CN107919822A - 一种基于双有源桥的起动发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空电源技术领域，涉及一种基于双有源桥的起动发电系统。本发明采用270V高压直流作为起动发电系统供电体制，起动发电系统的起动发电机采用高速永磁同步电机，利用电机的双向运行原理，可以实现起动和发电功能。永磁电机采用的稀土永磁材料具有很高的磁能积，可以明显降低电机的重量、减小电机的体积，同时电机使用寿命长，可靠性和维修性高。高速永磁同步电机控制技术成熟，采用数字化控制，可实现电机输出转矩控制；本发明具有容量大、发电效率高、体积小、重量轻、可靠性高以及寿命周期费用低等优点。
Description
技术领域
本发明属于航空电源技术领域，涉及一种基于双有源桥的起动发电系统。
背景技术
目前，在国内外航空电源系统中，28V低压直流电源系统的应用已相对成熟，而交流电源系统和高压直流系统大多处于研究阶段。传统的起动发电系统采用起动控制器驱动起动发电机来实现发动机起动，起动完成后起动控制器脱开，由发电控制器控制起动发电机发电，机上作动系统需额外配置电动机控制器，这样就造成了控制网络、通讯网络的复杂性，并且使飞机机载设备的重量和体积较大，降低了飞机运行的可靠性。随着飞机上用电设备高智能化、自动化以及全电飞机的实现，要求飞机电源系统能够输出高功率、高质量的电能，还需要提高系统功重比。
发明内容
本发明的目的
1)采用270V直流供电体制；
2)采用高速永磁同步电机作为起动发电机；
3)采用双向变换器实现起动、发电一体化。
本发明的技术方案
一种基于双有源桥的起动发电系统，包括发动机、高速永磁同步电机、起动发电控制器、起动电源、用电负载；系统首先工作于起动运行状态，接通270V直流起动电源，通过起动发电控制器进行逆变，给高速永磁同步电机三相电枢绕组提供三相交流电，产生电磁转矩，起动发动机至脱开转速；起动过程结束后，断开起动电源，此时发动机开始作为高速永磁同步电机的驱动能量源，迅速驱动高速永磁同步电机加速旋转至额定转速，进入发电运行状态；其特征在于，高速永磁同步电机发出的三相交流电首先通过三相变换器进行整流，再通过双有源桥变换器变换为270V直流电。
所述起动控制器中的三相变换器工作于逆变模式，采用基于转子磁场定向的矢量控制算法，利用空间矢量脉宽调制方式进行调制，给高速永磁同步电动机提供三相电枢电流，起动发动机至脱开转速。
所述高速永磁同步电机发出的三相交流电首先通过三相变换器中的续流二极管进行三相不可控整流，再通过双有源桥变换器进行电力变换为稳定的270V直流电。。
本发明的有益效果
1)采用270V高压直流作为起动发电系统供电体制，使系统具有容量大、发电效率高、体积小、重量轻、可靠性高以及寿命周期费用低等优点；
2)起动发电系统的起动发电机采用高速永磁同步电机，利用电机的双向运行原理，可以实现起动和发电功能。永磁电机采用的稀土永磁材料具有很高的磁能积，可以明显降低电机的重量、减小电机的体积，同时电机使用寿命长，可靠性和维修性高。高速永磁同步电机控制技术成熟，采用数字化控制，可实现电机输出转矩控制；
3)起动发电控制器中包括三相变换器和双有源桥变换器两部分，既可以实现能量的双向传递，也可以实现电气隔离。起动控制器在起动模式和发电模式两种模式下共用一个控制器，实现了控制器起动、发电功能的一体化，提高了系统容量和电能质量，同时减小了系统体积，提高了系统功重比。
附图说明
图1是270V高压直流起动发电系统框图
图2是起动发电控制器电气原理图
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详述：
附图1描述了270V高压直流起动发电系统框图。系统包括发动机、高速永磁同步电机、起动发电控制器、起动电源、用电负载等。
系统首先工作于起动运行状态，发动机作为永磁同步电机的机械负载。接通270V直流起动电源，通过起动发电控制器进行电力变换，给高速永磁同步电机三相电枢绕组提供三相交流电，产生电磁转矩，起动发动机至脱开转速。
起动过程结束后，断开地面电源，接通用电负载。此时发动机开始作为高速永磁同步电机的驱动能量源，迅速驱动高速永磁同步电机加速旋转至额定转速，进入发电运行状态。高速永磁同步电机发出的三相交流电通过起动发电控制器进行电力变换，给用电负载提供稳定的270V高压直流电。
附图2描述了起动发电控制器电气原理图，起动发电控制器主要包括控制电路和主功率电路两部分。
控制电路主要具有信号采集、故障检测、故障保护、控制系统起动/发电等功能。DSP最小系统根据采集到高速永磁同步电机的转速、电流等信号，采用矢量控制算法、双重移相控制算法，通过开关管驱动电路控制起动发电变换器中开关管的通断，实现起动、发电及故障检测保护等功能。
主功率电路采用双有源桥变换器和三相变换器两级组合拓扑，两级变换器可以单独控制，灵活性高，控制简单。双有源桥变换器功率密度大，没有额外的滤波电感，仅通过变压器的漏感作为能量传输单元，开关管应力较低，在体积、重量、效率等方面占有很大的优势。电路结构对称，通过高频变压器连接着两个全桥电路，既能实现双向功率传输，又能实现两侧的电气隔离。三相变换器可以工作在整流模式和逆变模式，也可以实现能量的双向流动。
系统工作于起动运行过程中，能量由直流侧向交流侧传输。起动控制器中的三相变换器工作于逆变模式，采用基于转子磁场定向的矢量控制算法，利用空间矢量脉宽调制方式进行调制，给高速永磁同步电动机提供三相电枢电流，起动发动机至脱开转速。
系统工作于发电运行过程中，能量由交流侧向直流侧传输。高速永磁同步电机发出的三相交流电首先通过三相变换器中的续流二极管进行三相不可控整流，再通过双有源桥变换器进行电力变换为稳定的270V直流电。双有源桥变换器采用双重移相控制算法，保证每个开关管的零电压开通和关断，降低开关损耗，同时也可以减小无功环流和电流峰值，提高变换器的传输效率，改善电能质量。
Claims (3)
1.一种基于双有源桥的起动发电系统，包括发动机、高速永磁同步电机、起动发电控制器、起动电源、用电负载；系统首先工作于起动运行状态，接通270V直流起动电源，通过起动发电控制器进行逆变，给高速永磁同步电机三相电枢绕组提供三相交流电，产生电磁转矩，起动发动机至脱开转速；起动过程结束后，断开起动电源，此时发动机开始作为高速永磁同步电机的驱动能量源，迅速驱动高速永磁同步电机加速旋转至额定转速，进入发电运行状态；其特征在于，高速永磁同步电机发出的三相交流电首先通过三相变换器进行整流，再通过双有源桥变换器变换为270V直流电。
2.如权利要求1所述的基于双有源桥的起动发电系统，其特征在于，所述起动控制器中的三相变换器工作于逆变模式，采用基于转子磁场定向的矢量控制算法，利用空间矢量脉宽调制方式进行调制，给高速永磁同步电动机提供三相电枢电流，起动发动机至脱开转速。
3.如权利要求1或2所述的基于双有源桥的起动发电系统，其特征在于，所述高速永磁同步电机发出的三相交流电首先通过三相变换器中的续流二极管进行三相不可控整流，再通过双有源桥变换器进行电力变换为稳定的270V直流电。。
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