包括電源和負(fù)載間的電氣絕緣的機電致動和/或發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域和現(xiàn)有技術(shù)
[0002]本發(fā)明涉及交流電(AC)旋轉(zhuǎn)電子機器的領(lǐng)域。這種機器具體包括異步電動機或感應(yīng)機器，以及同步電動機或發(fā)電機。這種電子機器傳遞電壓或者由電壓供電，該電壓可以是單相或三相的、或更少見的為雙相的。在電動機或發(fā)電機操作中，存在由通過施加電能而達(dá)到的扭矩和旋轉(zhuǎn)速度表征的工作點。
[0003]由于功率電子學(xué)變得可用，可以使用使電子機器在其整個扭矩/速度利用范圍上被控制的控制器轉(zhuǎn)換器。
[0004]當(dāng)電動機和/或發(fā)電機以及控制器轉(zhuǎn)換器相對于彼此移動時，已知利用移動觸點，一般是旋轉(zhuǎn)觸點，諸如滑環(huán)組件。這例如應(yīng)用于噴氣式飛機，例如其中需要動態(tài)控制葉片間距的無涵道槳扇:用作葉片樞軸的電機自身繞引擎的軸旋轉(zhuǎn)、并且由外部控制器轉(zhuǎn)換器來控制，該外部控制器轉(zhuǎn)換器使電子機器中可能通過將機械能轉(zhuǎn)化為電能來執(zhí)行制動并且通過將電能轉(zhuǎn)化為機械能來執(zhí)行致動。連接經(jīng)由滑環(huán)組件來提供。
[0005]對于相對于其控制器轉(zhuǎn)換器而旋轉(zhuǎn)的電子機器，在冷卻觸點以及在需要維持觸點時遇到難題。旋轉(zhuǎn)觸點具有有限的壽命，其程度使得電氣致動尚未取代基于旋轉(zhuǎn)接頭的液壓致動系統(tǒng)，液壓致動系統(tǒng)自身也有其他弱點，特別是泄漏風(fēng)險?？刂破鬓D(zhuǎn)換器有時甚至被安裝于運動參考系中以避免對于在靜態(tài)參考系和運動參考系之間發(fā)送功率控制的需要，但導(dǎo)致其他困難，諸如位于約束條件下的電子設(shè)備的加速老化，約束條件諸如振動、離心力和潛在的高溫，還導(dǎo)致與傳遞控制信號有關(guān)的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決這些問題，本發(fā)明提供了一種包括AC旋轉(zhuǎn)電子機器的致動器或發(fā)電機設(shè)備，該AC旋轉(zhuǎn)電子機器具有用于將電能傳遞至機器定子的端子的電連接，該設(shè)備的特征在于該連接包括變壓器。因而，取決于電子機器是在電動機模式中還是在發(fā)電機模式中工作這可用于將電子機器與AC電源或負(fù)載電隔離。變壓器可用于利用其電流或電壓變換比對電能進行附加整型，并且因此其可使得功率轉(zhuǎn)換器得以簡化或者能使其適用于電動機，反之亦然。
[0007]本發(fā)明可以在機載電網(wǎng)中實現(xiàn)，例如飛機電網(wǎng)。因此，可能對輔助電源裝置(APU)渦輪的啟動電動機供電，以便通過基于本文檔中描述的原理使用變壓器來啟動它。根據(jù)相同的原理，為啟動目的，也可能對渦輪噴氣式飛機的主渦輪機的啟動電動機供電。
[0008]借助于本發(fā)明，通過磁耦合將電子機器與源電隔離或者與其電負(fù)載電隔離。
[0009]機器可以是異步機器或者它可以是包括阻尼電路或阻尼條的同步機器，在后一情況下，盡管有在零速度下伺服控制扭矩中所涉及的約束條件，還是可能通過變壓器來實現(xiàn)這一點。
[0010]有利的是，變壓器可以是具有適用于優(yōu)化控制器轉(zhuǎn)換器和/或電動機的特定變壓比率的變壓器。
[0011]有利的是，變壓器可以是旋轉(zhuǎn)變壓器，該情況下它可以取代在滑環(huán)組件中找到的那種動觸點，或者它可以取代基于旋轉(zhuǎn)接頭的液壓旋轉(zhuǎn)致動器系統(tǒng)。
[0012]變壓器能夠避免將控制器轉(zhuǎn)換器置于旋轉(zhuǎn)區(qū)域(旋轉(zhuǎn)區(qū)域也可以是高溫區(qū)域)中，同時還避免提供特定冷卻的需求，并同時使目標(biāo)系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)期間或者在靜止時被致動。變壓器和電動機可以彼此間隔。
[0013]設(shè)備可以包括被配置成執(zhí)行矢量控制和/或伺服控制的控制單元。因此，電動機控制命令可能在沒有使變壓器飽和，提供關(guān)于那些命令滿足特定的標(biāo)準(zhǔn)，特別是使電壓除以頻率的比率v/f最小的情況下而極大地變化。
[0014]在一實施例中，設(shè)備具有至少一個第二 AC電子機器，其具有用于使其由一源電力供電的電連接，該源向定子的端子施加電壓，第二電動機的連接包括變壓器，設(shè)備還包括用于致動兩個不同目標(biāo)系統(tǒng)的兩個機械連接，每個機械連接都通過兩個電動機中的相應(yīng)一個來致動。
[0015]在還有另一實施例中，設(shè)備具有至少一個第二 AC電子機器，其具有用于使其由一源電力供電的電連接，該源向定子的端子施加電壓，設(shè)備還包括兩個機械連接，每個機械連接都由兩個電動機中的相應(yīng)一個來致動，設(shè)備還包括用于同步這兩個機械連接的同步鏈接。
[0016]在還有另一實施例中，致動器或發(fā)電機設(shè)備還包括用于將電能傳遞至轉(zhuǎn)子的端子的第二變壓器。這能夠改變到機器的電力，例如，取決于它是否啟動或者它是否在穩(wěn)態(tài)條件下旋轉(zhuǎn)。
[0017]設(shè)備還可能包括用于修改主變壓器和次級變壓器之間的電壓或電流比的配置單
J L.ο
[0018]本發(fā)明被應(yīng)用于具有可變間距葉片的推進引擎，并且包括上述的致動器設(shè)備，該致動器設(shè)備被設(shè)置以致動引擎的至少一個葉片，其中變壓器是將電力從在引擎工作時不在旋轉(zhuǎn)的電子機器區(qū)域傳遞至正在旋轉(zhuǎn)的區(qū)域的旋轉(zhuǎn)變壓器。在電子機器的發(fā)電機操作中，旋轉(zhuǎn)變壓器或用于將電力從旋轉(zhuǎn)區(qū)域傳遞至非旋轉(zhuǎn)區(qū)域、或用于控制電能作為電子機器中熱能的耗散。引擎可以是具有無涵道槳扇的噴氣式發(fā)動機。
[0019]本發(fā)明還提供了包括上述致動器或發(fā)電機設(shè)備的機載電網(wǎng)。
[0020]附圖簡沐
[0021]以下參照通過圖示給出的附圖描述了本發(fā)明。
[0022]圖1示出按照現(xiàn)有技術(shù)供電和控制的電動機。
[0023]圖2示出按照現(xiàn)有技術(shù)、應(yīng)用于圖1電動機的矢量控制的示例。
[0024]圖3示出圖2矢量控制對圖1電動機的轉(zhuǎn)子的效應(yīng)。
[0025]圖4示出按照本發(fā)明供電和控制的電動機。
[0026]圖5示出本發(fā)明一實施例。
[0027]圖6示出按照本發(fā)明、應(yīng)用于圖4電動機的矢量控制的示例。
[0028]圖7示出圖6矢量控制對圖4或圖5的電動機的轉(zhuǎn)子的效應(yīng)。
[0029]圖8示出本發(fā)明的變化實施例。
[0030]圖9示出本發(fā)明的另一變化實施例。
[0031]圖10和11示出本發(fā)明的兩個其他實施例。
[0032]本發(fā)明的詳細(xì)描述
[0033]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)致動器設(shè)備，更一般而言是能量轉(zhuǎn)換器設(shè)備，該設(shè)備包括具有電連接20的AC電動機30，電連接20用于施加和取得來自源10的AC電力并將其施加至設(shè)備的定子。電連接20包括至少兩個導(dǎo)體電纜，電纜數(shù)量是所使用的AC電力的類型的函數(shù)，所使用的AC電力的類型可以特別是是單相、三相或六相。對于三相電力，定子可以用星形連接或三角形連接連至電連接。電動機具有機械連接40，機械連接40連至電動機的轉(zhuǎn)子用于致動目標(biāo)系統(tǒng)50。
[0034]源10 —般包括控制器轉(zhuǎn)換器，其在電連接20之前的最后一個組件用于控制在控制電子設(shè)備所定義的頻率下的電壓或電流。
[0035]除了導(dǎo)體電纜以外，電連接20還可具有與滑環(huán)或摩擦環(huán)耦合的一組刷型旋轉(zhuǎn)拾取器。
[0036]電動機30可以是異步的、同步的、直流的(DC)或壓電的電動機。對于異步的機器，電動機可以使用恒定的V/f比(電壓除以頻率)下的標(biāo)量控制來控制，或者在頻率低時，用恒定的E/f比(電動勢(emf)除以頻率)來控制。
[0037]對于異步的機器，圖2示出在現(xiàn)有技術(shù)中在電動機的轉(zhuǎn)子被鎖定時由源10施加于電動機30的矢量控制的示例。圖2a的圖表示出所施加的電壓的頻率，圖2b的圖表示出所施加的電壓的分量，圖2c的圖表示出這兩個值的比率。所示的順序具有三個連續(xù)階段:首先是對于50伏的一個電壓分量開始而在1V(另一分量為零)穩(wěn)定的DC通量階段；其次是較高電壓下的階段，其分量為35V，對于接近I的V/f比以2.7赫茲(Hz)交替(忽略乘法因子)；最后是較低電壓和頻率下的階段，其V/f比為8。
[0038]圖3示出轉(zhuǎn)子上的這一控制的效應(yīng)。圖3a的圖表示出轉(zhuǎn)子受到的通量分量，圖3b的圖表示出轉(zhuǎn)子中始發(fā)的扭矩。圖3c的圖表