[发明专利]航空两级式高压直流起动发电系统的拓扑结构及控制方法

说明书

本发明涉及一种航空两级式高压直流起动发电系统的拓扑结构及控制方法，励磁机和主电机同轴安装，旋转整流器输入接励磁机转子绕组、输出接主电机转子绕组；励磁机控制功率电路输出接励磁机定子绕组，主电机控制功率电路输出接主电机定子绕组；切换开关输入侧KG接起动/发电控制器直流母线，输出侧有G1和G2两个触点，G1触点与机载电力系统汇流条相连接，G2触点与外部供电电源相连接。直接减掉了副励磁机、发电控制单元、发电整流电路，提升了功率密度；缩短了电机本体轴向长度，减小了系统复杂度，增加的主电机输出可控整流通道具有稳压功能和高动态响应特性，使得系统发电稳压控制多了一个控制余度，可提升系统发电动态响应。

技术领域

本发明属于电机系统领域，涉及一种航空两级式高压直流起动发电系统的拓扑结构及控制方法。

背景技术

随着机载用电设备容量的不断提升和类型的不断增加，多电/全电飞机对高功率密度、高可靠性、高品质的飞机供电系统的需求越来越高。高压直流电源系统易于并联从而实现不间断供电、仅使用两根汇流条可减轻馈线重量等特点，使其在供电品质、可靠性、重量等方面具有明显的优势，成为多电/全电飞机电源系统的重要发展方向。作为航空发动机、尤其是多电发动机的关键部件，航空起动发电一体化电机系统集发动机起动和飞机供电功能于一体，省去了传统发动机起动所用的专用起动装置，减小了系统体积重量、提高了集成度，是航空发动机-电源系统的重要发展趋势。三级式起动发电系统凭借其优异的可靠性，成为航空起动发电一体化研究及应用的重点。作为目前多电大飞机的代表，美国波音787飞机主发动机率先实现了三级式起动发电系统的装机应用。

现有用于航空高压直流电源系统的三级式起动发电系统包括副励磁机、励磁机、旋转整流器、主电机、起动控制器、发电控制单元和发电整流电路以及起动发电状态切换器。其中，副励磁机、励磁机和主电机同轴连接，构成三级式电机结构。励磁机通过安装在转子侧的旋转整流器为主电机提供直流励磁电流，实现主电机的无刷化以及励磁电流可调。在三级式起动发电系统起动阶段，由起动控制器向励磁机提供交流励磁，并控制主电机运行在电动状态输出转矩带动航空发动机起动。发动机达到发电转速后，由副励磁机通过发电控制单元向励磁机提供直流励磁，主电机运行在发电状态，经三相不控整流电路输出直流电给机载负载，并通过励磁机的闭环励磁调节实现主电机稳压输出。

三级式起动发电系统结构特点带来的高可靠性优势使其具有航空应用的巨大潜力，但也存在以下问题：1)系统三级式结构复杂，并且起动控制器仅用于系统起动阶段，副励磁机、发电控制单元和发电整流电路仅用于系统发电阶段，系统功率密度较低；2)主电机输出稳压调节需经过励磁机、旋转整流器以及主电机，其调节回路长，导致系统在负载突变时发电动态响应性能较差。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种航空两级式高压直流起动发电系统的拓扑结构及控制方法。传统用于航空高压直流电源系统的三级式起动发电系统较为复杂的结构拓扑以及仅通过励磁机励磁调节实现稳压输出的特征使得该系统功率密度和发电动态响应性能较差。为了提升起动发电系统的功率密度和发电动态响应，需要对传统三级式起动发电系统的结构拓扑及控制策略进行重新设计，使其能够较好地满足航空应用中高功率密度和发电高动态响应的需求。

技术方案

一种航空两级式高压直流起动发电系统的拓扑结构，包括起动发电机、起动发电控制器和切换开关；其特征在于：起动发电机的励磁机和主电机同轴安装，旋转整流器输入接励磁机转子绕组、输出接主电机转子绕组；起动发电控制器的励磁机控制功率电路输出接励磁机定子绕组，主电机控制功率电路输出接主电机定子绕组；切换开关输入侧KG接起动/发电控制器直流母线，输出侧有G1和G2两个触点，G1触点与机载电力系统汇流条相连接，G2触点与外部供电电源相连接。

所述切换开关包括：继电器、接触器或电力电子开关器件。

所述励磁机包括：单相励磁机、两相励磁机或三相励磁机。