MÁQUINA ELÉCTRICA SÍNCRONA.

Una máquina eléctrica síncrona (40) que comprende una pluralidad de fases (50A,

50B, 50C, 50D, 50E), medios de detección (52A, 52B, 52C, 52D, 52E) dispuestos para detectar una falta en al menos una de las fases (50E) de la máquina eléctrica síncrona (40), medios de aislamiento (52E) dispuestos para aislar al menos una fase (50E) de la máquina eléctrica síncrona (40) que está en falta, caracterizada por: comprender además medios de desplazamiento de fase (52A, 52B, 52C, 52D) dispuestos para producir un desplazamiento de fase controlado entre el voltaje (emf) y la corriente entre las fases restantes (50A, 50B, 50C, 50D) de la máquina eléctrica síncrona (40) para ajustar el ángulo de la fase y la magnitud de las potencias del segundo armónico producidas por las fases restantes (50A, 50B, 50C, 50D) de la máquina eléctrica síncrona de manera que el vector suma de los vectores de la potencia de los segundos armónicos de las restantes fases de la máquina eléctrica síncrona (40) sea cero

La invención presente trata de una máquina eléctrica síncrona, en particular de una máquina eléctrica síncrona para un motor de turbina de gas, por ejemplo, un generador o arrancador eléctrico.

En las aplicaciones aeroespaciales normales la energía eléctrica se genera utilizando máquinas eléctricas síncronas tradicionales in situ. Estas máquinas eléctricas síncronas están acopladas a un rotor del motor de turbina de gas utilizando un sistema de transmisión mecánica complejo, por ejemplo un eje conductor radial del rotor del motor de turbina de gas y una caja de engranajes. Estas máquinas eléctricas síncronas están montadas en el motor de turbina de gas en una posición en la que resultan fácilmente accesibles para el mantenimiento y / o la sustitución si existe un fallo con la máquina eléctrica asíncrona.

Se propone en beber la máquina eléctrica síncrona en el motor de tribuna de gas, por ejemplo el rotor de la máquina eléctrica síncrona está acoplado al rotor del motor de turbina de gas. La ventaja de la máquina eléctrica síncrona embebida es que permite eliminar el sistema de transmisión mecánica complejo, o simplificarlo enormemente, proporcionando beneficios apreciables tanto operativos como de eficiencia. Sin embargo, estas máquinas eléctrica síncronas embebidas son difíciles de retirar y sustituir si existe un fallo o avería. El documento EP0659234B1 describe el uso de máquinas eléctrica síncronas acopladas y máquinas eléctricas síncronas embebidas en motores de turbina de gas. El documento US2007/0030600 describe un sistema de protección contra fallos para máquinas síncronas de imán permanente.

Es deseable utilizar la máquina eléctrica asíncrona para arrancar el motor de turbina a gas, así como para generar electricidad, ya que esto elimina la necesidad de un arrancador de aire y proporciona beneficios en el diseño del motor adicionales. Se provee una interfase electrónica de potencia con la máquina eléctrica síncrona para permitir que la máquina eléctrica síncrona funcione como un motor en lugar de cómo un generador.

Los sistemas de generador eléctrico que utilizan convertidores de potencia electrónicos permiten tecnologías de máquinas de alta densidad de potencia, por ejemplo diseños de minan permanente para ser empleados en máquinas eléctrica asíncronas, que proporcionan ventajas adicionales en tamaño y peso en comparación con las máquinas eléctrica síncronas tradicionales.

Existe una necesidad de máquinas eléctricas síncronas embebidas de alta fiabilidad y tolerantes a fallos para los motores de turbina de gas de las aeronaves.

De acuerdo con lo anterior la invención presente pretende proporcionar una máquina eléctrica síncrona novedosa, que reduce, y preferiblemente soluciona, el problema mencionado más arriba.

De acuerdo con lo anterior la invención presente proporciona un máquina eléctrica síncrona que comprende una pluralidad de fases, medios de detección dispuestos para detectar un fallo en al menos una de las fases de la máquina eléctrica síncrona, medios de aislamiento dispuestos para aislar la al menos una fase de la máquina eléctrica síncrona con el fallo, medios de desplazamiento de fase dispuestos para producir un desplazamiento de la fase controlado entre el voltaje (emf) y la corriente entre las fases restantes de la máquina eléctrica síncrona para ajustar el ángulo de la fase y la magnitud de la segunda potencia armónica producida por las fases restantes de la máquina eléctrica síncrona de manera que el vector suma de los vectores de la potencia armónica secundaria de las fases restantes de la máquina eléctrica síncrona sea cero.

Preferiblemente los medios del desplazamiento de fase comprenden una pluralidad de convertidores, teniendo cada fase su convertidor respectivo.

Preferiblemente la máquina eléctrica síncrona es un motor / generador.

Preferiblemente la máquina eléctrica síncrona es un arrancador / generador.

Preferiblemente la máquina eléctrica síncrona comprende una máquina eléctrica de minan permanente.

Preferiblemente la máquina eléctrica síncrona comprende un rotor que tiene una pluralidad de imanes permanentes separados circunferencialmente y un estator que tiene una pluralidad de arrollamientos eléctricos.

Alternativamente, la máquina eléctrica síncrona comprende una máquina eléctrica de reactancia conmutada.

Preferiblemente la máquina eléctrica síncrona comprende cinco fases. Las cinco fases pueden estar dispuestas con una separación eléctrica de 36, 72 o 108 grados.

Típicamente las cinco fases están dispuestas con una separación eléctrica de 108 grados y los medios de conmutación de fase están dispuestos para producir un desplazamiento de fase de más / menos 14 grados eléctricos entre el voltaje (emf) y la corriente dentro de cada una de las fases restantes de la máquina eléctrica síncrona.

La invención presente proporciona también un método para operar una máquina eléctrica asíncrona que comprende una pluralidad de fases, comprendiendo el método detectar una falta en al menos una de las fases de la máquina eléctrica síncrona, aislar la al menos una fase de la máquina eléctrica síncrona con el defecto, produciendo un desplazamiento de fase controlado entre el voltaje (emf) y la corriente dentro de las fases restantes de la máquina eléctrica síncrona para ajustar el ángulo de la fase y la magnitud del segundo armónico de la potencia producida por las fases restantes de la máquina eléctrica síncrona de manera que el vector suma de los vectores del segundo armónico de la potencia de las fases restantes de la máquina eléctrica síncrona sea cero.

Preferiblemente cada fase tiene su convertidor respectivo, comprendiendo el método utilizar los convertidores para producir el desplazamiento de fase controlado.

Preferiblemente la máquina eléctrica síncrona es un motor / generador.

Preferiblemente la máquina eléctrica síncrona es un arrancador / generador.

Preferiblemente la máquina eléctrica síncrona comprende una máquina eléctrica de imán permanente.

Alternativamente la máquina eléctrica síncrona comprende una máquina eléctrica de reactancia conmutada.

Preferiblemente la máquina eléctrica asíncrona comprende un rotor que tiene una pluralidad de imanes permanentes separados en sentido circular y un estator que tiene una pluralidad de arrollamientos eléctricos.

Preferiblemente la máquina eléctrica síncrona comprende cinco fases. Preferiblemente las cinco fases están dispuestas con una separación eléctrica de 36, 72 o 108 grados.

Típicamente las cinco fases están dispuestas con una separación eléctrica de 108 grados y producen un desplazamiento de fase de más / menos 14 grados eléctricos entre el voltaje (emf) y la corriente dentro de cada una de las fases restantes de la máquina eléctrica síncrona.

La invención presente será descrita de una manera más completa por medio de un ejemplo y mediante referencia a los dibujos que se acompañan en los que:

La Figura 1 muestra un motor de turbina de gas con turboventilador que tiene una máquina eléctrica síncrona de acuerdo con la invención presente. La Figura 2 muestra una vista en corte parcial de la máquina eléctrica síncrona mostrada en la Figura 1. La Figura 3 muestra una vista en diagrama de una máquina eléctrica síncrona y del convertidor electrónico de potencia de acuerdo con la invención presente.

La Figura 4 es un gráfico que muestra la relación vectorial entre los emf del lado de corriente alterna y las corrientes para una máquina eléctrica síncrona de cinco fases en operación normal. La Figura 5 es un gráfico que muestra los vectores de los segundos armónicos de potencia para una máquina eléctrica síncrona de cinco fases en operación normal. La Figura 6 es un gráfico que muestra la relación vectorial entre los emf del lado de corriente alterna y las corrientes para una máquina eléctrica síncrona de cinco fases de acuerdo con la invención presente cuando una de las fases se aísla debido a un fallo. La Figura 7 es un gráfico que muestra los vectores del segundo armónico de la corriente en el lado de corriente continua del convertidor electrónico de potencia para una máquina eléctrica...

1. Una máquina eléctrica síncrona (40) que comprende una pluralidad de fases (50A, 50B, 50C, 50D, 50E), medios de detección (52A, 52B, 52C, 52D, 52E) dispuestos para detectar una falta en al menos una de las fases (50E) de la máquina eléctrica síncrona (40), medios de aislamiento (52E) dispuestos para aislar al menos una fase (50E) de la máquina eléctrica síncrona (40) que está en falta, caracterizada por: comprender además medios de desplazamiento de fase (52A, 52B, 52C, 52D) dispuestos para producir un desplazamiento de fase controlado entre el voltaje (emf) y la corriente entre las fases restantes (50A, 50B, 50C, 50D) de la máquina eléctrica síncrona (40) para ajustar el ángulo de la fase y la magnitud de las potencias del segundo armónico producidas por las fases restantes (50A, 50B, 50C, 50D) de la máquina eléctrica síncrona de manera que el vector suma de los vectores de la potencia de los segundos armónicos de las restantes fases de la máquina eléctrica síncrona (40) sea cero.

2. Una máquina eléctrica síncrona como la reivindicada en la reivindicación 1 en la que los medios de desplazamiento de fase (52A, 52B, 52C, 52D, 52E) comprende una pluralidad de convertidores, teniendo cada fase (50A, 50B, 50C, 50D, 50E) su convertidor respectivo (52A, 52B, 52C, 52D, 52E).

3. Una máquina eléctrica síncrona como la reivindicada en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2 en la que la máquina eléctrica síncrona (40) es un motor / generador.

4. Una máquina eléctrica síncrona como la reivindicada en la reivindicación 3 en la que la máquina eléctrica síncrona (40) es un arrancador / generador.

5. Una máquina eléctrica síncrona como la reivindicada en la reivindicación 1, reivindicación 2, reivindicación 3 o reivindicación 4 en la que la máquina eléctrica síncrona (40) comprende una máquina eléctrica de imán permanente.

6. Una máquina eléctrica síncrona como la reivindicada en la reivindicación 1, reivindicación 2, reivindicación 3 o reivindicación 4 en la que la máquina eléctrica síncrona (40) comprende una máquina eléctrica de reactancia conmutada.

7. Una máquina eléctrica síncrona como la reivindicada en la reivindicación 5 en la que la máquina eléctrica síncrona (40) comprende un rotor (42) que tiene una pluralidad de imanes permanentes separados en sentido circular (43) y un estator (44) que tiene una pluralidad de bobinas eléctricas (46).

8. Una máquina eléctrica síncrona como la reivindicada en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 que comprende cinco fases (50A, 50B, 50C, 50D, 50E).

9. Una máquina eléctrica síncrona como la reivindicada en la reivindicación 8 en la que las cinco fases (50A, 50B, 50C, 50D, 50E) están dispuestas con una separación de 36, 72 o 108 grados eléctricos.

10. Una máquina eléctrica síncrona como la reivindicada en la reivindicación 9 en la que las cinco fases (50A, 50B, 50C, 50D, 50E) están dispuestas con una separación de 108 grados eléctricos y los medios para el desplazamiento de fase (52A, 52B, 52C, 52D, 52D) están dispuestos para producir un desplazamiento de la fase de más / menos 14 grados eléctricos entre el voltaje (emf) y la corriente dentro de cada una de las fases restantes (50A, 50B, 50C, 50D, 50E) de la máquina eléctrica síncrona (40).

11. Un motor de turbina a gas (10) que incluye una máquina eléctrica síncrona

(40) como la reivindicada en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

12. Un método para operar una máquina eléctrica síncrona (40) que comprende una pluralidad de fases (50A, 50B, 50C, 50D, 50E), comprendiendo el método detectar una falta en al menos una de las fases (50E) de la máquina eléctrica síncrona (40), aislar de al menos una fase (59E) de la máquina eléctrica síncrona (40) con la falta, caracterizado porque: además comprende producir un desplazamiento de fase controlado entre el voltaje (emf) y al corriente en cada una de las fases restantes de la máquina eléctrica síncrona (40) para ajustar el ángulo entre las fases y la magnitud de la potencia de los segundos armónicos producidas por las fases restantes (50AA, 50B, 50C, 50D) de la máquina eléctrica síncrona (40) de manera que el vector suma de los vectores de potencia de los segundos armónicos de las fases restantes (50A, 50B, 50C, 50D) de la máquina eléctrica síncrona (40) sea cero.

13. un método como el reivindicado en la reivindicación 12 en el que cada fase (50A, 50B, 50C, 50D, 50E) tiene su convertidor respectivo (52A, 52B, 52C, 52D, 52E), comprendiendo el método utilizar los convertidores (52A, 52B, 52C, 52D, 52E) para producir el desplazamiento de fase controlado.

14. Un método como el reivindicado en la reivindicación 12 o en la reivindicación 13 en el que l máquina eléctrica síncrona (40) es un motor / generador.

15. Un método como el reivindicado en la reivindicación 14 en el que la máquina eléctrica síncrona (40) es un arrancador / generador.

16. Un método como el reivindicado en la reivindicación 12, reivindicación 13, reivindicación 14 o reivindicación 15 en el que la máquina eléctrica síncrona (40) comprende una máquina eléctrica de minan permanente.

17. Un método como el reivindicado en la reivindicación 12, reivindicación 13, reivindicación 14 o reivindicación 15 en el que la máquina eléctrica síncrona (40) comprende una máquina eléctrica de reactancia conmutada.

18. Un método como el reivindicado en la reivindicación 16 en el que la máquina eléctrica síncrona (40) comprende un rotor (42) que tiene una pluralidad de imanes permanentes separados en sentido circular (43) y un estator (44) que tiene una pluralidad de arrollamientos eléctricos (46).

19. Un método como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18 que comprende cinco fases (50A, 50B, 50C, 50D, 50E).

20. Un método como el reivindicado en la reivindicación 19 en el que las cinco fases (50A, 50B, 50C, 50D, 50E) están con una separación de 36, 72 o 108 grados eléctricos.

21. Un método como el reivindicado en la reivindicación 20 en el que las cinco fases (50A, 50B, 50C, 50D, 50E) están dispuestas con una separación de 108 grados eléctricos y producen un desplazamiento de fase de más / menos 14 grados eléctricos entre el voltaje (emf) y la corriente para cada una de las fases restantes (50A, 50B, 50C, 50D, 50E) de la máquina eléctrica síncrona (40).