CN103701184B - 燃气轮机用充电控制及保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机用充电控制及保护装置，包括：差动保护器及励磁调节器；差动保护器设有用于连接燃气轮机的发电机的输电端子的第一输入端口、用于连接蓄电单元的第一输出端口及设于第一输入端口与第一输出端口之间的判断控制单元；判断控制单元，用于根据发电机的输出电压与蓄电单元的剩余电压的比较结果控制第一输入端口与第一输出端口之间的通断；励磁调节器用于连接发电机的输电端子与发电机的励磁线圈以控制发电机的输出电压供电给发电机的励磁线圈。本发明采用燃气轮机自带的发电机对蓄电单元进行充电，以及时补充蓄电单元消耗的电量，且及时切断充电电路，避免蓄电单元对发电机反充电，既保护了发电机，又防止了蓄电单元过充电。

Description

燃气轮机用充电控制及保护装置

技术领域

本发明涉及燃气轮机控制领域，特别地，涉及一种燃气轮机用充电控制及保护装置。

背景技术

地面燃气轮机可作为装甲车辆及小型舰船动力，其作为核心机构成的分布式能源系统在电力、石油、化工、冶金、船舶、铁路机车动力等领域有着广阔的应用前景。某型燃气轮机在使用过程中需要用蓄电池作为电源，以满足无外接电源的情况下快速起动与加载。但现有的蓄电池容量有限，特别是燃气轮机在起动过程中需大电流放电，故蓄电池需及时补充充电。现有技术中，燃气轮机用蓄电池均采用浮充的方式，若没有充电控制及保护措施，一方面，在蓄电池电压过低时若不及时进行补充充电，则燃气轮机下次起动时易因电力不足导致起动失败；另一方面，在蓄电池充满电后不及时切断充电电路，容易使蓄电池过充电，蓄电池由于过充电或者过放电所引起的发热，可能导致其电解液气化以至于损坏，从而影响其使用寿命和使用性能。因此，亟需提供一种对燃气轮机用的蓄电池进行精确充电控制及保护的装置。

发明内容

本发明目的在于提供一种燃气轮机用充电控制及保护装置，以解决现有的燃气轮机中蓄电池存在未及时充电导致起动失败及过充电导致使用寿命受损的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种燃气轮机用充电控制及保护装置，包括：差动保护器及励磁调节器；

差动保护器设有用于连接燃气轮机的发电机的输电端子的第一输入端口、用于连接蓄电单元的第一输出端口及设于第一输入端口与第一输出端口之间的判断控制单元；判断控制单元，用于根据发电机的输出电压与蓄电单元的剩余电压的比较结果控制第一输入端口与第一输出端口之间的通断；

励磁调节器用于连接发电机的输电端子与发电机的励磁线圈以控制发电机的输出电压供电给发电机的励磁线圈。

进一步地，励磁调节器包括用于连接发电机的输电端子与发电机的励磁线圈的第一供电支路及第二供电支路，第一供电支路与第二供电支路并联设置；

第一供电支路上设有常闭的第一开关单元；

第二供电支路上设有常开的第二开关单元，第二开关单元的控制端连接电压比较电路，电压比较电路根据发电机的输出电压控制第二开关单元的动作。

进一步地，第二开关单元为三极管，三极管的基极连接电压比较电路，电压比较电路的基准电源端及比较电压输入端连接发电机的输电端子，发电机的输出电压小于第一预设阈值时，电压比较电路的输出端子呈高阻态；发电机的输出电压大于等于第一预设阈值且小于第二预设阈值时，电压比较电路的输出端子呈低阻态；发电机的输出电压大于等于第二预设阈值时，电压比较电路的输出端子呈高阻态。

进一步地，励磁调节器包括放电电路，放电电路为与发电机的输电端子相连的二极管，用于在发电机准备向外发电时，将发电机的输出电压和励磁电压置零。

进一步地，判断控制单元包括主继电器，主继电器用于控制第一输入端口与第一输出端口之间的通断，主继电器的控制端与一磁保持继电器的常开触点连接，磁保持继电器的线圈两端分别连接第一输入端口、第一输出端口，磁保持继电器根据发电机的输出电压与蓄电单元的剩余电压的比较结果控制主继电器的动作。

进一步地，差动保护器还设有控制端口，在磁保持继电器的线圈与第一输入端口连接线路上和/或磁保持继电器的线圈与第一输出端口的连接线路上设有辅助继电器，辅助继电器的控制端受控制端口输入的信号控制。

进一步地，发电机的输电端子与蓄电单元相连的线路上设有分流器，分流器采集的电流信号连接有电流表，分流器采集的电压信号连接有电压表。

本发明具有以下有益效果：

本发明燃气轮机用充电控制及保护装置，采用燃气轮机自带的发电机对蓄电单元进行充电，以及时补充蓄电单元消耗的电量，且通过励磁调节器将发电机的输出电压供给发电机的励磁线圈，通过差动保护器比较发电机的输出电压与蓄电单元的剩余电压来控制对蓄电单元的充电，且及时切断充电电路，避免蓄电单元对发电机反充电，既保护了发电机，又防止了蓄电单元过充电，便于对蓄电单元精确充电控制，提高蓄电单元的使用性能及燃气轮机的起动成功率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例燃气轮机用充电控制及保护装置的原理示意图；

图2是本发明优选实施例燃气轮机用充电控制及保护装置的电路结构示意图；以及

图3是本发明优选实施例中差动保护器的电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种燃气轮机用充电控制及保护装置，包括：差动保护器及励磁调节器。其中，差动保护器设有用于连接燃气轮机的发电机的输电端子的第一输入端口、用于连接蓄电单元的第一输出端口及设于第一输入端口与第一输出端口之间的判断控制单元；判断控制单元，用于根据发电机的输出电压与蓄电单元的剩余电压的比较结果控制第一输入端口与第一输出端口之间的通断；励磁调节器用于连接发电机的输电端子与发电机的励磁线圈以控制发电机的输出电压供电给发电机的励磁线圈。本发明实施例，当燃气轮机起动成功后，充电控制及保护装置即进入工作状态，发电机由电动状态转入发电状态，励磁调节器将发电机的输出电压输入给励磁线圈以产生励磁电流，以使得发电机的输出电压逐渐增大，当发电机的输出电压大于蓄电单元的剩余电压时，差动保护器中的判断控制单元导通，使得发电机的输电端子与蓄电单元连接，形成给蓄电单元充电的充电电路，且蓄电单元的电压高于发电机的输电电压，使得蓄电单元反向给发电机充电时，判断控制单元及时切断充电电路，以保护发电机并避免蓄电单元过充电。本发明实施例采用燃气轮机自带的发电机对蓄电单元进行充电，以及时补充蓄电单元消耗的电量，且通过励磁调节器将发电机的输出电压供给发电机的励磁线圈，通过差动保护器比较发电机的输出电压与蓄电单元的剩余电压来控制对蓄电单元的充电，且及时切断充电电路，避免蓄电池对发电机反充电，既保护了发电机，又防止了蓄电单元过充电，便于对蓄电单元精确充电控制，提高蓄电单元的使用性能及燃气轮机的起动成功率。

图2示出了本发明优选实施例燃气轮机用充电控制及保护装置的电路结构示意图。优选地，励磁调节器包括用于连接发电机的输电端子与发电机的励磁线圈的第一供电支路及第二供电支路，第一供电支路与第二供电支路并联设置；第一供电支路上设有常闭的第一开关单元；第二供电支路上设有常开的第二开关单元，第二开关单元的控制端连接电压比较电路，电压比较电路根据发电机的输出电压控制第二开关单元的动作。参照图2，本实施例中，第一供电支路包括继电器K2，由+P→K2/5-4→KP9/3-4形成；第二供电支路包括并联的三极管V9～V11，三极管V9～V11的基极均连接电压比较电路。其中，电压比较电路的基准电源端1/2连接发电机的输电端子，为电压比较电路提供基准电压，电压比较电路的比较电压输入端连接发电机的输电端子，以将发电机的输出电压与电压比较电路内置的电压阈值进行比较。电压比较电路内置有第一预设阈值及第二预设阈值，第二预设阈值大于第一预设阈值。当发电机的输出电压小于第一预设阈值时，电压比较电路的输出端子呈高阻态；发电机的输出电压大于等于第一预设阈值且小于第二预设阈值时，电压比较电路的输出端子呈低阻态；发电机的输出电压大于等于第二预设阈值时，电压比较电路的输出端子呈高阻态。

优选地，励磁调节器包括放电电路，放电电路为与发电机的输电端子相连的二极管，用于在发电机准备向外发电时，将发电机的输出电压和励磁电压置零。参照图2，本实施例中，放电电路包括两组，一组为并联的二极管V1～V7，另一组为二极管V12。

参照图3，优选地，本实施例中的差动保护器设有第一输入端口、第一输出端口、电源正接入端、接地端，差动保护器的接口定义如下：

CETb：第一输出端口

ΓEH：第一输入端口

B：控制端口

+：电源正接入端

-：接地端

A、Б、Л、C：自定义端口

本实施例中，判断控制单元包括主继电器P，主继电器P用于控制第一输入端口ΓEH与第一输出端口CETb之间的通断，主继电器P的控制端与一磁保持继电器J的常开触点连接，磁保持继电器J的线圈两端分别连接第一输入端口ΓEH、第一输出端口CETb，磁保持继电器J根据发电机的输出电压与蓄电单元的剩余电压的比较结果控制主继电器P的动作。

优选地，在磁保持继电器J的线圈与第一输入端口ΓEH连接线路上和/或磁保持继电器J的线圈与第一输出端口CETb的连接线路上设有辅助继电器，辅助继电器的控制端受控制端口B输入的信号控制。本实施例中，磁保持继电器J的线圈与第一输入端口ΓEH的连接线路上设有继电器P3，磁保持继电器J的线圈与第一输出端口CETb的连接线路上设有继电器P1。这样，使得，主继电器P在准备工作之前，先得经控制端口B控制辅助继电器接通磁保持继电器J的线圈与第一输入端口ΓEH的连接或者磁保持继电器J的线圈与第一输出端口CETb的连接。

本实施例中，充电控制及保护装置的工作过程主要包括五个阶段，参照图2，其工作过程具体如下：

1)燃气轮机起动成功后，燃气轮机起动电路切断了发电机(发电机在起动阶段作为电动机工作)的电枢电流和励磁电流通路，此时，发电机处于高速旋转状态，而其电枢线圈和励磁线圈上产生很高的反电势，分别通过V1～V7并联、V12两组二极管放电，使得发电机输出电压VF和励磁电压VL均将为0V，+P处电压为0V，故继电器K2处于释放状态，此时起动控制器KP9处于释放状态，形成通路+P→K2/5-4→KP9/3-4直接施加于励磁线圈，为发电机向外发电做好准备。

2)T0～T1阶段，发电机开始发电，其输出电压VF逐渐增大，且VF＜第一预设阈值。

此阶段，K2、KP9处于释放状态，VF通过+P→K2/5-4→KP9/3-4直接施加于励磁线圈，从而形成IL且持续上升。因电压比较电路输入脚8的电压＜第一预设阈值，其输出脚3脚为高阻状态，使三只并联三极管V9～V11处于截止状态。

3)T1～T2阶段，发电机的输出电压VF继续增大，VF＜VCE(VCE为蓄电池的剩余电压)。

当VF＝第一预设阈值时，电压比较电路输入脚8的电压＝第一预设阈值，本实施例中，取第一预设阈值为11V，其3脚转变为低阻状态，从而使三只并联三极管V9～V11处于饱和导通状态，而VF还不能使K2动作，此时IL可通过K2、V9～V112条通路形成，K4处于释放状态(由起动箱V+控制)，+P→K4/2-1→KM1/B通路使差动保护器KM1的辅助继电器吸合，为KM1的主继电器P吸合作好准备，但由于VF＜VCE，故不能进行充电。

4)T2～T3阶段，发电机的输出电压VF持续增大，VCE≤VF＜第二预设阈值。

此时，KM1的主继电器P吸合，发电机开始为蓄电池充电，电压比较电路3脚仍为低阻状态，IL仍由三极管通路形成(K2已处于吸和状态)。

5)T3～T4阶段，此时发电机的输出电压VF＝第二预设阈值。

当VF＝第二预设阈值时，本实施例中，取第二预设阈值为27.66V，电压比较电路的3脚转变为高阻状态，从而使三只并联三极管V9～V11截止，切断三极管通路，而此时K2仍处吸合状态，IL的两条形成通路均断开，发电机失去励磁电流，输出电压下降为0，蓄电池的充电结束，电路恢复到T0状态。

本发明实施例中差动保护器的工作原理如下：当控制端口B端接入电压信号后，继电器P3工作，继电器P4保持初始状态，磁保持继电器J线圈两端分别为发电机的输出电压和蓄电池电压信号，当发电机电压高于蓄电池电压达到一定差值时，磁保持继电器J触点闭合，主继电器P、继电器P1、继电器P2相继开始工作，发电机与蓄电池接通开始为蓄电池充电。若发动机转速变化使发电机输出电压下降到低于蓄电池电压时，从蓄电池到发电机会产生反流，当这个反流达到一定值时，磁保持继电器J触点断开，主继电器P、继电器P1、继电器P2停止工作，发电机与蓄电池断开，这样可以很好保护发电机。

从以上描述可知，优选实施例中，当发电机的输出电压达到第二预设阈值时，励磁调节器通过电压比较电路将三极管构成的通路，即第二供电支路断开，且第一供电支路上的继电器K2亦因吸合断开触点，使得发电机失去励磁电流，停止发电；同时，在给蓄电池充电过程中，差动保护器中的磁保持继电器J通过比较发电机的输出电压与蓄电池的剩余电压，当发电机的输出电压下降到低于蓄电池电压时，从蓄电池到发电机会产生反流，亦使得磁保持继电器J触点断开，从而中断蓄电池的充电电路，以对发电机进行保护。故本发明实施例中采用了二级保护机制，避免了发电机的输出电压过大导致蓄电池过充，亦通过电压比较及时切断充电通路，避免蓄电池对发电机的反向充电，保护发电机，从而提高了燃气轮机中发电机及蓄电池的可靠性及使用寿命。

优选地，参照图1，发电机的输电端子与蓄电单元相连的线路上设有分流器，分流器采集的电流信号连接有电流表，分流器采集的电压信号连接有电压表。电流表用于监控发电机的充电电流，电压表用于监控发电机的输出电压。

综上所述，本发明实施例采用燃气轮机自带的发电机对蓄电单元进行充电，以及时补充蓄电单元消耗的电量，且通过励磁调节器将发电机的输出电压供给发电机的励磁线圈，通过差动保护器比较发电机的输出电压与蓄电单元的剩余电压来控制对蓄电单元的充电，且及时切断充电电路，避免蓄电单元对发电机反充电，既保护了发电机，又防止了蓄电单元过充电，便于对蓄电单元精确充电控制，提高蓄电单元的使用性能及燃气轮机的起动成功率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (6)

1.一种燃气轮机用充电控制及保护装置，其特征在于，包括：差动保护器及励磁调节器；

所述差动保护器设有用于连接所述燃气轮机的发电机的输电端子的第一输入端口、用于连接蓄电单元的第一输出端口及设于所述第一输入端口与所述第一输出端口之间的判断控制单元；所述判断控制单元，用于根据所述发电机的输出电压与所述蓄电单元的剩余电压的比较结果控制所述第一输入端口与所述第一输出端口之间的通断；

所述励磁调节器用于连接所述发电机的输电端子与所述发电机的励磁线圈以控制所述发电机的输出电压供电给所述发电机的励磁线圈；

所述励磁调节器包括用于连接所述发电机的输电端子与所述发电机的励磁线圈的第一供电支路及第二供电支路，所述第一供电支路与所述第二供电支路并联设置；

所述第一供电支路上设有常闭的第一开关单元；

所述第二供电支路上设有常开的第二开关单元，所述第二开关单元的控制端连接电压比较电路，所述电压比较电路根据所述发电机的输出电压控制所述第二开关单元的动作。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机用充电控制及保护装置，其特征在于，

所述第二开关单元为三极管，所述三极管的基极连接所述电压比较电路，所述电压比较电路的基准电源端及比较电压输入端连接所述发电机的输电端子，所述发电机的输出电压小于第一预设阈值时，所述电压比较电路的输出端子呈高阻态；所述发电机的输出电压大于等于第一预设阈值且小于第二预设阈值时，所述电压比较电路的输出端子呈低阻态；所述发电机的输出电压大于等于第二预设阈值时，所述电压比较电路的输出端子呈高阻态。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机用充电控制及保护装置，其特征在于，所述励磁调节器包括放电电路，所述放电电路为与所述发电机的输电端子相连的二极管，用于在所述发电机准备向外发电时，将所述发电机的输出电压和励磁电压置零。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机用充电控制及保护装置，其特征在于，

所述判断控制单元包括主继电器，所述主继电器用于控制所述第一输入端口与所述第一输出端口之间的通断，所述主继电器的控制端与一磁保持继电器的常开触点连接，所述磁保持继电器的线圈两端分别连接所述第一输入端口、所述第一输出端口，所述磁保持继电器根据所述发电机的输出电压与所述蓄电单元的剩余电压的比较结果控制所述主继电器的动作。

5.根据权利要求4所述的燃气轮机用充电控制及保护装置，其特征在于，

所述差动保护器还设有控制端口，在所述磁保持继电器的线圈与所述第一输入端口连接线路上和/或所述磁保持继电器的线圈与所述第一输出端口的连接线路上设有辅助继电器，所述辅助继电器的控制端受所述控制端口输入的信号控制。

6.根据权利要求1至5任一项所述的燃气轮机用充电控制及保护装置，其特征在于，

所述发电机的输电端子与所述蓄电单元相连的线路上设有分流器，所述分流器采集的电流信号连接有电流表，所述分流器采集的电压信号连接有电压表。