CN102969963A - 一种可自启动的微型燃气轮机电机*** - Google Patents

一种可自启动的微型燃气轮机电机*** Download PDF

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谢清明
袁宁
秦秀娟
李亚芳
王大彧
高军
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Abstract

本发明公开了一种可自启动的微型燃气轮机电机***，属于燃气轮机领域。本***包括顺次连接的微型燃气轮机、三相高速永磁电机、PWM电压型变流器、PWM电压型逆变器，其中，该电机***还包括蓄电池组件。蓄电池组件包括相互连接的蓄电池控制器和蓄电池组；蓄电池控制器的正负极连接端连接PWM电压型变流器的正负极连接端；本发明在原有的微型燃气轮机发电***的基础上增加蓄电池组件，实现了电机***内能量的双向流动，充分利用高速永磁同步电机的电力和动力的双向控制，实现了微型燃气轮机启动-发电一体化控制，本发明适用于燃气轮机电机***。

Description

一种可自启动的微型燃气轮机电机***
技术领域
本发明涉及一种可自启动的微型燃气轮机用电机***，属于燃气轮机领域。
背景技术
微型燃气轮机电站具有启动快、寿命长、重量轻、运行噪音低、运行成本低、燃烧效率高、低污染环保性好等优点，可作为移动供电电源和备用电源，应用于油田、海洋石油钻探开采平台、矿区等应用领域。
永磁同步电机具有功率质量比大、发电效率高、可靠性好等优点，目前微型燃气轮机中均采用永磁同步电机。
在燃气轮机发电***中，现有的技术方案普遍采用微型燃气轮机经过齿轮转速箱带动永磁同步电机，经过PWM可控整流环节得到直流电，再经过PWM电压型逆变器得到三相交流电输出。现有技术方案原理框图如图1所示。
分析现有的燃气轮机发电***，可以发现：
微型燃气轮机不能自启动，需要起动机将微型燃气轮机拖动到一定转速才能点火工作，而整个电路能量为单向流动，因此无法实现对电机的启动-发电一体化控制。在使用现有的燃气轮机发电***进行发电时，需要额外使用起动机，使***结构更为复杂，增加了成本，不符合发电***的现代化、自动化的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可自启动的微型燃气轮机用电机***，本***实现了能量的双向流动，从而能够对微型燃气轮机进行启动-发电一体化控制；同时***结构简单，成本低，可靠性高。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种可自启动的微型燃气轮机用电机***，包括微型燃气轮机、三相高速永磁电机、PWM电压型变流器、PWM电压型逆变器，微型燃气轮机与三相高速永磁电机同轴机械连接，三相高速永磁电机的三相连接端连接PWM电压型变流器的三相连接端，PWM电压型变流器的直流端正负极分别连接PWM电压型逆变器的直流端正负极，PWM电压型逆变器的三相连接端连接电网的三相连接端。
其中，该电机***还包括蓄电池组件。
蓄电池组件包括相互连接的蓄电池控制器和蓄电池组；蓄电池控制器的正负极连接端连接PWM电压型变流器的正负极连接端；
蓄电池控制器设定电压阈值范围[a,b]，a<b，蓄电池控制器检测PWM电压型变流器的直流端电压，当PWM电压型变流器的直流端电压小于电压阈值a时，蓄电池控制器控制蓄电池组处于放电状态，为PWM电压型变流器提供直流电压；当PWM电压型变流器的直流端电压大于电压阈值b时，蓄电池控制器控制蓄电池组处于充电状态，PWM电压型变流器直流端为蓄电池组提供充电电压；当PWM电压型变流器的直流端电压处于电压阈值范围[a,b]内时，蓄电池组件处于不工作状态；其中a值大于蓄电池组的放电电压。
PWM电压型变流器具有两种工作模式，分别为：逆变模式和可控整流模式，PWM电压型变流器通过检测其三相连接端交流电压值和交流电流值估算微型燃气轮机的转速，当转速小于微型燃气轮机的点火转速时，PWM电压型变流器处于逆变模式，逆变模式将PWM电压型变流器的直流端输入的直流电压转换为三相交流电压由PWM电压型变流器的三相连接端输出；当转速大于或等于微型燃气轮机的点火转速时，PWM电压型变流器处于可控整流模式，可控整流模式将PWM电压型变流器的三相连接端的三相交流电压转换为直流电压由PWM电压型变流器的直流端输出。
有益效果：
本发明在原有的微型燃气轮机发电***的基础上增加蓄电池组件，实现了电机***内能量的双向流动，充分利用高速永磁同步电机的电力和动力的双向控制，实现了微型燃气轮机启动-发电一体化控制，大大提高了微型燃气轮机发电***的自动化程度，同时***结构简单，成本低，可靠性高。
附图说明
图1为现有的微型燃气轮机发电***组成框图。
图2为本发明燃气轮机发电***组成框图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种可自启动的微型燃气轮机电机***，该***主要包括微型燃气轮机、三相高速永磁电机、PWM电压型变流器、PWM电压型逆变器以及蓄电池组件，其连接方式如图2所示，具体为：微型燃气轮机与三相高速永磁电机同轴机械连接，三相高速永磁电机的三相连接端连接PWM电压型变流器的三相连接端，PWM电压型变流器的直流端正负极分别连接PWM电压型逆变器的直流端正负极，PWM电压型逆变器的三相连接端连接电网的三相连接端，蓄电池组件包括蓄电池控制器和蓄电池组；蓄电池组与蓄电池控制器相连接，蓄电池控制器的正负极连接端连接PWM电压型变流器的正负极连接端。
所述的蓄电池控制器设定电压阈值范围[a,b]，a<b，蓄电池控制器检测PWM电压型变流器的直流端电压，当PWM电压型变流器的直流端电压小于电压阈值a时，蓄电池控制器控制蓄电池组处于放电状态，为PWM电压型变流器提供直流电压；当PWM电压型变流器的直流端电压大于电压阈值b时，蓄电池控制器控制蓄电池组处于充电状态，PWM电压型变流器直流端为蓄电池组提供充电电压；当PWM电压型变流器的直流端电压处于电压阈值范围[a,b]内时，蓄电池组件处于不工作状态；其中a值大于蓄电池组的放电电压。
PWM电压型变流器具有两种工作模式，分别为：逆变模式和可控整流模式，PWM电压型变流器通过检测其三相连接端交流电压值和交流电流值估算微型燃气轮机的转速，当转速小于微型燃气轮机的点火转速时，PWM电压型变流器处于逆变模式，逆变模式将PWM电压型变流器的直流端输入的直流电压转换为三相交流电压由PWM电压型变流器的三相连接端输出；当转速大于或等于微型燃气轮机的点火转速时，PWM电压型变流器处于可控整流模式，可控整流模式将PWM电压型变流器的三相连接端的三相交流电压转换为直流电压由PWM电压型变流器的直流端输出。
本微型燃气轮机用高速永磁同步电机***的工作流程如下：
在燃气轮机启动运行阶段，PWM电压型变流器的直流端无输出电压，则蓄电池组处于放电状态，由蓄电池组通过蓄电池控制器提供直流电压，该直流电压值稳定在一个数值，直流电压由PWM电压型变流器的直流端输入至PWM电压型变流器，PWM电压型变流器通过检测其三相连接端交流电压值和交流电流值估算微型燃气轮机的转速，因微型燃气轮机的转速小于其点火转速，所以PWM电压型变流器处于逆变模式，直流电压经PWM电压型变流器变为三相交流电压输出来驱动永磁同步电机，永磁同步电机转子转动并拖动微型燃气轮机转子转动，由于此时直流电压值较低，永磁同步电机达不到发电转速，因此永磁同步电机此时并不发电；PWM电压型变流器一直处于逆变模式，并且由于PWM电压型变流器的直流端电压一直由蓄电池组的放电电压提供，因此PWM电压型变流器的直流端电压小于蓄电池控制器的电压阈值范围[a,b]，因此蓄电池组一直处于放电状态。
调节PWM电压型变流器，可控制其三相连接端输出的交流电压值，永磁同步电机的转子转速与其三相连接端的交流电压频率成正比，因此增大PWM电压型变流器三相连接端输出的交流电压频率，可控制永磁同步电机转子转速逐渐增大，微型燃气轮机的转子的转动速度随之逐渐增大，当转子转动速度达到点火转速时，微型燃气轮机自动点火，点火后微型燃气轮机启动；启动后，微型燃气轮机通过同轴的机械结构带动永磁同步电机的转轮转动，使永磁同步电机加速到发电转速，则此时永磁同步电机处于发电状态，***处于发电运行阶段，此时PWM电压型变流器通过检测其三相连接端交流电压值和交流电流值估算微型燃气轮机的转速，由于微型燃气轮机的转速已达到其点火转速，PWM电压型变流器处于可控整流模式，可控整流模式将永磁同步电机输出的三相交流电压转换为直流电压并由PWM电压型逆变器输出至电网，当PWM电压型变流器的直流端电压大于蓄电池控制器的电压阈值范围时，蓄电池控制器控制蓄电池组处于充电状态。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种可自启动的微型燃气轮机电机***，包括微型燃气轮机、三相高速永磁电机、PWM电压型变流器、PWM电压型逆变器，微型燃气轮机与三相高速永磁电机同轴机械连接，三相高速永磁电机的三相连接端连接PWM电压型变流器的三相连接端，PWM电压型变流器的直流端正负极分别连接PWM电压型逆变器的直流端正负极，PWM电压型逆变器的三相连接端连接电网的三相连接端，其特征在于，该电机***还包括蓄电池组件；
所述的蓄电池组件包括相互连接的蓄电池控制器和蓄电池组；蓄电池控制器的正负极连接端连接PWM电压型变流器的正负极连接端；
所述的蓄电池控制器设定电压阈值范围[a,b]，a<b，蓄电池控制器检测PWM电压型变流器的直流端电压，当PWM电压型变流器的直流端电压小于电压阈值a时，蓄电池控制器控制蓄电池组处于放电状态，为PWM电压型变流器提供直流电压；当PWM电压型变流器的直流端电压大于电压阈值b时，蓄电池控制器控制蓄电池组处于充电状态，PWM电压型变流器直流端为蓄电池组提供充电电压；当PWM电压型变流器的直流端电压处于电压阈值范围[a,b]内时，蓄电池组件处于不工作状态；a值大于蓄电池组的放电电压；
所述的PWM电压型变流器具有两种工作模式，分别为：逆变模式和可控整流模式，PWM电压型变流器通过检测其三相连接端交流电压值和交流电流值估算微型燃气轮机的转速，当转速小于微型燃气轮机的点火转速时，PWM电压型变流器处于逆变模式，逆变模式将PWM电压型变流器的直流端输入的直流电压转换为三相交流电压由PWM电压型变流器的三相连接端输出；当转速大于或等于微型燃气轮机的点火转速时，PWM电压型变流器处于可控整流模式，可控整流模式将PWM电压型变流器的三相连接端的三相交流电压转换为直流电压由PWM电压型变流器的直流端输出。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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