【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于高功率密度電機與電源系統及其控制，涉及一種單級式無刷電勵磁起發一體化系統拓撲及控制方法。
技術介紹
1、多電飛機(more?electric?aircraft,mea)更多的使用電能取代傳統機械能、液壓能等，因而精簡了能源結構及其附屬裝置，是支撐世界航空器發展的重要方向。作為動力系統的核心，機載電源系統在多電飛機的發展過程中起到了關鍵支撐作用。起動發電一體化電源系統集航空發動機起動功能和發電功能于一體，是多電飛機的重要技術標志之一。隨著機載設備電氣化程度的提高，對新一代電源系統功率密度和運行效率提出了更高的要求。
2、傳統三級式無刷電勵磁同步起動/發電系統(以下簡稱三級式起發系統)具有可靠性高、發電品質好等特點，已得到了國內外學者的廣泛研究，并已得到了成功應用。圖1為基于兩相勵磁的航空三級式起發系統典型結構示意圖，其中，電機主體由副勵磁機、主勵磁機、主電機和旋轉整流器組成；控制主體由發電控制單元、勵磁機控制器、主電機控制器和電磁繼電器組成。其運行過程如下：發電模式下，航空發動機消耗航空燃油維持自運轉，并帶動三級式電機轉子旋轉。永磁副勵磁機發出三相交流電，并通過發電控制單元(gcu)為主勵磁機定子繞組提供直流勵磁；主勵磁機轉子三相交流電經旋轉整流器為主電機轉子繞組提供勵磁電流，主電機作為發電機運行，為機載設備供電。起動模式下，主勵磁機由兩相勵磁機控制器提供兩相交流電，其轉子三相交流電經旋轉整流器為主電機轉子繞組提供勵磁電流，主電機作為電機運行，并帶動航空發動機到達點火轉速，此后轉向發電模式，起動模式下副勵
3、傳統航空三級式無刷同步起動/發電系統結構復雜、體積重量大，不利于系統功率密度的提升；起動與發電狀態下需要對勵磁進行單獨控制，且面臨較為復雜的勵磁切換過程，對系統高效運行帶來了不利影響。
技術實現思路
1、要解決的技術問題
2、為了避免現有技術的不足之處，本專利技術提出一種單級式無刷電勵磁起發一體化系統拓撲及控制方法，針對大飛機起動發電一體化動力系統高功率密度和高效控制需求，本專利技術要解決的技術問題為：進一步精簡大飛機起發一體化系統結構，提高功率密度并實現高效運行控制。
3、技術方案
4、一種單級式無刷電勵磁起發一體化系統拓撲結構，其特征在于：包括旋轉式勵磁電源、旋轉整流器、電勵磁同步起動發電機、電勵磁同步起動發電機控制器、切換開關；旋轉式勵磁電源的勵磁電源次級繞組通過旋轉整流器與電勵磁同步起動發電機轉子勵磁繞組實現功率回路連接，且旋轉式勵磁電源的勵磁電源次級磁芯、旋轉整流器、電勵磁同步起動發電機轉子同軸連接，同步旋轉，由此形成電勵磁同步起動發電機無刷勵磁結構；電勵磁同步起動發電機通過切換開關在電勵磁同步起動發電機控制器與旋轉式勵磁電源的勵磁電源控制器之間實現轉換，當選擇連接電勵磁同步起動發電機控制器時，電勵磁同步起動發電機通過電勵磁同步起動發電機控制器的電容cp2接外部直流電源，三相全控橋功率電路輸出三相變頻交流電，使電勵磁同步起動發電機運行在電動狀態；當連接旋轉式勵磁電源的勵磁電源控制器時，電勵磁同步起動發電機工作在發電狀態，發出的三相交流電三相不控整流橋整流后，為勵磁電源控制器提供直流母線電壓。
5、所述切換開關采用三刀雙擲開關，輸入側為三個固定觸電s11、s12和s13，輸出側為三組常開觸點g1、g2和g3；其中：電勵磁同步起動發電機的a、b和c三相繞組輸出端子分別連接三刀雙擲開關輸入側固定觸電s11、s12和s13，三刀雙擲開關輸出側為三組常開觸點g1、g2和g3；g1組的g11和g12分別與勵磁機電源控制器三相不控整流橋c相橋臂中點c2和電勵磁同步起動發電機控制器三相全控橋c相橋臂中點c1相連；g2組的g21和g22分別與勵磁機電源控制器三相不控整流橋a相橋臂中點a2和電勵磁同步起動發電機控制器三相全控橋a相橋臂中點a1相連；g3組的g31和g32分別與勵磁機電源控制器三相不控整流橋b相橋臂中點b2和電勵磁同步起動發電機控制器三相全控橋b相橋臂中點b1相連；觸點g11、g21、g31同時接負載輸入端；所述三刀雙擲開關輸入側固定觸電s11、s12和s13通過三組常開觸點g1、g2和g3的轉換閉合實現電勵磁同步起動發電機控制器與旋轉式勵磁電源的勵磁電源控制器之間的轉換。
6、所述旋轉式勵磁電源包括勵磁電源控制器、勵磁電源初級磁芯和勵磁電源初級繞組、勵磁電源次級磁芯和勵磁電源次級繞組；勵磁電源控制器為系統靜止部件，與勵磁電源初級繞組相連；勵磁電源初級繞組纏繞在勵磁電源初級磁芯上，且兩者固定在電勵磁同步起動發電機外殼上，為系統固定靜止部件；勵磁電源次級磁芯為一體結構，包括柱狀磁芯及其側板磁芯，勵磁電源次級繞組固定在勵磁電源次級磁芯上，兩者在結構上形成電纜繞線盤式結構，為系統旋轉部件，并與勵磁電源初級磁芯形成套筒式結構；勵磁電源初級磁芯與勵磁電源次級磁芯之間存在相對運動，且通過氣隙實現磁能耦合。
7、所述勵磁電源控制器、勵磁電源初級繞組和勵磁電源次級繞組采用dc-dc電路拓撲結構。
8、所述dc-dc電路拓撲結構包括反激式dc-dc電路拓撲、半橋式dc-dc電路拓撲、全橋準諧振dc-dc電路拓撲、正激式dc-dc電路拓撲、或推挽式dc-dc電路拓撲。
9、一種利用所述拓撲結構實現單級式無刷電勵磁起發一體化系統勵磁、起動和發電控制策略，其特征在于步驟如下：
10、步驟1：起動狀態下，切換開關s的輸入側s1、s2和s3分別與輸出g1、g2和g3組的觸點g12、g22和g32保持接觸，使得電勵磁同步起動發電機的定子a、b、c三相繞組分別與電勵磁同步起動發電機控制器的a、b、c三相橋臂中點相連；電勵磁同步起動發電機控制器中電容cp2接外部直流電源，三相全控橋功率電路輸出三相變頻交流電，使電勵磁同步起動發電機運行在電動狀態，拖動航空發電機起動到脫開轉速；
11、所述起動狀態下的工作狀態：旋轉式勵磁電源工作在高頻全橋dc-dc電能傳輸模式，勵磁電源控制器電容cp1接外部直流電源，為勵磁電源控制器提供直流母線電壓，由勵磁電源控制器全橋可控逆變橋向勵磁電源初級繞組提供高頻交流電，并在勵磁電源初級磁芯中產生高頻交變磁場，該交變磁場通過勵磁電源初次級磁芯氣隙，在勵磁電源次級磁芯中感應出高頻交變磁場，并進一步在勵磁電源次級繞組中感應出高頻交變電流，該高頻交變電流經不控全橋旋轉整流器整流后，為電勵磁同步起動發電機提供直流勵磁電流；
12、步驟2：發電狀態下，切換開關s的輸入側s1、s2和s3分別與輸出g1、g2和g3組的觸點g11、g21和g31保持接觸，即電勵磁同步起動發電機的定子a、b、c三相繞組分別與勵磁電源控制器的a、b、c三相橋臂中點相連；電勵磁同步起動發電機控制器中電容cp2不再本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種單級式無刷電勵磁起發一體化系統拓撲結構，其特征在于：包括旋轉式勵磁電源、旋轉整流器、電勵磁同步起動發電機、電勵磁同步起動發電機控制器、切換開關；旋轉式勵磁電源的勵磁電源次級繞組通過旋轉整流器與電勵磁同步起動發電機轉子勵磁繞組實現功率回路連接，且旋轉式勵磁電源的勵磁電源次級磁芯、旋轉整流器、電勵磁同步起動發電機轉子同軸連接，同步旋轉，由此形成電勵磁同步起動發電機無刷勵磁結構；電勵磁同步起動發電機通過切換開關在電勵磁同步起動發電機控制器與旋轉式勵磁電源的勵磁電源控制器之間實現轉換，當選擇連接電勵磁同步起動發電機控制器時，電勵磁同步起動發電機通過電勵磁同步起動發電機控制器的電容CP2接外部直流電源，三相全控橋功率電路輸出三相變頻交流電，使電勵磁同步起動發電機運行在電動狀態；當連接旋轉式勵磁電源的勵磁電源控制器時，電勵磁同步起動發電機工作在發電狀態，發出的三相交流電三相不控整流橋整流后，為勵磁電源控制器提供直流母線電壓。
2.根據權利要求1所述單級式無刷電勵磁起發一體化系統拓撲結構，其特征在于：所述切換開關采用三刀雙擲開關，輸入側為三個固定觸電S11、S12和S13，
3.根據權利要求1所述單級式無刷電勵磁起發一體化系統拓撲結構，其特征在于：所述旋轉式勵磁電源包括勵磁電源控制器、勵磁電源初級磁芯和勵磁電源初級繞組、勵磁電源次級磁芯和勵磁電源次級繞組；勵磁電源控制器為系統靜止部件，與勵磁電源初級繞組相連；勵磁電源初級繞組纏繞在勵磁電源初級磁芯上，且兩者固定在電勵磁同步起動發電機外殼上，為系統固定靜止部件；勵磁電源次級磁芯為一體結構，包括柱狀磁芯及其側板磁芯，勵磁電源次級繞組固定在勵磁電源次級磁芯上，兩者在結構上形成電纜繞線盤式結構，為系統旋轉部件，并與勵磁電源初級磁芯形成套筒式結構；勵磁電源初級磁芯與勵磁電源次級磁芯之間存在相對運動，且通過氣隙實現磁能耦合。
4.根據權利要求1所述單級式無刷電勵磁起發一體化系統拓撲結構，其特征在于：所述勵磁電源控制器、勵磁電源初級繞組和勵磁電源次級繞組采用DC-DC電路拓撲結構。
5.根據權利要求4所述單級式無刷電勵磁起發一體化系統拓撲結構，其特征在于：所述DC-DC電路拓撲結構包括反激式DC-DC電路拓撲、半橋式DC-DC電路拓撲、全橋準諧振DC-DC電路拓撲、正激式DC-DC電路拓撲、或推挽式DC-DC電路拓撲。
6.一種利用權利要求1～5任一項所述拓撲結構實現單級式無刷電勵磁起發一體化系統勵磁、起動和發電控制策略，其特征在于步驟如下：
7.一種電機的控制器，其特征在于，包括處理器和存儲器，所述處理器用于執行所述存儲器中存儲的計算機程序時實現如權利要求6所述數據遷移方法的步驟。
8.一種可讀存儲介質，其特征在于，所述可讀存儲介質上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現如權利要求6任一項所述數據遷移方法的步驟。
9.一種計算機程序產品，其特征在于包括計算機可執行指令，所述指令在被執行時用于實現權利要求6所述的方法。
...【技術特征摘要】
1.一種單級式無刷電勵磁起發一體化系統拓撲結構，其特征在于：包括旋轉式勵磁電源、旋轉整流器、電勵磁同步起動發電機、電勵磁同步起動發電機控制器、切換開關；旋轉式勵磁電源的勵磁電源次級繞組通過旋轉整流器與電勵磁同步起動發電機轉子勵磁繞組實現功率回路連接，且旋轉式勵磁電源的勵磁電源次級磁芯、旋轉整流器、電勵磁同步起動發電機轉子同軸連接，同步旋轉，由此形成電勵磁同步起動發電機無刷勵磁結構；電勵磁同步起動發電機通過切換開關在電勵磁同步起動發電機控制器與旋轉式勵磁電源的勵磁電源控制器之間實現轉換，當選擇連接電勵磁同步起動發電機控制器時，電勵磁同步起動發電機通過電勵磁同步起動發電機控制器的電容cp2接外部直流電源，三相全控橋功率電路輸出三相變頻交流電，使電勵磁同步起動發電機運行在電動狀態；當連接旋轉式勵磁電源的勵磁電源控制器時，電勵磁同步起動發電機工作在發電狀態，發出的三相交流電三相不控整流橋整流后，為勵磁電源控制器提供直流母線電壓。
2.根據權利要求1所述單級式無刷電勵磁起發一體化系統拓撲結構，其特征在于：所述切換開關采用三刀雙擲開關，輸入側為三個固定觸電s11、s12和s13，輸出側為三組常開觸點g1、g2和g3；其中：電勵磁同步起動發電機的a、b和c三相繞組輸出端子分別連接三刀雙擲開關輸入側固定觸電s11、s12和s13，三刀雙擲開關輸出側為三組常開觸點g1、g2和g3；g1組的g11和g12分別與勵磁機電源控制器三相不控整流橋c相橋臂中點c2和電勵磁同步起動發電機控制器三相全控橋c相橋臂中點c1相連；g2組的g21和g22分別與勵磁機電源控制器三相不控整流橋a相橋臂中點a2和電勵磁同步起動發電機控制器三相全控橋a相橋臂中點a1相連；g3組的g31和g32分別與勵磁機電源控制器三相不控整流橋b相橋臂中點b2和電勵磁同步起動發電機控制器三相全控橋b相橋臂中點b1相連；觸點g11、g21、g31同時接負載輸入端；所述三刀雙擲開關輸入側固定觸電s11、s12和s13通過三組常開觸點...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張小科，劉衛國，焦寧飛，毛帥，梁培鑫，樊昱琨，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：發明
國別省市：
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