用于配电的配电设备和用于配电的方法技术

本发明专利技术提供一种用于配电的配电设备和用于配电的方法。用于具体在飞机中配电的配电设备包括：Ｎ１个转换设备，所述Ｎ１个转换设备中的每个具有级联发电机和各个频率转换器，所述级联发电机用于将提供的机械能的第一部分转换成具有恒定振幅和恒定频率的交流电压的第一电力，所述频率转换器用于供应作为所提供的机械能的第二部分的函数的、具有恒定振幅和恒定频率的所述交流电压的第二电力；Ｎ２条恒定频率总线，用于分别向Ｎ３个负载传输由至少一个转换设备提供的恒定频率的电力，所述Ｎ３个负载包括Ｎ４个要对其功耗进行控制的负载；以及Ｎ４个控制设备，其中各个控制设备以连接的方式设置在待控制的各个负载与所述恒定频率总线之间，并且适于控制待控制的所述负载的功耗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。尽管本专利技术可以应用于任意领域，但是结合飞机或客机更详细地描述本专利技术。
技术介绍
常规的配电设备或配电网络可以划分成三个主要的组。第一，已知具有恒定线频率的交流电压网络。第二，已知具有可变频率的交流电压网络，以及第三，已知直流电压网络。以上所描述的第一种方式，即恒定频率的交流电压网络，相对于具有可变频率的交流电压网络的具体优势在于，在飞机飞行期间需要以恒定电压和速度运行的所有负载可以直接连接到配电网络。这些负载包括例如燃料泵、液压泵或风扇。这些负载被设计为以恒定速度运行。当这些负载被直接连接到恒定频率网络时， 自动就是这种情况。可变频率网络的劣势在于需要使用转换器。这降低了效率，同时也增加了技术复杂性且增加了飞机的成本和总重量。为了设立恒定频率网络，传统上使用被称之为集成驱动发电机(IDG)的设备，集成驱动发电机基本上由发电机和恒定速度的齿轮单元构成。在该系统中，在发电机的机械输入侧进行从可变速度到恒定速度的转换。为了满足当前和未来的需求，在飞行期间具有可用于飞机的不同电能源也很重要。只有一个发动机驱动型发电机是不行的，需要结合其它能源。在诸如Airbus A380 (空中客车A380)之类的更近期的新设备中，IDG已被不具有恒定速度的齿轮单元的发电机(所谓的可变频率发电机(VFG))取代，这种发电机能够覆盖所需的速度范围，例如因子2，并建立具有可变频率的对应网络。诚然，这的确节省了 IDG的费用，但是很多负载也需要使用转换器，这再次对初始成本、服务成本、总重量和运行可靠性具有有害的影响。如以上提及的那样，直流电压网络是对交流电压网络的替代。然而，由于无论是直流电压马达还是具有换向器的直流电压发电机都不应当用在商用飞机中(因为它们需要使用碳刷，而这些碳刷的维护非常密集，因而成本密集)，因此使用无刷直流电压技术。在这种情况下，发电机或马达以交流电压运行，而该交流电压由来自直流电压网络(例如270V)的特定马达控制设备产生。在一侧的直流电压网络和交流电压发电机以及在另一侧的无刷直流电压马达的结合得到被称之为多电力转换的设备。最初借助于整流器从交流电压发电机产生直流电压，然后相应地将该电压分配给相关部件的马达控制设备。然而，该多转换的劣势在于其产生了额外的能量损失，并且需要更多的技术费用，而这会不利地招致更多的初始和服务成本以及额外的重量。然后，这些马达控制设备产生单独的交流电压以驱动并控制马达本身。在任何情况下，这种直流电压网络具有在切换操作期间可能会发生电弧的劣势，该电弧不会自动熄灭，而是需要复杂的切换元件来抑制它。额外需要的这些切换元件不利地招致更多的初始和服务成本，并且还会带来额外的重量。此外，这些必要的切换单元还不能完全用在航空领域，因为它们尚未达到在航空业使用的必要服务系列成熟水平。文献US 5，977，645A、US 7，116，003B2 和 US 7，210，653B2 描述了以上提及的网络的结合。文献US 3，571，693A、US 5，627，744A和US 7，045，925B2也描述了在发电机的电输出侧进行可变到恒定频率的转换的恒定频率网络。文献US 4，357，524例示了用于热控制飞机窗户的电动热控制设备。文献DE 19821952C2进一步描述了在飞机上的供电单元。
技术实现思路
总体来说，本专利技术的目的在于提供一种更高效的在飞机上的配电。相应地，提出一种用于具体在飞机中配电的配电设备，包括m个转换设备，包括各个级联发电机，并且包括各个频率转换器，所述级联发电机用于将提供的机械能的第一部分转换成具有恒定振幅和恒定频率的交流电压的第一电力， 所述频率转换器用于提供作为所提供的机械能的第二部分的函数的、具有恒定振幅和恒定频率的交流电压的第二电力；N2条恒定频率总线，用于分别向N3个负载传输由至少一个转换设备供应的恒定频率的电力，所述N3个负载包括至少N4个要对其功耗进行控制的负载；以及N4个控制设备，其中各个控制设备连接在待控制的各个负载与所述恒定频率总线之间，并且被设计为控制待控制的所述负载的功耗。进一步提出一种包括配电网络的飞机，该配电网络包括如上所述的配电设备。进一步提出一种用于具体在飞机中配电的方法，所述方法包括以下步骤a)提供W个转换设备，所述转换设备包括各个级联发电机，并且包括各个频率转换器，所述级联发电机用于将提供的机械能的第一部分转换成具有恒定振幅和恒定频率的交流电压的第一电力，所述频率转换器用于提供作为所提供的机械能的第二部分的函数的、具有恒定振幅和恒定频率的交流电压的第二电力；b)提供N2条恒定频率总线，所述N2条恒定频率总线用于分别向N3个负载传输由至少一个转换设备供应的恒定频率的电力，所述N3个负载包括N4个要对其功耗进行控制的负载；c)将各个控制设备布置在待控制的各个负载与所述恒定频率总线之间；并且d)借助于所布置的控制设备来控制待控制的所述负载的功耗。本专利技术的一个优势在于，根据本专利技术的配电设备和根据本专利技术的用于配电的方法将恒定频率网络的优势与不具有恒定速度齿轮单元的发电机的优势结合。根据本专利技术，还可以将作为附加能源的燃料电池连接到根据本专利技术的配电设备。本专利技术的另一优势在于，在根据本专利技术的配电设备中，只有一种单网络类型(即恒定线频率的交流电压网络)用于配电，因而不需要进行电力网络之间的转换。这有利地使得根据本专利技术的配电网络和根据本专利技术的配电设备中的能量损失显著减少。与提供的总电力相比大幅降低且必须经由转换器馈送的电力作为进一步的优势从根据本专利技术的配电设备的架构中显露出。因此，这些转换器也可以被配置得对应地较小， 这使得可以进一步减少能量损失。这有利地最小化了冷却措施所需的成本，并最终也减轻了飞机的总重量，因而降低了与其相关联的成本。如下面更详细地说明的那样，供电设备也可以将一个以上燃料电池并入其网络架构中，这使得可以灵活地调整供应给各条总线的电力，以满足相关联的负载的电力需求。这使得可用电力的利用率得到提高，并使得冗余增加。使用三相系统(例如根据本专利技术的恒定频率的AC网络)作为唯一网络类型进一步使得可以无需提供特定转换器就能提供三个不同的电压系统。因此可以实现比在例如直流电压网络中更高效地适应相关联的负载的需求。因此，总体上，所提出的本专利技术的配电设备的架构使得可以降低飞机的供电网络的复杂性。根据本专利技术，为每个待控制的负载提供独立的控制设备或控制装置，并针对该负载精确地形成独立的控制设备或控制装置的尺寸。这使得开发成本降低，并且可以独立设计各个控制设备。如上所述，在根据本专利技术的设备中，所使用的“级联发电机”基于在FrSger, Carsten publication “Neuartige Kaskadenmaschine fiir biirstenloseDrehzahlstell antriebe mit geringem Stromrichteraufwand，，Dusseldorf，VDI，1995(卡斯腾·傅兰格尔；公布“具有较小变流器成本的用于空载转速调节驱动装置的新型级联机”;杜塞尔多夫；德国工程师协会；19卯)中和在文献US 7，045，925B2中描述的发动机设计，并且在 Frager, Carsten “ Kaskad本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于具体在飞机中配电的配电设备（１），包括：ａ）Ｎ１个转换设备（２），包括各个级联发电机（３），并且包括各个频率转换器（４），所述级联发电机（３）用于将提供的机械能的第一部分转换成具有恒定振幅和恒定频率的交流电压的第一电力（Ｉ１），所述频率转换器（４）用于供应作为所提供的机械能的第二部分的函数的、具有恒定振幅和恒定频率的交流电压的第二电力（Ｉ２）；ｂ）Ｎ２条恒定频率总线（５、６），用于分别向Ｎ３个负载（７－１２）传输由至少一个转换设备（２）供应的恒定频率的电力（Ｉ３），所述Ｎ３个负载（７－１２）包括至少Ｎ４个要对其功耗进行控制的负载（１１、１２）；以及ｃ）Ｎ４个控制设备（１３、１４），各个控制设备（１３、１４）连接在待控制的各个负载（１１、１２）与所述恒定频率总线（５、６）之间，并且被设计为控制待控制的所述负载（１１、１２）的功耗。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡斯滕·克彭，
申请(专利权)人：空中客车作业有限公司，
类型：发明
国别省市：DE