KR102759818B1 - 외부적으로 변조된 독립 속도 가변 주파수 발생기 - Google Patents
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Abstract
회전자 및 고정자를 포함할 수 있는 독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템이 설명된다. 이 시스템은 회전자 상에 포지셔닝된 자기장 소스 및 고정자 상에 포지셔닝된 한 세트의 파일럿 다상 권선들을 포함하는 파일럿 생성기 스테이지를 더 포함할 수 있다. 이 시스템은 또한, 고정자 상에 포지셔닝된 제1 세트의 고주파 변압기 다상 권선들 및 회전자 상에 포지셔닝된 제2 세트의 고주파 변압기 다상 권선들을 포함하는 고주파 변환기 스테이지를 포함할 수 있다. 이 시스템은 또한, 회전자 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 필드 다상 권선들 및 고정자 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들을 포함하는 메인 기계 스테이지를 포함할 수 있으며, 여기서 제2 세트의 고주파 변압기 다상 권선들은 한 세트의 메인 필드 다상 권선들에 직접 결합된다. 이 시스템은 발전기 제어 유닛을 포함할 수 있다.
Description
이 개시내용은 일반적으로 전기 발전기들, 그리고 특히 외부적으로 변조된 독립 속도 가변 주파수 발전기들의 분야에 관한 것이다.
통상적인 AC 발전 시스템들에서, 발생된 AC 전력 신호의 주파수는 발전 시스템의 회전자의 회전 주파수에 의존한다. 마찬가지로, 다상 AC 발전 시스템에서, 전력 신호의 각각의 위상의 주파수는 회전자의 회전 주파수에 의존한다.
독립 속도 가변 주파수(ISVF: independent speed variable frequency) 발전기들은 회전자 속도와는 무관한 주파수를 갖는 AC 전력 신호의 발생을 가능하게 한다. 독립 주파수를 달성하기 위해, 파일럿 스테이지 동안 발생된 AC 전력 신호는 ISVF 발전기의 회전자로 다시 송신될 수 있다. 그 다음, 전력은 변조되어, 회전자에서 회전자에 대해 회전하는 제2 자속을 생성하는 데 사용될 수 있다. 제2 자속은 분배를 위한 메인 기계 스테이지 전력 신호를 발생시키는 데 사용될 수 있다. 메인 기계 스테이지 전력 신호의 주파수는 회전자의 회전 주파수와 제2 자속의 회전 주파수 모두에 의존할 수 있다. 이에 따라, 주파수는 회전자 단독의 회전 주파수와는 독립적이다. ISVF 발전기들은 또한 메인 기계 스테이지 전력 신호의 다른 파라미터, 이를테면 크기 및 위상의 제어를 가능하게 할 수 있다.
정류 회로, 인버터 회로 또는 다른 회로와 같은 변조 스테이지를 발전기의 회전자 상에 포함시키는 것은 독립 속도 가변 주파수 발전기 장치의 설계 및 제조와 연관된 비용을 증가시킬 수 있다. 또한, 회전자 상의 강한 회전력들은 정류 회로 및 인버터 회로를 구현하는 데 사용되는 전기 컴포넌트들의 보다 짧은 수명을 야기할 수 있다. 다른 단점들이 존재할 수 있다.
앞서 설명한 단점들 중 하나 이상을 해결하는 외부적으로 변조된 ISVF 발전기 시스템이 개시된다. 특히, 본 명세서에서 설명되는 ISVF 발전기 시스템은 ISVF 발전기의 회전자 외부에서 변조 기능들을 수행할 수 있다. 고주파 변조 다상 전력 신호는 회전자의 외부에서 발생되어 회전자로 전달되며, ISVF 발전기의 메인 기계 스테이지를 직접 구동하는 데 사용될 수 있다. 이와 같이, 회전자는 임의의 변조 회로를 배제할 수 있다.
일 실시예에서, 독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템은 회전자 및 고정자를 포함한다. 이 시스템은 회전자 상에 포지셔닝된 자기장 소스 및 고정자 상에 포지셔닝된 한 세트의 파일럿 다상 권선들을 포함하는 파일럿 생성기 스테이지를 더 포함한다. 이 시스템은 또한, 고정자 상에 포지셔닝된 제1 세트의 고주파 변압기 다상 권선들 및 회전자 상에 포지셔닝된 제2 세트의 고주파 변압기 다상 권선들을 포함하는 고주파 변압기 스테이지를 포함한다. 이 시스템은 회전자 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 필드 다상 권선들 및 고정자 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들을 포함하는 메인 기계 스테이지를 포함하며, 여기서 제2 세트의 고주파 변압기 다상 권선들은 한 세트의 메인 필드 다상 권선들에 직접 결합된다. 이 시스템은 발전기 제어 유닛을 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 발전기 제어 유닛은 복수의 스위칭 회로들을 갖는 다상 인버터, 및 제어기 회로를 포함하며, 복수의 스위칭 회로들 중 각각의 스위칭 회로의 입력은 제어기 회로에 결합된다. 일부 실시예들에서는, 모터 상태에서, 제어기 회로는 다상 인버터에서의 출력을 방지하기 위해 복수의 스위칭 회로들 각각을 개방하도록 구성된다. 일부 실시예들에서는, 발전 상태에서, 제어기 회로는 회전자에 대해 회전하는 회전 자속을 생성하도록 한 세트의 메인 필드 다상 권선들을 구동하는 데 사용 가능한 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트를 포함하는 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시키는 패턴으로 복수의 스위칭 회로들을 개폐하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 시스템은 다상 인버터의 출력에 접속된 주파수 센서를 더 포함하며, 제어기 회로는 기준 주파수와 주파수 센서에 의해 측정된 메인 필드 주파수 사이의 차이에 기초하여 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트의 주파수를 조정하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 시스템은 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들의 출력에 접속된 전압 센서를 더 포함하며, 제어기 회로는 기준 전압과 전압 센서에 의해 측정된 출력 전압 사이의 차이에 기초하여 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트의 전압을 조정하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 시스템은 회전자의 회전 주파수를 검출하도록 구성된 인코더를 더 포함하며, 제어기 회로는 기준 주파수와 인코더에 의해 측정된 회전자 주파수 사이의 차이에 기초하여 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트의 주파수를 조정하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 시스템은 외부 전원, 및 파일럿 생성기 스테이지와 발전기 제어 유닛 사이의 접속을 개폐하도록, 그리고 외부 전원과 발전기 제어 유닛 사이의 접속을 개폐하도록 구성된 제1 스위칭 회로를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 시스템은 모터 기동 구동기, 및 제4 세트의 다상 권선들과 전력 분배 버스 사이의 접속을 개폐하도록, 그리고 제4 세트의 다상 권선들과 모터 기동 구동기 사이의 접속을 개폐하도록 구성된 제2 스위칭 회로를 더 포함한다.
일 실시예에서, 독립 속도 가변 주파수 발전을 위한 방법은 독립 속도 가변 주파수 발전기의 회전자 외부에 포지셔닝된 발전기 제어 유닛에서 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시키는 단계를 포함하며, 고주파 변조 다상 전력 신호는 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트를 포함한다. 이 방법은 고주파 변압기 스테이지를 통해 독립 속도 가변 주파수 발전기의 고정자로부터 회전자로 고주파 다상 전력 신호를 송신하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 또한 고주파 변조 다상 전력 신호의 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트를 메인 필드 다상 권선에 인가함으로써 회전자 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 필드 다상 권선들에서 비동기 회전 자속을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 고정자 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들에서 비동기 회전 자속을 메인 기계 다상 전력 신호로 변환하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 이 방법은 고정자 상에 포지셔닝된 한 세트의 파일럿 다상 권선들을 발전기 제어 유닛의 다상 정류기에 접속하는 단계, 회전자 상에 포지셔닝된 자기장 소스에서 회전자와 동기 회전하는 동기 회전 자속을 생성하는 단계; 한 세트의 파일럿 다상 권선들을 사용하여 동기 회전 자속을 파일럿 다상 전력 신호로 변환하는 단계; 정류된 전력 신호를 발생시키기 위해 발전기 제어 유닛에서 파일럿 다상 전력 신호를 정류하는 단계, 및 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시키기 위해, 정류된 전력 신호를 사용하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 이 방법은 외부 전원을 발전기 제어 유닛에 접속하는 단계, 및 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시키기 위해 외부 전원으로부터의 전력 신호를 사용하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시키는 단계는, 발전기 제어 유닛의 제어기 회로에서 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시키는 패턴으로 복수의 스위칭 회로들을 개폐하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 이 방법은 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시키기 전에, 모터 기동 구동기를 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들에 접속하는 단계, 다상 인버터에서의 출력을 방지하기 위해 복수의 스위칭 회로들을 개방하는 단계, 및 회전자를 회전시켜 엔진의 시동을 가능하게 하는 회전 자속 패턴을 생성하기 위해 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들을 통해 모터 기동 구동기로부터 전류 패턴을 전송하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 이 방법은 엔진의 시동 후에, 모터 기동 구동기로부터 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들을 분리하는 단계, 및 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들을 전력 분배 버스에 접속하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 이 방법은 메인 필드 주파수 신호를 수신하는 단계, 기준 주파수 신호를 수신하는 단계, 및 메인 필드 주파수 신호와 기준 주파수 신호 사이의 차이에 기초하여 고주파 변조 다상 전력 신호의 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트의 주파수를 조정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 이 방법은 출력 전압 신호를 수신하는 단계, 기준 전압 신호를 수신하는 단계, 및 기준 전압과 출력 전압 사이의 차이에 기초하여 고주파 변조 다상 전력 신호의 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트의 전압을 조정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 이 방법은 회전자 주파수 신호를 수신하는 단계, 기준 주파수 신호를 수신하는 단계, 및 회전자 주파수 신호와 기준 주파수 신호 사이의 차이에 기초하여 고주파 변조 다상 전력 신호의 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트의 주파수를 조정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템은 회전자 및 고정자를 포함한다. 이 시스템은 고정자 상에 포지셔닝된 제1 세트의 고주파 변압기 다상 권선들 및 회전자 상에 포지셔닝된 제2 세트의 고주파 변압기 다상 권선들을 포함하는 고주파 변압기 스테이지를 더 포함한다. 이 시스템은 또한, 회전자 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 필드 다상 권선들 및 고정자 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들을 포함하는 메인 기계 스테이지를 포함하며, 여기서 제2 세트의 고주파 변압기 다상 권선들은 한 세트의 메인 필드 다상 권선들에 직접 결합된다.
일부 실시예들에서, 이 시스템은 회전자에 대해 회전하는 비동기 회전 자속을 생성하도록 한 세트의 메인 필드 다상 권선들을 구동하는 데 사용 가능한 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트를 포함하는 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시키도록 구성된 발전기 제어 유닛을 포함한다.
도 1은 외부적으로 변조된 독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템의 일 실시예를 도시하는 개략적인 블록도이다.
도 2는 펄스 폭 변조 주파수 변환기의 일 실시예를 도시하는 개략적인 블록도이다.
도 3은 독립 속도 가변 주파수 AC 발전기 시스템을 위한 신호 제어 시스템의 일 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 4는 외부적으로 변조된 독립 속도 가변 주파수 발전을 위한 방법의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 5는 외부적으로 변조된 독립 속도 가변 주파수 발전을 위한 방법의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 6은 외부적으로 변조된 독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템을 스타터(starter)로서 작동시키기 위한 방법의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
본 개시내용은 다양한 수정들 및 대안적인 형태들이 가능하지만, 특정 실시예들이 도면들에 예로서 도시되었으며 본 명세서에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 개시내용은 개시된 특정 형태들로 한정되는 것으로 의도되지 않는다고 이해되어야 한다. 그보다는, 본 개시내용의 범위 내에 있는 모든 수정들, 등가물들 및 대안들을 커버하는 것이 의도이다.
도 2는 펄스 폭 변조 주파수 변환기의 일 실시예를 도시하는 개략적인 블록도이다.
도 3은 독립 속도 가변 주파수 AC 발전기 시스템을 위한 신호 제어 시스템의 일 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 4는 외부적으로 변조된 독립 속도 가변 주파수 발전을 위한 방법의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 5는 외부적으로 변조된 독립 속도 가변 주파수 발전을 위한 방법의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 6은 외부적으로 변조된 독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템을 스타터(starter)로서 작동시키기 위한 방법의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
본 개시내용은 다양한 수정들 및 대안적인 형태들이 가능하지만, 특정 실시예들이 도면들에 예로서 도시되었으며 본 명세서에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 개시내용은 개시된 특정 형태들로 한정되는 것으로 의도되지 않는다고 이해되어야 한다. 그보다는, 본 개시내용의 범위 내에 있는 모든 수정들, 등가물들 및 대안들을 커버하는 것이 의도이다.
앞서 설명한 바와 같이, ISVF 발전기들은 발전기 회전자의 회전 주파수와는 독립적인 주파수를 갖는 다상 전력 신호의 발생을 가능하게 한다. ISVF 장치의 한정이 아닌 예는 "Independent Speed Variable Frequency Alternating Current Generator"라는 명칭으로 2017년 11월 21일자로 출원된 미국 특허출원 제15/819,919호에서 기술된다. 발전기와 스타터 모두로서 ISVF 발전기 장치를 통합하는 시스템의 한정이 아닌 다른 예는 "System and Method for Operating an Independent Speed Variable Frequency Generator as a Starter"라는 명칭으로 2018년 1월 16일자로 출원된 미국 특허출원 제15/872,383호에서 기술된다. ISVF 발전기 장치를 통합하는 시스템의 한정이 아닌 다른 예는 "Independent Speed Variable Frequency Based Electrified Propulsion System Architecture"라는 명칭으로 2018년 1월 9일자로 출원된 미국 특허출원 제15/866,064호에서 기술된다. 위에 나열된 특허출원들 각각은 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
도 1을 참조하면, 외부적으로 변조된 ISVF 발전기 시스템(100)의 일 실시예가 도시된다. 시스템(100)은 회전자(102) 및 고정자(104)를 포함할 수 있다. 회전자(102)는 본 명세서에서 설명되는 스테이지들에서 전력을 발생시키도록 고정자(104)에 대해 회전하도록 구성될 수 있다. 시스템(100)은 파일럿 스테이지(106), 고주파 변압기 스테이지(108) 및 메인 기계 스테이지(110)를 포함할 수 있다.
파일럿 스테이지는 회전자(102)에 결합된 자기장 소스(112) 및 (시스템(100)의 다른 세트들의 다상 권선들로부터 제1 세트의 다상 권선들(114)을 구별하기 위해 한 세트의 파일럿 다상 권선들로도 또한 지칭되는) 제1 세트의 다상 권선들(114)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 세트의 다상 권선들(114)은 3상 전력 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다. 그러나 본 개시내용은 3상 시스템들로 제한되지 않는다. 3상들 초과 또는 미만이 가능하다. 또한, 자기장 소스(112)는 영구 자석 또는 다른 타입의 자기 소스, 이를테면 한 세트의 유도 발전기 권선들을 포함할 수 있다.
고주파 변압기 스테이지(108)는 (제1 세트의 고주파 다상 권선들로도 또한 지칭되는) 제2 세트의 다상 권선들(116) 및 (제2 세트의 고주파 다상 권선들로도 또한 지칭되는) 제3 세트의 다상 권선들(118)을 포함할 수 있다. 제2 세트의 다상 권선들(116) 및 제3 세트의 다상 권선들(118)은 고정자(104)로부터 회전자(102)로의 고주파 변조된 전력 신호들의 송신을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "고주파 변조된"이라는 용어는 회전자(102)의 회전 주파수를 초과하는 주파수를 가진 변조 컴포넌트를 갖는 신호를 의미한다.
메인 기계 스테이지(110)는 (메인 필드 다상 권선으로도 또한 지칭되는) 제4 세트의 다상 권선들(120) 및 (메인 전기자 다상 권선으로도 또한 지칭되는) 제5 세트의 다상 권선들(122)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제3 세트의 다상 권선들(118)은 한 세트의 메인 필드 다상 권선들(120)에 직접 결합될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 직접 결합된다는 것은 제3 세트의 다상 권선들(118)(즉, 제2 세트의 고주파 변압기 다상 권선들)과 제4 세트의 다상 권선들(120)(즉, 한 세트의 메인 필드 다상 권선들) 사이에 접속된 개재된 변조 회로, 이를테면 정류기 또는 인버터가 없다는 것을 의미한다.
시스템(100)은 발전기 제어 유닛(124)을 더 포함할 수 있다. 발전기 제어 유닛(124)은 펄스 폭 변조 주파수 변환기(126) 및 제어기 회로(128)를 포함할 수 있다. 펄스 폭 변조 주파수 변환기(126)는 본 명세서에서 더 설명된다. 제어기 회로(128)는 다상 전력 신호를 변조 및 변환하여 제2 세트의 다상 권선들(116) 및 제3 세트의 다상 권선들(118)을 통해 송신할 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시키게 펄스 폭 변조 주파수 변환기(126)를 제어하도록 구성될 수 있다.
제어기 회로(128)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 제어 기능들을 수행하기 위한 연관된 소프트웨어와 함께 마이크로프로세서와 같은 임의의 논리 회로 또는 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서 제어기 회로(128)는 중앙 처리 유닛(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 유닛(GPU: graphical processing unit), 디지털 신호 프로세서(DSP: digital signal processor), 주변 장치 인터페이스 제어기(PIC: peripheral interface controller), 다른 타입의 마이크로프로세서, 및/또는 이들의 결합을 포함할 수 있다. 이는 집적 회로; 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA: field programmable gate array); 주문형 집적 회로(ASIC: application specific integrated circuit); 논리 게이트 회로, 다른 타입들의 디지털 또는 아날로그 전기 설계 컴포넌트들의 결합; 또는 이들의 결합들로서 구현될 수 있다.
시스템(100)은 제어기 회로(128)가 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시키는 것과 관련된 제어 기능들을 수행할 수 있게 할 피드백 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 펄스 폭 변조 주파수 변환기(126)의 출력에 접속된 주파수 센서(130)를 포함할 수 있다. 주파수 센서(130)는 펄스 폭 변조 주파수 변환기(126)에 의해 발생된 고주파 변조 다상 전력 신호의 다상 전력 신호 컴포넌트의 주파수를 검출하도록 구성될 수 있다. 측정된 주파수와 기준 주파수(예컨대, 메인 기계 스테이지(110)에 의해 발생된 전력 신호의 원하는 주파수 출력)의 차이에 기초하여, 제어기 회로(128)는 기준 주파수를 달성하도록 펄스 폭 변조 주파수 변환기(126)를 조정할 수 있다.
시스템(100)은 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)의 출력에 접속된 전압 센서(132)를 더 포함할 수 있다. 전압 센서(132)는 메인 기계 스테이지(110)에 의해 생성된 전압의 크기를 결정할 수 있다. 또한, 측정된 전압은 펄스 폭 변조 주파수 변환기(126)에 의해 발생된 고주파 변조 다상 전력 신호의 다상 전력 신호 컴포넌트의 전압의 크기를 측정된 전압과 기준 전압의 차이에 기초하여 조정하도록 제어기 회로(128)에 의해 또한 사용될 수 있다.
시스템(100)은 또한 회전자(102)에 근접하게 포지셔닝되며 회전자(102)의 회전 주파수를 검출하도록 구성된 인코더(134)를 포함할 수 있다. 회전자(102)의 회전 주파수는 펄스 폭 변조 주파수 변환기(126)에 의해 발생된 고주파 변조 다상 전력 신호의 다상 전력 신호 컴포넌트의 주파수를 결정할 때 제어기 회로(128)에 의해 사용될 수 있다.
시스템(100)은 외부 전원(136) 및 제1 스위칭 회로(138)를 포함할 수 있다. 외부 전원(136)은 지상 기반 전력 분배 시스템, 발전기, 배터리, 또는 이들의 결합들을 포함할 수 있고, 시스템(100)에 대해 고정되거나 이동 가능할 수 있다. 제1 스위치 회로(138)는 발전기 제어 유닛(124)과 파일럿 스테이지(106) 사이의 접속을 개폐하도록 그리고 발전기 제어 유닛(124)과 외부 전원(136) 사이의 접속을 개폐하도록 구성될 수 있다. 도 1은 제1 스위칭 회로(138)의 입력들 및 출력을 단일 라인으로서 도시하지만, 입력들 및 출력은 다상 전력 입력들 및 출력들을 나타낼 수 있다고 이해되어야 한다. 특히, 제1 스위칭 회로(138)의 입력들 및 출력은 3상 전력 신호들로 구성될 수 있다. 제1 스위칭 회로(138)는 전기 접속들을 선택적으로 개폐하도록 구성된 물리적 스위치 또는 논리적 스위칭 회로를 포함할 수 있다.
이 시스템은 모터 기동 구동기(140), 분배 버스(142) 및 제2 스위칭 회로(144)를 포함할 수 있다. 모터 기동 구동기(140)는 엔진을 턴오버하여 기동하게 하기 위해 모터에 전류 패턴을 인가하도록 구성된 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 모터 기동 구동기(140)는 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)에 전계 지향 제어(FOC: field-oriented control) 신호를 인가하거나 직접 토크 제어(DTC: direct torque control) 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다. 모터 기동 구동기(140)는 서로 다른 타입들의 가변 주파수 모터 구동(VFMD: variable frequency motor drive) 토폴로지들을 포함할 수 있다. 제2 스위칭 회로(144)는 모터 기동 구동기(140)와 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122) 사이의 접속을 개폐하도록 그리고 분배 버스(142)와 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122) 사이의 접속을 개폐하도록 구성될 수 있다. 제1 스위칭 회로(138)에서와 같이, 도 1은 제2 스위칭 회로(144)의 입력들 및 출력을 단일 라인으로서 도시하지만, 입력들 및 출력은 다상 전력 입력들 및 출력들을 나타낼 수 있다고 이해되어야 한다. 제2 스위칭 회로(144)는 전기 접속들을 선택적으로 개폐하도록 구성된 물리적 스위치 또는 논리적 스위칭 회로를 포함할 수 있다.
동작 중에, 시스템(100)은 서로 다른 상태들 또는 동작 모드들로 작동될 수 있다. 제1 상태에서, 시스템(100)은 원동기(prime mover)(예컨대, 엔진)에 의한 회전자(102)의 회전에 기초하여 전력을 발생시키도록 구성될 수 있다. 제2 상태에서, 시스템(100)은 외부 전원(136)으로부터 수신된 전력에 기초하여 전력을 생성 또는 변환하도록 구성될 수 있다. 제3 상태에서, 시스템(100)은 엔진을 시동하기 위한 모터 또는 스타터로서 사용되도록 구성될 수 있다. 다른 상태들 또는 상태들의 결합들도 또한 가능하다.
제1 상태인 동안, 제1 스위칭 회로는 제1 세트의 다상 권선들(114)과 발전기 제어 유닛(124) 사이의 접속을 폐쇄(즉, 접속)하도록, 그리고 외부 전원(136)과 발전기 제어 유닛(124) 사이의 접속을 개방(즉, 분리)하도록 구성될 수 있다.
(차량 엔진과 같은) 원동기는 회전자(102)를 회전시켜 회전자(102)에 부착된 자기장 소스(112)가 또한 회전하게 함으로써, 파일럿 스테이지(106)에서 자속을 생성할 수 있다. 회전 자속은 제1 세트의 다상 권선들(114)에서 파일럿 다상 전력 신호를 발생시키는 데 사용될 수 있다. 회전 자속의 회전 주파수는 회전자(102)의 회전 주파수에 의존하기 때문에, 회전 자속은 동기식으로 간주될 수 있으며, 이는 자속이 회전자(102)와 동기화된다는 것을 의미한다. 파일럿 다상 전력 신호는 발전기 제어 유닛(124)의 펄스 폭 변조 주파수 변환기(126)에 대한 입력으로서 사용될 수 있다.
제어기 회로(128)는 주파수 센서(130), 전압 센서(132) 및 인코더(134)로부터 수신된 피드백에 의존하여, 고주파 변조 컴포넌트 및 보다 저주파 다상 전력 신호 컴포넌트를 포함하는 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시킬 수 있다. 고주파 변조 다상 전력 신호는 고정자(104) 상의 제2 세트의 다상 권선들(116)로부터 회전자(102) 상의 제3 세트의 다상 권선들(118)로 송신될 수 있다.
제4 세트의 다상 권선들(120)은 제3 세트의 다상 권선들(118)에 직접 결합될 수 있다. 이에 따라, 고주파 변조 다상 전력 신호는 제4 세트의 다상 권선들(120)로 직접 전달될 수 있다. 제3 세트 및 제4 세트의 다상 권선들(118, 120)에 의해 나타나는 자연 인덕턴스들로 인해, 고주파 변조 다상 전력 신호의 고주파 변조 컴포넌트는 다상 전력 신호 컴포넌트만이 남는 채로 필터링될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 추가 회로가 포함되어, 고주파 변조된 컴포넌트를 필터링할 수 있다. 나머지 다상 전력 신호 컴포넌트는 제4 세트의 다상 권선들(120)에서 전류를 구동할 수 있으며, 이로써 자속을 생성할 수 있다.
제어기 회로(128)는 제4 세트의 다상 권선들(120)에서의 자속이 회전자(102)에 대해 회전하게 하는 주파수를 갖는 다상 전력 신호 컴포넌트를 생성하도록 펄스 폭 변조 주파수 변환기(126)에 시그널링할 수 있다. 이에 따라, 제4 세트의 다상 권선들(120)에서의 회전 자속의 주파수는 회전자(102)의 회전 주파수와 제4 세트의 다상 권선들(120)에서의 회전 자속의 주파수의 결합이다. 회전 자속은 그 회전 주파수가 회전자(102)의 회전 주파수에만 의존하지 않기 때문에 비동기적일 수 있다. 즉, 회전 자속은 회전자(102)와 비동기적일 수 있다.
회전 자속은 제5 세트의 다상 권선들(122)에서 메인 스테이지 다상 전력 신호를 발생시키는 데 사용될 수 있다. 메인 스테이지 다상 전력 신호는 분배 버스(142)를 통해 분배될 수 있다. 이런 식으로, 분배 버스(142)에서의 전력 신호의 주파수, 전압 및 위상은 발전기 제어 유닛(124)에 의해 제어될 수 있고 회전자(102)의 회전 주파수로부터 독립적일 수 있다.
제2 상태인 동안, 제1 스위칭 회로(138)는 제1 세트의 다상 권선들(114)과 발전기 제어 유닛(124) 사이의 접속을 개방(즉, 분리)하도록, 그리고 외부 전원(136)과 발전기 제어 유닛(124) 사이의 접속을 폐쇄(즉, 접속)하도록 구성될 수 있다. 이 상태에서, 외부 전원(136)은 파일럿 스테이지(106) 대신 펄스 폭 변조 주파수 변환기(126)를 구동할 수 있다. 그 다음, 시스템(100)은 주파수, 전압, 위상 또는 이들의 임의의 결합들을 분배 버스(142)에 특정한 파라미터들을 갖는 다상 전력 신호로 변환하기 위한 전력 변환기로서 기능한다.
제3 상태인 동안, 제2 스위칭 회로(144)는 모터 기동 구동기(140)와 제5 세트의 다상 권선들(122)(즉, 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들) 사이의 접속을 폐쇄(즉, 접속)하고 분배 버스(142)와 제5 세트의 다상 권선들(122) 사이의 접속을 개방(즉, 분리)하도록 구성될 수 있다.
이 상태에서, 제어기 회로(128)는 펄스 폭 변조 주파수 변환기(126)에서의 출력을 방지할 수 있다. 그 다음, 제3 세트 및 제4 세트의 다상 권선들(118, 120)은 유도 모터로서 작동될 수 있다. 모터 기동 구동기(140)는 제4 세트의 다상 권선들(120)과 상호 작용하여 회전자(102)를 회전시키는 회전 자속 패턴을 생성하기 위해 제5 세트의 다상 권선들(122)을 통해 전류 패턴을 전송하도록 구성될 수 있다. 회전자(102)가 회전할 때, 이는 엔진의 시동을 가능하게 할 수 있다.
시스템(100)의 이점은 한 세트의 메인 필드 다상 권선들을 구동하는 데 사용되는 다상 전력 신호의 변조 및 변환이 회전자(102) 외부에서 발생할 수 있다는 점이다. 이는 회전자(102) 상에 포지셔닝될 수 있는 전기 컴포넌트들의 수를 제한하여, 회전자(102)의 보다 긴 수명 및 보다 낮은 복잡성을 야기한다. 다른 혜택들 및 이점들이 존재할 수 있다.
도 2를 참조하면, 펄스 폭 변조 주파수 변환기(126)의 일 실시예가 도시된다. 펄스 폭 변조 주파수 변환기(126)는 정류기(210) 및 인버터(220)를 포함할 수 있다. 정류기(210)는 제1 세트의 다이오드들(211, 213, 215) 및 제2 세트의 다이오드들(212, 214, 216)을 포함할 수 있다. 제1 세트의 다이오드들(211, 213, 215) 각각은 제2 세트의 다이오드들(212, 214, 216)의 대응하는 다이오드와 쌍을 이룰 수 있으며, 각각의 쌍은 착신 다상 전력 신호(230)의 단일 위상을 정류할 수 있다. 예를 들어, 다이오드(211)는 다이오드(212)와 쌍을 이룰 수 있고, 다이오드(213)는 다이오드(214)와 쌍을 이룰 수 있으며, 다이오드(215)는 다이오드(216)와 쌍을 이룰 수 있다.
도 2는 3상 정류를 수행하는 것으로서 정류기(210)를 도시하고 있지만, 3개보다 더 많은 또는 더 적은 위상들이 정류될 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 또한, 도 2는 정류기 토폴로지의 단지 하나의 실시예를 도시한다. 본 개시내용의 이점을 갖는 다른 토폴로지들이 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 인식되는 바와 같이 사용될 수 있다.
인버터(220)는 제1 세트의 스위치들(221, 223, 225) 및 제2 세트의 스위치들(222, 224, 226)을 포함할 수 있다. 제1 세트의 스위치들(221, 223, 225) 각각은 제2 세트의 스위치들(222, 224, 226)의 대응하는 스위치와 쌍을 이룰 수 있으며, 각각의 쌍은 고주파 변조 다상 전력 신호(232)의 위상을 선택적으로 생성할 수 있다. 예를 들어, 스위치(221)는 스위치(222)와 쌍을 이룰 수 있고, 스위치(223)는 스위치(224)와 쌍을 이룰 수 있으며, 스위치(225)는 스위치(226)와 쌍을 이룰 수 있다. (도 1에 도시된) 제어기 회로(128)는 스위치들(221-226)의 각각의 입력에 결합될 수 있다.
커패시터(228)는 동작 중에, 정류된 DC 전력 신호의 DC 전압 레벨을 유지할 수 있다. 인버터(220)의 출력은 주파수 센서(130)에 접속될 수 있다.
발전 중에, 스위치들(221-226) 중 각각의 스위치의 입력들은 정류기(210)로부터의 DC 전력 신호를 변조하여 고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 발생시키도록 작동될 수 있다. 고주파 변조 다상 전력 신호는 고주파 변조 컴포넌트 및 다상 전력 신호 컴포넌트를 포함하는 변조 컴포넌트를 포함할 수 있다. 다상 전력 신호 컴포넌트는 (도 1에 도시된) 회전자(102)에 대해 회전하는 회전 자속을 생성하도록 (도 1에 도시된) 제4 세트의 다상 권선들(120)을 구동하는 데 사용 가능할 수 있다.
다른 상태에서, 스위치들(221-226) 각각은 개방될 수 있다(즉, 스위치들(221-226)을 통한 전류 및 전압의 통과를 방지한다). 이 상태에서는, 다상 인버터(220)에 의해 어떠한 출력도 생성되지 않는다. 이 상태는 (도 1에 도시된) 시스템(100)을 모터로서 작동시키는 데 사용될 수 있다.
실제로, 추가 컴포넌트들이 인버터(220)의 스위칭 토폴로지 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 스위치들(221-226) 각각은 스위치-다이오드 쌍을 포함할 수 있다. 또한, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET: metal-oxide semiconductor field-effect transistor)들, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT: insulated gate bipolar transistor)들 및/또는 다른 타입들의 반도체 스위치들을 포함하는 다양한 타입들의 스위치들이 본 개시내용에 사용 가능할 수 있다. 도 2는 6개의 스위치들(221-226)을 도시하고 있지만, 인버터(220)는 다른 수들의 위상들을 갖는 다상 전력 신호들을 발생시키기 위해 6개보다 더 많은 또는 더 적은 스위치들을 포함할 수 있다.
펄스 폭 변조 주파수 변환기(126)의 이점은 회전자(102)에 부착되기보다는 시스템(100)의 고정자(104) 상에 포지셔닝될 수 있다는 점이다. 따라서 회전자는 보다 적은 비용으로 제조될 수 있고, 펄스 폭 변조 주파수 변환기(126)를 구성하는 데 사용되는 컴포넌트들은 회전자(102)와 연관된 강한 회전력들을 견딜 필요가 없다. 다른 혜택들 및 이점들이 존재할 수 있다.
도 3을 참조하면, 외부적으로 변조된 ISVF 발전기에 대한 제어 신호 시스템(300)이 도시된다. 제어 신호 시스템(300)은 가합점들(306, 318, 342), 절대 값 함수들(312, 334) 및 부호 함수(350)를 포함하는 것으로서 기능적으로 도시된다. 기능적으로 도시되지만, 이러한 엘리먼트들 각각은 구조적 컴포넌트들을 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 가합점들(306, 318, 342) 및 절대 값 함수들(312, 334)은 논리 하드웨어(디지털 논리 게이트들 또는 아날로그 비교기 회로) 또는 (도 1에 도시된) 제어기 회로(128) 내의 프로세서 상에서 실행되는 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 이러한 기능들과 연관된 하드웨어는 도 1의 회전자(102)의 외부에 있을 수 있다.
시스템(300)은 기준 주파수 신호(302)를 수신할 수 있다. 기준 주파수 신호(302)는 다상 전력 분배 시스템에 대한 원하는 주파수를 나타낼 수 있다. 특히, 다상 전력 분배 시스템은 우주 항공 애플리케이션들에 사용될 수 있으며 추진 모터 및/또는 다른 시스템들 및 디바이스들에 전력을 공급할 수 있다. 기준 주파수 신호(302)는 (도 1에 도시된) 발전기 제어 유닛(124)에 "하드와이어링된(hardwired)" 일정한 입력 신호일 수 있고 또는 기준 주파수 신호(302)는 조정 가능한 입력일 수 있다. 예를 들어, 시스템(300)은 특정 부하의 요구들을 충족시키기 위해 가변 주파수들의 전력 신호들을 발생시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 부하가 모터일 때, 시스템(300)은 속도 변경 요구를 충족시키기 위해 가변 주파수들을 출력할 수 있다. 일정한 주파수가 요구되는 경우들에, 이 시스템(300)은 고정 주파수를 출력할 수 있다. 기준 주파수 신호(302)는 프로세서(예컨대, 발전기 제어 유닛(124)의 프로세서)에서 실행되는 소프트웨어를 통해 또는 다른 로직 및/또는 하드웨어를 통해 발생될 수 있다. 이에 따라, 기준 주파수 신호(302)는 정적 또는 동적일 수 있으며, 특정 부하에 기초하여 수정될 수 있다.
기준 주파수 신호(302)는 제1 가합점(306)에서 회전자 주파수 신호(304)와 결합될 수 있고, 기준 주파수 신호(302)와 회전자 주파수 신호(304) 사이의 차이를 나타내는 제1 중간 신호(308)를 발생시킬 수 있다. 개념상, 제1 중간 신호(308)는 (도 1에 도시된) 회전자(102)의 측정된 회전 주파수로부터의 회전 자기장의 회전 주파수의 원하는 변화를 나타낼 수 있다.
한정이 아닌 예로서, 기준 주파수 신호(302)는 400㎐와 같을 수 있다. 회전자 주파수 신호(304)가 300㎐와 같다면, 제1 중간 신호(308)는 100㎐와 같을 것이며, 이는 기준 주파수 신호(302)(즉, 400㎐)와 동일하도록 회전자(102)의 회전 주파수(즉, 300㎐)로부터의 원하는 주파수 증가를 나타낸다.
제1 중간 신호(308)는 절대 값 함수(312)에 입력되어 제1 중간 신호(308)의 크기 신호(314)를 발생시킬 수 있다. 제2 가합점(318)에서, 제1 중간 신호(308)의 크기 신호(314)는 (도 1의 주파수 센서(130)에 의해 측정된) 메인 필드 주파수 신호(332)의 크기 신호(316)와 결합되어 제2 중간 신호(320)를 발생시킬 수 있다. 제2 중간 신호(320)는 제1 중간 신호(308)와 메인 필드 주파수 신호(332)의 크기들 사이의 차이를 나타낼 수 있다. 즉, 제2 중간 신호(320)는 한 세트의 메인 기계 스테이지 권선들(예컨대, 제4 세트의 다상 권선들(120))에서의 메인 회전 자기장의 현재 회전 주파수에 대한 메인 회전 자기장의 회전 주파수의 원하는 변화를 나타낼 수 있다. 위의 예를 계속하면, 메인 필드 주파수 신호(332)가 90㎐와 같다면, 제2 중간 신호(320)는 10㎐와 같을 것이고, 이것은 회전자(예컨대, 도 1의 회전자(102))에 대한 회전 자기장의 회전 주파수의 원하는 증가를 나타낸다.
즉, 예시적인 예에서, 메인 회전 자기장은 회전자(102)에 대해 90㎐의 주파수로 회전하고 있을 수 있으며, 회전자(102)는 고정자(104)에 대해 300㎐의 주파수로 회전하고 있을 수 있다. 따라서 메인 회전 자기장은 고정자(104)에 대해 390㎐의 주파수로 회전하고 있을 수 있다. 400㎐의 주파수로 전력 신호를 발생시키기 위해, 메인 회전 자기장의 회전 주파수는 10㎐만큼 올릴 필요가 있다. 이에 따라, 이 예에서, 제2 중간 신호(320)는 10㎐와 같을 것이다.
제2 중간 신호(320)는 제1 비례 적분 미분(PID) 제어기(322)에 제공될 수 있다. 제1 PID 제어기(322)는 제2 중간 신호(320)를 인버터 제어 신호(324)로 변환할 수 있는데, 인버터 제어 신호(324)는 결국 회전자의 메인 기계 스테이지에 제공되는 고주파 변조 다상 전력 신호의 다상 전력 신호 컴포넌트(328)를 조정하도록 인버터(220)에 지시할 수 있다. 다상 전력 신호 컴포넌트(328)는 한 세트의 메인 기계 스테이지 다상 권선들(예컨대, 도 1의 제4 세트의 다상 권선들(120))을 통해 전류로서 통과될 때, 회전 자기장을 생성할 수 있으며, 회전 자기장의 주파수, 크기 및 위상은 다상 전력 신호 컴포넌트(328)의 주파수, 크기 및 위상에 의존한다. 다상 전력 신호 컴포넌트(328)를 조정함으로써, 인버터(220)는 회전자(102)에 대한 회전 자기장의 회전을 제어할 수 있고, 이로써 회전 자기장의 회전 주파수를 회전자(102)의 회전 주파수와 분리할 수 있다. 제1 PID 제어기(322)는 도 1의 제어기 회로(128)의 일부일 수 있다.
다상 전력 신호 컴포넌트(328)로부터, 제2 가합점(318)에서 피드백 신호로서의 사용을 위해 메인 필드 주파수 신호(332)가 측정 및 도출될 수 있다. 메인 필드 주파수 신호(332)는 절대 값 함수(334)를 통과하게 되어, 제2 가합점(318)에서 사용되는 메인 필드 주파수 신호(232)의 크기 신호(316)를 발생시킬 수 있다. 마찬가지로, 회전자 속도 인코더(134)는 회전자(102)의 회전 주파수에 기초하여 회전자 주파수 신호(304)를 측정 및 도출할 수 있다. 회전자 주파수 신호(304)는 제1 가합점(306)에서 사용되는 피드백 신호로서 제공될 수 있다.
제1 중간 신호(308)는 또한 부호 함수(350)로 전달될 수 있다. 부호 함수(350)는 제1 중간 신호(308)를 방향 신호(352)로 변환할 수 있다. 방향 신호(352)는 회전자(102)에 대한 회전 자기장의 원하는 회전 방향을 나타낼 수 있다. 음의 방향 신호는 원하는 회전 주파수가 회전자(102)의 회전 주파수 미만인 것을 나타낼 수 있다. 양의 방향 신호는 원하는 회전 주파수가 회전자(102)의 회전 주파수보다 더 큰 것을 나타낼 수 있다. 방향 신호(352)는 회전자(102)에 대한 회전 자기장의 원하는 회전 방향을 구현하도록 다상 전력 신호 컴포넌트(328)를 제어하기 위해 인버터(220)에 의해 사용될 수 있다.
시스템(300)은 추가로 기준 전압 신호(338)를 수신할 수 있다. 기준 전압 신호(338)는 다상 전력 분배 시스템에 대한 원하는 전압을 나타낼 수 있다. 특히, 다상 전력 분배 시스템은 우주 항공 애플리케이션들에 사용될 수 있으며 추진 모터 및/또는 다른 시스템들 및 디바이스들에 전력을 공급할 수 있다. 기준 전압 신호(338)는 발전기 제어 유닛(124)에 "하드와이어링된" 일정한 입력 신호일 수 있고 또는 기준 전압 신호(338)는 조정 가능한 입력일 수 있다. 이는 프로세서(예컨대, 발전기 제어 유닛(124)의 프로세서)에서 실행되는 소프트웨어를 통해 또는 다른 로직 및/또는 하드웨어를 통해 발생될 수 있다. 예시적인 예에서, 기준 전압 신호(338)는 105 VAC 또는 230 VAC와 같을 수 있다.
기준 전압 신호(338)는 제3 가합점(342)에서 고정자 출력 전압 신호(340)와 결합될 수 있고, 기준 전압 신호(338)와 고정자 출력 전압 신호(340) 사이의 차이를 나타내는 제3 중간 신호(344)를 발생시킬 수 있다. 개념상, 제3 중간 신호(344)는 메인 스테이지 고정자 권선(예컨대, 도 1의 제5 세트의 다상 권선들(122))에서 발생된 회전 전압의 원하는 변화를 나타낼 수 있다).
제3 중간 신호(344)는 제2 PID 제어기(346)에 제공될 수 있다. 제2 PID 제어기(346)는 제3 중간 신호(340)를 인버터 제어 신호(348)로 변환할 수 있는데, 인버터 제어 신호(348)는 다상 전력 신호 컴포넌트(328)를 조정하도록 인버터(220)에 지시한다. 특히, 다상 전력 신호 컴포넌트(328)의 크기는 회전 자기장의 크기를 증가 또는 감소시키도록 조정될 수 있으며, 이로써 메인 스테이지 고정자 권선(예컨대, 제5 세트의 다상 권선들(122))에서 더 높은 또는 더 낮은 전압이 발생되게 할 수 있다. 제1 PID 제어기(322)에서와 같이, 제2 PID 제어기(346)는 제어기 회로(128)의 일부일 수 있다.
도 3에서 설명된 컴포넌트들 각각은 시스템(100)의 회전자(102) 외부에 있을 수 있다. 시스템(300)의 이점은 회전자(102)의 외부에 존재함으로써, 시스템(300)에 인가되는 회전력들이 감소되어, 시스템(300)의 수명을 증가시킬 수 있다는 점이다. 다른 혜택들 및 이점들이 존재할 수 있다.
도 4를 참조하면, 외부적으로 변조된 독립 속도 가변 주파수 발전을 위한 방법(400)의 일 실시예가 도시된다. 이 방법(400)은 402에서, 독립 속도 가변 주파수 발전기의 회전자 외부에 포지셔닝된 발전기 제어 유닛에서 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다. 고주파 변조 다상 전력 신호는 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트를 포함한다. 예를 들어, 발전기 제어 유닛(124)은 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시킬 수 있다.
이 방법(400)은 404에서, 고주파 변압기 스테이지를 통해 독립 속도 가변 주파수 발전기의 고정자로부터 회전자로 고주파 다상 전력 신호를 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 고주파 변조 다상 전력 신호는 고주파 변압기 스테이지(108)를 통해 고정자(104)로부터 회전자(102)로 송신될 수 있다.
이 방법(400)은 또한 406에서, 고주파 변조 다상 전력 신호의 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트를 메인 필드 다상 권선에 인가함으로써 회전자 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 필드 다상 권선들에서 비동기 회전 자속을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제4 세트의 다상 권선들(120)에서 비동기 회전 자속이 생성될 수 있다.
이 방법(400)은 408에서, 고정자 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들에서 비동기 회전 자속을 메인 기계 다상 전력 신호로 변환하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 비동기 회전 자속은 제5 세트의 다상 권선들(122)에서 메인 기계 다상 전력 신호로 변환될 수 있다.
이 방법(400)의 이점은 비동기 회전 자속이 독립 속도 가변 주파수 발전기의 회전자 상에 포지셔닝된 변조 회로를 갖지 않고 생성될 수 있다는 점이다. 다른 혜택들 및 이점들이 존재할 수 있다.
도 5를 참조하면, 외부적으로 변조된 독립 속도 가변 주파수 발전을 위한 방법(500)의 일 실시예가 도시된다. 이 방법(500)은 임의의 다양한 이유들로 파일럿 스테이지(예컨대, 파일럿 스테이지(106))가 이용 불가능한 상황들에서 사용될 수 있다.
이 방법(500)은 502에서, 파일럿 스테이지를 발전기 제어 유닛으로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 파일럿 스테이지(106)는 제1 스위칭 회로(138)를 사용하여 발전기 제어 유닛으로부터 분리될 수 있다.
이 방법(500)은 504에서, 외부 전원을 발전기 제어 유닛에 접속하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 외부 전원(136)은 제1 스위칭 회로(138)를 사용하여 발전기 제어 유닛(124)에 접속될 수 있다.
이 방법(500)은 506에서, 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시키기 위해 외부 전원으로부터의 전력 신호를 사용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 발전기 제어 유닛(124)은 외부 전원(136)으로부터 수신된 다상 전력 신호를 사용하여 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시킬 수 있다.
이 방법(500)이 완료된 후에, 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시키기 위한 전력을 위해 외부 전원에 의존하는 회전자(102)의 회전 주파수와는 독립적인 다상 전력 신호를 발생시키기 위해 방법(400)이 사용될 수 있다. 이 방법(500)의 이점은 외부 전원(136)이 파일럿 스테이지(106)로부터의 전력을 사용하는 대신에 시스템(100)의 메인 기계 스테이지(110)에서 사용할 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시키기 위한 전력을 제공할 수 있다는 점이다. 다른 혜택들 및 이점들이 존재할 수 있다.
도 6을 참조하면, 외부적으로 변조된 독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템을 스타터로서 작동시키기 위한 방법(600)의 일 실시예가 도시된다. 이 방법(600)은 602에서, 고주파 변조 다상 전력 신호를 발생시키기 전에, 모터 기동 구동기를 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들에 접속하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 회로(144)는 모터 기동 구동기(140)를 제5 세트의 다상 권선들(122)에 접속하도록 제어될 수 있다.
이 방법(600)은 604에서, 다상 인버터에서의 출력을 방지하기 위해 복수의 스위칭 회로들을 개방하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어기 회로(128)는 다상 인버터(220)의 스위칭 회로들(221-226)을 개방하도록 펄스 폭 변조 주파수 변환기(126)를 제어할 수 있다.
이 방법(600)은 또한 606에서, 회전자를 회전시켜 엔진의 시동을 가능하게 하는 회전 자속 패턴을 생성하기 위해 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들을 통해 모터 기동 구동기로부터 전류 패턴을 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전류 패턴은 모터 기동 구동기(140)로부터 전송되어, 회전자(102)에 결합된 엔진의 시동을 가능하게 할 수 있다.
이 방법(600)이 수행되고 엔진이 기동된 후에, 방법들(400 및/또는 500)이 수행되어 회전자(102)의 회전 주파수와는 독립적인 다상 전력 신호를 발생시킬 수 있다. 이 방법(600)의 이점은 시스템(100)이 회전자(102)에 결합된 엔진에 대한 스타터로서 작동될 수 있다는 점이다.
추가로, 본 개시내용은 다음 조항들에 따른 실시예들을 포함한다:
조항 1. 독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템(100)은:
회전자(102);
고정자(104);
회전자(102) 상에 포지셔닝된 자기장 소스(112) 및 고정자(104) 상에 포지셔닝된 한 세트의 파일럿 다상 권선들(114)을 포함하는 파일럿 생성기 스테이지(106);
고정자(104) 상에 포지셔닝된 제1 세트의 고주파 변압기 다상 권선들(116) 및 회전자(102) 상에 포지셔닝된 제2 세트의 고주파 변압기 다상 권선들(118)을 포함하는 고주파 변압기 스테이지(108);
회전자(102) 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 필드 다상 권선들(120) 및 고정자(104) 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)을 포함하는 메인 기계 스테이지(110) ― 제2 세트의 고주파 변압기 다상 권선들(118)은 한 세트의 메인 필드 다상 권선들(120)에 직접 결합됨 ―; 및
발전기 제어 유닛(124)을 포함한다.
조항 2. 조항 1의 시스템에서, 발전기 제어 유닛(124)은:
복수의 스위칭 회로들(221-226)을 갖는 다상 인버터(220); 및
제어기 회로(128)를 포함하며, 복수의 스위칭 회로들 중 각각의 스위칭 회로의 입력은 제어기 회로(128)에 결합된다.
조항 3. 조항 2의 시스템에서, 모터 상태에서, 제어기 회로(128)는 다상 인버터(220)에서의 출력을 방지하기 위해 복수의 스위칭 회로들(221-226) 각각을 개방하도록 구성된다.
조항 4. 조항 2의 시스템에서, 발전 상태에서, 제어기 회로(128)는 회전자(102)에 대해 회전하는 회전 자속을 생성하도록 한 세트의 메인 필드 다상 권선들(120)을 구동하는 데 사용 가능한 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트(328)를 포함하는 고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 발생시키는 패턴으로 복수의 스위칭 회로들(221-226)을 개폐하도록 구성된다.
조항 5. 조항 4의 시스템은:
다상 인버터(220)의 출력에 접속된 주파수 센서(130)를 더 포함하며, 제어기 회로(128)는 기준 주파수(302)와 주파수 센서(130)에 의해 측정된 메인 필드 주파수(332) 사이의 차이에 기초하여 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트(328)의 주파수를 조정하도록 구성된다.
조항 6. 조항 4의 시스템은:
한 세트의 메인 전기자 다상 권선들의 출력에 접속된 전압 센서(132)를 더 포함하며, 제어기 회로(128)는 기준 전압(338)과 전압 센서(132)에 의해 측정된 출력 전압(340) 사이의 차이에 기초하여 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트(328)의 전압을 조정하도록 구성된다.
조항 7. 조항 4의 시스템은:
회전자(102)의 회전 주파수를 검출하도록 구성된 인코더(134)를 더 포함하며, 제어기 회로(128)는 기준 주파수(302)와 인코더(134)에 의해 측정된 회전자 주파수(304) 사이의 차이에 기초하여 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트(328)의 주파수를 조정하도록 구성된다.
조항 8. 조항 1의 시스템은:
외부 전원(136); 및
파일럿 생성기 스테이지(106)와 발전기 제어 유닛(124) 사이의 접속을 개폐하도록, 그리고 외부 전원(136)과 발전기 제어 유닛(124) 사이의 접속을 개폐하도록 구성된 제1 스위칭 회로(138)를 더 포함한다.
조항 9. 조항 1의 시스템은:
모터 기동 구동기(140); 및
한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)과 전력 분배 버스(142) 사이의 접속을 개폐하도록, 그리고 제4 세트의 다상 권선들(122)과 모터 기동 구동기(140) 사이의 접속을 개폐하도록 구성된 제2 스위칭 회로(144)를 더 포함한다.
조항 10. 독립 속도 가변 주파수 발전을 위한 방법은:
독립 속도 가변 주파수 발전기(100)의 회전자(102) 외부에 포지셔닝된 발전기 제어 유닛(124)에서 고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 발생시키는 단계(402) ― 고주파 변조 다상 전력 신호(232)는 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트(328)를 포함함 ―;
고주파 변압기 스테이지를 통해 독립 속도 가변 주파수 발전기의 고정자(104)로부터 회전자(102)로 고주파 다상 전력 신호(232)를 송신하는 단계(404);
고주파 변조 다상 전력 신호(232)의 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트(328)를 메인 필드 다상 권선(120)에 인가함으로써 회전자(102) 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 필드 다상 권선들(120)에서 비동기 회전 자속을 생성하는 단계(406); 및
고정자(104) 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)에서 비동기 회전 자속을 메인 기계 다상 전력 신호로 변환하는 단계(408)를 포함한다.
조항 11. 조항 10의 방법은:
고정자(104) 상에 포지셔닝된 한 세트의 파일럿 다상 권선들(114)을 발전기 제어 유닛(124)의 다상 정류기(210)에 접속하는 단계;
회전자(102) 상에 포지셔닝된 자기장 소스(112)에서 회전자(102)와 동기 회전하는 동기 회전 자속을 생성하는 단계;
한 세트의 파일럿 다상 권선들(114)을 사용하여 동기 회전 자속을 파일럿 다상 전력 신호(230)로 변환하는 단계;
정류된 전력 신호를 발생시키기 위해 발전기 제어 유닛(124)에서 파일럿 다상 전력 신호(230)를 정류하는 단계; 및
고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 발생시키기 위해, 정류된 전력 신호를 사용하는 단계를 더 포함한다.
조항 12. 조항 10의 방법은:
외부 전원(136)을 발전기 제어 유닛(124)에 접속하는 단계; 및
고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 발생시키기 위해 외부 전원(136)으로부터의 전력 신호를 사용하는 단계를 더 포함한다.
조항 13. 조항 10의 방법에서, 고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 발생시키는 단계는:
발전기 제어 유닛(124)의 제어기 회로(128)에서 고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 발생시키는 패턴으로 다상 인버터(220)의 복수의 스위칭 회로들(221-226)을 개폐하는 단계를 포함한다.
조항 14. 조항 13의 방법은:
고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 발생시키기 전에, 모터 기동 구동기(140)를 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)에 접속하는 단계;
다상 인버터(220)에서의 출력을 방지하기 위해 복수의 스위칭 회로들(221-226)을 개방하는 단계; 및
회전자(102)를 회전시켜 엔진의 시동을 가능하게 하는 회전 자속 패턴을 생성하기 위해 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)을 통해 모터 기동 구동기(140)로부터 전류 패턴을 전송하는 단계를 더 포함한다.
조항 15. 조항 14의 방법은:
엔진의 시동 후에, 모터 기동 구동기(140)로부터 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)을 분리하는 단계; 및
한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)을 전력 분배 버스(142)에 접속하는 단계를 더 포함한다.
조항 16. 조항 10의 방법은:
메인 필드 주파수 신호(332)를 수신하는 단계;
기준 주파수 신호(302)를 수신하는 단계; 및
메인 필드 주파수 신호(332)와 기준 주파수 신호(302) 사이의 차이에 기초하여 고주파 변조 다상 전력 신호(232)의 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트(328)의 주파수를 조정하는 단계를 더 포함한다.
조항 17. 조항 10의 방법은:
출력 전압 신호(340)를 수신하는 단계;
기준 전압 신호(338)를 수신하는 단계; 및
기준 전압(338)과 출력 전압(340) 사이의 차이에 기초하여 고주파 변조 다상 전력 신호(232)의 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트(328)의 전압을 조정하는 단계를 더 포함한다.
조항 18. 조항 10의 방법은:
회전자 주파수 신호(304)를 수신하는 단계;
기준 주파수 신호(302)를 수신하는 단계; 및
회전자 주파수 신호(304)와 기준 주파수 신호(302) 사이의 차이에 기초하여 고주파 변조 다상 전력 신호(232)의 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트(328)의 주파수를 조정하는 단계를 더 포함한다.
조항 19. 독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템(100)은:
회전자(102);
고정자(104);
고정자(104) 상에 포지셔닝된 제1 세트의 고주파 변압기 다상 권선들(116) 및 회전자(102) 상에 포지셔닝된 제2 세트의 고주파 변압기 다상 권선들(118)을 포함하는 고주파 변압기 스테이지(106); 및
회전자(102) 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 필드 다상 권선들(120) 및 고정자(104) 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)을 포함하는 메인 기계 스테이지(110)를 포함하며, 제2 세트의 고주파 변압기 다상 권선들(118)은 한 세트의 메인 필드 다상 권선들(120)에 직접 결합된다.
조항 20. 조항 19의 시스템은:
회전자(102)에 대해 회전하는 비동기 회전 자속을 생성하도록 한 세트의 메인 필드 다상 권선들(120)을 구동하는 데 사용 가능한 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트(328)를 포함하는 고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 발생시키도록 구성된 발전기 제어 유닛(124)을 더 포함한다.
다양한 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 개시내용은 그렇게 제한되지는 않으며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하듯이, 그러한 모든 수정들 및 변형들을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
Claims (15)
- 독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템(100)으로서,
회전자(102);
고정자(104);
상기 회전자(102) 상에 포지셔닝된 자기장 소스(112) 및 상기 고정자(104) 상에 포지셔닝된 한 세트의 파일럿 다상 권선들(114)을 포함하는 파일럿 생성기 스테이지(106);
상기 고정자(104) 상에 포지셔닝된 제1 세트의 고주파 변압기 다상 권선들(116) 및 상기 회전자(102) 상에 포지셔닝된 제2 세트의 고주파 변압기 다상 권선들(118)을 포함하는 고주파 변압기 스테이지(108);
상기 회전자(102) 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 필드 다상 권선들(120) 및 상기 고정자(104) 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)을 포함하는 메인 기계 스테이지(110) ― 상기 제2 세트의 고주파 변압기 다상 권선들(118)은 상기 한 세트의 메인 필드 다상 권선들(120)에 직접 결합됨 ―; 및
발전기 제어 유닛(124);
모터 기동 구동기(140); 및
상기 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)과 전력 분배 버스(142) 사이의 접속을 개폐하도록, 그리고 상기 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)과 상기 모터 기동 구동기(140) 사이의 접속을 개폐하도록 구성된 제2 스위칭 회로(144)를 포함하는,
독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템(100). - 제1 항에 있어서,
상기 발전기 제어 유닛(124)은,
복수의 스위칭 회로들(221-226)을 갖는 다상 인버터(220); 및
제어기 회로(128)를 포함하며,
상기 복수의 스위칭 회로들 중 각각의 스위칭 회로의 입력은 상기 제어기 회로(128)에 결합되는,
독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템(100). - 제2 항에 있어서,
모터 상태에서, 상기 제어기 회로(128)는 상기 다상 인버터(220)에서의 출력을 방지하기 위해 상기 복수의 스위칭 회로들(221-226) 각각을 개방하도록 구성되는,
독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템(100). - 제2 항에 있어서,
발전 상태에서, 상기 제어기 회로(128)는 상기 회전자(102)에 대해 회전하는 회전 자속을 생성하도록 상기 한 세트의 메인 필드 다상 권선들(120)을 구동하는 데 사용 가능한 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트(328)를 포함하는 고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 발생시키는 패턴으로 상기 복수의 스위칭 회로들(221-226)을 개폐하도록 구성되는,
독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템(100). - 제4 항에 있어서,
상기 다상 인버터(220)의 출력에 접속된 주파수 센서(130)를 더 포함하며,
상기 제어기 회로(128)는 기준 주파수(302)와 상기 주파수 센서(130)에 의해 측정된 메인 필드 주파수(332) 사이의 차이에 기초하여 상기 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트(328)의 주파수를 조정하도록 구성되는,
독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템(100). - 제4 항에 있어서,
상기 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들의 출력에 접속된 전압 센서(132)를 더 포함하며,
상기 제어기 회로(128)는 기준 전압(338)과 상기 전압 센서(132)에 의해 측정된 출력 전압(340) 사이의 차이에 기초하여 상기 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트(328)의 전압을 조정하도록 구성되는,
독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템(100). - 제4 항에 있어서,
상기 회전자(102)의 회전 주파수를 검출하도록 구성된 인코더(134)를 더 포함하며,
상기 제어기 회로(128)는 기준 주파수(302)와 상기 인코더(134)에 의해 측정된 회전자 주파수(304) 사이의 차이에 기초하여 상기 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트(328)의 주파수를 조정하도록 구성되는,
독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템(100). - 제1 항에 있어서,
외부 전원(136); 및
상기 파일럿 생성기 스테이지(106)와 상기 발전기 제어 유닛(124) 사이의 접속을 개폐하도록, 그리고 상기 외부 전원(136)과 상기 발전기 제어 유닛(124) 사이의 접속을 개폐하도록 구성된 제1 스위칭 회로(138)를 더 포함하는,
독립 속도 가변 주파수 발전기 시스템(100). - 삭제
- 독립 속도 가변 주파수 발전을 위한 방법으로서,
독립 속도 가변 주파수 발전기(100)의 회전자(102) 외부에 포지셔닝된 발전기 제어 유닛(124)에서 고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 발생시키는 단계(402) ― 상기 고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 발생시키는 단계는, 상기 발전기 제어 유닛(124)의 제어기 회로(128)에서 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트(328)를 포함하는 상기 고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 발생시키는 패턴으로 다상 인버터(220)의 복수의 스위칭 회로들(221-226)을 개폐하는 단계를 포함함 ―;
고주파 변압기 스테이지를 통해 상기 독립 속도 가변 주파수 발전기의 고정자(104)로부터 상기 회전자(102)로 상기 고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 송신하는 단계(404);
상기 고주파 변조 다상 전력 신호(232)의 메인 필드 다상 전력 신호 컴포넌트(328)를 상기 회전자(102) 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 필드 다상 권선들(120)에 인가함으로써 상기 메인 필드 다상 권선들(120)에서 비동기 회전 자속을 생성하는 단계(406); 및
상기 고정자(104) 상에 포지셔닝된 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)에서 상기 비동기 회전 자속을 메인 기계 다상 전력 신호로 변환하는 단계(408)를 포함하고,
상기 고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 발생시키기 전에:
모터 기동 구동기(140)를 상기 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)에 접속하는 단계;
상기 다상 인버터(220)에서의 출력을 방지하기 위해 상기 복수의 스위칭 회로들(221-226)을 개방하는 단계; 및
상기 회전자(102)를 회전시켜 엔진의 시동을 가능하게 하는 회전 자속 패턴을 생성하기 위해 상기 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)을 통해 상기 모터 기동 구동기(140)로부터 전류 패턴을 전송하는 단계를 더 포함하는,
독립 속도 가변 주파수 발전을 위한 방법. - 제10 항에 있어서,
상기 고정자(104) 상에 포지셔닝된 한 세트의 파일럿 다상 권선들(114)을 상기 발전기 제어 유닛(124)의 다상 정류기(210)에 접속하는 단계;
상기 회전자(102) 상에 포지셔닝된 자기장 소스(112)에서 상기 회전자(102)와 동기 회전하는 동기 회전 자속을 생성하는 단계;
상기 한 세트의 파일럿 다상 권선들(114)을 사용하여 상기 동기 회전 자속을 파일럿 다상 전력 신호(230)로 변환하는 단계;
정류된 전력 신호를 발생시키기 위해 상기 발전기 제어 유닛(124)에서 상기 파일럿 다상 전력 신호(230)를 정류하는 단계; 및
상기 고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 발생시키기 위해 상기 정류된 전력 신호를 사용하는 단계를 더 포함하는,
독립 속도 가변 주파수 발전을 위한 방법. - 제10 항에 있어서,
외부 전원(136)을 상기 발전기 제어 유닛(124)에 접속하는 단계; 및
상기 고주파 변조 다상 전력 신호(232)를 발생시키기 위해 상기 외부 전원(136)으로부터의 전력 신호를 사용하는 단계를 더 포함하는,
독립 속도 가변 주파수 발전을 위한 방법. - 삭제
- 삭제
- 제10 항에 있어서,
상기 엔진의 시동 후에, 상기 모터 기동 구동기(140)로부터 상기 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)을 분리하는 단계; 및
상기 한 세트의 메인 전기자 다상 권선들(122)을 전력 분배 버스(142)에 접속하는 단계를 더 포함하는,
독립 속도 가변 주파수 발전을 위한 방법.
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| US12255571B2 (en) * | 2021-11-18 | 2025-03-18 | Drs Network & Imaging Systems, Llc | System and techniques for transmission integral generator/line interface unit magnetics integration |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040080300A1 (en) * | 2002-10-23 | 2004-04-29 | Mingzhou Xu | Gas turbine engine starter-generator exciter starting system and method |
| US20060087293A1 (en) * | 2004-10-26 | 2006-04-27 | Honeywell International, Inc. | AC generator with independently controlled field rotational speed |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB975102A (en) | 1960-01-27 | 1964-11-11 | English Electric Co Ltd | Improvements relating to electric generating apparatus |
| US4044285A (en) * | 1975-08-19 | 1977-08-23 | General Electric Company | Method and apparatus for controlling variable speed, controlled current induction motor drive systems |
| US4625160A (en) * | 1984-12-17 | 1986-11-25 | Sundstrand Corporation | Variable speed constant frequency generating system |
| US4772802A (en) * | 1987-08-19 | 1988-09-20 | Sundstrand Corporation | Starting/generating system |
| US4868406A (en) * | 1988-07-05 | 1989-09-19 | Sundstrand Corporation | Electrically compensated constant speed drive with prime mover start capability |
| US5097195A (en) * | 1989-11-27 | 1992-03-17 | Sundstrand Corporation | AC exciter for VSCF starter/generator |
| JP2617847B2 (ja) * | 1992-01-24 | 1997-06-04 | 株式会社三社電機製作所 | 交流無停電電源装置 |
| JP2003299395A (ja) | 2002-04-02 | 2003-10-17 | Shinko Electric Co Ltd | 発電装置 |
| US7301311B2 (en) | 2006-02-22 | 2007-11-27 | Honeywell International, Inc. | Brushless starter-generator with independently controllable exciter field |
| US7508086B2 (en) * | 2006-03-24 | 2009-03-24 | General Electric Company | Aircraft engine starter/generator and controller |
| US7466109B1 (en) * | 2008-04-07 | 2008-12-16 | General Electric Company | Systems and methods involving variable speed generators |
| FR2952130B1 (fr) * | 2009-10-30 | 2018-09-07 | Safran Electrical & Power | Demarreur-generateur de turbomachine et procede pour sa commande. |
| US8593095B2 (en) * | 2011-05-24 | 2013-11-26 | Hamilton Sundstrand Corporation | Wound field synchronous machine rotor tracking using a carrier injection sensorless signal and exciter current |
| EP3004565B1 (en) * | 2013-06-06 | 2021-05-19 | GE Aviation Systems LLC | Jet engine assembly and method for generating electricity |
| CN104753420B (zh) * | 2013-12-28 | 2018-03-20 | 黄劭刚 | 同步电机的交流变频感应无刷励磁系统 |
| US20160365814A1 (en) | 2015-06-09 | 2016-12-15 | Hamilton Sundstrand Corporation | Variable speed ac generator system including independently controlled rotor field |
| FR3059181A1 (fr) * | 2016-11-22 | 2018-05-25 | Thales | Procede de commande d'un demarreur generateur |
| CN206461541U (zh) * | 2016-12-02 | 2017-09-01 | 深圳天才动力科技有限公司 | 一种电机启动及调速控制电路 |
-
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US20040080300A1 (en) * | 2002-10-23 | 2004-04-29 | Mingzhou Xu | Gas turbine engine starter-generator exciter starting system and method |
| US20060087293A1 (en) * | 2004-10-26 | 2006-04-27 | Honeywell International, Inc. | AC generator with independently controlled field rotational speed |
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