用于产生交流电的发电机组

技术领域

本发明涉及一种用于产生交流电的发电机组。

背景技术

传统的发电机组通常由内燃机和发电机构成，其中所述内燃机经由传动装置与发电机耦联或者直接与发电机耦联，所述发电机通常为他励同步电机。

在这种情况下，对交流电网频率的要求通过标准规定，所述标准例如也限定允许的频率偏差。在具有多个源的交流电网中，功率分配通过频率来调节。所述频率越高，贡献的功率份额就越高。

目标通常是，在不同的工作点中将发电机的相对功率贡献保持为尽可能恒定。为了使所述频率即使在突然施加功率的情况下也不会离开允许的公差带，所述内燃机必须具有调节储备和快速调节。所述发电机组的质量惯性也有助于在负载突变的情况下将所述频率保持为恒定。

内燃机通常缺乏必要的调节动态性，使得即使在存在调节储备的情况下也使用更大的马达，以便能够提供所需的质量惯性。这引起使用下述内燃机，所述内燃机的额定功率明显高于发电机的额定功率。由此远未达到对于正确的排气后处理必需的排气温度。因此维护成本升高。此外，将提供更复杂的和/或附加的排气净化。这引起内燃机和排气设施的高的成本。

发明内容

基于已知的现有技术，本发明的目的是，提供一种用于产生交流电的改进的发电机组。

所述目的通过具有实施例所述的特征的用于产生交流电的发电机组来实现。有利的改进方案从说明书和附图中得出。

相应地，提出一种用于产生交流电的发电机组，所述发电机组包括初级功率单元和与初级功率单元转动联接的交流发电机，所述交流发电机设立为用于，将通过初级功率单元提供的初级功率转换为电功率。所述发电机组的特征还在于具有可接入的次级功率单元，所述次级功率单元构成为用于，使得通过接入所述次级功率单元来提高交流发电机产生的功率。

由于可接入的次级功率单元，所述次级功率单元构成为用于，使得通过接入所述次级功率单元来提高交流发电机产生的功率，提出，能够暂时满足附加的功率需求，所述功率需求超出经由内燃机的额定功率可提高的功率，而不必在内燃机中提供功率储备，所述功率储备将会例如引起内燃机的额定功率明显高于发电机的额定功率。而是通过可接入的次级功率单元能够实现内燃机和交流发电机彼此间用于持续运行的近似最佳的设计，尤其在交流发电机在其额定功率下运行时如此。

因此，在初级功率单元的所设置的持续运行中，所述初级功率单元能够接近或甚至在其额定功率下运行。因此能够达到对于设置用于该初级功率单元的最佳可能的排气后处理所需的排气温度。因此能够将初级功率单元的维护成本保持得低。此外，所述排气后处理能够简单地构建和/或能够弃要不然要设置的另外的和/或复杂的排气后处理单元。

优选的是，所述次级功率单元构成为至少临时可接入。

根据一个优选的实施形式，所述交流发电机的功率对应于通过由初级功率单元输送给交流发电机的初级额定功率输入所产生的功率。因此可行的是，接近所述初级功率单元的最佳运行点运行所述初级功率单元。

通过实验证实，特别有利的是，所述初级功率单元是内燃机。

有利的是，所述交流发电机是他励同步电机。

根据另一优选的实施形式，所述次级功率单元具有：电动机，优选为异步电机或磁阻电机或“开关磁阻电机”(SRM)；和与电动机接触的次级能量储存器，优选为电池，尤其是锂离子电池，或电容器，尤其是电解电容器或超级电容器，其中所述电动机优选与交流发电机的输入轴转动联接。通过电动机可行的是，除了经由初级功率单元提供的功率之外，在交流发电机处提供附加的机械功率，尤其是额外扭矩。已经证实，尤其是如果将电动机构成为异步电机或磁阻电机，电动机具有特别好的过载能力以及非常好的调节动态性。此外，电动机，尤其是构成为异步电机或磁阻电机的电动机在待机运行期间具有低的损耗，所述低的损耗通常是可忽略的。替选地，如果能够容忍永久性出现的铁损，那么所述电动机也能够以永久励磁的同步电机的形式构成。

电动机与次级能量储存器的电接触必要时能够包括变流器，优选为变频器，其中所述变流器作用为在次级能量储存器与电动机之间的适配元件，使得通过所述次级能量储存器提供的能量被整流或转换为适合用于电动机在其相应的实施方案中的运行的形式。

根据另一优选的实施形式，所述初级功率单元的输出轴与所述交流发电机的输入轴直接转动连接。替选地，所述初级功率单元的输出轴能够经由传动装置与交流发电机的输入轴转动连接。

根据另一优选的实施形式，所述次级功率单元的输出轴与交流发电机的输入轴直接转动连接。替选地，所述次级功率单元的输出轴能够经由传动装置与交流发电机的输入轴转动连接。

优选地，所述次级功率单元能够与交流发电机去耦合和/或所述次级功率单元能够构成为可无力矩地切换的。

所述次级功率单元优选能够构成为，使得所述次级功率单元的电动机构成为，使得所述电动机能够作为发电机运行。由此能够通过次级功率单元的电动机的发电机运行来对所述次级功率单元的能量储存器进行充电。为此，对发电机运行所需的扭矩同样能够通过初级功率单元提供，并且经由交流发电机或者经由交流发电机的连贯的输入轴传递。

此外，电接触的变流器构成为，使得在发电机运行中通过电动机构成的能量能够转换为适合于对次级功率单元的次级能量储存器充电的形式。换言之，所述变流器或变换器能够构成为双向工作的。替选地，为此也能够在电接触中设有另一转换器，和/或独立于电接触设有另一转换器，优选整流器。

所述次级功率单元的电动机能够构成为可无力矩地切换。只要所述初级功率单元能够满足由发电机组例如通过用电器调用的功率需求本身，则所述次级功率单元的电动机能够无力矩地切换。

尤其，在考虑到通过初级功率单元提供的扭矩和通过次级功率单元提供的扭矩的期望的扭矩相加的情况下，已证实为有利的是，关于交流发电机，将所述初级功率单元设置在交流发电机的第一侧上，并且将所述次级功率单元设置在所述交流发电机的位于第一侧上方的第二侧上。

替选地，如果所述初级功率单元的和所述次级功率单元的输出轴允许扭矩相加，则所述初级功率单元和所述次级功率单元也能够共同设置在交流发电机的一侧上。

根据另一优选的实施形式，所述初级功率单元具有转速调节器和/或所述次级功率单元具有转速调节器。

为了能够实现对次级电机的简单的分散的控制/调节，所述次级功率单元的活动还能够通过自身的公差带来确定。

相应地，所述初级功率单元的活动还能够通过自身的公差带来确定。

根据一个优选的改进方案，为所述次级功率单元的转速调节器提供期望值，即期望转速，所述期望值低于，优选略低于所述初级功率单元的期望值或期望转速。优选地，所述次级功率单元的期望值在此位于对于所述次级功率单元预设的公差带内。

优选的是，所述初级功率单元的和/或所述次级功率单元的调节结构两级式地构建，其中优选内部的扭矩调节器从属于(unterlagert)外部的转速调节器。在此，所述转速调节器能够为扭矩调节器提供预设值，其中所述预设值优选限制为正扭矩值。由此能够实现，所述次级功率单元在正常情况下不能与所述初级功率单元的转速调节器相反地工作。

根据另一优选的实施形式，为所述初级功率单元和所述次级功率单元预设不同的转速阈值。由此为所述初级功率单元和所述次级功率单元提供磁滞效应，所述磁滞效应能够减少或者甚至完全消除在期望转速处的转速振荡的发生，其中所述转速振荡可能从接入和/或断开经由所述次级功率单元提供的扭矩中发生。

已证实的是，在可选地使用纯P型放大器的情况下能够实现附加的安全性。通过设有P型放大器能够实现：所设定的扭矩随着调节偏差升高，意即，所述转速越接近所述次级功率单元的期望值，所述扭矩就越低。

根据另一优选的实施形式，所述初级功率单元包括具有可接入和可关断的负扭矩的转速调节器，和/或所述次级功率单元包括具有可接入和可关断的负扭矩的转速调节器。优选提出，根据所述次级功率单元的能量储存器的能量含量来控制/调节负扭矩的接入或关断。

尤其对于下述情况：所述次级功率单元的能量储存器具有小的容量，使得在使用所述次级电机或次级功率单元时所述电压发生显著变化，所述电压能够用作为用于激活或去激活负扭矩的标准。优选地，当所述能量储存器的电压低于为此确定的第一极限值时，才释放负扭矩。此外，如果超出大于第一极限值的另一极限值，则能够再次撤回对负扭矩的释放。因此能够提供磁滞，所述磁滞能够实现关于储存器的充电功能的稳定性。

根据一个优选的替选的设计方案，对负扭矩的接入或关断的控制/调节也能够基于另一变量，优选是能量储存器的电荷。如果所述能量储存器的容量大到使得在功率输出期间所述电压没有显示出显著变化，那么这尤其能够是有利的。为了将电荷用作为进行控制/进行调节的变量，能够将储存器电流关于时间积分。类似于借助于能量储存器的电压进行控制/调节，也能够在将能量储存器的电荷用作为控制变量/调节变量时，在低于预设值时，例如低于储存器电流的积分值时，释放或接入负扭矩，而在超出高于之前提及的第一预设值的另一预设值时，再次关断负扭矩。

优选地，能够设有用于控制/调节电压幅度的另一调节器。这能够在使用他励同步发电机的情况下可选地通过跟踪励磁进行。

根据另一优选的实施形式，所述次级功率单元，优选所述次级功率单元的电动机构成为用于，使得其扭矩，优选其额定扭矩大于所述初级功率单元的起动力矩，优选大于起动力矩加上存在于规定系统中的机械损耗。换言之，所述次级功率单元能够构成为用于，提供大于所述起动力矩和发电机组的机械损耗的扭矩。由此能够实现通过所述次级功率单元起动所述发电机组，或者至少辅助借助于起动器起动所述发电机组。

根据另一优选的实施形式，所述次级功率单元包括：次级能量储存器，优选电池，尤其是锂离子电池，或电容器，尤其是电解电容器或超级电容器；以及逆变器，优选为外部引导的逆变器。优选的是，所述交流发电机的输出线和所述逆变器的输出线，优选可接入和可关断地构成，相互连接。因此，能够通过接入次级功率单元直接从能量储存器中经由逆变器将额外功率输送给交流发电机所产生的功率。由此，所述初级功率单元能够被减轻负荷并且能够在其设计点中继续运行。

根据另一优选的实施形式，所述次级功率单元的逆变器是双向工作的换流器。因此，能够在正常运行中通过交流发电机提供用于对次级能量储存器进行(再)充电的能量，并且经由双向工作的换流器输送给次级能量储存器。替选地也能够提出，设有附加的整流器，经由所述附加的整流器能够借助于通过交流发电机产生的交流电对所述次级能量储存器进行充电。

在另一优选的实施形式中能够提出，所述次级能量储存器能够经由联接到电网上被充电。优选地，为此，所述次级能量储存器具有相应的连接单元。

附图说明

通过对附图的下述说明详细阐述本发明的优选的另外的实施形式。在此示出：

图1示意性地示出根据第一实施形式的用于产生交流电的发电机组；

图2示意性地示出根据另一实施形式的用于产生交流电的发电机组；和

图3示意性地示出根据另一实施形式的用于产生交流电的发电机组。

具体实施方式

下面根据附图描述优选的实施例。在此，在不同的附图中，相同、类似或起相同作用的元件设有相同的附图标记，并且部分地弃用对这些元件的重复描述，以便避免冗长。

图1示意性地示出根据第一实施形式的用于产生交流电的发电机组1。所述发电机组1包括：呈内燃机形式的初级功率单元2，当前为柴油发动机；以及与初级功率单元2转动联接的交流发电机3，当前呈他励同步电机的形式，其设立为用于，将通过所述初级功率单元2提供的初级功率转换为电功率。所述发电机组1还具有可接入的次级功率单元4，所述次级功率单元构成为用于，能够通过接入所述次级功率单元4来临时提高所述交流发电机3所产生的功率。

在这种情况下，所述交流发电机的功率对应于通过由初级功率单元输送给交流发电机的初级额定功率输入产生的功率。

所述次级功率单元4具有：电动机40，当前为异步电机；以及与电动机40接触的次级能量储存器41，例如呈电池，尤其是锂离子电池的形式，或者呈电容器的形式，可选地是电解电容器或超级电容器。在所述电动机40与所述次级能量储存器41之间的电接触包括双向工作的变换器(未示出)，该变换器将通过次级能量储存器41提供的能量转换为适合运行电动机40的形式，反之亦然。

电动机40与交流发电机3的输入轴30’转动联接。通过电动机40可行的是，除了经由所述初级功率单元2提供的功率之外，在交流发电机3处提供额外机械功率，尤其是额外扭矩。

替选地，所述电动机40也能够构成为磁阻电机或“开关磁阻电机”(SRM)。此外，所述次级功率单元4的输出轴42能够经由传动装置(未示出)与交流发电机3的输入轴30’转动连接。

所述初级功率单元2的输出轴20经由传动装置22与交流发电机3的输入轴30转动连接。替选地，所述输出轴20也能够与输入轴30直接转动联接。

所述电动机40构成为能够与所述交流发电机3去耦合的。此外，如果不必通过所述次级功率单元4提供额外功率，则所述电动机40也能够作为发电机运行，以便能够对次级能量储存器41进行充电。

只要所述初级功率单元2自己能够满足由发电机组1例如通过用电器调用的功率需求并且不必对所述次级能量储存器41进行充电，所述次级功率单元4的电动机40就能够无力矩地切换。

当前，关于所述交流发电机3，所述初级功率单元2设置在交流发电机3的第一侧上，并且所述次级功率单元4设置在所述交流发电机3的位于第一侧上方的第二侧上。

替选地，所述初级功率单元2和所述次级功率单元4也能够共同设置在所述交流发电机3的一侧上。

当前，所述初级功率单元2和所述次级功率单元4分别具有转速调节器。所述初级功率单元2和所述次级功率单元4此外分别配设有自身的公差带。

为所述次级功率单元4的转速调节器提供呈期望转速形式的期望值，所述期望值略低于所述初级功率单元2的呈期望转速形式的期望值，然而位于为次级功率单元4预设的公差带内。

所述初级功率单元2和所述次级功率单元4分别具有两级式构建的调节结构，其中内部的扭矩调节器从属于外部的转速调节器。因此，所述转速调节器为所述扭矩调节器提供预设值，其中所述预设值根据该优选的实施形式可选地限制为正扭矩值。

此外，为所述初级功率单元2和次级功率单元4预设不同的转速阈值。因此，为所述初级功率单元2和所述次级功率单元4提供磁滞效应，所述磁滞效应减少或甚至完全消除在期望转速处的转速振荡的发生，其中所述转速振荡可能从接入和或断开经由所述次级功率单元4提供的扭矩中发生。

为了提高附加的安全性，使用纯P型放大器。

所述次级功率单元4的转速调节器构成为具有可接入的和可关断的负扭矩。当前，基于所述次级能量储存器41的能量含量来控制/调节所述负扭矩的接入或关断。

所述次级功率单元4的电动机40构成为用于，使得其能够提供大于由所述初级功率单元2的起动力矩和所述发电机组1的机械损耗形成的累加扭矩的扭矩。因此，所述发电机组1能够经由次级功率单元4起动。

图2示意性地示出根据另一实施形式的用于产生交流电的发电机组1。图2中的发电机组1基本上对应于图1中的发电机组，其中还设有整流器43，经由所述整流器，所述次级能量储存器41能够与所述交流发电机3的输出线32可关断地连接。因此，能够通过经由整流器43将由交流发电机3提供的交流电压变换成直流电压来对所述次级能量储存器41进行充电。

在图3中示意性地示出根据另一实施形式的用于产生交流电的发电机组1。所述发电机组1类似于图1和2的实施形式具有呈内燃机形式的初级功率单元2，所述初级功率单元2经由传动装置22与交流发电机3连接。

作为图1和图2的实施形式的替选方案，在图3中的次级功率单元4具有：次级能量储存器41，例如电池，例如锂离子电池，或者电容器，例如电解电容器或超级电容器；以及还具有逆变器45，可选地呈外部引导的逆变器45的形式。

所述逆变器45的输出线44与交流发电机3的输出线32可接入和可关断地连接。为了对所述输出线32提供额外功率，能够将所述输出线44与输出线32连接。因此，经由逆变器45从所述次级能量储存器41提供额外功率。

可选地，所述逆变器45能够构成为双向工作的换流器或变换器，使得在正常运行中，所述次级能量储存器41能够经由在输出线32上通过交流发电机3提供的功率进行充电。替选地，类似于在图2中的构成方案，能够设有单独的整流器(在图3中未示出)，以便对所述次级能量储存器41进行充电。

只要适用，在实施例中示出的所有单个特征就能够相互组合和/或交换，而不会脱离本发明的范围。

附图标记列表：

1 发电机组

2 初级功率单元

20 输出轴

22 传动装置

3 交流发电机

30、30’ 输入轴

32 输出线

4 次级功率单元

40 电动机

41 次级能量储存器

42 输出轴

43 整流器

44 输出线

45 逆变器