[发明专利]一种具有容错能力的永磁起动发电系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种具有容错能力的永磁起动发电系统及其控制方法，属于起动发电技术领域。系统包括双三相高阻抗永磁起动发电机、两组双向桥式功率变换电路、起动发电切换开关、蓄电池、直流负载、起动发电系统控制器、位置传感器、温度传感器，电流传感器、电压传感器。采用SVPWM技术控制系统运行于起动阶段和发电阶段。在电机发生匝间短路故障时，将故障绕组交轴电流给定信号置零并将直轴电流给定信号置为额定电流大小的弱磁电流，使得故障绕组进入弱磁状态，限制故障绕组的短路电流在额定电流附近，大部分功率输出由正常绕组承担，起动转矩平稳，发电控制简单，可靠性高，能有效限制短路电流，特别是匝间短路电流。

技术领域

本发明涉及一种起动发电系统，尤其涉及一种具有容错能力的永磁起动发电系统及其控制方法，属于起动发电的技术领域。

背景技术

起动发电一体化可以减小系统体积，使结构紧凑，是能够应用于飞机上的独立电源系统。根据电机的可逆运行原理，将发电机一机两用，在航空发动机未工作时，电机作为电动机用，起动航空发动机，航空发动机起动后，航空发动机则反过来带动电机发电，该系统省去了起动机，减小系统的体积和重量，提高了效率。

永磁同步电机具有输出转矩高、功率密度高、效率高等优点，在航空、电动汽车、船舶等各工业领域得到了广泛应用。永磁同步电机发电与电动运行时可使用同一套功率变换器，简化了起动发电系统。然而，由于永磁体的存在，故障时不能灭磁，一旦发生短路故障，尤其是匝间短路故障将产生很大的短路电流，对绕组绝缘构成极大威胁，甚至毁坏电机，这一问题使永磁同步电机在航空主电源系统中的应用受到限制。

与外部短路相比，匝间短路故障更为严重。由于短路匝匝链的磁链在短路前后几乎不发生变化，而短路匝的电阻值和电感值都较小，会在短路匝中感应出巨大的环流，短时间内产生巨大热量，引起剧烈温升，造成严重的后果。因此研究一种具有容错能力的永磁起动发电系统具有重要的意义。

目前，起动发电技术方案主要应用在混合动力汽车起动发电一体化技术方面，并且采用永磁电机作为起动发电机的方案较多，发明专利CN101958674A公开了一种绕组开路型永磁电机车载起动发电系统及控制方法，绕组开路型永磁电机绕组端部一侧通过三相整流桥和滤波电容构成给负载供电的整流发电电路，绕组开路型永磁电机绕组端部另一侧通过三相桥式变换器与蓄电池构成起动电路，通过切换开关实现起动、发电运行状态的切换，该发明可以有效地满足车载起动发电机的宽转速运行范围、高功率密度、高效率的要求，但是此种方法容错性不高，一旦发生短路故障将产生大量的热量。美国专利US7064526B2公开了一种具有容错能力的永磁起动发电机，该起动发电机的每一相绕组连接独立的双向变换器，当一相绕组发生短路故障时，对地故障检测器向控制单元发出信号，控制单元控制该相绕组连接的变换器来实现容错，该发明控制方法简单，具有一定的容错能力，但是使用的功率器件较多，结构复杂，且无法有效限制匝间短路电流。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种具有容错能力的永磁起动发电系统及其控制方法，实现了永磁起动系统匝间短路电流的有效抑制，解决了现有具有容错能力的永磁起动发电机无法有效抑制匝间短路电流的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

具有容错能力的永磁起动发电系统，包括：双三相高阻抗永磁起动发电机、双向桥式功率变换电路、起动发电系统控制器、起动/发电切换开关、实时采集电机转子位置信号的位置传感器、实时采集电机六相电枢绕组温度的温度传感器、实时采集电机六相电枢绕组电流的电流传感器、蓄电池、直流负载；所述永磁起动发电机具有两套三相电枢绕组，其中，ABC三相绕组分别与第一组双向桥式功率变换电路的桥臂中点连接，DEF三相绕组分别与第二组双向桥式功率变换电路的桥臂中点连接；两组功率变换电路直流侧并联向负载供电；切换开关包括动触点和第一静触点、第二静触点，动触点与双向桥式功率变换电路的正输出端连接，第一静触点与蓄电池的正极连接，第二静触点与直流负载的正端相连；起动发电系统控制器与双向桥式功率变换电路的控制端、切换开关的控制端连接。