫度達(dá)到極限的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，定子繞組5a-5c的絕緣材料的熱阻有足夠的裕度。在另一方面，在定子繞組5a-5c的溫度達(dá)到峰值時(shí)的轉(zhuǎn)速N2，由風(fēng)扇4a和4b提供足夠的冷卻氣流，使得即使磁場電流If返回正常值時(shí)，溫度的增加也保持為正常水平。按照本實(shí)施例，在高達(dá)3000rpm的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行供給超前相電流和減小磁場電流的控制。允許進(jìn)行相位超前控制的臨界轉(zhuǎn)速可以確定為例如升高的轉(zhuǎn)速(500-1500rpm)的2至4倍，在升高的轉(zhuǎn)速下發(fā)出的電壓超過預(yù)定電池電壓(一般為13.5V)。這一值可考慮輸出增加和發(fā)熱增加之間的平衡來確定。此外，如果磁場繞組溫度θr等于或小于預(yù)定值(例如170℃)，可終止超前相電流供給。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7的流程圖詳細(xì)說明實(shí)施例1的控制過程。由此流程進(jìn)行的控制通過調(diào)節(jié)器7進(jìn)行。
調(diào)節(jié)器7引起非相位超前方式的操作，并檢測Va-Vc每相的電壓(步101)，并根據(jù)這些電壓計(jì)算轉(zhuǎn)速N(或波形)。然后根據(jù)計(jì)算的轉(zhuǎn)速，更具體地說，根據(jù)轉(zhuǎn)速是否等于或小于預(yù)定的門限轉(zhuǎn)速確定是否需要相位提前控制。如果轉(zhuǎn)速等于或小于門限值，就確定需要進(jìn)行超前控制，操作進(jìn)行步105，根據(jù)轉(zhuǎn)速從圖形中讀出最大的延遲期間(最長的超前相位電流供給期間)Tmax。然后，調(diào)節(jié)器7檢測磁場繞組溫度θr(步106)，如果磁場繞組溫度θr大于上述預(yù)定值，則減小磁場電流If(步108，110)。然后，調(diào)節(jié)器7檢測電池電壓VB(步112)。如果VB低于預(yù)定值(例如13.5V)，則調(diào)節(jié)器7增加延遲持續(xù)時(shí)間T2＝T4一個(gè)小的恒值ΔT(步114，116)，然后進(jìn)行步130的操作。如果VB等于或超過預(yù)定值，調(diào)節(jié)器7就設(shè)定非相位超前方式有效(步118)然后返回步101。
步130檢測延遲期間T2＝T4的當(dāng)前值是否大于預(yù)定的最大延遲期間Tmax。如果不大于，則操作返回步101。如果當(dāng)前值大于最大的延遲期間Tmax，則調(diào)節(jié)器7設(shè)定延遲期間T2＝T4為最大的延遲持續(xù)期間Tmax(步132)，并設(shè)相位提前方式有效(步134)，然后返回步101。
在另一方面，如果步104確定不需相位超前控制，則調(diào)節(jié)器7設(shè)定非相位超前控制方式(延遲期間T2，T4被控制為0°電角度的控制方式)有效(步120)，并根據(jù)電池電壓轉(zhuǎn)為正常磁場電流控制(步122，124，126)。
非相位超前方式也可以通過截止所有的MOSFET 11a-11f而通過MOSFET的寄生二極管112a-112f進(jìn)行全波整流來實(shí)現(xiàn)，也能達(dá)到基本相同的效果。
雖然本實(shí)施例檢測磁場繞組溫度和電池電壓來根據(jù)檢測值進(jìn)行控制，但通過以圖形的形式預(yù)先提供的信息也可達(dá)到基本相同的效果，在圖形中通過這樣計(jì)算來確定延遲期間T2，T4和磁場電流If，使得在各個(gè)轉(zhuǎn)速下磁場繞組溫度的增加為最小。
現(xiàn)在結(jié)合圖8說明進(jìn)行非相位超前方式的子程序。當(dāng)圖7所示的程序選定為非超前方式時(shí)，該子程序通過在預(yù)定的間隔中斷來執(zhí)來。
執(zhí)行子程序時(shí)首先檢查是否a相的電壓Va大于電池電壓VB(步200)。如果它較大，則高側(cè)開關(guān)11a導(dǎo)通(步202)。如果Va等于或小于VB，則高側(cè)開關(guān)11a截止(步204)。然后，檢查是否a相電壓Va低于電池的低電平端的電位即OV(步206)。如果它較低，則低側(cè)開關(guān)11d導(dǎo)通(步208)。如果Va不低于OV，則低側(cè)開關(guān)11d截止(步210)。
接著，檢查是否b相的電壓Vb大于電池電壓VB(步212)，如果它大于VB，則高側(cè)開關(guān)11b導(dǎo)通(步214)。如果Vb等于或低于VB，則高側(cè)開關(guān)11b截止(步216)。然后，檢查是否b相電壓Vb低于OV，即電池低電平端的電位(步218)。如果是，則低側(cè)開關(guān)11e導(dǎo)通(步220)。如果不低于OV，則低側(cè)開關(guān)11e截止(步222)。
然后，檢查C相電壓Vc是否大于電池電壓VB(步224)。如果大于，則高側(cè)開關(guān)11c導(dǎo)通(步226)。如果等于或小于VB，則高側(cè)開關(guān)11c截止(步228)。然后，檢查C相電壓Vc是否低于OV，即電池低電平端的電位(步230)，如果低于，則低側(cè)開關(guān)11f導(dǎo)通(步232)。如果它不低于OV，則低側(cè)開關(guān)11f截止(步234)。然后操作返回主程序(圖7)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D9圖10說明執(zhí)行相位超前控制方式的子程序。如果圖7所示的程序的步314選擇了相位超前方式，則在預(yù)定的間隔內(nèi)通過中斷執(zhí)行該子程序。
圖9表示確定零交叉點(diǎn)的程序。圖10說明控制MOSFET 11a-11f的開關(guān)操作的程序。
首先檢查標(biāo)記F2是否已被設(shè)為1從而表明該程序正打算執(zhí)行第一次或已經(jīng)執(zhí)行了一次或多次(步290)。如果該程序已經(jīng)執(zhí)行了一次或多次(F2＝1)，則操作跳到步300。如果該程序正被打算執(zhí)行第一次(F2＝0)，則按照?qǐng)D8的程序(步292)只執(zhí)行Si-MOSFET 11a-11f的通電(導(dǎo)通)。在把標(biāo)記F2設(shè)為1之后(步294)，操作進(jìn)行步300。當(dāng)電池電壓開始施加時(shí)，標(biāo)記F2被設(shè)為0。
步300檢查在低側(cè)開關(guān)11d的閉合期間，通過低側(cè)開關(guān)11d的電流即電樞電流Ia是否已從負(fù)變正，即從電流流進(jìn)定子的方向變?yōu)殡娏髁鬟M(jìn)直流電源端(OV)的方向。如果電流方向已變，則內(nèi)裝的定時(shí)器d被啟動(dòng)(步302)。如果還沒變，則檢查在高側(cè)開關(guān)11a的閉合期間是否通過高側(cè)開關(guān)11a的電流即電樞電流Ia已經(jīng)由正變負(fù)，即從電流流出定子繞組5a流入高側(cè)直流電源端的方向變?yōu)殡娏髁魅攵ㄗ永@組5a的方向(步304)。如果電流方向已變，則內(nèi)裝計(jì)時(shí)器啟動(dòng)(步306)，如果未變，則操作進(jìn)行步308。
步308檢查在低側(cè)開關(guān)11e的閉合期間，通過低側(cè)開關(guān)11e的電流即電樞電流Ib是否已經(jīng)由負(fù)變正，即從電流流進(jìn)定子繞組的方向變?yōu)殡娏髁鞒鲞M(jìn)入低側(cè)直流電源端(OV)的方向，如果電流方向已變，則內(nèi)裝計(jì)時(shí)器e被啟動(dòng)(步310)。如果它未變，則檢查在高側(cè)開關(guān)11b閉合期間，通過高側(cè)開關(guān)11b的電流即電樞電流Ia是否已由正變負(fù)，即從電流流出定子繞組5b進(jìn)入高側(cè)直流電源端變?yōu)殡娏髁魅攵ㄗ永@組5b的方向(步312)。如果電流方向未變，則內(nèi)裝計(jì)時(shí)器b被啟動(dòng)(步314)。如果電流方向已變，則操作進(jìn)行步316。
步316檢查在低側(cè)開關(guān)11f的閉合期間，通過低側(cè)開關(guān)11f的電流即電樞電流Ic是否已從負(fù)變正、即從電流流電定子繞組5c的方向變?yōu)殡娏髁鬟M(jìn)低側(cè)直流電源端(OV)的方向。如果方向已變，則內(nèi)裝計(jì)時(shí)器f被啟動(dòng)(步318)。如果電流方向未變，則檢查在高側(cè)開關(guān)11c的閉合期間，通過高側(cè)開關(guān)11c的電流，即電樞電流Ic，是否由正變負(fù)，即從電流流出定子繞組5c流進(jìn)高側(cè)直流電源端的方向變?yōu)殡娏髁鬟M(jìn)定子繞組5c的方向(步320)。如果電流方向已變，則內(nèi)裝計(jì)時(shí)器C被啟動(dòng)(步322)。如果尚未改變，則操作進(jìn)行步400。
步400檢查計(jì)時(shí)器d是否時(shí)間已到，即是否預(yù)定的延遲間隔ΔT＝T2＝T4(見圖5A-5F)已經(jīng)過。如果計(jì)時(shí)器d已時(shí)間到，則操作立即進(jìn)行步404。如果計(jì)時(shí)時(shí)間未到，則低側(cè)開關(guān)11d被截止，高側(cè)開關(guān)11a導(dǎo)通，計(jì)時(shí)器d置0。然后操作進(jìn)行步404。
步404檢查計(jì)時(shí)器a是否時(shí)間到，即是否已經(jīng)過預(yù)定的延遲期間ΔT＝T2＝T4。如果計(jì)時(shí)器尚未時(shí)間到，則操作立即進(jìn)行步408。如果時(shí)間已到，則低側(cè)開關(guān)11d導(dǎo)通，高側(cè)開關(guān)11a截止，并把計(jì)時(shí)器a置0。然后操作進(jìn)行步408。
步408檢查計(jì)時(shí)器e是否已時(shí)間到，即是否已經(jīng)過預(yù)定的延遲期間ΔT＝T2＝T4。如果計(jì)時(shí)器e時(shí)間未到，則立即進(jìn)行步412。如果時(shí)間已到，則使低側(cè)開關(guān)11e截止，高側(cè)開關(guān)11b導(dǎo)通，并把計(jì)時(shí)器e置0。然后進(jìn)行步412。
步412檢查計(jì)時(shí)器b是否已經(jīng)時(shí)間到，即是否已經(jīng)過預(yù)定的延遲時(shí)間ΔT＝T2＝T4。如果計(jì)時(shí)器b尚未時(shí)間到，則立即進(jìn)行步416的操作。如果計(jì)時(shí)器b時(shí)間已到，則使低側(cè)開關(guān)1e導(dǎo)通，高側(cè)開關(guān)11b截止，并使計(jì)時(shí)器b置0。然后進(jìn)行步416。
步416檢查計(jì)時(shí)器f是否時(shí)間到，即是否已經(jīng)過預(yù)定的延遲時(shí)間ΔT＝T2＝T4。如果計(jì)時(shí)器f尚未時(shí)間到，則立即進(jìn)行步420。如果計(jì)時(shí)器f已時(shí)間到，則使低側(cè)開關(guān)11f截止，高側(cè)開關(guān)11c導(dǎo)通，并把計(jì)時(shí)器f是0。然后進(jìn)行步420。
步420檢查計(jì)時(shí)器c是否時(shí)間到，即是否已經(jīng)過預(yù)定的延遲時(shí)間ΔT＝T2＝T4。如果尚未時(shí)間到，則立即返回主程序(圖7)。如果計(jì)時(shí)器c已時(shí)間到，則使低側(cè)開關(guān)11f導(dǎo)通，高側(cè)開關(guān)11c截止，然后把計(jì)時(shí)器c置0，操作返回主程序(圖7)。
雖然按照本實(shí)施例每個(gè)開關(guān)11a-11f被閉合180°的電角度，但閉合期間可以小于180°。不過，在這種情況下，因?yàn)榇嬖诟飨嗄孀兤麟娐返母邆?cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)被截止的期間，所以應(yīng)該進(jìn)行如下的控制。
說明將以a相為側(cè)進(jìn)行。如果a相的定子繞組5a的相電壓Va在高側(cè)開關(guān)11a和低側(cè)開關(guān)11d的截止期間高于電池電壓VB，則使高側(cè)開關(guān)11a導(dǎo)通。這樣被導(dǎo)通的高側(cè)開關(guān)11a應(yīng)該在從相電壓Va低于電池電壓VB時(shí)起的一段預(yù)定延遲期間ΔT之后被截止，如上所述。
類似地，如果在高側(cè)開關(guān)11a和低側(cè)開關(guān)11d的截止期間相電壓Va低于地電位，則低側(cè)開關(guān)11d將被導(dǎo)通。這樣彼導(dǎo)通的低側(cè)開關(guān)11d應(yīng)該在相電壓Va高于地電位OV之后的預(yù)定的延持時(shí)間ΔT被截止，如上所述。對(duì)于b相和c相的控制以相同方式進(jìn)行。此外，上述的元件開關(guān)操作控制可以只對(duì)a相進(jìn)行，而b相和c相的開關(guān)11b，11c，11e和11f的控制與a相的控制定時(shí)移開120°。
按照本實(shí)施例，因?yàn)榇艠O位置可以被檢測而不需任何專門的單獨(dú)的位置檢測器用來控制超前相位電流，所以本裝置的結(jié)構(gòu)可以簡化。
(實(shí)施例2)圖11表示按照第二實(shí)施例的交流發(fā)電機(jī)的電路方塊圖、它除去包括用來檢測轉(zhuǎn)子4的磁極位置的磁極位置檢測器16之外，其余部分基本和實(shí)施例1的電路方塊圖相同。還有一點(diǎn)差別在于，不象Si-MOSFET 11a-11f(圖3)那樣，Si-MOSFET 17a-17f沒有用來檢測電流的低值電阻。
按照第二實(shí)施例，轉(zhuǎn)子4的磁極位置由圖11所示的磁極位置檢測器16檢測。在圖12A-12C中，t″^m″‰代表轉(zhuǎn)子4的N極到達(dá)磁極位置檢測器16的角位置的時(shí)刻，tm′代表轉(zhuǎn)子4的S極到達(dá)磁極位置檢測器16的角位置的時(shí)刻。時(shí)間間隔tm-tm′相應(yīng)于180°的電角。
因此，使Si-MOSFET 17a導(dǎo)通的時(shí)刻(相角)根據(jù)相對(duì)于時(shí)刻tm已被確定的預(yù)定的相角差δ1確定并被儲(chǔ)存。類似地，使Si-MOSFET 17d導(dǎo)通的時(shí)刻(相角)根據(jù)相對(duì)于時(shí)刻tm′的預(yù)定相角差δ1確定。
類似地，使Si-MOSFET 17b導(dǎo)通的時(shí)刻(相角)根據(jù)相對(duì)于時(shí)刻tm已被確定的預(yù)定的相角差δ2(＝δ1＋120°電角)被確定并被儲(chǔ)存使Si-MOSFET 17e導(dǎo)通的時(shí)刻(相角)根據(jù)相對(duì)于時(shí)刻t″^m″‰′預(yù)先確定的相角差δ2確定。
類似地，使Si-MOSFET 17C導(dǎo)通的時(shí)刻(相角)根據(jù)相對(duì)于tm已被預(yù)先確定的相角差δ3(＝δ1－120°電角)確定并被存儲(chǔ)。使Si-MOSFET導(dǎo)通的時(shí)刻(相角)根據(jù)相對(duì)于時(shí)刻tm′預(yù)先確定的相角δ3確定。按照本實(shí)施例，使Si-MOSFET 17a-17f導(dǎo)通的時(shí)間間隔被設(shè)定為大約180°電角。
這樣，便可精確地確定超前角。通過控制從調(diào)節(jié)器7加到Si-MOSFET 17a-17f的控制極的開關(guān)指令電壓來進(jìn)行相位超前控制和非相位超前控制。
現(xiàn)在參照?qǐng)D13所示的流程圖說明按照實(shí)施例2的控制。由該流程說明的控制由調(diào)節(jié)器7進(jìn)行。
在圖13中的步101-126和圖7中所示的相同，不再進(jìn)行說明。步1010-1340和第一實(shí)施例不同，下面進(jìn)行說明。
在步1010從磁極位置檢測器16讀入相角之后，調(diào)節(jié)器7進(jìn)行和圖7所示的相同的處理。如果電池電壓VB等于或小于預(yù)定值(步114)，調(diào)節(jié)器7就把預(yù)定值Δδ加于預(yù)定的延遲角δ(步1160)，然后進(jìn)行步1300。象實(shí)施例1那樣，實(shí)施例2以相反的操作關(guān)系操作同一相的高側(cè)和低側(cè)開關(guān)。此外，在δ1＝90°的條件下，進(jìn)行這一實(shí)施例的非相位超前方式。
步1050使用曲線根據(jù)轉(zhuǎn)速來確定最大延遲角δmax。
步1300檢查延遲角δ的當(dāng)前值是否大于最大延遲角δmax。如果不大于，操作返回步101。如果δ大于δmax，則調(diào)節(jié)器7把延遲角δ設(shè)為最大延遲角δmax(步1320)，并設(shè)相位超前控制方式有效(步1340)，然后返回步100。
在另一方面，如步步104確定不需相位超前控制，則調(diào)節(jié)器7設(shè)定非相位超前控制方式(延遲角δ1被控制為90°電角)有效(步120)，并根據(jù)電池電壓VB轉(zhuǎn)向一般的磁場電流控制(步122，124，126)。
按照實(shí)施例2，因?yàn)殚_關(guān)17a-17f的導(dǎo)通截止定時(shí)根據(jù)相角被確定，所以可相對(duì)于相角定時(shí)來控制相位超前方式的執(zhí)行。這里省略這一操作的詳細(xì)說明。
此外，超前相位的電源的無功電流分量由電池供給并被返回電池，因此，如果忽略發(fā)熱損失，不會(huì)引起電池容量的消耗。此外，雖然按照本實(shí)施例Si-MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間被設(shè)為180°電角，但應(yīng)當(dāng)理解，導(dǎo)通時(shí)間可以處于小于180°電角的范圍內(nèi)。
(實(shí)施例3)現(xiàn)在參照?qǐng)D14說明按照本實(shí)施例的發(fā)電裝置。在圖14所示的裝置中，圖1所示的三相全波整流器11的MOSFET 11a-11f被不具有用來檢測電流的低值電阻的MOSFET 17a-17f代替，如實(shí)施例2一樣。
本實(shí)施例和實(shí)施例1的區(qū)別在于，通斷MOSFET 17a-17f的定時(shí)根據(jù)MOSFET 17a-17f的源極和漏極之間的電位差確定。非相位超前控制通過使用圖8所示的方法進(jìn)行。按照本實(shí)施例的超前相位電流控制的方法將參照?qǐng)D15所示的類似于圖9和圖10的流程圖進(jìn)行說明。圖15說明按照本實(shí)施例用來確定每個(gè)電樞電流過零點(diǎn)的程序。圖15所示的操作除去步300′，304′，308′，312′316′和320′之外和圖9所示的操作相同。用來控制MOSFET 17a-17f的開關(guān)操作總體上和圖10所示的程序相同。
首先，檢查對(duì)指示該程序是要執(zhí)行第一次或已被執(zhí)行過一次或多次的標(biāo)記F2是否已被設(shè)為1(步290)。如果該程序已被執(zhí)行過一次或多次(F2＝1)，則操作跳到步300。如果該程序是第一次要被執(zhí)行(F2＝0)，則按照?qǐng)D8所示的程序只進(jìn)行Si-MOSFET的通電(導(dǎo)通)(步292)。在把標(biāo)記F2設(shè)為1之后(步294)，操作進(jìn)行步300。當(dāng)電池電壓開始施加時(shí)，標(biāo)記F2被置為0。
步300′檢查電壓Va在低側(cè)開關(guān)17d的導(dǎo)通期間是否已等于或大于OV，從而確定通過低側(cè)開關(guān)17d的電流即電樞電流Ia是否從負(fù)變正，即從電流流入定子繞組5a的方向變到電流流出而進(jìn)入低側(cè)直流電源端(OV)的方向。如果電流方向已變，則啟動(dòng)內(nèi)裝計(jì)時(shí)器d(步302)。如果未變，則檢查在高側(cè)開關(guān)17a的導(dǎo)通期間Va是否已等于或低于輸出電壓VB，從而確定通過高側(cè)開關(guān)17a的電流即電樞電流Ia是否已從正變負(fù)，即從電流流出定子繞組5a流入高側(cè)直流電源端的方向變到電流流入定子繞組5a的方向(步304′)。如果電流方向已變，則啟動(dòng)內(nèi)裝的計(jì)時(shí)器(步306)。如果方向未變，則進(jìn)行步308′。
步308′檢查在低側(cè)開關(guān)17e閉合期間電壓Vb是否等于或大于OV，從而確定通過低側(cè)開關(guān)17e的電流即電樞電流Ib是否已從負(fù)變正，即從電流流入定子繞組5b的方向變到流出而進(jìn)入低側(cè)直流電源端(OV)的方向。如果電流方向已變，就啟動(dòng)內(nèi)裝的計(jì)時(shí)器e(步310)。如果方向未變，就檢查在高側(cè)開關(guān)17b導(dǎo)通期間Vb是否已經(jīng)等于或小于輸出電壓VB，從而確定通過高側(cè)開關(guān)17b的電流即電樞電流Ib是否已從正變負(fù)，即從電流流出定子繞組5b流入高側(cè)直流電源端的方向變到流入定子繞組5b的方向(步312′)。如果電流方向已變，內(nèi)裝計(jì)時(shí)器b就被啟動(dòng)(步314)。如果方向未變，則進(jìn)行步316′。
步316′檢查在低側(cè)開關(guān)17f閉合期間電壓Vc是否已等于或大于OV，從而確定通過低側(cè)開關(guān)17f的電流即電樞電流Ic是否已由負(fù)變正，即從流進(jìn)定子繞組5C的方向變?yōu)榱鞒龆M(jìn)入低側(cè)直流電源端(OV)的方向。如果電流方向已變就啟動(dòng)內(nèi)裝計(jì)時(shí)器f(步318)。如果方向未變，則檢查在高側(cè)開關(guān)17C的導(dǎo)通期間Vc是否已等于或小于輸出電壓VB，從而確定通過高側(cè)開關(guān)17C的電流即電樞電流Ic是否已從正變負(fù)，即從電流流出定子繞組5C流入高側(cè)直流電源端的方向變到流入定子繞組5C的方向(步320′)。如果電流方向已變，則啟動(dòng)內(nèi)裝計(jì)時(shí)器C(步322)。如果方向未變，則進(jìn)行圖10中的步400。在步400以及以后的操作和圖10所示的相同。
按照本實(shí)施例，不但不需要磁極位置檢測器來進(jìn)行超前相位電流控制，而且也不需要MOSFET具有電流檢測功能。
雖然上述說明是結(jié)合三相同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行的，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的提供超前相位電流的方法的發(fā)電技術(shù)可以應(yīng)用于除三相之外的多相同步發(fā)電機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種同步發(fā)電裝置，包括同步發(fā)電機(jī)，具有轉(zhuǎn)子，圍繞轉(zhuǎn)子繞有磁場繞組用來形成磁場磁通，以及定子，圍繞定子繞有用于發(fā)電的定子繞組；控制裝置，用于控制同步發(fā)電機(jī)的發(fā)電狀態(tài)；轉(zhuǎn)速檢測裝置，用來檢測關(guān)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的物理量；以及控制裝置，其中包括超前相位電流提供裝置，用來向磁場繞組供以磁場電流，并在發(fā)電機(jī)的預(yù)定的低速范圍內(nèi)向定子繞組供以超前相位電流，從而借助于磁場繞組和定子繞組形成磁場磁通，□并在發(fā)電機(jī)的預(yù)定的高速范圍內(nèi)減少超前相位電流，使得主要由磁場繞組形成磁場磁通。
2.如權(quán)利要求1的同步發(fā)電裝置，其中所述的超前相位電流提供裝置在預(yù)定的高速范圍內(nèi)中斷超前相位電流。
3.如權(quán)利要求1的同步發(fā)電裝置，其中超前相位電流提供裝置使磁場電流在預(yù)定的低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)比預(yù)定的高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的小。
4.如權(quán)利要求1的同步發(fā)電裝置，其中同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子具有Lundell型爪形鐵心。
5.如權(quán)利要求1的同步發(fā)電裝置，其中超前相位電流提供裝置包括雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路，由半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成，并連接于多相的定子繞組的相應(yīng)的輸出端；控制電路，用來控制雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路，并在半導(dǎo)體開關(guān)元件的整流期間調(diào)整導(dǎo)通時(shí)間，使得產(chǎn)生流入定子繞組的超前相位的電流。
6.如權(quán)利要求5的同步發(fā)電裝置，其中半導(dǎo)體開關(guān)元件包括雙向?qū)ㄔ?br> 7.如權(quán)利要求5的同步發(fā)電裝置，其中半導(dǎo)體開關(guān)元件包括MOSFET。
8.如權(quán)利要求7的同步發(fā)電裝置，其中MOSFET由SiC材料制成。
9.如權(quán)利要求5的同步發(fā)電裝置，還包括相角檢測裝置，用來檢測同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)相角；以及超前相位電流提供裝置，用來根據(jù)旋轉(zhuǎn)相角控制半導(dǎo)體開關(guān)元件的整流期間的截止時(shí)刻。
10.如權(quán)利要求1的同步電裝置，其中在預(yù)定的低轉(zhuǎn)速范圍和預(yù)定的高轉(zhuǎn)速范圍之間的邊界轉(zhuǎn)速被確定為同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓超過預(yù)定的電池電壓的同步發(fā)電機(jī)的高轉(zhuǎn)速的2倍到4倍。
11.如權(quán)利要求1的同步發(fā)電裝置，還包括溫度檢測裝置，用于檢測關(guān)于轉(zhuǎn)子的磁場繞組的溫度的物理量；以及超前相位電流供給裝置，當(dāng)在基于所檢測的物理量的溫度是高和低時(shí)分別增加超前相位電流并減少磁場電流
12.如權(quán)利要求11的同步發(fā)電裝置，還包括溫度確定裝置，用來確定由溫度檢測裝置檢測的溫度是否超過一預(yù)定值；超前相位電流供給裝置，當(dāng)溫度超過預(yù)定值時(shí)，供給超前相位的電流并減少磁場電流；以及超前相位電流提供裝置，當(dāng)溫度小于預(yù)定值時(shí)減小超前相位電流。
13.如權(quán)利要求1的同步發(fā)電裝置，其中同步發(fā)電機(jī)具有至少三相定子繞組。
14.如權(quán)利要求5的同步發(fā)電裝置，還包括電流檢測裝置，用于檢測關(guān)于電樞電流的物理量；以及控制電路，用來根據(jù)關(guān)于電樞電流的物理量確定向定子繞組供給超前相位電流的開始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻。
15.如權(quán)利要求14的同步發(fā)電裝置，其中控制電路在從電流檢測裝置的輸出值達(dá)到預(yù)定值時(shí)經(jīng)過一預(yù)定的時(shí)間長度之后，使高壓側(cè)開關(guān)和壓低側(cè)開關(guān)導(dǎo)通與截止。
16.一種用于同步發(fā)電裝置的激磁控制方法，該方法控制流過同步發(fā)電機(jī)的磁場繞組的磁場電流從而控制定子繞組的功率輸出，所述方法包括下列步驟檢測關(guān)于同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的物理量；在預(yù)定的發(fā)電機(jī)低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，向定子繞組供給超前相位電流，從而使定子繞組產(chǎn)生磁場磁通，通過使用由定子繞組形成的磁場磁通和由磁場繞組形成的磁場磁通進(jìn)行發(fā)電；以及在預(yù)定的發(fā)電機(jī)的高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，利用主要由磁場繞組形成的磁場磁通減少供給定子繞組的超前相位的電流并進(jìn)行發(fā)電。
17.如權(quán)利要求16的同步發(fā)電裝置的激磁控制方法，其中使所述磁場電流在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)比在高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)小。
18.一種同步發(fā)電裝置，包括同步發(fā)電機(jī)，具有轉(zhuǎn)子，圍繞轉(zhuǎn)子繞有磁場繞組，用來形成磁場磁通，以及定子，圍繞定子繞有定子繞組用來發(fā)電；雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路，包括多個(gè)高壓側(cè)開關(guān)，用于把高電平直流電源端各自和相應(yīng)的定子繞組相連，以及多個(gè)低壓側(cè)開關(guān)，用于把低電平直流電源端和相應(yīng)的定子繞組相連；控制電路，用于控制高壓側(cè)開關(guān)和低壓側(cè)開關(guān)的開關(guān)操作，從而控制定子繞組的電樞電流；電流檢測裝置，用于檢測關(guān)于電樞電流的實(shí)際值；以及控制電路，根據(jù)關(guān)于電樞電流的實(shí)際量，確定向定子繞組供給超前相位電流的開始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻。
19.如權(quán)利要求18的同步發(fā)電裝置，其中控制電路在從電流檢測裝置的輸出值達(dá)到預(yù)定值起經(jīng)過一預(yù)定的時(shí)間長度之后使高壓側(cè)開關(guān)和低壓側(cè)開關(guān)導(dǎo)通與截止。
20.如權(quán)利要求19的同步發(fā)電裝置，其中控制電路在從通過高壓側(cè)開關(guān)的電樞電流從流入高電平直流電源端的方向變?yōu)榱魅攵ㄗ永@組的方向時(shí)起經(jīng)過一預(yù)定的時(shí)間長度之后，使高壓側(cè)開關(guān)截止。
21.如權(quán)利要求19的同步發(fā)電裝置，其中控制電路在從通過低壓側(cè)開關(guān)的電樞電流由流入定子繞組的方向變?yōu)榱魅氲碗娖街绷麟娫炊藭r(shí)起經(jīng)過一預(yù)定時(shí)間長度之后使低壓側(cè)開關(guān)截止。
22.如權(quán)利要求19的同步發(fā)電裝置，其中控制電路在通過高壓側(cè)開關(guān)的電樞電流由流入高電平直流電源端變?yōu)榱魅攵ㄗ永@組的時(shí)刻或在從該時(shí)刻起經(jīng)過一預(yù)定的時(shí)間長度之后，使低壓側(cè)開關(guān)導(dǎo)通。
23.如權(quán)利要求19的同步發(fā)電裝置，其中控制電路在通過低壓側(cè)開關(guān)的電樞電流從流入定子繞組的方向變?yōu)榱魅氲碗娖街绷麟娫炊说臅r(shí)刻，或在從此時(shí)刻經(jīng)過一預(yù)定的時(shí)間長度之后使高壓側(cè)開關(guān)導(dǎo)通。
24.如權(quán)利要求18的同步發(fā)電裝置，其中高壓側(cè)開關(guān)和低壓側(cè)開關(guān)包括MOSFET；以及電流檢測裝置包括和MOSFET一起集成的低值電阻元件。
全文摘要
為了限制交流發(fā)電機(jī)(100)中的轉(zhuǎn)子溫升并減少磁場磁通，通過半導(dǎo)體開關(guān)元件(11，17)向定子(5)的定子繞組(5a-5c)送入超前相位電流，這通過在發(fā)電機(jī)的發(fā)電操作期間控制所述半導(dǎo)體開關(guān)元件來實(shí)現(xiàn)。利用這種控制，超前相位電流將增加磁場磁通，因而增加發(fā)電電壓(Va-Vc)。通過使轉(zhuǎn)子(4)的磁場繞組(4c)的磁場電流(If)減少相應(yīng)于發(fā)電輸出增加的量，可以減少磁場繞組的溫升。
文檔編號(hào)H02P9/04GK1140922SQ96108038
公開日1997年1月22日 申請(qǐng)日期1996年4月24日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月24日
發(fā)明者谷口真, 梅田敦司, 佐藤博英 申請(qǐng)人:日本電裝株式會(huì)社