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CN111313645A - 一种具有两个独立通道的航空起动/发电系统 - Google Patents

一种具有两个独立通道的航空起动/发电系统 Download PDF

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CN111313645A CN201911104971.XA CN201911104971A CN111313645A CN 111313645 A CN111313645 A CN 111313645A CN 201911104971 A CN201911104971 A CN 201911104971A CN 111313645 A CN111313645 A CN 111313645A
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王永杰
王慧贞
肖岚
陈志辉
张卓然
严仰光
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

一种具有两套以上的独立通道的起动和发电系统，包括起动/发电机、两套以上的起动/发电变换器和一套励磁电流调节器。所述起动/发电机为三级式电机，包括主电机、励磁机以及永磁机。所述主电机为多通道电励磁同步电机，定子上有两套以上的三相交流电枢绕组，转子上有一套直流励磁绕组。所述起动/发电变换器为两套以上独立的三相逆变器/整流器/变流器，用于在起动模式下把输入直流功率转换为交流功率驱动主电机输出机械能，以及在发电模式下把主电机输出的交流功率转换为直流功率。所述励磁电流调节器用于将外部输入以及永磁机输出的功率转变为励磁机需要的励磁功率。所述励磁机为电励磁同步电机，定子上有励磁绕组，转子上有三相交流绕组。

Description

一种具有两个独立通道的航空起动/发电系统
技术领域
本发明涉及一种具有两个或以上独立通道的航空起动/发电系统，两个通道可以各自同时在起动模式下将电能转化为机械能和在发电模式下将机械能转换为电能。
背景技术
随着电力电子和无刷直流电机技术的发展，具有高功率密度的高压直流起动/发电系统在航空应用中越来越有前景。由三级式起动/发电机构成的起动/发电系统是目前航空起动/发电系统的主流方案。现有航空供电系统流行双通道供电，两个独立通道互为备份，提高了供电系统的冗余度和容错性，可靠性。三级式起动/发电系统是目前航空起动/发电系统中应用最广泛的方案，本发明提供了一种具有两个独立通道，基于三级式起动/发电机的航空高压直流起动/发电系统方案。
发明内容
本发明提供了一种具有两个或以上独立通道，基于三级式起动/发电机的航空起动/发电系统方案，增加了起动/发电系统的冗余度和集成度，提高了系统的功率密度。
本发明的技术方案是：一种具有两个以上独立通道的航空起动/发电系统，其特征在于，该系统由两套以上输出绕组的三级式起动/发电机、两套以上的起动/发电变换器和一套励磁电流调节器构成：起动/发电机包括主电机、励磁机以及永磁机三级构成，并且转子上还有一个旋转整流器，主电机为多通道输出的电励磁同步电机，定子上有两套以上的三相交流电枢绕组，转子上有一套直流励磁绕组，励磁机定子上有励磁绕组，转子上有三相电枢绕组，永磁机定子上的三相电枢绕组，转子上为永磁体，旋转整流器为不控整流电路，其输入接励磁机的电枢绕组，输出连接主电机转子上的直流励磁绕组，用于将励磁机电枢绕组输出的交流电转换成直流电供给主电机励磁绕组励磁用，通过该种结构形式实现了无刷电励磁的多独立通道的航空起动/发电机，起动/发电机用于在起动模式下将起动/发电控制器输入的电能转换为机械能，驱动发动机运行，在发电模式下将发动机输入的机械能转换为多路独立的电能经由起动/发电变换器变换后输出至外部通道；励磁电流调节器输入接永磁机电枢绕组和直流电源，调节器输出接励磁机的励磁绕组，用于调节励磁机励磁绕组的电流，在起动模式下将直流电源输入的电能转换为励磁机励磁绕组需要的交流励磁电流，在发电模式下将永磁机输出的交流电转换为励磁机励磁绕组需要的直流励磁电流；起动/发电控制器由三相可控变流器和EMI滤波器构成，每个起动/发电控制器均连接各自对应的主电机定子电枢绕组和外部通道，用于在起动模式下将外部通道的直流电转换为交流电输入至主电机的电枢绕组，在发电模式下将主电机电枢绕组输出的交流电转换为直流电输出至外部通道。在起动模式下，励磁机输入交流励磁，输出三相交流电，工作于变压器模式，多个起动/发电控制器同时作为三相逆变器协同工作，共用一个直流电源，逆变产生交流电驱动主电机产生机械转矩起动发动机；在发电模式下，励磁机输入直流励磁，输出三相交流电，工作于发电机模式，励磁电流调节器根据起动/发电机转速调节励磁机的励磁电流大小，保证主电机在空载状态下输出的电压为额定值，此时起动/发电控制器不工作，当起动/发电机输出接负载时，起动/发电控制器作为三相整流器工作，使起动/发电系统输出的电压保持在额定值。
本发明的有益效果在于：多个发电通道共用一个发电机，减小了整个系统的结构重量，降低了冷却散热的复杂度。由于有多个发电通道，提高了电源冗余度和容错性能，是航空起动/发电系统的重要进步。
附图说明
图1为本发明的系统框架示意图；
图2为本发明的起动/发电机绕组示意图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图1，一种具有两个以上独立通道的航空起动/发电系统，其特征在于，该系统由两套以上输出绕组的三级式起动/发电机、两套以上的起动/发电变换器和一套励磁电流调节器构成：起动/发电机包括主电机、励磁机以及永磁机三级构成，并且转子上还有一个旋转整流器，主电机为多通道输出的电励磁同步电机，定子上有两套以上的三相交流电枢绕组，转子上有一套直流励磁绕组，励磁机定子上有励磁绕组，转子上有三相电枢绕组，永磁机定子上的三相电枢绕组，转子上为永磁体，旋转整流器为不控整流电路，其输入接励磁机的电枢绕组，输出连接主电机转子上的直流励磁绕组，用于将励磁机电枢绕组输出的交流电转换成直流电供给主电机励磁绕组励磁用，通过该种结构形式实现了无刷电励磁的多独立通道的航空起动/发电机，起动/发电机用于在起动模式下将起动/发电控制器输入的电能转换为机械能，驱动发动机运行，在发电模式下将发动机输入的机械能转换为多路独立的电能经由起动/发电变换器变换后输出至外部通道；励磁电流调节器输入接永磁机电枢绕组和直流电源，调节器输出接励磁机的励磁绕组，用于调节励磁机励磁绕组的电流，在起动模式下将直流电源输入的电能转换为励磁机励磁绕组需要的交流励磁电流，在发电模式下将永磁机输出的交流电转换为励磁机励磁绕组需要的直流励磁电流；起动/发电控制器由三相可控变流器和EMI滤波器构成，每个起动/发电控制器均连接各自对应的主电机定子电枢绕组和外部通道，用于在起动模式下将外部通道的直流电转换为交流电输入至主电机的电枢绕组，在发电模式下将主电机电枢绕组输出的交流电转换为直流电输出至外部通道。在起动模式下，励磁机输入交流励磁，输出三相交流电，工作于变压器模式，多个起动/发电控制器同时作为三相逆变器协同工作，共用一个直流电源，逆变产生交流电驱动主电机产生机械转矩起动发动机；在发电模式下，励磁机输入直流励磁，输出三相交流电，工作于发电机模式，励磁电流调节器根据起动/发电机转速调节励磁机的励磁电流大小，保证主电机在空载状态下输出的电压为额定值，此时起动/发电控制器不工作，当起动/发电机输出接负载时，起动/发电控制器作为三相整流器工作，使起动/发电系统输出的电压保持在额定值。
本发明的多个发电通道共用一个发电机，减小了整个系统的结构重量，降低了冷却散热的复杂度。由于有多个发电通道，提高了电源冗余度和容错性能，是航空起动/发电系统的重要进步。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种具有两个以上独立通道的航空起动/发电系统，其特征在于，该系统由两套以上输出绕组的三级式起动/发电机、两套以上的起动/发电变换器和一套励磁电流调节器构成：
起动/发电机包括主电机、励磁机以及永磁机三级构成，并且转子上还有一个旋转整流器，主电机为多通道输出的电励磁同步电机，定子上有两套以上的三相交流电枢绕组，转子上有一套直流励磁绕组，励磁机定子上有励磁绕组，转子上有三相电枢绕组，永磁机定子上的三相电枢绕组，转子上为永磁体，旋转整流器为不控整流电路，其输入接励磁机的电枢绕组，输出连接主电机转子上的直流励磁绕组，用于将励磁机电枢绕组输出的交流电转换成直流电供给主电机励磁绕组励磁用，通过该种结构形式实现了无刷电励磁的多独立通道的航空起动/发电机，起动/发电机用于在起动模式下将起动/发电控制器输入的电能转换为机械能，驱动发动机运行，在发电模式下将发动机输入的机械能转换为多路独立的电能经由起动/发电变换器变换后输出至外部通道；
励磁电流调节器输入接永磁机电枢绕组和直流电源，调节器输出接励磁机的励磁绕组，用于调节励磁机励磁绕组的电流，在起动模式下将直流电源输入的电能转换为励磁机励磁绕组需要的交流励磁电流，在发电模式下将永磁机输出的交流电转换为励磁机励磁绕组需要的直流励磁电流；
起动/发电控制器由三相可控变流器和EMI滤波器构成，每个起动/发电控制器均连接各自对应的主电机定子电枢绕组和外部通道，用于在起动模式下将外部通道的直流电转换为交流电输入至主电机的电枢绕组，在发电模式下将主电机电枢绕组输出的交流电转换为直流电输出至外部通道。
2.根据权利要求1所述的航空起动/发电系统，其特征在于：
在起动模式下，励磁机输入交流励磁，输出三相交流电，工作于变压器模式，多个起动/发电控制器同时作为三相逆变器协同工作，共用一个直流电源，逆变产生交流电驱动主电机产生机械转矩起动发动机；
在发电模式下，励磁机输入直流励磁，输出三相交流电，工作于发电机模式，励磁电流调节器根据起动/发电机的转速来调节励磁机的励磁电流大小，保证主电机在空载状态下输出的电压为额定值，起动/发电控制器作为三相整流器工作，使起动/发电系统在输出负载变化时的输出电压保持在额定值。
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