ES2929412T3

ES2929412T3 - Sistemas eléctricos

Info

Publication number: ES2929412T3
Application number: ES20190181T
Authority: ES
Inventors: Graham Bruce; Stephen Husband; David Brookes
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2020-08-10
Publication date: 2022-11-29
Anticipated expiration: 2040-08-10
Also published as: CN112491209A; US12352213B2; US20210071583A1; EP3793051A1; GB201913016D0; EP3793051B1; US20230160344A1

Abstract

Se proporcionan sistemas eléctricos 201 para conectar máquinas rotativas eléctricas con carretes de turbinas de gas. Uno de tales sistemas eléctricos 201 comprende: una primera máquina rotativa eléctrica 111 de bobinado doble acoplada mecánicamente con un primer carrete de turbina de gas y que comprende una primera submáquina trifásica 111-1 y una segunda submáquina trifásica 111-2; una segunda máquina eléctrica rotativa de bobinado doble 113 acoplada mecánicamente con un segundo carrete de turbina de gas y que comprende una tercera máquina secundaria trifásica 113-1 y una cuarta máquina secundaria trifásica 113-2; y un conjunto de N = 4 circuitos convertidores bidireccionales 401-404 para la conversión de corriente alterna (CA) a y desde corriente continua (CC), cada uno de los cuales tiene un índice asociado n = (1,...,N), y para todo n, el lado de CA del circuito convertidor bidireccional n-ésimo está conectado con la sub-máquina trifásica n-ésima. El lado de CC del primer circuito convertidor 401 está conectado con el lado de CC del tercer circuito convertidor 403, y el lado de CC del segundo circuito convertidor 402 está conectado con el lado de CC del cuarto circuito convertidor 404. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas eléctricos

Campo técnico

Esta divulgación se refiere a sistemas eléctricos para conectar máquinas eléctricas giratorias con maquinaria giratoria tales como carretes de turbinas de gas.

Antecedentes

En la industria aeroespacial, los conceptos de motor más eléctrico (MEE) y aeronave más eléctrica (MEA) han sido defendidos por la reducción sustancial en el consumo de combustible y la complejidad que aportan. Por ejemplo, una configuración de aeronave conocida incluye en sus motores máquinas eléctricas operables tanto como motores como generadores de tal manera que faciliten tanto la generación de potencia eléctrica durante el vuelo como también el arranque del motor y el retiro del arrancador de turbina de aire. Una configuración de motor para esta aeronave conocida incluye tales máquinas eléctricas acopladas al carrete de alta presión de un turboventilador de doble carrete. Otra incluye tales máquinas eléctricas acopladas al carrete de presión intermedia de un turboventilador de triple carrete.

La experiencia de servicio ha demostrado sin embargo que los medios de generación eléctrica en tales configuraciones pueden fallar y fallan de vez en cuando. Además, los aspectos eléctricos de los dispositivos se consideran sistemas complejos por lo que no es posible una aproximación de tasa para certificación. Esto impone un requisito para los diseños tolerantes a fallas. Es una práctica aceptada proporcionar tolerancia a una única falla, sobre la base de que el tiempo medio antes de la falla del sistema superviviente es suficientemente largo.

Cada vez más, se ve como deseable facilitar la transferencia de potencia entre los carretes de un motor de turbina de gas. Los estudios han demostrado que son posibles las mejoras en la vida de componentes y en consumo específico de combustible, lo cual puede ser sustancial en misiones de corta distancia. Otros estudios han demostrado que el aumento de la turbina de gas central usando el sistema eléctrico permite la reducción en el tamaño de la turbomaquinaria.

Claramente, sin embargo, si se toma la posición extrema en la medida en que el vuelo seguro del vehículo depende de tal sistema de aumento de potencia eléctrica, dicho sistema debe tener la tolerancia a fallas requerida para facilitar la operación continua en la presencia de una falla. Tal requisito se puede resumir diciendo que el motor se puede despachar en la presencia de una única falla, es decir, incluso si se ha producido una única falla, el sistema eléctrico aún puede tolerar otra falla que no causará un evento peligroso o catastrófico.

Junto con los desarrollos en turboventiladores para aviones de línea, están siendo desarrollados vehículos tales aeronaves eléctricas de despegue y aterrizaje vertical (EVTOL) que requieren una aproximación similar para garantizar la seguridad operativa. Las propuestas a corto plazo están configuradas con generadores turboeléctricos redundantes para alimentar hélices eléctricas. Para los propósitos de gestión de peso, es probable que los generadores turboeléctricos sean turbinas de gas de un único carrete. De una forma similar a los motores turboventiladores de múltiples carretes que se benefician de la transferencia de potencia de árbol, es beneficioso en tales instalaciones facilitar la transferencia de potencia tolerante a fallas entre los generadores turboeléctricos, por ejemplo para permitir el reencendido en vuelo.

De este modo, es un objeto de la invención proporcionar un sistema eléctrico para conectar máquinas eléctricas giratorias a carretes de turbinas de gas. Se apreciará en vista de la discusión anterior que los carretes de turbina de gas pueden formar parte del mismo motor, o de diferentes motores.

La Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos US 2015/0123463 A1 se relaciona con un sistema de potencia eléctrica para una aeronave. El sistema de potencia eléctrica incluye una primera máquina eléctrica accionada por un carrete de alta presión de un motor de reacción, una segunda máquina eléctrica accionada por un carrete de baja presión del motor de reacción y un bus de distribución eléctrica.

La Publicación de Solicitud de Patente europea EP 2579430 A2 se relaciona con un generador de potencia eléctrica para un motor de turbina de gas. Incluye una unidad de autotransformador integrada.

La Publicación de Solicitud de Patente europea EP 3254962 A1 se relaciona con un sistema de potencia y control redundante antitorque de propulsión distribuida eléctrica para un helicóptero.

La Publicación de Patente de los Estados Unidos 5578880 se relaciona con un sistema de cojinete magnético activo tolerante a fallas alimentado por una máquina de reluctancia conmutada multifásica que suministra tres buses de potencia de DC independientes.

La Publicación de Solicitud de Patente europea EP 2617998 A2 se relaciona con un sistema de accionamiento eléctrico tolerante a fallas.

La Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos US 2017/0226933 A1 se relaciona con un dispositivo de asistencia rápida para un motor de turbina libre de una aeronave.

La Publicación de Solicitud de Patente internacional WO 2007/031758 A2 se relaciona con cojinetes magnéticos. La Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos US 2007/0259545 A1 se relaciona con un sistema para alimentar y controlar equipo eléctrico de un motor de aeronave o su entorno.

La Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos US 2013/0200714 A1 se relaciona con un sistema de generación y transmisión de potencia para una planta de potencia eólica fuera del litoral.

Resumen

La invención está dirigida a sistemas eléctricos para conectar máquinas eléctricas giratorias con carretes de turbinas de gas de aeronaves. De este modo, la invención también está dirigida a una turbina de gas que comprende tales sistemas eléctricos, y disposiciones que comprenden dos turbinas de gas y tales sistemas eléctricos.

En un aspecto, los sistemas eléctricos comprenden:

una primera máquina eléctrica giratoria de doble devanado acoplada mecánicamente con un primer carrete de turbina de gas y que comprende una primera submáquina trifásica y una segunda submáquina trifásica;

una segunda máquina eléctrica giratoria de doble devanado acoplada mecánicamente con un segundo carrete de turbina de gas y que comprende una tercera submáquina trifásica y una cuarta submáquina trifásica;

un conjunto de N = 4 circuitos convertidores bidireccionales para la conversión de corriente alterna (ac) hacia y desde corriente continua (dc), cada uno de los cuales tiene un índice asociado n = (1,...,N), y para todo n, el lado de ac del enésimo circuito convertidor bidireccional está conectado con la enésima submáquina trifásica; y

el lado de dc del primer circuito convertidor está conectado con el lado de dc del tercer circuito convertidor, y el lado de dc del segundo circuito convertidor está conectado con el lado de dc del cuarto circuito convertidor.

En una realización:

el lado de dc del primer circuito convertidor y el lado de dc del tercer circuito convertidor bidireccional están conectados a un primer bus de salida de dc; y

el lado de dc del segundo circuito convertidor y el lado de dc del cuarto circuito convertidor bidireccional están conectados a un segundo bus de salida de dc.

En una realización la conexión al primer bus de salida de dc es a través de un primer arreglo de conmutadores, y la conexión al segundo bus de salida de dc es a través de un segundo arreglo de conmutadores.

En una realización el primer arreglo de conmutadores y el segundo arreglo de conmutadores comprenden cada uno: una primera entrada conectada con uno de los circuitos convertidores;

una segunda entrada conectada con otro de los circuitos convertidores;

una salida conectada con uno de los buses de salida de dc;

un primer conmutador entre la primera entrada y la salida;

un segundo conmutador entre la segunda entrada y la salida;

un enlace de bus a través de la primera entrada y la segunda entrada, comprendiendo el enlace de bus un tercer conmutador.

En una realización el primer arreglo de conmutadores y el segundo arreglo de conmutadores están configurados para operar en una condición sin fallas en la cual el primer conmutador y el segundo conmutador están cerrados, y el tercer conmutador está abierto.

En una realización el primer arreglo de conmutadores y el segundo arreglo de conmutadores están configurados para operar en una primera condición de falla en la cual el segundo conmutador está cerrado, y el primer conmutador y el tercer conmutador están abiertos.

En una realización el sistema eléctrico comprende además un circuito de control configurado para:

operar el primer arreglo de conmutadores en la primera condición de falla en respuesta a la identificación de una falla entre la primera submáquina trifásica y el primer circuito convertidor; y

operar el segundo arreglo de conmutadores en la primera condición de falla en respuesta a la identificación de una falla entre la segunda submáquina trifásica y el segundo circuito convertidor.

En una realización el primer arreglo de conmutadores y el segundo arreglo de conmutadores están configurados para operar en una segunda condición de falla en la cual el primer conmutador está cerrado, y el segundo conmutador y el tercer conmutador están abiertos.

operar el primer arreglo de conmutadores en la segunda condición de falla en respuesta a la identificación de una falla entre la tercera submáquina trifásica y el tercer circuito convertidor; y

operar el segundo arreglo de conmutadores en la segunda condición de falla en respuesta a la identificación de una falla entre la cuarta submáquina trifásica y el cuarto circuito convertidor.

En una realización el primer arreglo de conmutadores y el segundo arreglo de conmutadores están configurados para operar en una tercera condición de falla en la cual el tercer conmutador está cerrado, y el primer conmutador y el segundo conmutador están abiertos.

operar el primer arreglo de conmutadores en la tercera condición de falla en respuesta a la identificación de una falla entre la salida del primer arreglo de conmutadores y el primer bus de salida de dc; y

operar el segundo arreglo de conmutadores en la tercera condición de falla en respuesta a la identificación de una falla entre la salida del segundo arreglo de conmutadores y el segundo bus de salida de dc.

En una realización los conmutadores son contactores de dc.

En otro aspecto, se proporciona un motor de turbina de gas que tiene un carrete de baja presión y un carrete de alta presión, y que comprende además el sistema eléctrico del tipo antedicho, en el cual el primer carrete de turbina de gas es el carrete de baja presión y el segundo carrete de la turbina de gas es el carrete de alta presión.

En otro aspecto, se proporciona una disposición que comprende:

un primer motor de turbina de gas que tiene un primer carrete;

un segundo motor de turbina de gas diferente del primer motor de turbina de gas y que tiene un segundo carrete; y el sistema eléctrico del tipo antedicho, en el cual el primer carrete de turbina de gas es el primer carrete del primer motor de turbina de gas, y el segundo carrete de turbina de gas es el segundo carrete del segundo motor de turbina de gas.

Breve descripción de los dibujos

Realizaciones se describirán ahora a modo de ejemplo solo con referencia a los dibujos acompañantes, que son puramente esquemáticos y no están a escala, y en los cuales:

La figura 1 muestra una disposición general de un motor turboventilador para una aeronave, incluyendo una máquina eléctrica giratoria en cada carrete del mismo;

La figura 2 muestra un sistema eléctri

La figura 3 es un esquema de las máquinas eléctricas de doble devanado de la figura 1;

La figura 4 es un diagrama de única línea de una realización del sistema eléctrico de la figura 2; y

La figura 5 es un diagrama de única línea de uno de los arreglos de conmutación de la figura 4.

Descripción detallada

Figura 1

Se muestra en la figura 1 una disposición general de un motor 101 para una aeronave. En la presente realización, el motor 101 es de una configuración de turboventilador, y de este modo comprende un ventilador 102 canalizado que recibe el aire de admisión A y genera dos flujos de aire presurizados: un flujo de desviación B que pasa axialmente a través de un ducto 103 de desviación y un flujo central C que ingresa en una turbina de gas central.

La turbina de gas central comprende, en serie de flujo axial, un compresor 104 de baja presión, un compresor 105 de alta presión, una cámara 106 de combustión, una turbina 107 de alta presión, y una turbina 108 de baja presión.

En operación, el flujo central C es comprimido por el compresor 104 de baja presión y luego se dirige al compresor 105 de alta presión donde tiene lugar una compresión adicional. El aire comprimido expulsado desde el compresor 105 de alta presión se dirige a la cámara 106 de combustión donde se mezcla con combustible y la mezcla se quema. Los productos de combustión calientes resultantes luego se expanden a través de, y de esa manera accionan, la turbina 107 de alta presión y a su vez la turbina 108 de baja presión antes de ser expulsados para proporcionar una pequeña proporción del empuje total.

La turbina 107 de alta presión acciona el compresor 105 de alta presión a través de un árbol de interconexión. La turbina 108 de baja presión acciona el compresor 104 de baja presión a través de otro árbol de interconexión. Juntos, el compresor 105 de alta presión, turbina 107 de alta presión, y árbol de interconexión asociado forman parte de un carrete de alta presión del motor 101. De manera similar, el compresor 104 de baja presión, turbina 108 de baja presión, y árbol de interconexión asociado forman parte de un carrete de baja presión del motor 101. Tal nomenclatura será familiar para los expertos en la técnica.

El ventilador 102 es accionado por la turbina 108 de baja presión a través de una caja de cambios de reducción en la forma de una caja 109 de cambios epicicloidal de configuración planetaria. De este modo en esta configuración, la turbina 108 de baja presión está conectada con un engranaje solar de la caja 109 de cambios. El engranaje solar está engranado con una pluralidad de engranajes planetarios ubicados en un portador giratorio, cuyos engranajes planetarios están a su vez engranados con un engranaje anular estático. El portador giratorio acciona el ventilador 102 a través de un árbol 110 de ventilador.

Se apreciará que en realizaciones alternativas se puede usar en su lugar una caja de cambios epicicloidal de configuración en estrella (en la cual el portador planetario es estático y el engranaje anular gira y proporciona la salida).

Con el fin de facilitar la generación eléctrica por el motor 101, una primera máquina 111 eléctrica giratoria capaz de operar tanto como un motor como generador está mecánicamente acoplada con el carrete de alta presión. En la presente realización, la primera máquina 111 eléctrica está acoplada al carrete de alta presión a través de una caja 112 de cambios accesoria montada en el centro, accionada por carrete de alta presión de configuración de accionamiento convencional. De este modo, además de la operación como un generador para suministrar con potencia eléctrica a una aeronave en la cual está instalado el motor 101, la primera máquina 111 eléctrica puede accionar el carrete de alta presión para facilitar el arranque del motor 101 en lugar de un arrancador de turbina de aire, y también puede accionarlo en ciertas fases de vuelo para mejorar la operatividad, consumo de combustible, etc.

En realizaciones alternativas, la primera máquina 111 eléctrica puede montarse coaxialmente con la turbomaquinaria en el motor 101. Por ejemplo, la primera máquina 111 eléctrica puede montarse axialmente en línea con el ducto entre los compresores 104 y 105 de baja y alta presión.

De manera similar, una segunda máquina 113 eléctrica giratoria capaz de operar tanto como un motor como generador está acoplada mecánicamente con el carrete de baja presión. En la presente realización, la segunda máquina 113 eléctrica está montada en el cono 114 de cola del motor 101 coaxialmente con la turbomaquinaria y está acoplada a la turbina 108 de baja presión. En realizaciones alternativas, la segunda máquina 113 eléctrica giratoria puede ubicarse axialmente en línea con el compresor 104 de baja presión, que puede adoptar una configuración de disco con palas o tambor con palas para proporcionar espacio para la segunda máquina 113 eléctrica giratoria.

Por supuesto se apreciará por los expertos en la técnica que se puede adoptar cualquier otra ubicación adecuada para la primera y segunda máquinas eléctricas.

En la presente realización, la primera y segunda máquinas eléctricas están conectadas con electrónica de potencia. La extracción de potencia desde, o la aplicación de potencia a las máquinas eléctricas se realiza mediante un módulo de electrónica de potencia (PEM) 115. En la presente realización, el PEM 115 está montado en la carcasa 116 de ventilador del motor 101, pero se apreciará que puede montarse en otro lugar tal como en la turbina de gas central, o en el vehículo al cual está unido el motor 101, por ejemplo.

El control del PEM 115 y de la primera y segunda máquinas 111 y 113 eléctricas es realizado en el presente ejemplo por un controlador electrónico de motor (EEC) 117. En la presente realización el EEC 117 es un controlador de motor digital de plena autoridad (FADEC), cuya configuración será conocida y entendida por los expertos en la técnica. Por lo tanto controla todos los aspectos del motor 101, es decir tanto de la turbina de gas central como de la primera y segunda máquinas 111 y 113 eléctricas. De esta forma, el EEC 117 puede responder de manera holística tanto a la demanda de empuje como a la demanda de potencia eléctrica.

La configuración interna del PEM 115 garantiza una transferencia tolerante a fallas de potencia eléctrica entre la primera máquina 111 eléctrica y segunda máquina 113 eléctrica. De esta forma, la turbomaquinaria puede diseñarse para explotar las ventajas concomitantes conferidas por la transferencia de potencia entre el carrete de alta presión y el carrete de baja presión. Por ejemplo, la transferencia de potencia desde el carrete de baja presión al carrete de alta presión durante la fase de aproximación reduce el empuje efectivo del motor 101 mientras que mantiene suficiente velocidad de rotación de carrete de alta presión para iniciar de manera segura una maniobra de motor y al aire. Adicionalmente, en el motor 101, la transferencia de potencia desde el carrete de alta presión al carrete de baja presión durante una maniobra de desaceleración reduce el riesgo de extinción débil, permitiendo por lo tanto un diseño de cámara de combustión más óptimo.

En una implementación contemplada en este documento, el PEM 115 está configurado de tal manera que puede emitir a o recibir potencia eléctrica desde dos buses de dc - una configuración contemplada para futuras plataformas de aeronaves más eléctricas. La configuración de este sistema eléctrico se describirá con referencia a la figura 2.

Diversas realizaciones del motor 101 pueden incluir una o más de las siguientes características.

Se apreciará que en lugar de ser un turboventilador que tiene una disposición de ventilador canalizado, el motor 101 puede ser en cambio una turbohélice que comprende una hélice para producir empuje.

Los compresores 104 y 105 de baja y alta presión pueden comprender cualquier número de etapas, por ejemplo múltiples etapas. Cada etapa puede comprender una fila de palas de rotor y una fila de paletas de estátor, que pueden ser paletas de estátor variables (ya que su ángulo de incidencia puede ser variable). Además de, o en lugar de, etapas axiales, los compresores 104 y 105 de baja o alta presión pueden comprender etapas de compresión centrífuga.

Las turbinas 107 y 108 de baja y alta presión también pueden comprender cualquier número de etapas.

El ventilador 102 puede tener cualquier número deseado de palas de ventilador, por ejemplo 16, 18, 20 o 22 palas de ventilador.

Cada pala de ventilador puede definirse como que tiene un tramo radial que se extiende desde una raíz (o buje) en una ubicación radialmente interior lavada con gas, o una posición de 0 por ciento de tramo, hasta una punta en una posición de 100 por ciento de tramo. La relación del radio de la pala de ventilador en el buje al radio de la pala de ventilador en la punta - la relación de buje-punta - puede ser menor que (o del orden de) cualquiera de: 0.4, 0.39, 0.38 0.37, 0.36, 0.35, 0.34, 0.33, 0.32, 0.31, 0.3, 0.29, 0.28, 0.27, 0.26, o 0.25. La relación de buje-punta puede estar en un rango inclusivo limitado por cualquiera de los dos valores antedichos (es decir los valores pueden formar límites superiores o inferiores). La relación de buje-punta puede medirse tanto en la parte de borde delantero (o axialmente más hacia delante) de la pala. La relación de buje-punta se refiere, por supuesto, a la porción lavada con gas de la pala de ventilador, es decir la porción radialmente fuera de cualquier plataforma.

El radio del ventilador 102 se puede medir entre la línea central de motor y la punta de una pala de ventilador en su borde delantero. El diámetro de ventilador puede ser mayor que (o del orden de) cualquiera de: 2.5 metros, 2.6 metros, 2.7 metros, 2.8 metros, 2.9 metros, 3 metros, 3.1 metros, 3.2 metros, 3.3 metros, 3.4 metros, 3.5 metros, 3.6 metros, 3.7 metros, 3.8 metros o 3.9 metros. El diámetro de ventilador puede estar en un rango inclusivo limitado por cualquiera de los dos valores antedichos (es decir los valores pueden formar límites superiores o inferiores).

La velocidad de rotación del ventilador 102 puede variar durante el uso. Generalmente, la velocidad de rotación es menor para los ventiladores con un diámetro mayor. Simplemente a modo de ejemplo no limitante, la velocidad de rotación del ventilador en condiciones de crucero puede ser inferior a 2500 rpm, por ejemplo 2300 rpm. Simplemente a modo de ejemplo adicional no limitante, la velocidad de rotación del ventilador 102 en condiciones de crucero para un motor que tiene un diámetro de ventilador en el rango de desde 2.5 metros a 3 metros (por ejemplo 2.5 metros a 2.8 metros) puede estar en el rango de desde 1700 rpm a 2500 rpm, por ejemplo en el rango de desde 1800 rpm a 2300 rpm, o, por ejemplo en el rango de desde 1900 rpm a 2100 rpm. Simplemente a modo de ejemplo adicional no limitante, la velocidad de rotación del ventilador en condiciones de crucero para un motor que tiene un diámetro de ventilador en el rango de desde 3.2 metros a 3.8 metros puede estar en el rango de desde 1200 rpm a 2000 rpm, por ejemplo en el rango de desde 1300 rpm a 1800 rpm, por ejemplo en el rango de desde 1400 rpm a 1600 rpm.

En uso del motor 101, el ventilador 102 (con sus palas de ventilador asociadas) gira alrededor de un eje de rotación. Esta rotación da como resultado que la punta de la pala de ventilador se mueva con una velocidad Upunta. El trabajo hecho por las palas de ventilador sobre el flujo da como resultado un aumento de entalpía dH del flujo. Una carga en punta de ventilador puede definirse como dH/Upunta2, donde dH es el aumento de entalpía (por ejemplo el aumento de entalpía promedio unidimensional) a través del ventilador y Upunta es la velocidad (traslacional) de la punta de ventilador, por ejemplo en el borde delantero de la punta (que puede definirse como el radio de punta de ventilador en borde delantero multiplicado por la velocidad angular). La carga de punta de ventilador en condiciones de crucero puede ser mayor que (o del orden de) cualquiera de: 0.3, 0.31, 0.32, 0.33, 0.34, 0.35, 0.36, 0.37, 0.38, 0.39 o 0.4. La carga de punta de ventilador puede estar en un rango inclusivo limitado por cualquiera de los dos valores de la frase previa (es decir los valores pueden formar límites superiores o inferiores).

El motor 101 puede tener cualquier relación de desviación deseada, donde la relación de desviación se define como la relación de la tasa de flujo de masa del flujo B a través del ducto de desviación a la tasa de flujo de masa del flujo C a través del centro en condiciones de crucero. Dependiendo de la configuración seleccionada, la relación de desviación puede ser mayor que (o del orden de) cualquiera de los siguientes: 10, 10.5, 11, 11.5, 12, 12.5, 13, 13.5, 14, 14.5, 15, 15.5, 16, 16.5, o 17. La relación de desviación puede estar en un rango inclusivo limitado por cualquiera de los dos valores antedichos (es decir los valores pueden formar límites superiores o inferiores). El ducto de desviación puede ser sustancialmente anular. El ducto de desviación puede estar radialmente fuera del motor 103 central. La superficie radialmente exterior del ducto de desviación puede estar definida por una góndola y/o una carcasa de ventilador.

La relación de presión global del motor 101 puede definirse como la relación de la presión de estancamiento corriente arriba del ventilador 102 a la presión de estancamiento a la salida del compresor 105 de alta presión (antes de entrar en la cámara de combustión). A modo de ejemplo no limitante, la relación de presión global del motor 101 en crucero puede ser mayor que (o del orden de) cualquiera de los siguientes: 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75. La relación de presión global puede estar en un rango inclusivo limitado por cualquiera de los dos valores antedichos (es decir los valores pueden formar límites superiores o inferiores).

El empuje específico del motor 101 se puede definir como el empuje neto del motor dividido por el flujo de masa total a través del motor 101. En condiciones de crucero, el empuje específico del motor 101 puede ser menor que (o del orden de) cualquiera de los siguientes: 110 Nkg-1s, 105 Nkg-1s, 100 Nkg-1s, 95 Nkg-1s, 90 Nkg-1s, 85 Nkg-1s, u 80 Nkg-1s. El empuje específico puede estar en un rango inclusivo limitado por cualquiera de los dos valores en la frase previa (es decir los valores pueden formar límites superiores o inferiores). Tales motores pueden ser particularmente eficientes en comparación con los motores de turbina de gas convencionales.

El motor 101 puede tener cualquier empuje máximo deseado. Por ejemplo, el motor 101 puede ser capaz de producir un empuje máximo de al menos (o del orden de) cualquiera de los siguientes: 160 kilonewtons, 170 kilonewtons, 180 kilonewtons, 190 kilonewtons, 200 kilonewtons, 250 kilonewtons, 300 kilonewtons, 350 kilonewtons, 400 kilonewtons, 450 kilonewtons, 500 kilonewtons, o 550 kilonewtons. El empuje máximo puede estar en un rango inclusivo limitado por cualquiera de los dos valores antedichos (es decir los valores pueden formar límites superiores o inferiores). El empuje referido anteriormente puede ser el empuje neto máximo en condiciones atmosféricas estándar al nivel del mar más 15 grados centígrados (presión ambiental 101.3 kilopascales, temperatura 30 grados centígrados), estando el motor 101 estático.

En uso, la temperatura del flujo a la entrada de la turbina 107 de alta presión puede ser particularmente alta. Esta temperatura, que puede denominarse como temperatura de entrada a turbina o TET, puede medirse a la salida de la cámara 106 de combustión, por ejemplo inmediatamente corriente arriba de la primera paleta de turbina, que a su vez puede denominarse como una paleta guía de boquilla. En crucero, la TET puede ser al menos (o del orden de) cualquiera de los siguientes: 1400 kelvin, 1450 kelvin, 1500 kelvin, 1550 kelvin, 1600 kelvin o 1650 kelvin. La TET en crucero puede estar en un rango inclusivo limitado por cualquiera de los dos valores antedichos (es decir los valores pueden formar límites superiores o inferiores). La t Et máxima en uso del motor 101 puede ser, por ejemplo, al menos (o del orden de) cualquiera de los siguientes: 1700 kelvin, 1750 kelvin, 1800 kelvin, 1850 kelvin, 1900 kelvin, 1950 kelvin o 2000 kelvin. La TET máxima puede estar en un rango inclusivo limitado por cualquiera de los dos valores antedichos (es decir los valores pueden formar límites superiores o inferiores). La TET máxima puede producirse, por ejemplo, en una condición de alto empuje, por ejemplo en una condición de despegue máximo (MTO).

Una pala de ventilador y/o porción de alerón de una pala de ventilador descrita y/o reivindicada en este documento puede fabricarse a partir de cualquier material adecuado o combinación de materiales. Por ejemplo, al menos una parte de la pala de ventilador y/o alerón puede fabricarse al menos en parte a partir de un material compuesto, por ejemplo un material compuesto de matriz de metal y/o un material compuesto de matriz orgánica, tal como fibra de carbono. A modo de ejemplo adicional al menos una parte de la pala de ventilador y/o alerón puede fabricarse al menos en parte a partir de un metal, tal como un metal basado en titanio o un material basado en aluminio (tal como una aleación de aluminio y litio) o un material basado en acero. La pala de ventilador puede comprender al menos dos regiones fabricadas usando materiales diferentes. Por ejemplo, la pala de ventilador puede tener un borde delantero protector, que puede fabricarse usando un material que sea más capaz de resistir el impacto (por ejemplo de pájaros, hielo u otro material) que el resto de la pala. Tal borde delantero puede, por ejemplo, fabricarse usando titanio o una aleación basada en titanio. De este modo, simplemente a modo de ejemplo, la pala de ventilador puede tener un cuerpo basado en fibra de carbono o aluminio con un borde delantero de titanio.

El ventilador 102 puede comprender una porción de buje central, desde la cual pueden extenderse las palas de ventilador, por ejemplo en una dirección radial. Las palas de ventilador se pueden unir a la porción central de cualquier manera deseada. Por ejemplo, cada pala de ventilador puede comprender un accesorio que puede acoplar una ranura correspondiente en el buje. Simplemente a modo de ejemplo, tal accesorio puede ser en la forma de una cola de milano que puede encajar en y/o acoplar una ranura correspondiente en el buje/disco con el fin de fijar la pala de ventilador al buje. A modo de ejemplo adicional, las palas de ventilador pueden estar formadas integralmente con una porción de buje central. Tal disposición puede ser un disco con palas o un anillo con palas. Se puede usar cualquier método adecuado para fabricar tal disco con palas o anillo con palas. Por ejemplo, al menos una parte de las palas de ventilador se pueden mecanizar a partir de una palanquilla y/o al menos parte de las palas de ventilador se pueden unir al buje/disco mediante soldadura, tal como soldadura por fricción lineal.

El motor 101 puede estar provisto de una boquilla de área variable (VAN). Tal boquilla de área variable puede permitir que el área de salida del ducto de desviación sea variada durante el uso. Los principios generales de la presente divulgación pueden aplicarse a motores con o sin una VAN.

Como se usa en este documento, las condiciones de crucero tienen el significado convencional y serían fácilmente entendidas por los expertos en la técnica.

Tales condiciones de crucero pueden definirse convencionalmente como las condiciones a mitad de crucero, por ejemplo las condiciones experimentadas por la aeronave y/o motor en el punto medio (en términos de tiempo y/o distancia) entre la parte superior del ascenso e inicio de descenso. Las condiciones de crucero de este modo definen un punto de operación del motor de turbina de gas que proporciona un empuje que aseguraría la operación en estado estable (es decir manteniendo una altitud constante y número de Mach constante) a mitad de crucero de una aeronave a la cual está diseñado para unirse, teniendo en cuenta en cuenta el número de motores proporcionados a esa aeronave. Por ejemplo, donde un motor está diseñado para unirse a una aeronave que tiene dos motores del mismo tipo, en condiciones de crucero el motor proporciona la mitad del empuje total que se requeriría para la operación en estado estable de esa aeronave a mitad de crucero.

En otras palabras, para un motor de turbina de gas dado para una aeronave, las condiciones de crucero se definen como el punto de operación del motor que proporciona un empuje especificado (requerido para proporcionar - en combinación con cualquier otro motor en la aeronave - la operación en estado estable de la aeronave a la cual está diseñado para unirse a un número de Mach de mitad de crucero dado) en las condiciones atmosféricas de mitad de crucero (definidas por la Atmósfera Estándar Internacional de acuerdo con ISO 2533 a la altitud de mitad de crucero). Para cualquier motor de turbina de gas dado para una aeronave, se conocen el empuje de mitad de crucero, condiciones atmosféricas y número de Mach, y de este modo el punto de operación del motor en condiciones de crucero está claramente definido.

Las condiciones de crucero pueden corresponder a las condiciones atmosféricas estándar de ISA a una altitud que está en el rango de desde 10000 a 15000 metros, tales como desde 10000 a 12000 metros, o desde 10400 a 11600 metros (alrededor de 38000 pies), o desde 10500 a 11500 metros, o desde 10600 a 11400 metros, o desde 10700 metros (alrededor de 35000 pies) a 11300 metros, o desde 10800 a 11200 metros, o desde 10900 a 11100 metros, o 11000 metros. Las condiciones de crucero pueden corresponder a las condiciones atmosféricas estándar a cualquier altitud dada en estos rangos.

La velocidad de avance en la condición de crucero puede ser cualquier punto en el rango de desde Mach 0.7 a 0.9, por ejemplo uno de Mach 0.75 a 0.85, Mach 0.76 a 0.84, Mach 0.77 a 0.83, Mach 0.78 a 0.82, Mach 0.79 a 0.81, Mach 0.8, Mach 0.85, o en el rango de desde Mach 0.8 a 0.85. Cualquier velocidad única dentro de estos rangos puede ser la condición de crucero. Para algunas aeronaves, las condiciones de crucero pueden estar fuera de estos rangos, por ejemplo por debajo de Mach 0.7 o por encima de Mach 0.9.

De este modo, por ejemplo, las condiciones de crucero pueden corresponder específicamente a una presión de 23 kilopascales, una temperatura de menos 55 grados centígrados, y un número de Mach de avance de 0.8.

Por supuesto se apreciará, sin embargo, que los principios de la invención reivindicados en este documento todavía pueden aplicarse a motores que tengan características de diseño adecuadas que caen fuera de los rangos de parámetros antedichos.

Figura 2

Se muestra en la figura 2 un sistema 201 eléctri

a los carretes de alta y baja presión. El sistema 201 eléctrico se muestra en la forma de un diagrama de única línea, cuyas convenciones serán familiares para los expertos en la técnica. De este modo para corriente alterna (ac) una única línea reemplaza una pluralidad de líneas polifásicas, y para corriente continua (dc) una única línea reemplaza las líneas V y -V.

En la configuración ilustrada, la salida de ac de las máquinas eléctricas se proporciona al PEM 115. La configuración de las máquinas eléctricas se describirá además con referencia a la figura 3.

Se proporciona un controlador 202 para el PEM 115 en el EEC 117. En el presente ejemplo, el controlador 202 es un módulo funcional implementado en software que se ejecuta en el EEC 117. Se apreciará que en realizaciones alternativas el controlador 202 puede implementarse en hardware en el EEC 117. También se apreciará que el controlador 202 puede ser un módulo separado además del EEC 117.

Como se muestra en la figura 2, un primer conjunto de circuitos 203 convertidores bidireccionales está conectado con la primera máquina 111 eléctrica, y un segundo conjunto de circuitos 204 convertidores bidireccionales está conectado con la segunda máquina 113 eléctrica.

El controlador 202 está configurado para controlar la operación del primer y segundo conjunto de circuitos 203 y 204 convertidores bidireccionales de tal manera que controle la operación de las máquinas 111 y 113 eléctricas.

Los circuitos convertidores bidireccionales están configurados para convertir corriente alterna hacia y desde corriente continua. En la presente realización, la salida de corriente continua de los circuitos convertidores se proporciona a una disposición 205 de conmutación para la conexión a una red de dc de aeronave de dos canales, que comprende un primer bus 206 de dc y un segundo bus 207 de dc.

En el presente ejemplo, el circuito de conmutación es operable para conectar o desconectar los convertidores bidireccionales entre sí, y los buses de dc. De esta forma, se pueden gestionar diversas fallas como se describirá además con referencia a la figura 5, mientras que se mantiene la capacidad de transferir potencia entre los carretes de turbina de gas.

Figura 3

La primera máquina 111 eléctrica se muestra en la figura 3. En la presente realización, la configuración - hasta donde se describe en este documento - de la segunda máquina 113 eléctrica es la misma.

La primera máquina 111 eléctrica es una máquina eléctrica giratoria de doble devanado. El término "doble devanado" se entenderá por los expertos en la técnica que el término en el sentido de que puede considerarse que comprende dos submáquinas funcionalmente separadas. Adicionalmente, en la presente implementación, estas submáquinas son submáquinas trifásicas. Se apreciará que el número de fases podría diferir, y en particular puede ser mayor que dos. El número máximo típicamente está limitado por limitaciones de espacio, y normalmente sería inferior a nueve.

Como se muestra en la figura, en la presente realización la primera máquina 111 eléctrica comprende un estátor 301 que tiene doce dientes 302. Seis bobinas 303, 304, 305, 306, 307, y 308 están devanadas en dientes alternos de tal manera que solo hay un lado de bobina por ranura. Esto será reconocido por los expertos en la técnica como una disposición de devanado concentrado. De esta forma, las bobinas están separadas eléctricamente, electromagnética, térmicamente, y mecánicamente para proporcionar tolerancia a fallas. En la presente realización, el “doble devanado” de la primera máquina 111 eléctrica se logra designando bobinas opuestas como parte de submáquinas separadas. De este modo, la bobina 303 forma una fase OU1, y la bobina 306 forma una fase OU2. Se adopta una configuración similar para las otras bobinas. Las fases OU1, OV1, y OW1 que forman una primera submáquina están en la presente realización conectadas en un devanado en estrella (también conocido como un devanado de montaje en estrella), al igual que - en una conexión separada - las fases OU2, OV2 y OW2 que forman la segunda submáquina. Se apreciará que en su lugar se puede usar un devanado delta.

En la presente realización, la primera máquina 111 eléctrica es una máquina eléctrica de imanes permanentes. De este modo, en operación como un motor, los campos magnéticos generados por las bobinas 303 a 308 interactúan con imanes permanentes en un rotor 309 que genera torque. En operación como un generador, el campo magnético del rotor 309 interactúa con las bobinas 303 a 308 para generar un voltaje.

Se apreciará que se pueden usar diferentes tipos de máquinas. Por ejemplo, podría usarse un esquema de devanado distribuido. También, se pueden usar máquinas de inducción, de campo devanado o de reluctancia conmutada. Adicionalmente, las máquinas pueden ser en cambio de una configuración de flujo transversal o axial.

También se contempla que en realizaciones alternativas las submáquinas pueden estar formadas no por diferentes conjuntos de devanados, devanados alrededor del mismo estátor 301, sino por máquinas axialmente separadas cada una teniendo uno de los dos devanados del doble devanado. Alternativamente, las máquinas pueden ser del tipo de estátor segmentado radialmente en el cual cada submáquina ocupa un sector diferente del estátor.

Figura 4

El sistema 201 eléctrico se muestra con más detalle en la figura 4, de nuevo en la forma de un diagrama de única línea.

Cada máquina 111 y 113 eléctrica tiene una conexión trifásica para cada una de las submáquinas a un respectivo circuito convertidor bidireccional. De este modo, una primera submáquina 111-1 en la primera máquina 111 eléctrica (que corresponde a las fases OU1, OV1, y OW1 de la misma) está conectada con un primer circuito 401 convertidor bidireccional. Una segunda submáquina 111-2 en la primera máquina 111 eléctrica (que corresponde a las fases OU2, OV2, y OW2 de la misma) está conectada con un segundo circuito 402 convertidor bidireccional.

De manera similar, una tercera submáquina 113-1 en la segunda máquina 113 eléctrica (que corresponde a las fases OU1, OV1, y OW1 de la misma) está conectada con un tercer circuito 403 convertidor bidireccional. Una cuarta submáquina 113-2 en la segunda máquina 113 eléctrica (que corresponde a las fases OU2, OV2, y OW2 de la misma) está conectada con un cuarto circuito 404 convertidor bidireccional.

Dicho de manera más concisa, el sistema eléctrico comprende N = 4 circuitos convertidores bidireccionales, cada uno de los cuales tiene un índice asociado n = (1,...,N), y para todo n, el lado de ac del enésimo circuito convertidor bidireccional está conectado con la enésima submáquina trifásica.

En la presente realización, los circuitos 401 a 404 convertidores bidireccionales son convertidores de dos niveles que comprenden tres patas convertidoras de medio puente junto con filtros apropiados. Sin embargo, se apreciará que se pueden usar otras topologías de convertidores, tales como topologías sujetas al punto neutro.

En el presente ejemplo, la funcionalidad de disposición 205 de conmutación se divide en dos arreglos 405 y 406 de conmutadores separados lo cual facilita el aislamiento tolerante a fallas de las primeras submáquinas y las segundas submáquinas. De este modo, los lados de dc del primer y tercer circuitos 401 y 403 convertidores bidireccionales están conectados juntos mediante un primer arreglo 405 de conmutadores, mientras que los lados de dc del primer y tercer circuitos 401 y 403 convertidores bidireccionales están conectados juntos mediante un segundo arreglo 406 de conmutadores.

En la presente realización, el primer arreglo 405 de conmutadores se conecta a los lados de dc del primer y tercer circuitos 401 y 403 convertidores bidireccionales al primer bus 206 de dc, mientras que el segundo arreglo 406 de conmutadores se conecta a los lados de dc del segundo y cuarto circuitos 402 y 404 convertidores bidireccionales al segundo bus 207 de dc.

De esta forma, debido al aislamiento eléctrico, electromagnético, térmico y mecánico de las submáquinas en la primera máquina 111 eléctrica y la segunda máquina 113 eléctrica combinado con la separación de los arreglos 405, 406 de conmutadores y los buses 206, 207 de dc, una falla en una submáquina no puede afectar a la otra.

Figura 5

El primer arreglo 405 de conmutadores se muestra con mayor detalle en la figura 5, de nuevo en la forma de un diagrama de única línea. En el presente ejemplo, el segundo arreglo 406 de conmutadores está en la misma configuración.

El arreglo 405 de conmutadores comprende una primera entrada 501 para la conexión con uno de los circuitos convertidores, una segunda entrada 502 para la conexión con otro de los circuitos convertidores, y una salida 503 para la conexión con un bus de salida de dc. En el presente ejemplo, la primera entrada 501 está conectada con el primer circuito 401 convertidor bidireccional, y la segunda entrada 502 está conectada con el tercer circuito 403 convertidor bidireccional. La salida 503 está conectada con el primer bus 206 de dc. Tanto la primera entrada 501 como la segunda entrada 502 están conectadas a la salida 503.

Se apreciará que para el segundo arreglo 406 de conmutadores, que en este ejemplo está en la misma configuración, su primera entrada 501 está conectada con el segundo circuito 402 convertidor bidireccional, su segunda entrada 502 está conectada con el cuarto circuito 404 convertidor bidireccional, y su salida 503 está conectada con el segundo bus 207 de dc.

Con referencia de nuevo a la figura 5, con el fin de facilitar la conexión y desconexión de entradas y salidas, se proporciona un primer conmutador 504 entre la primera entrada 501 y la salida 503, se proporciona un segundo conmutador 505 entre la segunda entrada 502 y la salida 503, y se proporciona un tercer conmutador 506 en un enlace de bus a través de la primera entrada 501 y segunda entrada 502.

Una ventaja de esta disposición es que cada conmutador 504 a 506 puede configurarse con el mismo voltaje y corriente nominal, y de este modo puede proporcionarse como partes idénticas.

En una realización específica, los conmutadores 504 a 506 son contactores de dc, que como será familiar a los expertos en la técnica son conmutadores controlados eléctricamente que se usan para conmutar un circuito de potencia eléctrica, donde el circuito de control tiene un nivel de potencia más bajo que el circuito conmutado. Esto es ventajoso ya que en las implementaciones contempladas del sistema 201 eléctrico, los niveles de potencia pueden estar en más de 500 kilovatios a 540 voltios de dc.

En la presente realización, los conmutadores 504 a 506 operan bajo el control del controlador 201, que proporciona las respectivas señales de control Q1, Q2 y Q3 a los conmutadores. De esta forma, es posible aislar una cualquiera de las entradas y salidas durante una condición de falla y continuar operando el resto del sistema 201 eléctrico.

En operación, hay cuatro estados posibles con estados de conmutación asociados para el primer arreglo 405 de conmutadores: una condición sin fallas y tres condiciones de falla. La falla puede ser cualquier tipo de falla que ponga en riesgo la operación segura del sistema, por ejemplo un cortocircuito o una falla a tierra. Tales fallas pueden ser detectadas por el controlador 201 sobre la base de una medición de cualquier flujo de corriente o voltaje de cada fase. Por ejemplo, la falla se puede detectar usando una o más de protección contra sobrecorriente, protección contra falla a suelo (tierra), protección de unidad (o diferencial) y protección de secuencia de fase negativa. La falla puede ser detectada por uno o más de un transformador de corriente y un transformador de voltaje, o equivalentes digitales.

El modo principal de operación es la condición sin fallas. La primera condición de falla es la existencia de una falla entre la primera submáquina 111-1 en la primera máquina 111 eléctrica y el primer circuito 401 convertidor bidireccional. La segunda condición de falla es la existencia de una falla entre la tercera submáquina 113-1 en la segunda máquina 113 eléctrica y el tercer circuito 403 convertidor bidireccional. La tercera condición de falla es la existencia de una falla en el primer bus 206 de dc.

Las señales de control Qn asociadas con estas condiciones de falla se establecen en la Tabla 1 a continuación, en la cual un "0" indica un conmutador abierto, y un "1" indica un conmutador cerrado:

Tabla 1

De este modo, en la condición sin fallas el primer conmutador 504 y el segundo conmutador 505 están cerrados, mientras que el tercer conmutador 506 en el enlace de bus a través de la primera entrada 501 y la segunda entrada 502 está abierto. De esta forma, la corriente fluye como normal entre los circuitos 401 y 403 convertidores bidireccionales y el primer bus 206 de dc.

Para cada una de las otras condiciones de falla como se definió previamente, los conmutadores 504 a 506 están configurados para aislar la parte fallada del sistema 201 eléctrico desde las partes operativas restantes. La transferencia de potencia entre los carretes de turbina de gas es posible incluso en la presencia de una falla en el primer bus 206 de dc mediante la provisión del conmutador 506 en el enlace de bus a través de la primera entrada 501 la segunda entrada 502, que está cerrado por el controlador en la tercera condición de falla.

Se apreciará que la configuración y el control del segundo arreglo 406 de conmutadores es el mismo. De este modo, el modo principal de operación es la condición sin fallas. La primera condición de falla es la existencia de una falla entre la segunda submáquina 111-2 en la primera máquina 111 eléctrica y el segundo circuito 402 convertidor bidireccional. La segunda condición de falla es la existencia de una falla entre la cuarta submáquina 113-2 en la segunda máquina 113 eléctrica y el cuarto circuito 404 convertidor bidireccional. La tercera condición de falla es la existencia de una falla en el segundo bus 206 de dc.

De esta forma, la transferencia de potencia entre los carretes de turbinas de gas puede facilitarse incluso en el caso de fallas múltiples, por ejemplo una falla entre el primer bus 206 de dc y una falla entre la segunda submáquina 111 2 y el segundo circuito 402 convertidor bidireccional.

Como se describió previamente, aunque las presentes realizaciones se han descrito en el contexto de transferir potencia entre carretes dentro de un motor de turbina de gas, se apreciará por los expertos en la técnica que los principios de la invención pueden aplicarse a disposiciones que comprenden dos motores de turbina de gas separados, cada uno con un respectivo carrete.

Adicionalmente, se contempla que la configuración de sistema eléctrico descrita en este documento puede extenderse para facilitar la conexión de máquinas eléctricas giratorias con otros tipos de maquinaria giratoria. Por ejemplo, las máquinas eléctricas giratorias pueden estar conectadas con otros tipos de motores térmicos, por ejemplo motores de combustión interna tales como motores alternativos o de tipo Wankel. Se pueden conectar otros tipos de motores térmicos tales como turbinas de vapor que operan de acuerdo con el ciclo de Rankine. Se pueden conectar combinaciones de diferentes tipos de maquinaria giratoria.

De este modo se apreciará que la invención descrita en este documento puede expresarse como un sistema eléctrico para conectar máquinas eléctricas giratorias con otras máquinas giratorias, teniendo el sistema las propiedades y atributos descritos hasta aquí.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (201) eléctrico para conectar máquinas (111, 113) eléctricas giratorias con carretes de turbinas de gas de aeronave, que comprende además:

una primera máquina (111) eléctrica giratoria mecánicamente acoplada con un primer carrete de turbina de gas; una segunda máquina (113) eléctrica giratoria mecánicamente acoplada con un segundo carrete de turbina de gas; y un conjunto de circuitos (401-404) convertidores bidireccionales para conversión de corriente alterna (ac) hacia y desde corriente continua (dc) conectados con la primera y segunda máquinas eléctricas; y

caracterizado porque:

la primera máquina (111) eléctrica giratoria es una máquina eléctrica giratoria de doble devanado que comprende una primera submáquina (111-1) trifásica y una segunda submáquina (111-2) trifásica;

la segunda máquina (113) eléctrica giratoria es una máquina eléctrica giratoria de doble devanado que comprende una tercera submáquina (113-1) trifásica y una cuarta submáquina (113-2) trifásica;

el conjunto de circuitos (401-404) convertidores bidireccionales es un conjunto de N = 4 circuitos convertidores bidireccionales, cada uno de los cuales tiene un índice asociado n = (1,...,N), y para todo n, el lado de ac del enésimo circuito convertidor bidireccional está conectado con la enésima submáquina trifásica; y

el lado de dc del primer circuito (401) convertidor está conectado con el lado de dc del tercer circuito (403) convertidor, y el lado de dc del segundo circuito (402) convertidor está conectado con el lado de dc del cuarto circuito (404) convertidor.

2. El sistema (201) eléctrico de la reivindicación 1, en el cual:

el lado de dc del primer circuito (401) convertidor y el lado de dc del tercer circuito (403) convertidor bidireccional están conectados a un primer bus (206) de salida de dc; y

el lado de dc del segundo circuito (402) convertidor y el lado de dc del cuarto circuito (404) convertidor bidireccional están conectados a un segundo bus (207) de salida de dc.

3. El sistema (201) eléctrico de la reivindicación 2, en el cual la conexión al primer bus (206) de salida de dc es a través de un primer arreglo (405) de conmutadores, y la conexión al segundo bus (207) de salida de dc es a través de un segundo arreglo (406) de conmutadores.

4. El sistema (201) eléctrico de la reivindicación 3, en el cual el primer arreglo (405) de conmutadores y el segundo arreglo (406) de conmutadores comprenden cada uno:

una primera entrada (501) conectada con uno de los circuitos (401-404) convertidores;

una segunda entrada (502) conectada con otro de los circuitos (401-404) convertidores;

una salida (503) conectada con uno de los buses (206, 207) de salida de dc;

un primer conmutador (504) entre la primera entrada (501) y la salida (503);

un segundo conmutador (505) entre la segunda entrada (502) y la salida (503);

un enlace de bus a través de la primera entrada (501) y la segunda entrada (502), comprendiendo el enlace de bus un tercer conmutador (506).

5. El sistema (201) eléctrico de la reivindicación 4, en el cual el primer arreglo (405) de conmutadores y el segundo arreglo de conmutadores (406) están configurados para operar en una condición sin fallas en la cual el primer conmutador (504) y el segundo conmutador (505) están cerrados, y el tercer conmutador está abierto (506).

6. El sistema (201) eléctrico de la reivindicación 4 o reivindicación 5, en el cual el primer arreglo (405) de conmutadores y el segundo arreglo (406) de conmutadores están configurados para operar en una primera condición de falla en la cual el segundo conmutador (505) está cerrado, y el primer conmutador (504) y el tercer conmutador (506) están abiertos.

7. El sistema (201) eléctrico de la reivindicación 6, que comprende además un circuito de control configurado para: operar el primer arreglo (405) de conmutadores en la primera condición de falla en respuesta a identificación de una falla entre la primera submáquina (111-1) trifásica y el primer circuito (401) convertidor; y

operar el segundo arreglo (406) de conmutadores en la primera condición de falla en respuesta a identificación de una falla entre la segunda submáquina (111-2) trifásica y el segundo circuito (402) convertidor.

8. El sistema (201) eléctrico de una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el cual el primer arreglo (405) de conmutadores y el segundo arreglo (406) de conmutadores están configurados para operar en una segunda condición de falla en la cual el primer conmutador (504) está cerrado, y el segundo conmutador (505) y el tercer conmutador (506) están abiertos.

9. El sistema (201) eléctrico de la reivindicación 8, que comprende además un circuito de control configurado para: operar el primer arreglo (405) de conmutadores en la segunda condición de falla en respuesta a identificación de una falla entre la tercera submáquina (113-1) trifásica y el tercer circuito (403) convertidor; y

operar el segundo arreglo (406) de conmutadores en la segunda condición de falla en respuesta a identificación de una falla entre la cuarta submáquina (113-2) trifásica y el cuarto circuito (404) convertidor.

10. El sistema (201) eléctrico de una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, en el cual el primer arreglo (405) de conmutadores y el segundo arreglo (406) de conmutadores están configurados para operar en una tercera condición de falla en la cual el tercer conmutador (506) está cerrado, y el primer conmutador (504) y el segundo conmutador (505) están abiertos.

11. El sistema (201) eléctrico de la reivindicación 10, que comprende además un circuito de control configurado para: operar el primer arreglo (405) de conmutadores en la tercera condición de falla en respuesta a identificación de una falla entre la salida (503) del primer arreglo (405) de conmutadores y el primer bus (206) de salida de dc; y operar el segundo arreglo (406) de conmutadores en la tercera condición de falla en respuesta a identificación de una falla entre la salida (503) del segundo arreglo (406) de conmutadores y el segundo bus (207) de salida de dc.

12. El sistema eléctrico de la reivindicación 1, en el cual:

la primera máquina (111) eléctrica giratoria de doble devanado comprende una pluralidad de bobinas, en donde las bobinas de la primera submáquina (111-1) son bobinas opuestas de la segunda submáquina (111-2); y

la segunda máquina (113) eléctrica giratoria de doble devanado comprende una pluralidad de bobinas, en donde las bobinas de la tercera submáquina (11-3-1) son bobinas opuestas de la segunda submáquina (113-2).

13. Un motor (101) de turbina de gas que tiene un carrete de baja presión y un carrete de alta presión, y que comprende además el sistema (201) eléctrico de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el cual el primer carrete de turbina de gas es el carrete de baja presión y el segundo carrete de turbina de gas es el carrete de alta presión.

14. Una disposición que comprende:

un primer motor de turbina de gas que tiene un primer carrete;

un segundo motor de turbina de gas diferente del primer motor de turbina de gas, y que tiene un segundo carrete; y el sistema (201) eléctrico de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el cual el primer carrete de turbina de gas es el primer carrete del primer motor de turbina de gas, y el segundo carrete de turbina de gas es el segundo carrete del segundo motor de turbina de gas.

15. Una aeronave que comprende la turbina (101) de gas de la reivindicación 13 o la disposición de la reivindicación 14.