ES2859107T3

ES2859107T3 - Generador de arranque sin escobillas

Info

Publication number: ES2859107T3
Application number: ES17727258T
Authority: ES
Inventors: Marc Tunzini; Guerroue Eric Le; Stanislas Bedjai
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2017-06-06
Publication date: 2021-10-01
Anticipated expiration: 2037-06-06
Also published as: EP3465902A1; US20190331080A1; CA3026901C; WO2017211838A1; CA3026901A1; FR3052307A1; US10584671B2; FR3052307B1; EP3465902B1

Abstract

Generador de arranque sin escobillas (1), siendo dicho generador de arranque adecuado para funcionar en modo arranque, para impulsar en rotación un eje (201) para arrancar una turbomáquina (200), o en modo generador eléctrico síncrono, para transformar en energía eléctrica una energía mecánica suministrada por la turbomáquina (200), comprendiendo el generador de arranque (1): - una máquina eléctrica principal (10) que tiene un estator (11) que comprende devanados de estator (12a, 12b, 12c) y un rotor (13) que comprende un devanado de rotor (14), - un rectificador rotativo (40), - un excitador (20) que comprende un estator (21) que incluye un devanado de estator de corriente continua (DC) y un devanado de estator de corriente alterna (AC), y un rotor (22) que incluye devanados de rotor (23a, 23b), 23c) conectados al devanado del rotor (14) de la máquina eléctrica principal (10) a través del rectificador rotativo (40), estando los rotores de la máquina eléctrica principal (10) y del excitador (20) destinados a ser acoplados mecánicamente a la turbomáquina (200), - un regulador de alternador (50) para ser conectado al devanado del estator de corriente continua (DC) a través de la primera y segunda línea eléctricas de corriente continua (61, 62) y para alimentar eléctricamente el devanado del estator de corriente continua (DC) cuando el generador de arranque funciona en modo generador para generar una salida de tensión eléctrica del estator (11) de la máquina eléctrica principal (10), - un regulador de arranque SBU (73) para alimentar eléctricamente el devanado del estator de corriente alterna (AC) y a los devanados del estator de la máquina eléctrica principal, cuando el generador de arranque funciona en el modo de arranque, caracterizado porque comprende un dispositivo de conexión eléctrica (90, 900) dispuesto y configurado para establecer una conexión eléctrica entre las dos líneas eléctricas (61, 62) cuando el generador de arranque (1) está funcionando en modo de arranque.

Description

DESCRIPCIÓN

Generador de arranque sin escobillas

La presente invención se refiere a generadores de arranque para turbomáquinas.

El campo de aplicación de la invención es más particularmente el de los generadores de arranque para motores aeronáuticos de propulsión de turbinas de gas montados en aeronaves. Sin embargo, la invención es aplicable a otros tipos de turbomáquinas, por ejemplo, turbinas industriales, turbinas de helicópteros o turbinas de grupos auxiliares de potencia de potencia o APU, acrónimo de la expresión anglosajona “Auxiliary Power Unit”.

Dicho generador de arranque comprende una máquina eléctrica rotativa destinada a ser acoplada mecánicamente a un eje de una turbomáquina. El generador de arranque es capaz de funcionar en modo generador, durante una llamada fase de generación, durante la cual la turbomáquina impulsa el eje en rotación y la máquina rotativa transforma la energía mecánica de rotación del eje en energía eléctrica destinada a alimentar eléctricamente una red secundaria, por ejemplo una red de a bordo de una aeronave. El generador de arranque también es adecuado para el funcionamiento en modo de arranque, durante una denominada fase de arranque, durante la cual la máquina eléctrica rotativa suministra energía mecánica al eje de la turbomáquina para poner y accionar el eje de la turbomáquina en rotación con el fin de arrancar la turbomáquina.

La maquinaria rotativa de tal generador de arranque o S/G ("Starter/generator") consiste típicamente en una máquina eléctrica principal, un excitador y opcionalmente un generador auxiliar. Estos componentes de la máquina rotativa están montados en un eje común acoplado mecánicamente a un eje de la turbomáquina. Este tipo de generador de arranque es un generador de arranque sin escobillas (o “brushless” en terminología anglosajona). La máquina eléctrica principal forma un generador eléctrico principal (o alternador) que funciona en modo síncrono. La máquina eléctrica principal tiene devanados de rotor y estator que, cuando funciona en modo de generador síncrono, convierte la energía mecánica suministrada por un eje acoplado mecánicamente a la turbomáquina en energía eléctrica trifásica de corriente alterna que alimenta una red de a bordo de una aeronave a través de una línea de alimentación. En el caso de las aplicaciones aeronáuticas, la red de corriente alterna de a bordo de la aeronave, alimentada por la tensión suministrada por el generador de arranque que funciona como generador, consta de tres fases de 115 V efectivos fase/neutro y 200 V efectivos entre fases. Puede ser a una frecuencia fija de 400 Hz, o a una frecuencia variable (generalmente entre 350 y 800 Hz).

El excitador comprende un estator con dos devanados de estátor, uno de los cuales es alimentado con corriente continua durante la fase de generación y el otro con corriente alterna durante la fase de arranque. En lo sucesivo, estos devanados respectivos se denominan devanado del estator de corriente continua (CC) y devanado del estator de corriente alterna (CA). La tensión alterna suministrada por el generador principal durante la fase de generación se regula mediante un regulador del alternador o GCU ("Generator Control Unit") que suministra corriente continua, conocida como corriente de regulación, al devanado del estator de corriente continua del excitador durante la fase de generación y no la suministra durante la fase de arranque. El excitador funciona entonces como un generador síncrono que suministra la energía eléctrica que necesita el rotor de la máquina eléctrica principal durante el funcionamiento del generador del alternador principal (que es la máquina eléctrica principal).

El excitador comprende un rotor que comprende devanados de rotor conectados al devanado de rotor de la máquina eléctrica principal a través de un rectificador rotativo para dar salida a una corriente continua para la excitación del devanado de rotor de la máquina principal.

Para limitar la corriente de regulación, el devanado del estator de CC tiene un gran número de espiras. Por ejemplo, el devanado del estator de arranque tiene 480 espiras, es decir, 4 ohmios, lo que resulta en 1152 amperios-vuelta de excitación con 2,4 A procedentes del regulador. Durante la fase de arranque, cuando el eje de la turbomáquina no está girando, si el devanado del estator de corriente continua del excitador se alimenta con corriente continua, no puede generar una corriente alterna en los devanados del rotor del excitador que permita girar el eje común acoplado al eje de la turbomáquina. Si el devanado del estator de corriente continua del excitador se alimenta con corriente continua, no hay corriente en el devanado del rotor de la máquina eléctrica principal y no es posible generar un par para hacer girar el rotor de la máquina eléctrica principal. El excitador no puede funcionar como un generador síncrono en ausencia de rotación. Es necesario alimentar el excitador con corriente alterna para que el excitador desarrolle una tensión alterna en sus devanados del rotor que, después de la rectificación, alimente el devanado del rotor de la máquina eléctrica principal. Por lo tanto, en estado de reposo, el excitador se comporta como un transformador con un entrehierro. Si se elige utilizar el devanado del estator de corriente continua del excitador durante la fase de arranque, la impedancia causada por el gran número de espiras y la alta frecuencia de alimentación requiere una tensión de alimentación de 5500 voltios para garantizar los 2900 amperios-vuelta de inducción magnetizante. Como este nivel de tensión no suele estar disponible en la aeronave, es necesario generarlo mediante un convertidor elevador de tensión, que es prohibitivo y pesado. Por esta razón, el devanado del estator de CA se proporciona en el excitador. Este devanado está destinado a ser alimentado con corriente alterna monofásica durante la fase de arranque con el fin de inducir corrientes en el rotor del excitador, corrientes que serán rectificadas para alimentar los devanados del rotor de la máquina eléctrica principal, que podrá entonces entregar potencia mecánica para asegurar el arranque de la turbomáquina.

Idealmente, los devanados del estator de CC y CA están en cuadratura para limitar el efecto mutuo entre estos dos devanados y evitar así la tensión inducida en los bornes del devanado del generador cuando el devanado de arranque se alimenta con CA. Esta disposición de cuadratura se describe en la solicitud de patente francesa publicada con el número de publicación FR 2348594.

Sin embargo, siempre se genera una alta tensión en los bornes del devanado del generador, que equivale en nuestro ejemplo a 900V, durante la fase de arranque. Esta alta tensión se debe a varios factores, entre ellos las fugas magnéticas y el recubrimiento de los diodos rotativos del puente rectificador. Esta tensión puede provocar daños en el regulador del alternador de la GCU.

Para evitar esta sobretensión, una primera solución consiste en limitar la relación del número de espiras entre los devanados del estator de corriente continua y de corriente alterna y diseñar un regulador de alternador capaz de soportar la tensión generada por esta relación durante la fase de arranque. Sin embargo, esta solución tiene el inconveniente de reducir la ganancia de excitación, es decir, la relación entre la corriente inyectada en el excitador y la corriente enviada al rotor de la máquina eléctrica principal.

Una segunda solución es introducir un contactor para abrir y cerrar cada una de las dos líneas de CC que conectan el devanado del estator de CC y el primer regulador. Una de estas dos líneas conecta uno de los bornes del devanado del estator de CC y el regulador y la otra línea conecta el otro borne del devanado del estator de CC y el regulador. Este contactor se controla para abrir cada una de las dos líneas con el fin de aislar el regulador del alternador CGU de la máquina rotativa durante la fase de arranque y para cerrar cada una de estas dos líneas durante la fase de generación. Este contactor se utiliza para proteger el regulador de las sobretensiones. La mayor desventaja es que este contactor es engorroso y caro porque tiene que soportar tanto altas tensiones durante la fase de arranque como altas corrientes durante la fase de generación.

En ambos casos el número de espiras es limitante porque la tensión generada entre las dos líneas en la fase de generación puede alcanzar los límites de aislamiento de los cables y otros aislantes. El hecho de no poder aumentar el número de espiras del devanado del estator de CA no permite reducir la corriente de excitación en el devanado del estator de CA durante la fase de arranque, lo que significa que las dos líneas eléctricas y el regulador del alternador deben estar dimensionados para soportar altas corrientes.

Un objetivo de la invención es superar al menos una de las desventajas mencionadas anteriormente.

A tal efecto, la invención se refiere a un generador de arranque sin escobillas para ser acoplado mecánicamente a una turbomáquina, estando dicho generador de arranque adaptado para funcionar en modo arrancador con el fin de hacer girar dicho eje para arrancar la turbomáquina, o en modo generador eléctrico síncrono con el fin de transformar la energía mecánica suministrada por la turbomáquina en energía eléctrica, comprendiendo el generador de arranque:

• una máquina eléctrica principal que tiene un estator que comprende devanados de estator y un rotor que comprende un devanado de rotor bobinado.

• un rectificador rotativo,

• un excitador que comprende un devanado de estator de corriente continua y un devanado de estator de corriente alterna y un rotor con devanados de rotor conectados al devanado de rotor de la máquina eléctrica principal a través del rectificador rotativo, estando los rotores de la máquina eléctrica principal y del excitador destinados a ser acoplados mecánicamente a la turbomáquina, un regulador de alternador para la conexión al devanado del estator de corriente continua a través de la primeras y la segunda líneas eléctricas de corriente continua y para alimentar eléctricamente al devanado del estator de corriente continua cuando el generador de arranque está funcionando en modo generador para generar una tensión eléctrica en la salida del estator de la máquina eléctrica principal,

• un regulador de arranque SBU para alimentar eléctricamente el devanado del estator de CA y los devanados del estator de la máquina eléctrica principal, cuando el generador de arranque está funcionando en modo de arranque,

caracterizado porque comprende un dispositivo de conexión eléctrica dispuesto y configurado para establecer una conexión eléctrica entre las dos líneas eléctricas cuando el generador de arranque está funcionando en modo de arranque.

Ventajosamente, el dispositivo de conexión comprende un elemento de conexión conectado eléctricamente, por una parte, a la primera línea eléctrica y, por otra, a la segunda línea eléctrica y que permite, cuando está en un primer estado cerrado, establecer una conexión eléctrica entre la primera línea eléctrica y la segunda línea eléctrica y, cuando está en un segundo estado abierto, eliminar esta conexión eléctrica entre la primera línea y la segunda línea;

• el dispositivo de conexión comprende un dispositivo de mando para controlar la conmutación del elemento de conexión entre el primer estado cerrado y el segundo estado abierto, estando el dispositivo de mando configurado para poner el elemento de conexión en el primer estado cerrado cuando el generador de arranque está funcionando en modo de arranque y para poner el elemento de conexión en el segundo estado abierto cuando el generador de arranque está funcionando en modo de generador.

En un segundo modo de realización, el dispositivo de conexión comprende un elemento de conexión que comprende un conductor óhmico conectado eléctricamente por una parte a la primera línea eléctrica y por otra parte a la segunda línea eléctrica.

Ventajosamente, la resistencia eléctrica del conductor óhmico es mayor que la del devanado del estator de CC. Ventajosamente, el dispositivo de conexión comprende un elemento de conexión conectado por una parte a la primera línea eléctrica y por otra parte a la segunda línea eléctrica, y en el que el elemento de conexión está unido al regulador del alternador.

Ventajosamente, el generador de arranque comprende una máquina rotativa que comprende la máquina principal, el excitador y una carcasa que encierra la máquina principal y el excitador. El generador de arranque comprende además un conjunto de regulación que incluye el regulador del alternador y el elemento de conexión, formando el conjunto de regulación y la máquina rotativa dos objetos conectados eléctricamente o destinados a ser conectados eléctricamente entre sí. Ventajosamente, el regulador del alternador comprende un primer regulador para regular la tensión y/o la corriente de alimentación del devanado del estator de corriente continua, comprendiendo el primer regulador componentes de potencia conectados eléctricamente entre sí por pistas conductoras formadas en un circuito impreso, estando el elemento de conexión unido al circuito impreso.

Ventajosamente, el dispositivo de conexión comprende un elemento de conexión conectado, por una parte, a la primera línea eléctrica y, por otra, a la segunda línea eléctrica, y en el que el regulador del alternador comprende un primer soporte y un primer regulador alimentado por corriente continua para regular la tensión y/o la corriente de alimentación del devanado del estator de corriente continua, en el que el primer soporte es una caja que aloja el primer regulador y el elemento de conexión.

Ventajosamente, el regulador de arranque se compone de un inversor monofásico y de un inversor trifásico unidos al regulador del alternador.

Ventajosamente, el generador de arranque comprende una carcasa que alberga la máquina eléctrica principal y el excitador, y el elemento de conexión está unido a la carcasa.

El elemento de conexión está ventajosamente alojado en la carcasa.

Ventajosamente, el generador de arranque comprende un conjunto transformador que incluye la máquina rotativa y el elemento de conexión, formando el conjunto transformador y el regulador del alternador dos objetos conectados eléctricamente o destinados a ser conectados eléctricamente entre sí.

Alternativamente, el regulador del alternador está unido a la carcasa, por ejemplo, a través del circuito impreso o de la caja.

Ventajosamente, el devanado del estator de CC y el devanado del estator de CA están montados sustancialmente en cuadratura de fase para limitar la tensión inducida en el devanado del estator de CC cuando el generador de arranque funciona en modo de arranque.

Otras características y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, dada a título de ejemplo no limitativo y con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

• la figura 1 representa esquemáticamente un generador de arranque según un primer modo de realización de la invención,

• la figura 2 representa esquemáticamente una disposición preferida de los devanados del estator de CC y CA,

• la figura 3 representa esquemáticamente un generador de arranque según un primer modo de realización de la invención.

De una figura a otra, los mismos elementos están marcados por las mismas referencias.

La figura 1 representa esquemáticamente un generador de arranque sin escobillas 1 con excitación de rotor bobinado según la invención. Este generador de arranque comprende una máquina eléctrica rotativa 100. La máquina rotativa está destinada a ser acoplada mecánicamente a un eje 201 de una turbomáquina 200. El generador de arranque es adecuado para el funcionamiento en modo generador, durante una llamada fase de generación, durante la cual la turbomáquina suministra la potencia motriz a la máquina eléctrica rotativa 100. Durante esta fase, la máquina rotativa 100 convierte la energía mecánica de rotación del eje en energía eléctrica para alimentar una red eléctrica secundaria, por ejemplo, una red eléctrica a bordo de una aeronave. El generador de arranque también es adecuado para el funcionamiento en modo de arranque, durante una fase de arranque durante la cual impulsa el eje de la turbomáquina en rotación para arrancar la turbomáquina.

La máquina rotativa comprende tres submáquinas: una máquina eléctrica principal 10, un excitador 20, eventualmente un generador auxiliar 30, y un puente rectificador rotativo 40. La máquina rotativa comprende una carcasa 150 que alberga la máquina eléctrica principal, el excitador y el generador auxiliar (si lo hay). El estator de la máquina rotativa está unido a la carcasa 150.

Los rotores de la máquina eléctrica principal 10, el excitador 20 y el generador auxiliar 30 forman el rotor de la máquina eléctrica 100. Están montados en un eje común 101, del que sólo se muestra la parte exterior de la carcasa 150 en las figuras 1 y 3. El eje común 101 está destinado a ser acoplado mecánicamente a un eje 201 de una turbomáquina 200. La turbomáquina es, por ejemplo, un motor de propulsión de una aeronave. La carcasa 150 está destinada a ser montada en un soporte del equipo que comprende la turbomáquina, por ejemplo, un soporte de una aeronave. En el modo de arranque, la máquina eléctrica rotativa 100 impulsa el eje común 101 en rotación. El eje común 101 gira con respecto a la carcasa 150.

El generador de arranque comprende elementos para acelerar el rotor 13 de la máquina eléctrica principal 10 acoplados mecánicamente a la turbomáquina 200, con el fin de arrancar la turbomáquina sin necesidad de utilizar un dispositivo de arranque auxiliar. Cuando el generador de arranque 1 funciona en modo de arranque, la máquina eléctrica principal 10 constituye un motor eléctrico síncrono que proporciona el par necesario para poner en rotación la turbomáquina 200. Cuando el generador de arranque funciona en modo de arranque, el excitador 20 recibe corriente alterna para arrancar la turbomáquina. Cuando la velocidad de rotación del eje de la turbomáquina alcanza un primer umbral, esta alimentación se corta porque el par producido por la turbomáquina es suficiente para que ésta mantenga el movimiento del eje 201 por sí sola. El generador de arranque ya no funciona en modo de arranque. La velocidad de rotación del eje de la turbomáquina se acelera por sí misma, es decir, de forma autónoma, hasta alcanzar un segundo umbral, superior al primero, a partir del cual el generador de arranque podrá funcionar en modo generador. Los modos de generador y arranque no son simultáneos.

La máquina eléctrica principal 10 comprende un estator 11 con devanados de estator 12a, 12b, 12c, que pueden estar conectados en configuración de estrella, de corriente alterna polifásica, y un rotor 13 con un devanado de rotor 14.

En modo generador, con la turbomáquina puesta en marcha, la máquina eléctrica principal 10 constituye un generador eléctrico síncrono que transforma la energía mecánica de rotación del eje común 101 acoplado mecánicamente al eje de la turbomáquina 201 en una tensión eléctrica U entregada a la salida de su estator 11 en una línea de alimentación 60 que transmite la tensión eléctrica U a un dispositivo destinado a ser alimentado eléctricamente, por ejemplo la red de a bordo 202 de la aeronave. Esta tensión U es una tensión eléctrica trifásica. El excitador 20 comprende un estator 21 que comprende un devanado de estator de corriente continua DC o un inductor de estator bobinado de corriente continua DC y un devanado de estator de corriente alterna AC o un inductor de estator bobinado de corriente alterna AC y un rotor 22 que comprende devanados de rotor 23a, 23b, 23c, que pueden estar conectados en una configuración en estrella. Las corrientes alternas desarrolladas en el rotor 22 del excitador 20 son rectificadas por un rectificador rotativo 40, como un puente de diodos rotativo 41, para suministrar corriente continua al devanado del rotor 14 de la máquina eléctrica principal 10.

El generador auxiliar 30 es, por ejemplo, un generador síncrono con un rotor 31 con imanes permanentes 32 y un estator 33 con devanados de estator 34a, 34b, 34c.

Los estatores del posible generador auxiliar, del excitador y de la máquina principal forman el estator de la máquina rotativa. Está fijo en relación con la carcasa 150.

Los mencionados rotores y estatores comprenden cada uno una estructura a la que se unen los devanados del correspondiente rotor o estator.

El generador de arranque 1 también incluye un regulador de alternador 50 o GCU, acrónimo de la expresión anglosajona “Generator Control Unit”.

El regulador del alternador 50, GCU, alimenta eléctricamente al devanado del estator con corriente continua DC cuando el motor de generador de arranque funciona en modo generador. Esta alimentación se realiza de forma que se genere una tensión U no nula a la salida del estator del generador eléctrico principal 10, en la línea 60.

La GCU 50 no alimenta de corriente continua DC al devanado del estator cuando el generador de arranque funcionan en modo de arranque. En otras palabras, la GCU, 50 es capaz de estar en un primer estado en el que alimenta el devanado del estator con corriente continua DC, o en un segundo estado en el que no alimenta este devanado del estator.

El regulador del alternador 50, GCU incluye un primer regulador 51 alimentado por corriente continua para regular la tensión y/o la corriente de la alimentación de corriente continua DC del devanado del estator. Este primer regulador se alimenta eléctricamente mediante una tensión eléctrica trifásica procedente del estator 33 del generador auxiliar 30. El regulador del alternador 50 rectifica (mediante un rectificador 52) y regula (mediante el primer regulador 51) la tensión continua suministrada a los bornes del devanado del estator de corriente continua DC. El primer regulador comprende componentes de potencia controlables, formadores de chopper, alimentados por corriente continua para alimentar eléctricamente al devanado de DC. Estos componentes de potencia (o chopper) son controlables para garantizar la regulación de la corriente y/o la tensión. El primer regulador comprende un dispositivo de mando del chopper para controlar el chopper. La información representativa del valor de la tensión y/o de la corriente en un punto de referencia de la línea de alimentación 60 se suministra al dispositivo de mando del chopper.

Alternativamente, la máquina eléctrica rotativa es una máquina de dos etapas. No tiene un generador auxiliar y el primer regulador 51 es, por ejemplo, alimentado eléctricamente por medio de la red de a bordo 202 de la aeronave durante la fase de generación. El regulador del alternador 50 no incluye necesariamente el rectificador 52. sede hecho, puede ser alimentado con corriente continua.

El generador de arranque tiene dos líneas de alimentación 61,62.

Ventajosamente, las líneas conectan el primer regulador y el devanado del estator de corriente continua DC. Alternativamente, el generador de arranque según la invención puede venderse sin las dos líneas que conectan el primer regulador y el devanado del estator, estando entonces el primer regulador y el devanado del estator conectados a través de las dos líneas 61,62 por medio de cableado después del montaje en uno o más soportes del equipo, por ejemplo una aeronave, que comprende la turbomáquina.

El regulador del alternador 50 está conectado eléctricamente a través del primer regulador al devanado del estator de corriente continua DC a través de las dos líneas eléctricas de corriente continua 61, 62. Las dos líneas eléctricas 61, 62 conectan los dos bornes B1, B2 del devanado del estator de corriente continua DC a los dos bornes de salida S1, S2 respectivos del regulador del alternador 50, y en particular del primer regulador 51. En otras palabras, el regulador del alternador 50 permite alimentar eléctricamente el devanado del estator de corriente continua DC a través de las dos líneas eléctricas 61, 62, es decir, aplicar una tensión entre los dos bornes B1, B2 del devanado DC. Estas líneas eléctricas 61, 62 son cables eléctricos.

El devanado del estator de corriente alterna AC está dispuesto para inducir una corriente alterna en el devanado del rotor 14 del excitador principal 10 cuando es alimentado con corriente alterna.

El generador de arranque 1 incluye un regulador de arranque llamado SBU 73, (acrónimo de la expresión anglosajona “start box unit”) conectado o destinado a ser conectado eléctricamente al devanado del estator de corriente alterna AC y a los devanados del estator 12a, 12b, 12c. El regulador de arranque 73 alimenta el devanado del estator de corriente alterna AC con corriente alterna monofásica y los devanados del estator 12a, 12b, 12c a través de una línea de alimentación polifásica, aquí trifásica, cuando el generador de arranque funciona en modo de arranque. Esto permite inducir corrientes en el rotor del excitador para alimentar los devanados del rotor de la máquina principal, cuyos devanados del estator son alimentados para asegurar el arranque de la turbomáquina. El regulador del arrancador SBU 73 regula la tensión y/o la corriente de alimentación del devanado del estator de corriente alterna AC y de los devanados del estator de la máquina principal 12a ,12b, 12c cuando el generador de arranque funciona en modo de arranque.

El SBU puede conectarse eléctricamente al devanado de corriente alterna AC y a los devanados del estator 12a, 12b, 12C antes o después de su montaje en un equipo tal como el de una aeronave.

El regulador de arranque SBU 73 alimenta los devanados del estator 12a, 12b, 12c con corriente alterna polifásica a frecuencia variable por medio de un inversor trifásico 71 cuando el generador de arranque funciona en modo de arranque.

El inversor monofásico es ventajosamente del tipo MLI (modulación de anchura de pulso) para generar corrientes sinusoidales de frecuencia variable. Estas fuentes de alimentación están diseñadas para permitir el arranque de la turbomáquina. El regulador de arranque 73, SBU no alimenta los devanados AC y los devanados del estator cuando el generador de arranque está funcionando en modo generador. En otras palabras, el regulador de arranque 73, SBU es capaz de estar en un primer estado en el que alimenta el devanado de CA o en un segundo estado en el que no alimenta el devanado AC. En el primer estado el regulador de arranque 73 alimenta los devanados del estator 12a, 12b, 12c y en el segundo estado no alimenta los devanados del estator 12a, 12b, 12c.

El convertidor de frecuencia variable 71 o inversor trifásico es alimentado eléctricamente por otro generador 72. El otro generador 72 puede ser la red de a bordo, una batería de a bordo de la aeronave o un grupo electrógeno en tierra. Un sensor de posición, no mostrado, transmite la información de la posición del eje 101 al convertidor de frecuencia variable 71 de modo que éste último esclaviza la corriente que suministra en función de la posición del eje 101, de manera que la máquina eléctrica principal funcione en modo síncrono auto-controlado. En otras palabras, la alimentación del estator de la máquina eléctrica principal depende de la posición del rotor.

El regulador de arranque 73 también incluye un inversor monofásico 74 que genera la energía eléctrica para alimentar el excitador 20 para arrancar la turbomáquina. El inversor monofásico 74 incluye ventajosamente componentes de potencia y dispositivo de mando de los componentes de potencia para controlar, en particular, la tensión suministrada por el inversor monofásico y eventualmente su frecuencia). El inversor monofásico es, por ejemplo, alimentado con tensión por una etapa rectificadora del convertidor de frecuencia variable 71. Alternativamente, el inversor se alimenta de tensión a partir de una red a bordo de la aeronave o de un grupo electrógeno en tierra.

Un dispositivo de mando general controla la GCU, incluyendo el primer controlador 51 y el SBU, para configurar el generador de arranque en modo generador o arrancador. Permite conmutar la GCU del primer estado al segundo según el modo deseado. También permite conmutar el SBU del primer estado al segundo según el modo deseado. El dispositivo de mando general 80 puede estar incluido en el generador de arranque o ser externo al mismo.

Ventajosamente, como se explica en la solicitud de patente francesa publicada con el número FR 2 348 594, el devanado del estator de corriente continua DC y el devanado del estator de corriente alterna AC están montados sustancialmente en cuadratura de fase para limitar la tensión inducida en el devanado del estator de corriente continua DC durante la fase de arranque. En otras palabras, esta disposición limita el efecto mutuo entre los dos devanados. Esto permite limitar el riesgo de degradación del circuito de excitación de CC (primer regulador).

En la Figura 2, se ha mostrado esquemáticamente una disposición en cuadratura para explicar esta disposición. El devanado del estator de corriente continua DC comprende al menos una primera bobina B1A, B1R que comprende una porción de avance B1A y una porción de retorno B1R y el devanado del estator de corriente alterna AC comprende al menos una segunda bobina B2A, B2R que comprende una porción de avance B2A y una porción de retorno B2R. Cada segunda bobina B2A, B2R está dispuesta para inducir una corriente alterna en el devanado del rotor 23a, 23b, 23c del excitador cuando dicha bobina está bajo tensión. Ventajosamente, los dos devanados de estator comprenden una pluralidad de primeras bobinas y una pluralidad de segundas bobinas.

En general, cada segunda bobina B2A, B2R comprende un eje magnético x2 situado sustancialmente en asociación de cuadratura de fase espacial con respecto al eje magnético x1 de cada bobina adyacente B1A, B1R. Por lo tanto, si el flujo magnético es generado por una primera bobina, teóricamente no genera flujo magnético en la segunda bobina adyacente en un sistema ideal. En otras palabras, durante la fase de arranque, el campo de corriente alterna que se genera por la alimentación de corriente alterna del devanado del estator de de corriente alterna AC no induce teóricamente una tensión en el devanado del estator de corriente continua DC que no es alimentado con corriente continua por el primer regulador 51. Esta disposición limita el efecto mutuo entre los dos devanados. Esto limita el riesgo de degradación del circuito de excitación de corriente continua (primer regulador).

Los ejes magnéticos de la primera y segunda bobinas están dispuestos radialmente con respecto a un eje (aquí un eje perpendicular al plano de la figura 2 que pasa por el punto O), y están dispuestos en el mismo plano sustancialmente perpendicular a este eje (aquí el plano de la hoja).

En el ejemplo de la figura 2, los devanados AC y DC comprenden cada uno una bobina y el ángulo eléctrico formado entre la primera y la segunda bobina es n/2.

El ángulo mecánico a , expresado en radianes, formado entre las bobinas adyacentes de los dos devanados, en un plano perpendicular al eje de rotación, viene dado por la siguiente fórmula:

donde N es el número de pares de polos del excitador.

N es igual a 1 en el ejemplo de la figura 2.

El rotor puede ser de polos salientes como se describe en la solicitud de patente FR 2348594 o de polos lisos. Incluso cuando los dos devanados del estator AC y DC están dispuestos en combinación de cuadratura, se genera una tensión en los bornes del devanado del estator de corriente continua DC en la fase de arranque, que puede causar daños al regulador del alternador. Los flujos y tensiones generados en el devanado del estator de corriente continua durante la fase de arranque no se anulan, sino que se minimizan.

Según la invención, el generador de arranque 1 comprende un dispositivo de conexión eléctrica 53, 90 dispuesto y configurado para establecer una conexión eléctrica entre las dos líneas eléctricas de corriente continua 61, 62 cuando el generador de arranque 1 según la invención está funcionando en modo de arranque. En otras palabras, el dispositivo de conexión eléctrica 53, 90 está dispuesto y configurado para establecer la conexión eléctrica entre las dos líneas eléctricas 61, 62 cuando el regulador de arranque 73 alimenta al devanado del rotor de corriente alterna AC con corriente alterna. La conexión eléctrica entre las líneas eléctricas 61, 62 se establece entre el devanado del estator de corriente continua DC y el regulador del alternador, y en particular el primer regulador 51. La conexión eléctrica se realiza mediante un elemento de conexión conectado a las dos líneas eléctricas 61, 62 y conectado en paralelo con el devanado DC.

El dispositivo de conexión eléctrica 53, 90 permite poner en cortocircuito parcial o total de las dos líneas de eléctricas de corriente continua 61, 62, que conectan eléctricamente el regulador del alternador y los dos bornes respectivos B1 y B2 del devanado del estator de corriente continua DC entre los cuales el regulador del alternador 50, GCU está destinado a alimentar el devanado DC. Este dispositivo de conexión 53, 90 está conectado en paralelo con el devanado del estator de corriente continua DC, entre el devanado DC y el primer regulador 51. El establecimiento de la conexión eléctrica durante la fase de arranque genera una corriente de circulación (o corriente de cortocircuito entre las dos líneas 61, 62) que permite limitar el nivel de tensión generado por el devanado del estator de corriente alterna AC a través del devanado DC a los bornes de salida S1, S2 del regulador del alternador 50, GCU durante la fase de arranque. El dispositivo de conexión 53, 90 según la invención permite proteger el regulador del alternador 50, GCU, y en particular el primer regulador 51, contra las sobretensiones. De este modo, se reduce la potencia disipada en el regulador del alternador 50, GCU, y en el devanado del estator de corriente continua DC. En otras palabras, el dispositivo según la invención limita el efecto del flujo de fuga procedente del devanado del estator de corriente alterna AC. Permite, cuando el generador de arranque 1 está funcionando en modo de arranque, someter al regulador del alternador 50, GCU, entre sus dos bornes de salida S1, S2, a una tensión inferior a la que estaría sometido si el generador estuviera sin el dispositivo de conexión. Esto evita una reducción de la relación del número de espiras entre el rotor y el estator de la excitadora, manteniendo así una alta ganancia, y evita el sobredimensionamiento de las líneas de alimentación 61, 62 y del regulador del alternador 50, GCU, ya que las corrientes transportadas por las líneas de alimentación permanecen bajas.

El dispositivo de conexión se selecciona ventajosamente para que la tensión aplicada a los bornes de salida S1, S2 del regulador de alternador 50, GCU, sea inferior a una tensión máxima correspondiente a la tensión máxima que el regulador de alternador 50, GCU, puede soportar sin sufrir daños durante la fase de arranque al menos mientras el devanado del estator de corriente alterna AC sea alimentado con corriente alterna por el segundo regulador.

En el ejemplo mostrado en la Fig. 1, el elemento de conexión 90 está conectado eléctricamente, por una parte, a una primera línea 61 y, por otra, a una segunda línea 62. Está conectado en paralelo con el devanado DC. El elemento de conexión 90 está conectado a las líneas 61 y 62 entre el devanado del estator de corriente continua DC y el primer regulador 51. En el ejemplo mostrado, el elemento de conexión 90 está dispuesto entre el regulador del alternador 50, la GCU y el devanado DC. El elemento de conexión 90 también puede incluirse ventajosamente en el regulador 50, GCU como veremos más adelante.

En un primer estado cerrado, el elemento de conexión 90 permite establecer una conexión eléctrica entre la primera línea 61 y la segunda línea 62 y permite, cuando está en un segundo estado abierto, suprimir esta conexión eléctrica, es decir, separar eléctricamente las dos líneas 61 y 62.

El generador de arranque también incluye un dispositivo de mando 53 que permite controlar el paso (o conmutación) del elemento de conexión 90 del primer estado cerrado al segundo estado abierto y viceversa. El dispositivo de mando 53 está configurado para poner el elemento de conexión en el primer estado cerrado cuando el generador de arranque está funcionando en modo de arranque y, más concretamente, cuando el devanado del estator de corriente alterna AC está alimentado con corriente alterna por el regulador de arranque 73. Preferiblemente, el dispositivo de mando está configurado para poner el elemento de conexión en el primer estado cerrado durante todo el tiempo que el devanado del estator de corriente alterna AC es alimentado con corriente alterna por el regulador de arranque 73. El dispositivo de mando 53 está ventajosamente configurado para poner el elemento de conexión 90 en el segundo estado abierto cuando el generador de arranque 1 está funcionando en modo generador, preferiblemente durante todo el tiempo en que el generador de arranque 1 está funcionando en modo generador. Este dispositivo de conexión permite limitar drásticamente la tensión suministrada a la salida del primer regulador en la fase de arranque, ya que, cuando el elemento de conexión está en estado cerrado, las dos líneas 61, 62 se encuentran en cortocircuito sustancialmente completo o total y no disipan ninguna o poca energía en modo generador. Además, al establecer la conexión eléctrica entre las dos líneas 61 y 62 durante toda la duración de la alimentación del devanado AC de corriente alterna, por ejemplo, durante toda la fase de arranque, esta solución es sencilla de aplicar. Este es también el caso del segundo método de aplicación que se describirá más adelante.

El dispositivo de mando 53 puede ser configurado para cambiar el elemento de conexión 90 del primer estado cerrado al segundo estado abierto al mismo tiempo que la GCU cambia del segundo estado al primer estado, es decir, cuando la GCU transita del modo de arranque al modo de generación.

Alternativamente, el dispositivo de mando 53 está configurado para cambiar el elemento 90 del segundo estado abierto al primer estado cerrado al mismo tiempo que la SBU cambia del segundo estado al primero.

En la realización de la figura 1, el dispositivo de mando 53 está incluido en la GCU. Puede ser un dispositivo de mando dedicado (como se muestra en la figura 1) o puede ser el dispositivo de mando del chopper. Alternativamente, el dispositivo de mando 53 es externo a la GCU.

Cuando el generador de arranque funciona en modo generador, sólo el devanado del estator de corriente continua DC está alimentado eléctricamente y el elemento de conexión 90 está en posición abierta. Entonces debe soportar una tensión de 11 voltios en el ejemplo anterior. Cuando el generador de arranque funciona en modo de arranque, el elemento de conexión 90 está en estado cerrado y la corriente circulante es entonces de 2A en nuestro ejemplo anterior. Esta corriente es bastante aceptable desde el punto de vista del calentamiento, ya que es inferior a la corriente nominal de alimentación en modo generador, que es de 2,4 A. Sin embargo, esto no es esencial siempre que la corriente sea compatible con los cables eléctricos y el elemento de conexión. El elemento de conexión puede ser de pequeño tamaño porque está diseñado para una tensión menor y, ventajosamente, para una corriente menor. En la realización de la Fig. 1, el elemento de conexión 90 es un contactor. En general, el elemento de conexión es un interruptor. Es de tipo mecánico o electromecánico. Se trata, por ejemplo, de un contactor o un relé electromecánico. Alternativamente, el interruptor es de tipo electrónico. Por ejemplo, un transistor.

La figura 3 muestra un generador de arranque 110 en un segundo modo de realización, que difiere del generador de arranque según el primer modo de realización mostrado en la figura 1 en que el dispositivo de conexión es diferente. En este segundo modo de realización, el dispositivo de conexión eléctrica comprende un elemento de conexión en forma de conductor óhmico 900 conectado eléctricamente, por un lado, a la primera línea de corriente continua 61 y, por otro, a la segunda línea de corriente continua 62 entre el devanado del estator de corriente continua DC y la GCU, 500, o primer regulador 51. En otras palabras, el conductor óhmico 900 está conectado en paralelo con el devanado del estator de corriente continua DC. Está conectado en paralelo con el devanado DC entre el devanado DC y el primer regulador 51. En la realización de la figura 3, está conectado entre la GCU 500 y el devanado DC. El elemento 900 puede incluirse ventajosamente en el regulador 500, GCU. Este modo de realización tiene la ventaja de no requerir un control para asegurar la función de conexión eléctrica entre las dos líneas 61, 62 en el modo de arranque, mientras que permite la aplicación de una diferencia de potencial entre los bornes del devanado del estator del generador DC en el modo de generador para generar la tensión deseada en el estator de la máquina eléctrica principal. Este dispositivo de conexión no incluye un dispositivo de mando. Por tanto, es fiable. También tiene la ventaja de ser menos costoso que un dispositivo de conexión que incluya un contactor. Por otro lado, la energía es disipada por el conductor óhmico en modo generador. Por lo tanto, la GCU debe proporcionar energía adicional en modo generador para que la máquina eléctrica principal proporcione la tensión deseada en la salida de su estator.

En el ejemplo mostrado, el conductor óhmico 900 consiste en un solo conductor óhmico. Alternativamente, el conductor óhmico comprende varios conductores óhmicos individuales conectados en paralelo o en serie.

Si, en el ejemplo anterior, la resistencia del conductor óhmico 900 tiene un valor de 20 Ohms, entonces, cuando el generador de arranque 1 funciona en modo generador, el conductor óhmico 900 está sometido a una tensión de 11V y debe disipar 6W, lo que no es un problema para el conductor óhmico 900 ni para el primer regulador 51, que debe proporcionar un 23% más de potencia con una corriente de 2,4 A y una resistencia del devanado de excitación DC de 4,5 Ohms. Cuando el generador de arranque 1 funciona en modo de arranque, la corriente generada por el devanado del estator de arranque AC en la resistencia 900 es entonces de 0,8 A. La potencia disipada por el conductor óhmico es entonces de 12W y la tensión vista en los bornes del primer regulador 51 es entonces de 16V, lo que es bastante soportable sin sobredimensionar el regulador.

Preferiblemente, la resistencia eléctrica del conductor óhmico es mayor que la del devanado del estator de corriente continua DC. Esto permite limitar la disipación de energía eléctrica en la resistencia en modo generador y el consiguiente aumento de la potencia que debe entregar la GCU 50 en modo generador. Además, esto garantiza la función de protección de la GCU 50 al provocar una reducción suficiente de la tensión en los bornes del primer devanado del estator durante la fase de arranque. Sin embargo, puede preverse un modo de realización en el que la resistencia eléctrica del conductor óhmico sea inferior o igual a la del devanado del estator de corriente continua DC en un caso en el que la limitación de las sobretensiones en los bornes de la GCU, en particular en los bornes del primer regulador 51, sea esencial en relación con la limitación de la disipación de energía eléctrica.

En las realizaciones no exhaustivas mostradas en las figuras 1 y 3, el regulador de alternador GCU 50 comprende una primera caja 54. El primer regulador 51 y el posible rectificador 52 están alojados en sopórtela caja 54. El primer regulador 51 y el posible rectificador y el primer soporte 54 forman una tarjeta electrónica que comprende el sustrato, las pistas conductoras del circuito impreso y los componentes de potencia incluidos en el primer regulador y el posible rectificador. Alternativamente, el soporte 54 es una caja que alberga los elementos mencionados. La caja cumple la función de soporte y protección de los elementos mencionados. En la realización de las figuras, la GCU se encuentra fuera de la carcasa 150.

En la realización de las figuras 1 y 3, la GCU y la máquina rotativa forman dos objetos, es decir, conjuntos independientes, conectados o destinados a ser conectados eléctricamente entre sí. En otras palabras, están destinados a ser montados por separado en uno o varios soportes separados del equipo que incluye la turbomaquinaria, por ejemplo, una aeronave. Pueden montarse en diferentes soportes del equipo que no tienen por qué estar fijos entre sí.

En la realización de las figuras 1 y 3 el elemento de conexión 90, 900 está dispuesto fuera de la caja 54. La carcasa 150, la GCU y el elemento de conexión son móviles entre sí antes de la fijación a uno o más soportes del equipo que comprende la turbomáquina. En otras palabras, forman objetos, es decir, dos conjuntos independientes, destinados a estar conectados eléctricamente o a conectarse eléctricamente entre sí. Por lo tanto, están destinados a ser montados en dos etapas separadas en un soporte o soportes del equipo que recibe la turbomáquina. Pueden fijarse a los respectivos soportes separados del equipo o de la aeronave.

Ventajosamente, el elemento de conexión 90 o 900 se fija a la GCU (antes de su montaje en el equipo). En otras palabras, la GCU está equipada con el elemento de conexión. De este modo, el elemento de conexión y la GCU están destinados a ser fijados a un soporte del equipo que compone la turbomáquina durante la misma etapa de montaje. La GCU y el elemento de conexión también pueden conectarse eléctricamente al devanado DC en la misma etapa de cableado. Por ejemplo, el elemento de conexión se fija al soporte del equipo a través de la GCU. Esto facilita el montaje y el mantenimiento de este conjunto.

Un conjunto de regulación comprende el regulador del alternador y el elemento de conexión. Ventajosamente, el conjunto regulador y la máquina rotativa forman dos objetos, es decir, dos conjuntos independientes, conectados eléctricamente o destinados a ser conectados eléctricamente entre sí. Estos objetos están destinados a ser montados por separado en uno o varios soportes del equipo que compone la turbomáquina. De este modo, la carcasa y el conjunto de regulación pueden montarse en dos lugares distintos del equipo que compone la turbomáquina. Esto hace que la conexión eléctrica entre estos elementos sea más fiable al liberarlos del entorno restrictivo de la zona donde se encuentra la máquina rotativa 100. Ventajosamente, la carcasa y el conjunto de regulación, una vez montados en el equipo, están unidos entre sí por medio de uno o varios soportes del equipo. Ventajosamente, el elemento de conexión 90, 900 está dispuesto o alojado dentro de la caja 54. Esto evita la instalación de cables entre la GCU y el elemento de conexión 90, 900, facilita la instalación del dispositivo y protege el elemento de conexión de forma compacta. Alternativamente, el elemento de conexión está dispuesto en el exterior de la caja.

Ventajosamente, por las mismas razones, el dispositivo de mando 53 está unido a la GCU. Así, forma parte del conjunto de regulación. Ventajosamente, se aloja en el interior de la caja 54. El dispositivo de mando podría colocarse fuera de la caja 54.

De forma aún más ventajosa, el primer regulador 51 consta de componentes de potencia que están conectados eléctricamente mediante pistas conductoras formadas en un circuito impreso, estando el elemento de conexión 90, 900 fijado al circuito impreso. Preferiblemente, el elemento de conexión está fijado al circuito impreso. Ventajosamente, está conectado eléctricamente al primer regulador 51 por medio de pistas del circuito impreso. De este modo se garantiza la fiabilidad de las conexiones eléctricas entre el primer regulador 51 y el elemento de conexión.

En el ejemplo de la figura 3, la SBU forma un objeto separado de la GCU y de la máquina rotativa conectada o que debe ser conectada eléctricamente a la máquina rotativa. Se aloja en otro soporte 75 separado de la carcasa 150 y del soporte 54. En un modo particular de realización, el inversor monofásico 74 y/o el inversor trifásico 71 están unidos a la GCU. Más concretamente, la GCU está equipada con el elemento de conexión. De este modo, el inversor monofásico 74 y/o el inversor trifásico 71 unidos a la GCU forman parte del conjunto de regulación. Por ejemplo, el inversor monofásico 74 y/o el inversor trifásico 71 están alojados en la carcasa.

En un modo particular de realización, el inversor monofásico y/o el inversor trifásico están formados por componentes de potencia unidos al circuito impreso. Están conectados eléctricamente por pistas conductoras formadas en el mismo circuito impreso que el primer regulador.

En la realización de la figura 3, la GCU está situada fuera de la carcasa 150. Por lo tanto, la GCU y el devanado DC están conectados o destinados a ser conectados mediante las dos líneas 61 y 62 que se extienden entre los dos soportes 54 y 150, es decir, que conectan los dos soportes 54, 150.

Ventajosamente, el elemento de conexión 90 o 900 está unido a la carcasa 150. Más precisamente, la máquina rotativa está equipada con el elemento de conexión 90 o 900 que está unido a la carcasa 150. De esta manera, el elemento de conexión y la máquina rotativa están destinados a ser montados en un soporte del equipo que comprende la turbomáquina durante la misma etapa de montaje. El elemento de conexión está fijado al soporte del equipo por medio de la carcasa 150. El devanado DC y el elemento de conexión también pueden conectarse eléctricamente a la GCU en la misma etapa de cableado. Esto también facilita el montaje del generador de arranque en una aeronave. El elemento de conexión puede fijarse al exterior de la carcasa, lo que facilita el mantenimiento del elemento de conexión. Alternativamente, el elemento de conexión se aloja en la carcasa 150.

El generador de arranque comprende un conjunto transformador que comprende la máquina rotativa y el elemento de conexión fijado a la carcasa. Ventajosamente, el conjunto transformador y el regulador del alternador forman dos objetos que están conectados eléctricamente o destinados a estar conectados eléctricamente entre sí. Están destinados a ser montados por separado en un soporte o soportes respectivos separados del equipo que comprende la turbomáquina.

Alternativamente, la GCU puede estar unida al cárter 150, de manera que estos componentes pueden ser montados en un soporte del equipo que comprende la turbomáquina en una misma etapa de montaje. A continuación, la GCU se fija al soporte del equipo a través de la carcasa 150. La GCU puede disponerse dentro o fuera de la carcasa. Ventajosamente, cuando el elemento de conexión está unido a la GCU, el elemento de conexión está unido a la carcasa a través de la GCU. El conjunto GCU, elemento de conexión y máquina rotativa forma un bloque que puede fijarse al equipo en una misma etapa de montaje. Esto facilita el montaje del generador de arranque en el equipo. Por ejemplo, el elemento de conexión está montado en el circuito impreso de la GCU y está unido a la carcasa a través de dicho circuito impreso de la GCU. En otras palabras, el circuito impreso o el sustrato del circuito impreso está unido a la carcasa. Alternativamente, cuando el elemento de conexión está alojado en la carcasa de la g Cu , el elemento de conexión puede estar unido a la carcasa a través de la caja.

La descripción de las posibles disposiciones del elemento de conexión en relación con la carcasa y la GCU también sirve para el dispositivo de mando 53. Por ejemplo, el dispositivo de mando 53 puede formar parte del conjunto de regulación o del transformador.

La invención también se refiere a un conjunto que comprende un equipo que recibe la turbomáquina y que comprende un generador de arranque montado en un soporte del equipo y cuyo rotor del motor principal está acoplado a la turbomáquina.

El regulador de alternador GCU 50 y el regulador de arranque SBU 71 suelen incluir componentes de potencia, como MOS o IGBT, y eventualmente un dispositivo de mando para controlar los elementos de potencia o para controlar el contactor. Alternativamente, estos dispositivos de mando pueden ser externos a la GCU y/o SBU. Estos dispositivos de mando pueden incluir uno o más circuitos electrónicos dedicados o un circuito de propósito general. Cada circuito electrónico puede incluir una máquina de computación reprogramable (por ejemplo, un procesador o microcontrolador) y/o una computadora que ejecute un programa que comprenda una secuencia de instrucciones y/o una máquina de computación dedicada (por ejemplo, un conjunto de puertas lógicas como una FPGA, DSP o ASIC, u otro módulo de hardware). El regulador del alternador y el regulador de arranque también pueden incluir al menos una fuente de alimentación para alimentar el dispositivo de mando.

El dispositivo de mando general o dispositivo de control principal puede comprender una máquina de computación reprogramable (por ejemplo, un procesador o microcontrolador) y/o al menos una computadora que ejecute un programa que comprenda una secuencia de instrucciones y/o una máquina de computación dedicada (por ejemplo, un conjunto de puertas lógicas como un FPGA, DSP o ASIC, o cualquier otro módulo de hardware).

Claims

REIVINDICACIONES

i . Generador de arranque sin escobillas (1), siendo dicho generador de arranque adecuado para funcionar en modo arranque, para impulsar en rotación un eje (201) para arrancar una turbomáquina (200), o en modo generador eléctrico síncrono, para transformar en energía eléctrica una energía mecánica suministrada por la turbomáquina (200), comprendiendo el generador de arranque (1):

- una máquina eléctrica principal (10) que tiene un estator (11) que comprende devanados de estator (12a, 12b, 12c) y un rotor (13) que comprende un devanado de rotor (14),

- un rectificador rotativo (40),

- un excitador (20) que comprende un estator (21) que incluye un devanado de estator de corriente continua (DC) y un devanado de estator de corriente alterna (AC), y un rotor (22) que incluye devanados de rotor (23a, 23b), 23c) conectados al devanado del rotor (14) de la máquina eléctrica principal (10) a través del rectificador rotativo (40), estando los rotores de la máquina eléctrica principal (10) y del excitador (20) destinados a ser acoplados mecánicamente a la turbomáquina (200),

- un regulador de alternador (50) para ser conectado al devanado del estator de corriente continua (DC) a través de la primera y segunda línea eléctricas de corriente continua (61, 62) y para alimentar eléctricamente el devanado del estator de corriente continua (DC) cuando el generador de arranque funciona en modo generador para generar una salida de tensión eléctrica del estator (11) de la máquina eléctrica principal (10),

- un regulador de arranque SBU (73) para alimentar eléctricamente el devanado del estator de corriente alterna (AC) y a los devanados del estator de la máquina eléctrica principal, cuando el generador de arranque funciona en el modo de arranque,

caracterizado porque comprende un dispositivo de conexión eléctrica (90, 900) dispuesto y configurado para establecer una conexión eléctrica entre las dos líneas eléctricas (61, 62) cuando el generador de arranque (1) está funcionando en modo de arranque.
2. Generador de arranque según la reivindicación anterior, en el que el dispositivo de conexión eléctrica está configurado para establecer una conexión eléctrica entre las dos líneas eléctricas (61, 62) durante todo el tiempo en que el devanado del estator de corriente alterna AC es alimentado con corriente alterna por el regulador de arranque (73).
3. Generador de arranque según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de conexión comprende un elemento de conexión (90) conectado eléctricamente, por una parte, a la primera línea eléctrica (61) y, por otra, a la segunda línea eléctrica (62) y que permite, cuando está en un primer estado cerrado, establecer una conexión eléctrica entre la primera línea eléctrica (61) y la segunda línea eléctrica (62) y, cuando está en un segundo estado abierto, eliminar esta conexión eléctrica entre la primera línea (B1) y la segunda línea (B2).
4. Generador de arranque según la reivindicación anterior, en el que el dispositivo de conexión comprende un dispositivo de mando (53) para controlar la conmutación del elemento de conexión (90) entre el primer estado cerrado y el segundo estado abierto, estando el dispositivo de mando (53) configurado para poner el elemento de conexión en el primer estado cerrado cuando el generador de arranque (1) está funcionando en modo de arranque y para poner el elemento de conexión (90) en el segundo estado abierto cuando el generador de arranque está funcionando en modo de generador.
5. Generador de arranque según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que el dispositivo de conexión comprende un elemento de conexión que comprende un conductor óhmico (900) conectado eléctricamente, por una parte, a la primera línea eléctrica (61) y, por otra, a la segunda línea eléctrica (62).
6. Generador de arranque según la reivindicación anterior, en el que la resistencia eléctrica del conductor óhmico (900) es mayor que la del devanado del estator de corriente continua (DC).
7. Generador de arranque según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de conexión comprende un elemento de conexión conectado, por un lado, a la primera línea eléctrica (61) y, por otro, a la segunda línea eléctrica (62), y en el que el elemento de conexión está unido al regulador del alternador.
8. Generador de arranque según la reivindicación anterior, que comprende una máquina rotativa que incluye la máquina principal, el excitador y una carcasa que encierra la máquina principal y el excitador, comprendiendo dicho generador de arranque un conjunto de regulación que incluye el regulador del alternador y el elemento de conexión, formando el conjunto de regulación y la máquina rotativa dos objetos conectados eléctricamente o destinados a ser conectados eléctricamente entre sí.
9. Generador de arranque según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, en el que el regulador del alternador (50) comprende un primer regulador (51) para regular la tensión y/o la corriente de alimentación del devanado del estator de corriente continua, comprendiendo el primer regulador componentes de potencia conectados eléctricamente entre sí por pistas conductoras formadas en un circuito impreso, estando el elemento de conexión fijado al circuito impreso.
10. Generador de arranque según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, en el que el dispositivo de conexión comprende un elemento de conexión conectado por una parte a la primera línea eléctrica (61) y por otra parte a la segunda línea eléctrica (62), y en el que el regulador del alternador (50) comprende un primer soporte (54) y un primer regulador (51) alimentado con corriente continua para regular la tensión y/o la corriente de alimentación del devanado del estator con corriente continua, en el que el primer soporte (54) es una caja que aloja el primer regulador (51) y el elemento de conexión.
11. Generador de arranque según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en el que el regulador de arranque comprende un inversor monofásico (74) y un inversor trifásico (71) unidos al regulador del alternador.
12. Generador de arranque según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una máquina rotativa que incluye la máquina eléctrica principal y el excitador y una carcasa (150) que alberga la máquina eléctrica principal y el excitador, en el que el dispositivo de conexión comprende un elemento de conexión conectado, por una parte, a la primera línea eléctrica (61) y, por otra, a la segunda línea eléctrica (62), estando el elemento de conexión fijado a la carcasa.
13. Generador de arranque según la reivindicación anterior, en el que el elemento de conexión está alojado en la carcasa.
14. Generador de arranque según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 13, que comprende un conjunto transformador que incluye la máquina rotativa y el elemento de conexión, formando el conjunto transformador y el regulador del alternador dos objetos conectados eléctricamente o destinados a ser conectados eléctricamente entre sí.
15. Generador de arranque según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 13, en la medida en que dependen de la reivindicación 6, en el que el regulador del alternador está unido a la carcasa.
16. Generador de arranque según la reivindicación 14, en la medida en que depende de la reivindicación 7, en el que el elemento de conexión está unido a la carcasa a través de dicho circuito impreso o de la caja.
17. Generador de arranque según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el devanado del estator de corriente continua (DC) y el devanado del estator de corriente alterna (AC) están conectados sustancialmente en cuadratura de fase para limitar la tensión inducida en el devanado del estator de corriente continua (DC) cuando el generador de arranque funciona en el modo de arranque.