專利名稱：航空發(fā)動機(jī)起動器/發(fā)電機(jī)以及控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種在起動模式下把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和在發(fā)電模式 下把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的雙向能量轉(zhuǎn)化無刷電氣旋轉(zhuǎn)設(shè)備的組合。特別 地，本發(fā)明涉及一種高功率密度的航空發(fā)動機(jī)起動和發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包 括三個電機(jī)機(jī)組、起動器/發(fā)電機(jī)(S/G)以及在此被稱為逆變器/變流器/控 制器(ICC)的基于IGBT的數(shù)字控制設(shè)備。而且，本發(fā)明涉及除去基于S/G 的繞線^磁場同步機(jī)的轉(zhuǎn)子位置傳感器，結(jié)果形成一種無傳感器(sensorless) 控制的S/G和ICC系統(tǒng)。
工
背景技術(shù)：
目前存在用于航空器的起動器發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)被用來起動航 發(fā)動機(jī)以及在發(fā)電模式下在航空發(fā)動機(jī)已被起動之后利用該航空發(fā)動機(jī)以 因此給所述航空器上的動力系統(tǒng)提供電能。例如，授予William Shilling等 的美國專利申請?zhí)朜o. 4,743,777中描述了具有兩個定子勵磁繞組的起動器 發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其包括可變壓、可變頻的功率變流器，該功率變流器被交流
械接收電能。授予MadanBansal等的美國專利號No. 5，587，647中描述了一 種雙輸出、同步感應(yīng)的起動/發(fā)電系統(tǒng)。所述Bansal系統(tǒng)包括被相互耦接 到軸的同步發(fā)電機(jī)和感應(yīng)電動才幾/發(fā)電機(jī)，其中所述軸,皮外部原動機(jī)例如^L 空發(fā)動機(jī)驅(qū)動。所述Bansal系統(tǒng)還包括整流器/逆變器，該整流器/逆變器 允許雙向的功率通量以實現(xiàn)發(fā)電以及所述航空發(fā)動機(jī)的電起動。
盡管上述的現(xiàn)有技術(shù)在起動航空發(fā)動機(jī)中以及在一旦所述發(fā)動機(jī)已被
7起動由所述航空發(fā)動機(jī)發(fā)電中是有幫助的，但是希望產(chǎn)生一種在起動模式 或/和發(fā)電模式下具有更高功率密度、更高效率以及更高動力性能之一的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的至少一個方面，存在一種包括起動器/發(fā)電機(jī)(S/G)和 逆變器/變流器/控制器(ICC)的航空發(fā)動機(jī)的起動器/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中所述 起動器/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)與本領(lǐng)域內(nèi)的傳統(tǒng)系統(tǒng)相比在起動模式或/和發(fā)電模式 下具有更高功率密度、更高效率以及更高動力性能。
所述S/G包括三個電機(jī)主電機(jī)、勵^磁機(jī)以及永》茲發(fā)電機(jī)(PMG)。 可以是基于IGBT的逆變器/變流器/控制器以及是數(shù)字控制的雙向電子設(shè)備 的ICC被連接到所述S/G的主電機(jī)的定子繞組的輸入/輸出端。所述電子 設(shè)備產(chǎn)生交流電以在起動模式下驅(qū)動所述S/G并在發(fā)電模式下把所述交流 電轉(zhuǎn)化為所述航空器上需要的直流電。
第一實施例包括至少S/G系統(tǒng)的兩個方面，該兩個方面使所述整個系 統(tǒng)的重量更輕、性能更優(yōu)越。所述第一方面是雙功能的勵磁機(jī)定子，該勵 磁機(jī)定子含有和位于所述ICC中的接觸器一起工作的繞組。在起動模式過 程中，所述繞組通過所述接觸器被配置成交流的三相繞組，在發(fā)電過程 中，所述繞組通過同樣的接觸器被配置成單個的直流繞組。不必在所述電 機(jī)上增加顯著的尺寸和重量，所述雙交流和直流功能的繞組分別能滿足起 動和發(fā)電模式的需要。所述第二方面是除去在起動模式和發(fā)電模式下用于
功率電子開關(guān)的換向的傳統(tǒng)的機(jī)械式位置傳感器。這顯著減小了所述S/G 的尺寸和重量。
第二實施例致力于所述S/G系統(tǒng)的起動模式，包括五個方面，與本領(lǐng) 域內(nèi)的傳統(tǒng)方法相比，該五個方面在起動模式下起到使所述S/G具有更好 的力矩密度的作用。所述第一方面是在所述感應(yīng)電機(jī)的制動模式下被配置 和控制的勵磁機(jī)定子的三相交流繞組。實現(xiàn)零速無傳感器的方法對應(yīng)于該 實施例的第二相關(guān)方面。所述第三方面是自動;茲場的衰減機(jī)構(gòu)，該才幾構(gòu)被 研發(fā)成以在起動模式下把所述逆變器很好的保持在脈寬調(diào)制(PWM)區(qū)域 內(nèi)以及在遍及整個的速度范圍內(nèi)保持有效的電流調(diào)整。所述第四個方面是 把自動場衰減和近似統(tǒng)一的功率因數(shù)控制策略相結(jié)合，以便當(dāng)所述逆變器電壓飽和時實現(xiàn)高速下的更高功率密度。所述第五方面是矢量控制策略與
負(fù)的d-軸電流分布相結(jié)合，其中所述負(fù)的d-軸電流分布反向?qū)?zhǔn)所述主電 機(jī)的場電流以產(chǎn)生最大的》茲阻轉(zhuǎn)矩從而克服由所述;茲飽和引起的轉(zhuǎn)矩限 制。所述方法與傳統(tǒng)方法相比增加了所述S/G的轉(zhuǎn)矩密度。
第三實施例致力于所述S/G系統(tǒng)的發(fā)電模式，包括四個方面。所述第 一方面是關(guān)于由所述勵磁變流器數(shù)字控制組件240和主變流器數(shù)字控制組 件230控制的有源和無源整流可配置性，所述主IGBT/二極管電橋可變?yōu)?無源整流器或有源整流器，取決于所述應(yīng)用。所述第二方面致力于所述 IGBT變流器的控制，該IGBT變流器4巴自動場修改和過調(diào)制結(jié)合以實現(xiàn) IGBT發(fā)電模式運(yùn)行的最佳效率。所述第三方面是在發(fā)電模式過程中提供 IGBT整流方法。所述IGBT整流基于電壓模式的無傳感器，它是用在起動 模式下的類似無傳感器方法。所述第四方面致力于在吸收進(jìn)入所述電機(jī)的 DC總線上的過剩能量方面實現(xiàn)再生、同時調(diào)整所述總線電壓。


當(dāng)參照下面的詳細(xì)描述以及所述附圖時，本發(fā)明的上述優(yōu)點和特征將
變得4艮明顯，其中
圖1是本發(fā)明的整個S/G和ICC發(fā)動機(jī)起動和發(fā)電系統(tǒng)的直觀圖2是本發(fā)明的整個S/G和ICC發(fā)動機(jī)起動和發(fā)電系統(tǒng)的方框圖3是起動模式下本發(fā)明的S/G和ICC的方框圖4是發(fā)電模式下本發(fā)明的S/G和ICC的方框圖5是本發(fā)明的S/G的剖視圖6A和6B是本用于發(fā)明的ICC的殼體的立體圖7是由高注頻的無傳感器方法估計的主轉(zhuǎn)子角的圖表；
圖8是表示發(fā)電和再生模式下由勵磁機(jī)和主數(shù)字控制組件控制的矢量
和主電機(jī)的關(guān)系的矢量圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。本發(fā)明涉及雙向的能量轉(zhuǎn)化、無 刷、電動旋轉(zhuǎn)設(shè)備，該設(shè)備在起動模式下把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能以及在發(fā)電 模式下把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
9相對于所述S/G和ICC發(fā)動機(jī)起動和發(fā)電系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)，接著描述本 發(fā)明的第一實施例。所述第一實施例包括至少兩方面，下面要詳細(xì)描述。
所述第一實施例的S/G和ICC發(fā)動機(jī)起動和發(fā)電系統(tǒng)50包括S/G100 和ICC200。如圖1、圖2和圖5所示，S/G IOO是三個電機(jī)的結(jié)合，這三 個電機(jī)是主電機(jī)110、勵石茲機(jī)120和永;茲電機(jī)130。該布置被成為三電機(jī) 機(jī)組。所述主電機(jī)110可以是所述第一實施例的一個可能實施中的凸極式 同步電機(jī)。主電機(jī)110的定子112連接到所述ICC200的主IGBT/二極管電 橋210。主電機(jī)110的轉(zhuǎn)子114連接到位于主電機(jī)轉(zhuǎn)子114的軸118內(nèi)部 的全波或半波旋轉(zhuǎn)整流器116的輸出端。勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子122具有連接到所述 旋轉(zhuǎn)整流器116的輸入端的三相繞組，勵磁機(jī)定子124包括直流繞組和通 過如圖2所示的接觸器220連接到ICC200的勵石茲機(jī)IGBT/二極管電橋212 的三相交流繞組，因此圖2提供S/G和ICC系統(tǒng)50的方框圖，重點放在 構(gòu)成IGBT/二極管電橋210和勵磁機(jī)IGBT/二極管電橋212的部件上。
如圖2所示的ICC200包括兩個IGBT/二極管電橋主電橋210和勵 》茲機(jī)電橋212。主電橋210和勵磁機(jī)電橋212也被分別稱為主逆變器/變流 器和勵磁機(jī)逆變器/變流器。每個由數(shù)字控制組件控制?？刂浦鱅GBT/二極 管電橋210的組件被稱為主數(shù)字控制組件230。另外，在起動模式下還被 稱為起動機(jī)逆變器數(shù)字控制組件和在發(fā)電模式下還被稱為發(fā)電機(jī)逆變器數(shù) 字控制組件?？刂苿畲艡C(jī)IGBT/二極管電橋212的組件被稱為勵磁機(jī)數(shù)字 控制組件240。另外，在起動模式下還被稱為起動機(jī)逆變器數(shù)字控制組件 和在發(fā)電模式下還被稱為發(fā)電機(jī)逆變器數(shù)字控制組件。主數(shù)字控制組件 230及其嵌入的軟件控制主電橋210，該主電橋210在起動模式下產(chǎn)生交 流電以驅(qū)動所述S/G并在發(fā)電模式下把所述交流電轉(zhuǎn)化為所述航空器上要 求的直流電的電能。此高集成的方法與傳統(tǒng)的S/G系統(tǒng)相比結(jié)果形成重量 輕、簡單和可靠的系統(tǒng)。
圖6A和6B是所述第一實施例的ICC200的詳細(xì)立體圖，這樣它可以 被封裝在可被安裝在航空器艙上的殼體600內(nèi)。在殼體600內(nèi)的是冷卻板 610 (用于熱散熱和/或去除)、主IGBT/二極管電橋210、勵磁機(jī)IGBT/二 ;f及管電橋212、主和勵石茲才幾it字控制組件230， 240、濾波器帽組件620、 感知組件630以及270VDC輸出端接線盒640 (設(shè)置在殼600的外表面 上，從而給所述航空器內(nèi)的其他部件提供270VDC)。統(tǒng)50具有兩個工作運(yùn)行模式起動 模式和發(fā)電模式。在起動模式下S/G和ICC系統(tǒng)50是由單獨的電源VDC 60供電，因此單獨的電源VDC60的連接如圖1和2所示。主電機(jī)110在 起動模式下用作三相繞線磁場凸極式同步電機(jī)。兩種事情必需發(fā)生以便在 所述同步電機(jī)的軸處產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。第 一步是把三相交流電流輸入到主定子 112的三相繞組，第二步是給主轉(zhuǎn)子114提供勵磁電流。主定子112的電 流頻率被提供以便與所述主電機(jī)的速度成比例。三相交流電流是由主 IGBT/二極管電橋210提供的。由所述三相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn);茲場與由主轉(zhuǎn) 子114產(chǎn)生的電磁場相互作用，因此在主轉(zhuǎn)子114的軸處產(chǎn)生機(jī)械轉(zhuǎn)矩。
由于以下原因在傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)中給主轉(zhuǎn)子114提供勵磁電流是一個 挑戰(zhàn)。在起動開始的時候，任何基于同步電機(jī)的勵》茲機(jī)不產(chǎn)生功率。在低 速下，基于同步電機(jī)的勵磁機(jī)不能產(chǎn)生足夠的功率以給所述主轉(zhuǎn)子提供動 力。這是因為對于任何基于同步的勵磁機(jī)，其DC勵磁繞組不能把功率變 換到所述轉(zhuǎn)子繞組。事實上，對于傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)，所述功率只能由所述 軸上的機(jī)械能變換。因此，為了起動所述發(fā)動機(jī)，產(chǎn)生所迷主轉(zhuǎn)子勵磁電 流的功率必須來自于勵磁機(jī)定子124。換句話說，起動模式過程中用于勵 磁的能量穿過勵磁機(jī)120的氣隙。顯然地，需要旋轉(zhuǎn)變壓器。相反地，在 發(fā)電模式下，主電機(jī)110用作三相繞線磁場凸極式同步發(fā)電機(jī)。為了產(chǎn)生 電，會發(fā)生一種情況，即給主轉(zhuǎn)子114提供勵磁電流。傳統(tǒng)的同步勵磁機(jī) 可用于該目的。所述不同模式要求用于勵磁的不同功率源。 一個模式需要 AC勵磁機(jī)定子124中的三相電流，其他模式需要勵磁機(jī)定子124中的DC 電流。
第一實施例的第一方面是上述問題的解決方案。該解決方案是與位于 所述ICC中的接觸器220 —起工作的雙功能勵磁機(jī)定子。通過把所述接觸 器切換到其適當(dāng)位置，所述勵磁機(jī)定子中的繞組在起動模式過程中被配置 成AC三相繞組。在該纟莫式下，具有AC三相繞組的勵^茲才幾定子124和具 有另一 AC三相繞組的勵》茲機(jī)轉(zhuǎn)子122形成感應(yīng)勵,茲機(jī)。通過所述ICC中 的勵^磁機(jī)數(shù)字控制組件240控制，所述AC三相繞組的相序方向與所述電 機(jī)軸的方向相反。因此，所述感應(yīng)勵;茲機(jī)在制動模式下運(yùn)行。在發(fā)電模式 下，勵;茲機(jī)定子124的繞組被配置成DC繞組。具有所述DC繞組的勵f茲 機(jī)定子124和具有AC三相繞組的勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子122形成同步勵磁機(jī)。不用
ii增加所述勵石茲機(jī)的尺寸和/或重量，所述配置的AC和DC繞組在起動才莫式 和發(fā)電模式期間在勵;茲機(jī)轉(zhuǎn)子122和勵-茲機(jī)定子124之間的氣隙中分別產(chǎn) 生需要的旋轉(zhuǎn)磁場。另外，所述AC繞組在起動模式期間把所述動力從勵 磁機(jī)定子124傳遞到勵》茲機(jī)轉(zhuǎn)子122。
在起動模式和發(fā)電才莫式下，無論何時主IGBT/二極管電橋210的 IGBTs 215整流，主轉(zhuǎn)子114的機(jī)械位置信息對動力開關(guān)整流是需要的。 傳統(tǒng)地，機(jī)械式位置傳感器提供所述位置信息。該傳感器具有足夠的位置 精度、機(jī)械集成度和熱性能以對付所述航空器上的惡劣環(huán)境。光學(xué)編碼器 和霍爾傳感器不能滿足航空器的環(huán)境要求。解算器不滿足這些要求。然 而，解算器傳感器及其機(jī)械支撐和封裝結(jié)構(gòu)一起增加了所述系統(tǒng)的顯著重 量和尺寸。
本發(fā)明的第一實施例的第二方面致力于除去機(jī)械式位置傳感器。如圖 2所示以及圖3和4的詳述，無傳感器轉(zhuǎn)子位置信號^、化(轉(zhuǎn)子位置、 轉(zhuǎn)子速度)由主數(shù)字控制組件230產(chǎn)生。所述轉(zhuǎn)子位置信號由主數(shù)字控制 組件230中的嵌入式軟件通過所述S/G的電壓和電流信號構(gòu)成。既然用于 發(fā)電模式的無傳感器方法是起動模式的子集，將在該申請的后續(xù)部分中有 關(guān)起動模式的第一實施例中提供詳細(xì)描述。
接著將描述本發(fā)明的第二實施例，該實施例對應(yīng)于運(yùn)行在起動模式下 的S/G和ICC系統(tǒng)50。在所述第二實施例中有五個方面，下面要詳細(xì)描 述。
圖3表示起動模式下的S/G和ICC系統(tǒng)50的方框圖。有三個電機(jī)-主同步電機(jī)110、感應(yīng)勵》茲機(jī)120和PMG 130。主同步電機(jī)110和感應(yīng)勵 磁機(jī)120在起動模式下扮演重要角色。主IGBT/二極管電橋210從DC總 線(例如，270 Vdc)接收DC輸入功率，并把所述DC功率轉(zhuǎn)化為AC功 率。由所述逆變器產(chǎn)生的三相AC電流輸入主同步 電機(jī)110。要產(chǎn)生所述 AC電流的選通信號是由起動逆變器數(shù)字控制組件230控制的。起動逆變 器數(shù)字控制組件230測量a相電流、b相電流以及DC總線電壓。通過使 用經(jīng)由主數(shù)字控制組件230中的嵌入式軟件實現(xiàn)的克拉克變換，所述a相 和b相的電流被變換到所述同步固定坐標(biāo)(frame)中的a和"電流。所述a 軸與位于所述主定子的a相繞組的中心處的a軸一致，同時所述p軸在空 間上比a軸提前90電度。通過使用同樣的嵌入式軟件實現(xiàn)的Clarke變換，所述a和^電流進(jìn)一步被變換成所述同步固定坐標(biāo)中的d和q電流。 所述d軸與主轉(zhuǎn)子114的勵》茲繞組的軸對準(zhǔn)，同時所述q軸在空間上比所 述d軸提前90電度。
如圖3所示，存在兩個電流調(diào)節(jié)環(huán)-d和q環(huán)。所述d和q的輸出端 是d和q電壓，該d和q電壓在被輸入空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)之 前通過使用Inverse-Park變換;故變換回a和y 電壓。為了實現(xiàn)Park和 Inverse-Park變換，所述主轉(zhuǎn)子位置角得以確定。所述a和"電壓是為所述 IGBT開關(guān)產(chǎn)生所述選通信號的SVPWM的輸入電壓。所述換接頻率可設(shè) 置在14kHz，或者某一其他的合適頻率。
如圖3所示，與起動逆變器數(shù)字控制組件230相似，所述勵磁逆變器 數(shù)字控制組件240還具有Clarke、 Park以及Inverse-Park變換。而且，所 述勵磁逆變器數(shù)字控制組件240具有d和q電流調(diào)節(jié)環(huán)。所述選通信號是 由其相應(yīng)的SVPWM產(chǎn)生的。如前所述，因為勵》茲機(jī)IGBT/二極管電橋 212或勵磁逆變器的基頻被固定在1250 Hz或者某一其他合適的頻率，勵 磁機(jī)120在其轉(zhuǎn)子122和定子124上沒有凸極，所述轉(zhuǎn)子位置信息可通過 使用公式2;rW人工算出，其中/二 1250 Hz, t為時間。這不同于所述主逆變 器，即，所述實時位置信息在此情況下是不需要的。所述勵磁逆變器的 SVPWM換接頻率在一個可能的實施中是10 kHz,因此可使用其他合適選 擇的換接頻率，同時仍在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
所述第二實施例的第一方面是所述感應(yīng)勵;茲機(jī)。在起動才莫式下，勵》茲 機(jī)120被配置為運(yùn)行在其制動模式下的感應(yīng)電機(jī)，或另外描述，勵磁機(jī) 120起到三相旋轉(zhuǎn)變壓器的作用。勵磁機(jī)定子124的三相繞組產(chǎn)生在勵^茲 機(jī)轉(zhuǎn)子122中感應(yīng)出三相電壓的旋轉(zhuǎn)義茲場。所述旋轉(zhuǎn)一磁場的方向被控制成 與主電機(jī)110的旋轉(zhuǎn)方向相反。因此，在起動模式期間，勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子122 中的電壓頻率隨著所述轉(zhuǎn)子速度一起增加。來自外部電源的DC功率通過 勵磁機(jī)IGBT/二極管電橋212轉(zhuǎn)化為三相1250 Hz功率(或者轉(zhuǎn)化為某一 其他合適的頻率)。所述功率穿過所述氣隙并被傳送到勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子122的 繞組。所述三相電壓然后被所述主電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)整流器116整 流。整流過的電壓把勵磁功率供給到主電機(jī)110的轉(zhuǎn)子114。 一旦所述轉(zhuǎn) 子速度達(dá)到所述發(fā)動機(jī)的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，起動模式停止且發(fā)電模式開始。勵磁 機(jī)轉(zhuǎn)子122接收來自勵磁機(jī)定子124和轉(zhuǎn)子軸118的能量。在零速處，所有的能量來自勵磁機(jī)定子124。來自軸118的能量隨著所述轉(zhuǎn)子速度的增 力口&i曾力口。
所述第二實施例的第二方面是用于通過與嵌入式軟件一起的數(shù)字控制 組件230建立所述主轉(zhuǎn)子位置信息的無傳感器的實施。該無傳感器的實施 包括兩部分a)高注頻的無傳感器估計部分，b)電壓模式的無傳感器估 計部分。所述高注頻的無傳感器估計部分涵蓋從O rpm到規(guī)定低速例如80 rpm。所述電壓模式的無傳感器估計部分涵蓋從例如80 rpm到高轉(zhuǎn)速例如 14,400 rpm,在此所述發(fā)動機(jī)被牽引到其臨界速度。包括以上所述的電壓
這些方法基本上依賴于反電動勢。所述高注頻方法不依賴于所述反電動 勢。因此，該方法是可行的以用于從0到規(guī)定的低速例如80 rpm的速度。 因此，實現(xiàn)了在主同步電機(jī)的0 rpm和低速處的轉(zhuǎn)子位置估計。下面描述 所述無傳感器實際實施。
如圖3所示，當(dāng)主電機(jī)110的速度低于80 rpm或主電片幾110的頻率 /Qs8 Hz時， 一對500 Hz的正弦波形的電壓r&、 疊加在所述SVPWM 的輸入端上。該500 Hz的頻率被稱為載波頻率。同時在本發(fā)明的精神和范 圍內(nèi)可使用其他合適的載波頻率。圖3中，該載波頻率由符號化表示。每 相中的電流對這兩個疊加電壓的響應(yīng)包含所述轉(zhuǎn)子的位置信息。
所述主定子的每相電流具有幾個分量。如圖3所示，a和b相的電流 通過Clarke變換;故變換到a和"軸。所述a和〃 電流包含具有頻率^的基 本分量、具有頻率化的正序分量和具有頻率2^-化的負(fù)序分量。所述正序 分量化是無用的，因為它不包含任何轉(zhuǎn)子位置信息。因此，該分量被完全 移除。如圖3所示，所述a和^電流-陂旋轉(zhuǎn)-6^度。因此，所述正序分量 變?yōu)镈C信號，該DC信號然后通過使用二階高通濾波器、或其他類型的 高通濾波器(例如第一階、或第三階或更高)消除。其他的分量、基本頻 率分量和負(fù)序分量包含所述轉(zhuǎn)子信息。然而，所述轉(zhuǎn)子位置是在把所述基 本電流施加到零速也可以零和〗氐速下的電片幾之前纟皮確定的，其中在零和^f氐 速下所述基本分量很小。能可靠地提取所述轉(zhuǎn)子位置信息的唯一分量是所 述負(fù)序分量。在以前旋轉(zhuǎn)之后，所述分量的頻率變化為2^-2^。另一旋 轉(zhuǎn)2w/然后由數(shù)字控制組件230執(zhí)行。所述旋轉(zhuǎn)的輸出經(jīng)歷第六階的低通 濾波器或者某一其他的合適低通濾波器(例如，第一階、第二階…或第五階低通濾波器)。用"表示"電流的剩余信號，用/^表示所述"電流的剩
余信號，可得到下面的角 6>' = 0.5tan-'(^)
不巧地是，上述角的頻率具有基本頻率兩倍頻率，因此它不能被直接用于
Park和Inverse-Park變換。為了把上述角轉(zhuǎn)換為所述轉(zhuǎn)子位置角，要檢測 是否A處于北極到南極區(qū)域或者處于南極到北極的區(qū)域。如果所述0'處于 所述北極到南極的區(qū)域，所述角是
如果所述0'處于所述南極到北極的區(qū)域，所述角是
該角，如圖7所示，然后#1用于所述d和q調(diào)節(jié)環(huán)中的Park和Inverse-Park 變換。如圖3所示，帶阻濾波器(如圖3所示的500 Hz過濾器，因 此在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以使用其他阻帶頻率)被放置在Clarke和 Park變換之間以消除所述d和q調(diào)節(jié)環(huán)上的載波頻率干擾。
所述高注頻無傳感器方法在零或低速下可令人滿意地工作。然而，所 述方法在所述轉(zhuǎn)速下的頻率接近或高于所述載波頻率時也將不能工作。因 此，當(dāng)所述轉(zhuǎn)速超過某一臨界旋轉(zhuǎn)速度例如80 rpm時使用另 一種無傳感器 方法。該方法是所述電壓模式的無傳感器方法，如下所述。
所述電壓模式的無傳感器的實施是通過以下實現(xiàn)的。雖然所述方法已 被用在感應(yīng)電機(jī)和PM電機(jī)中，但是還沒有被應(yīng)用到凸極式同步電機(jī)中， 因為所述定子的自感不是常量，而是，所述電感是所述轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)。 被用于通過P磁鏈與a軸磁鏈之比的反正切產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)角的同步靜止坐標(biāo) 中的傳統(tǒng)的a和/ 》茲鏈方程用于凸極式繞線-茲場同步電機(jī)是不實際的，因 為所述電感一直在變化。為了克服這個問題，在所述第二實施例中，得出 一對人為磁鏈《和^以及它們的表達(dá)式
義/j = = J"0v力,-M
其中《和^分別是所述主定子電阻和q軸的同步電感。所述兩個電機(jī) 參數(shù)都是常數(shù)。巧合地是，《和A分別與所述a和/ 石茲鏈對準(zhǔn)，所述角
^ = tan-' f A、
15實際上是一旦所述電機(jī)速度高于所述閥值旋轉(zhuǎn)速度例如高于80 rpm時可被 用于Park和Inverse-Park變換的轉(zhuǎn)角。該方程可以在凄t字控制組件230的 嵌入式軟件中得以實現(xiàn)。當(dāng)所述電機(jī)速度高于某個旋轉(zhuǎn)速度時例如高于80 rpm時，該方法提供可靠的轉(zhuǎn)子位置角度估計。
根據(jù)所述第二實施例的第二方面，把兩個單獨的方法、高注頻無傳感 器方法和電壓模式的無傳感器方法相結(jié)合提供了在基于起動器的同步電機(jī) 的整個速度范圍內(nèi)具有足夠精度的轉(zhuǎn)子位置信息。
所述第二實施例的第三方面致力于適當(dāng)處理過的所述主逆變器的電壓 飽和問題。在起動期間，由所述主逆變器施加在主電才幾110上的電壓與所 述轉(zhuǎn)速成正比并與主電機(jī)110的內(nèi)阻抗上的壓降和反電動勢的矢量求和相 匹配。所述逆變器的最大合適電壓是DC總線電壓。 一旦所述矢量求和等 于所述DC總線電壓，所述逆變器電壓是飽和的。 一旦發(fā)生飽和，主電機(jī) 110的速度就不能再高，所述d和q電流調(diào)節(jié)環(huán)將失去控制。通常，所述 逆變器將是過電流的并被切斷。在所述第二實施例中提供的解決方案是要 用自動磁場衰減方法。主數(shù)字控制組件230測量被傳送到勵磁機(jī)數(shù)字控制 組件240的線-線電壓^和^。 Clarke變換被應(yīng)用到這些兩線-線電壓。所 述變換的兩輸出端的矢量求和被用作自動磁場衰減環(huán)的反饋，如圖3所 示。所述DC總線電壓乘以某一系數(shù)并被作用所述控制環(huán)的參考。所述自 動磁場衰減控制環(huán)防止所述逆變器電壓飽和，因此，防止所述主逆變器電 流調(diào)節(jié)環(huán)失控和斷開。
所述第二實施例的第四方面把自動磁場衰減和近似統(tǒng)一的功率因數(shù)控 制方法相結(jié)合以當(dāng)所述逆變器電壓飽和時在高速下實現(xiàn)更高的功率密度。 通過例子而不是作為限制，近似統(tǒng)一的功率因數(shù)對應(yīng)于大于或等于0.9并 小于1.0的功率因數(shù)。當(dāng)所述自動磁場衰減維持所述氣隙磁場時，施加了 規(guī)定的d軸的電流分布，該電流分布促使主電機(jī)110運(yùn)行于近似統(tǒng)一的功 率因數(shù)區(qū)域。這可從下面的方程中看出，因為所述自動磁場衰減，所以除 了項w^(z,+W —直重要外，項wAv^也很重要。這顯著增加了所述S/G 的功率密度
尸=^A^(V + G)、 _
其中P和w分別是機(jī)電功率和轉(zhuǎn)子速度，iw和、分別是d和q的磁 化電感。
16第二實施例的第五方面致力于在低于所述基本速度的速度下增加所述 轉(zhuǎn)矩密度。如前所述，在所述第二實施例中，在主逆變器數(shù)字控制組件
230中有兩個電流調(diào)節(jié)環(huán)。 一個是所述d軸的環(huán)，另一個是q軸的環(huán)。一 般地，所述q環(huán)控制轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生，d環(huán)控制氣隙中石茲場。該方法也被稱為 矢量控制方法。為了實現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩密度，機(jī)械到電磁的飽和區(qū)域通過施加足 夠的轉(zhuǎn)子勵磁電流/,和轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電流々而被驅(qū)動。然而，在所述電流達(dá)到 某一水平之后，無論如何增加電流々、^和,',，所述轉(zhuǎn)矩保持同前，因為所 述電機(jī)電磁飽和了 。補(bǔ)救方法是用本發(fā)明建立的矢量控制以使所述電機(jī)的 磁阻轉(zhuǎn)矩最小化。有所述電機(jī)產(chǎn)生的機(jī)電轉(zhuǎn)矩是
其中4^和4,,,分別是d和q的磁化電感。 一旦所述電機(jī)電磁飽和了， 項丄 ^/+/》成為一常數(shù)。因此，產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的方法是把負(fù)的^施加到所 述電機(jī)。已知/^^/sin5和^二/cos(5 ，對以上方程進(jìn)4亍最優(yōu)化，可得到^電 流的最佳分布
其中4是所述電機(jī)的內(nèi)部磁鏈。 基于由發(fā)明者進(jìn)行的模擬，大約38%的轉(zhuǎn)矩增加可通過把所述^分布 施加在所述矢量控制的輸入端來實現(xiàn)。總之，設(shè)置矢量控制并獲得合適的 '"電流分布，所述電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度顯著增加。
下面描述本發(fā)明的第三實施例。它是關(guān)于所述ICC的配置和控制以實 現(xiàn)最大效率的發(fā)電，因此可應(yīng)用到所述S/G和ICC系統(tǒng)50的發(fā)電模式。
在發(fā)電模式下，如圖2所示，主電機(jī)110是同步發(fā)電機(jī)，勵磁機(jī)120 是同步發(fā)電機(jī)。PMG 130通過如圖所示的整流電橋給所述勵磁變流器提供 功率。所述勵磁變流器包括勵磁機(jī)IGBT/二極管電橋212中的兩個有源 IGBT/二極管開關(guān)，如圖4所示。在它們的選通電路處具有實線的IGBT/二 極管開關(guān)是那些用于所述勵磁變流器中的IGBT/二極管開關(guān)。有IGBT開 關(guān)編號1和IGBT開關(guān)編號4。在發(fā)電模式期間，IGBT 1是處于PWM模 式，IGBT4—直是開啟的，其他的IGBTs關(guān)閉。編號2二極管用于自由的 輪轉(zhuǎn)。IGBT 1、 IGBT4和二4及管2加上所述勵磁4幾定子繞組形成反向變流 器，該反向變流器把所述DC總線電壓例如270 Vdc減小到產(chǎn)生所述同步勵磁機(jī)的所需勵磁電流的電壓。
所述第一方面是關(guān)于無源和有源整流的可配置性。在勵磁變流器數(shù)字
控制組件240和主變流器數(shù)字控制組件230控制下，主IGBT/二極管電橋 可以是無源整流器或有源整流器，這取決于實際應(yīng)用。對于所述功率通量 只有單向的應(yīng)用，IGBT/二極管電橋被主變流器數(shù)字控制組件230配置成 二極管運(yùn)行電橋。。對于所述功率通量具有雙向的應(yīng)用，IGBT/二極管電橋 被所述同樣的數(shù)字控制組件配置成IGBT和二極管運(yùn)行電橋。當(dāng)所述功率 流方向是從所述ICC到所述載荷，所述S/G和ICC系統(tǒng)處于發(fā)電模式。當(dāng) 所述功率流方向是從所述載荷到所述icc，所述系統(tǒng)處于所謂的再生模 式，它實際上是一種電動模式(motoring mode)。在所述無源整流中，只使 用主逆變器的IGBT開關(guān)中的固有二極管，其中所述IGBT開關(guān)也稱為主 IGBT/二極管電橋。所述電壓調(diào)節(jié)是通過勵磁機(jī)數(shù)字控制組件240中的嵌 入式軟件實現(xiàn)的，所述發(fā)電機(jī)逆變器數(shù)字控制組件230使所述主逆變器中 的IGBTs保持關(guān)閉，如圖4所示。有控制POR電壓的三種控制環(huán)。最內(nèi) 部的一個是電流調(diào)節(jié)器。所述測量的勵磁電流是反饋，所述AC電壓調(diào)節(jié) 器的輸出是基準(zhǔn)。所述電流調(diào)節(jié)器把所述勵磁電流控制在指令水平。下一 個環(huán)是AC電壓環(huán)。如圖4所示，所述反饋信號是U,KIU中的最大 值。所述基準(zhǔn)是所述DC電壓調(diào)節(jié)器的輸出部分。所述AC電壓環(huán)在卸載 瞬間在把所述點調(diào)節(jié)(POR)的DC電壓保持在所需范圍中扮演重要的角 色。最后一個控制環(huán)是DC電壓環(huán)。在所述POR處的測量電壓與所述基準(zhǔn) 電壓，270 Vdc相比較。把誤差帶入所述相應(yīng)的數(shù)字控制器中的補(bǔ)償調(diào)節(jié) 器。因此，所述POR的DC電壓得以調(diào)節(jié)。
如前所述，對于需要再生的發(fā)電應(yīng)用，所述主IGBT/二極管將被配置 成有源整流器。在該配置中，所述電壓調(diào)節(jié)是通過以下實現(xiàn)的。如圖4所 示，勵磁機(jī)數(shù)字控制組件和主數(shù)字控制組件中的嵌入式代碼被構(gòu)造成不同 于所述無源整流的嵌入式代碼。關(guān)于所述勵磁機(jī)側(cè)部上的控制，所述勵石茲 電流環(huán)只是PI控制環(huán)。所述控制環(huán)的基準(zhǔn)是通過為DC負(fù)載電流的函數(shù)的 查閱表而產(chǎn)生的。所述表以該方法產(chǎn)生即所述主定子中電流接近其最小的 可能值。所述主側(cè)部上控制的外控制環(huán)是所述DC電壓環(huán)。所述基準(zhǔn)是 270 VDC;所述反饋信號是POR電壓。如圖4所示，所述控制環(huán)是PI控 制器，該P(yáng)I控制器具有增加到所述PI控制器的輸出端的DC輸出功率的
18向前反饋。所述DC輸出功率等于所述DC輸出電流和所述POR電壓的乘 積。前反饋信號和PI控制器的輸出信號的總和是被用作所述內(nèi)控制環(huán)的基 準(zhǔn)的功率指令，其中所述內(nèi)控制環(huán)也是PI控制器。所述反饋信號是通過使 用如圖4所示的電壓和電流計算得到的功率。所述內(nèi)控制環(huán)的輸出是由圖 8限定的電壓角^并被用來產(chǎn)生所述SVPWM矢量K和《。所述兩個矢量 是Park逆變換的輸入。所述變換的輸出是如圖4所示的SVPWM的輸入。
所述第三實施例的第二方面涉及所述IGBT變流器的控制，該IGBT 變流器把自動磁場改變和過調(diào)制相結(jié)合以實現(xiàn)所述IGBT發(fā)電模式運(yùn)行的 最佳效率。
如圖4所示，^和《由以下方程計算
其中|j/'| = Kwag
為了使所述效率最優(yōu)化，首先，rw"g被選擇為lpu,因此迫使所述變 流器進(jìn)入所述完全的過調(diào)制區(qū)域并完全降低由SVPWM引起的IGBT切 換。這使得所述IGBT切換損失最小。所述IGBT用作如同相移切換。因 為J^wg是常量，所述功率環(huán)通過調(diào)整所述角^調(diào)節(jié)所述功率。當(dāng)所述負(fù)載 是零時，《,接近零，當(dāng)所述負(fù)載增加時，^也增加，如圖8所示。
實現(xiàn)所述優(yōu)化效率的第二個因素是要優(yōu)化所述勵磁機(jī)磁場電流因此^ 電流最小化。因此，所述發(fā)電機(jī)的所述IGBTs的傳導(dǎo)損失和銅損最小化。 發(fā)現(xiàn)所述勵》茲機(jī)磁場電流與所述DC負(fù)載的電流直接相關(guān)。DC負(fù)載電流 越高，要求勵磁機(jī)/磁場的電流也越高。為了實現(xiàn)最小的勵磁機(jī)^茲場電流， 查閱表通過測量產(chǎn)生。所述查閱表的輸入是所述DC負(fù)載電流，查閱表的 輸出是所述勵磁機(jī)定子的勵》茲機(jī)/磁場電流的指令。該表以此方式產(chǎn)生這樣 對于每個DC負(fù)載電流點，當(dāng)^電流處于最小值時會找到最優(yōu)化的勵磁機(jī) 磁場電流。該控制方法不僅實現(xiàn)了所述S/G和ICC最優(yōu)化效率，而且提供 了一種有效的方法以使運(yùn)行點能從發(fā)電模式容易地轉(zhuǎn)向再生模式即電動模 式。因此，實現(xiàn)了可以最快的方式把所述DC總線上的過多能量送回到所 述發(fā)電機(jī)。所述第三實施例的第三方面致力于在發(fā)電模式期間提供IGBT 整流方法。所IGBTs的整流是基于無傳感器電壓模式，該模式與用于起動 模式下的無傳感器方法相似。然而，因為所述運(yùn)行模式只在二極管模式和
19IGBT模式之間變化，所示轉(zhuǎn)子位置角是在進(jìn)入所迷IGBT模式前被確定 的。巳和^是從所述線-線電壓測量直接獲得的，而不是從SVPWM指令 獲得的。
所述第三實施例的第四方面是關(guān)于在把所述DC總線上的過多能量吸 收到所述電機(jī)實現(xiàn)再生、同時調(diào)節(jié)所述總線電壓。在發(fā)電模式期間，所述 負(fù)載能產(chǎn)生過多的能量。這些過多的能量升高了所述DC總線電壓。通過 本發(fā)明的過調(diào)制SVPWM提供的再生方法所述電機(jī)能吸收這些能量。在該 情況期間，如圖8所示，所述主逆變器數(shù)字控制使所述電壓角^的方向反 轉(zhuǎn)，并強(qiáng)制所述IGBYT/二極管電橋進(jìn)入電動模式。因此，所述功率通量 的方向?qū)⒎崔D(zhuǎn)。所述功率將從所述負(fù)載流入所述電機(jī)。所述過調(diào)制抑制所 述IGBTs切換，因此使所述切換損失最小化。本發(fā)明的該方面提供了最快 的途徑以把所述主IGBYT/二極管電橋從發(fā)電模式轉(zhuǎn)向再生模式，反之亦 然。
因此，本發(fā)明的實施例已被詳細(xì)描述。通過考慮在此〃>開的說明和實 于所述說明和例子可被認(rèn)為只是示例性的。
權(quán)利要求
1. 一種航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，包含起動器/發(fā)電機(jī)，包括主電機(jī)、勵磁機(jī)以及永磁發(fā)電機(jī)；和逆變器/變流器/控制器(ICC)，被連接到所述起動器/發(fā)電機(jī)并產(chǎn)生AC功率以在起動模式下驅(qū)動所述起動器/發(fā)電機(jī)用于起動所述航空器的原動機(jī)，以及在所述起動器/發(fā)電機(jī)的發(fā)電模式下在所述原動機(jī)已被起動之后將從所述起動器/發(fā)電機(jī)獲得的AC功率轉(zhuǎn)化為DC功率，所述ICC包括接觸器，其中所述勵磁機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，其中所述勵磁機(jī)定子包括繞組，該繞組被配置成以和所述接觸器結(jié)合工作以在所述起動模式下起到AC繞組的作用，并且被配置成以和所述接觸器結(jié)合工作以在所述發(fā)電模式下起到DC繞組的作用。
2. 如權(quán)利要求1的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述逆變器/變流 器/控制器包含主IGBT電橋，被連接到所述主電4幾的主定子；和 勵磁機(jī)IGBT電橋，被連接到所述勵磁機(jī)的勵磁機(jī)定子。
3. 如權(quán)利要求1的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述起動器/發(fā)電 機(jī)還包含全波或半波整流器；其中所述勵磁機(jī)包括勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子和勵磁4幾定子；和 其中所述全波或半波整流器設(shè)置在所述勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子的軸上，并隨著所 述勵》茲機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。
4. 如權(quán)利要求3的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述接觸 器在所述起動模式期間提供勵磁機(jī)IGBT電橋和勵磁機(jī)定子的連接。
5. —種航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，包含起動器/發(fā)電機(jī)，其包括具有轉(zhuǎn)子和定子的主電機(jī)、具有轉(zhuǎn)子和定子的 勵磁機(jī)以及具有轉(zhuǎn)子和定子的永/磁發(fā)電機(jī)；和逆變器/變流器/控制器，其被連接到所述起動器/發(fā)電機(jī)并產(chǎn)生AC功 率以在起動模式下驅(qū)動所述起動器/發(fā)電機(jī)，以及在發(fā)電模式下把從所述起 動器/發(fā)電機(jī)獲得的AC功率轉(zhuǎn)化為DC功率，其中所述逆變器/變流器/控制器包括轉(zhuǎn)子位置測量設(shè)備，用于基于從 所述起動器/發(fā)電機(jī)獲得的電流和電壓信號測量所述起動器/發(fā)電機(jī)的各自 轉(zhuǎn)子的角位置。
6. 如權(quán)利要求5的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)子位置測注頻估計設(shè)備，以及用于當(dāng)各自的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于或高于規(guī)定轉(zhuǎn)速時進(jìn)行轉(zhuǎn) 子位置估計的電壓模式估計設(shè)備。
7. —種航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，包括 起動器/發(fā)電機(jī)，包括主電機(jī)、勵磁機(jī)以及永》茲發(fā)電機(jī)；和 控制器，用于控制所述起動器/發(fā)電機(jī)；其中，所述起動器/發(fā)電機(jī)被配置成以運(yùn)行于起動才莫式乂人而起動所述航 空器的原動機(jī)，并運(yùn)行于發(fā)電模式下以產(chǎn)生來自所述原動機(jī)的功率從而在 所述原動機(jī)已被起動之后給所述航空器的其他部件提供功率，其中所述勵磁機(jī)被配置成以在所述起動模式期間在制動模式下作為感 應(yīng)電機(jī)運(yùn)行。
8. —種航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，包括 起動器/發(fā)電機(jī)，包括主電機(jī)、勵磁機(jī)以及永》茲發(fā)電機(jī)；和 控制器，用于控制所述起動器/發(fā)電機(jī)；其中，所述起動器/發(fā)電機(jī)被配置成以在起動模式作為起動器運(yùn)行從而 起動所述航空器的原動機(jī)，并在發(fā)電模式下作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行以產(chǎn)生來自所提供功率，其中，在所述起動模式下，所述控制器進(jìn)行所述起動器的運(yùn)行條件的 無傳感器估計，其中所述控制器包括a)高注頻估計單元，用于當(dāng)所述起b)電壓模式無傳感器單元，用于當(dāng)所述起動器的轉(zhuǎn)速等于或高于規(guī)定轉(zhuǎn)速 時進(jìn)行所述起動器/發(fā)電機(jī)的運(yùn)行條件下的估計的無傳感器估計。
9. 如權(quán)利要求8的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述控制器包含 用于確定所述起動器的a相和b相電流的設(shè)備，所述確定設(shè)備包括空間矢 量脈寬調(diào)制(SVPWM)單元，其中所述高注頻估計單元包含用于把一對正弦波形疊加到所述空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)單元 上的設(shè)備；和用于確定a相電流和b相電流對疊加到所述SVPWM單元的輸入端上 的 一對正弦波形響應(yīng)的i殳備；其中所述起動器的轉(zhuǎn)子位置信息被作為其中的結(jié)果被獲得。
10. 如權(quán)利要求9的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其中，該對正弦波形是 彼此正交的并處于相同的載波頻率。
11. 如權(quán)利要求8的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓 模式無傳感器估計單元包含用于得到a和p人工磁鏈的設(shè)備，其中所述a和/ 限定成a軸對應(yīng)于所 述起動器/發(fā)電機(jī)的主定子的a相繞組，^軸對應(yīng)于超前a軸90度的軸；和 用于從所述a和/ 人工磁鏈中確定所述起動器的旋轉(zhuǎn)角的設(shè)備。
12. 如權(quán)利要求11的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述a和p人工磁鏈被限定為《和、'，其中所述起動器的旋轉(zhuǎn)角^由以下方程確定 6> = tan-M/Aa)
13. —種航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，包括 起動器/發(fā)電機(jī)，包括主電機(jī)、勵石茲機(jī)以及永》茲發(fā)電機(jī)；和 控制器，用于控制所述起動器/發(fā)電機(jī)；其中，所述起動器/發(fā)電機(jī)被配置成以在起動模式運(yùn)行從而起動所述航 空器的原動機(jī)，并在發(fā)電模式下運(yùn)行以產(chǎn)生來自所述原動機(jī)的功率從而在 所述原動機(jī)已被起動之后給所述航空器的其他部件提供功率，其中所述控制器包括用于確定所述起動器/發(fā)電機(jī)的raft和^線-線電壓的設(shè)備； 用于把所述^和^線-線電壓變換成獲得的第 一和第二變換線電壓； 用于獲得所述第一和第二變換線電壓的矢量求和的設(shè)備；和 用于通過自動磁場衰減控制環(huán)執(zhí)行對所述起動器/發(fā)電機(jī)執(zhí)行自動磁場 衰減控制的設(shè)備。
14. 如權(quán)利要求13的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其中，DC總線電壓被 輸入到所述控制器并被用作所述自動磁場衰減控制環(huán)的基準(zhǔn)電壓。
15. 如權(quán)利要求8的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述主電 機(jī)包括逆變器，所述系統(tǒng)還包括自動石茲場衰減單元，其包括自動^f茲場衰減環(huán)，所述自動-茲場衰減單元 被配置成以測量從所述逆變器獲得的線-線電壓，以把變換施加到所述線-線電壓，以執(zhí)行所述變換的輸出的矢量求和以及以把所述矢量求和作為反 饋信號反饋到所述自動磁場衰減環(huán)，其中，所述自動磁場衰減環(huán)被提供到逆變器，從而防止所述逆變器在 所述起動模式期間飽和。
16. 如權(quán)利要求15的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，還包括近似統(tǒng)一 的功率因數(shù)控制單元，被配置成以把規(guī)定電流分布施加到所 述主電機(jī)從而引起所述主電機(jī)運(yùn)行于近似統(tǒng) 一 的功率因數(shù)區(qū)域。
17. 如權(quán)利要求16的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述規(guī)定的電 流分布是d軸電流分布，該d軸電流分布控制所述電^/L轉(zhuǎn)子和所述電才幾定 子之間的氣隙中的；茲場。
18. —種航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，包括 起動器/發(fā)電機(jī)，包括主電機(jī)、勵i"茲機(jī)以及永/磁發(fā)電才幾；和 控制器，用于控制所述起動器/發(fā)電機(jī)； 主IGBT/二極管電橋，其中，所述起動器/發(fā)電機(jī)被配置成以在起動模式運(yùn)行從而起動所述航 空器的原動機(jī)，并在發(fā)電模式下運(yùn)行以產(chǎn)生來自所述原動機(jī)的功率從而在 所述原動機(jī)已被起動之后給所述航空器的其他部件提供功率，其中所述主IGBT/二極管電橋被配置成以根據(jù)所述起動器/發(fā)電機(jī)是運(yùn) 行于發(fā)電/再生模式還是發(fā)電模式而被設(shè)置成以作為有源整流器或無源整流 器運(yùn)行。
19. 如權(quán)利要求18的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，還包括第一、第二 和第三控制環(huán)用于控制所述電壓，所述第一控制環(huán)是最內(nèi)部的控制環(huán)并執(zhí) 行電流調(diào)節(jié)，所述第二控制環(huán)執(zhí)行AC電壓調(diào)節(jié)，所述第三控制環(huán)是最外 的控制環(huán)并執(zhí)行DC電壓調(diào)節(jié)。
20. 如權(quán)利要求18的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述主IGBT/ 二極管電橋包括至少一個IGBT開關(guān)，其中所述勵磁機(jī)定子的繞組和所述 IGBT開關(guān)一起形成反向變流器，該反向變流器減小提供給所述起動器/發(fā) 電才幾的DC總線電壓。
21. 如權(quán)利要求18的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其中，在所述再生模式下，所述主IGBT/二極管電橋作為有源整流器運(yùn)行，其中，在勵磁機(jī)一 側(cè)上，勵磁電流環(huán)起到PID控制環(huán)的作用，在PID控制環(huán)中控制環(huán)基準(zhǔn)值 是經(jīng)由DC負(fù)載電流查閱表被生成的。
22. 如權(quán)利要求21的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其中，在所述主電機(jī) 一側(cè)上，控制是經(jīng)由對應(yīng)于外部控制環(huán)的DC電壓環(huán)被執(zhí)行的，所述外部 控制環(huán)作為PI控制器運(yùn)行，該P(yáng)I控制器具有到所述PI控制器的輸出的 DC輸出功率的向前反饋，其中控制還經(jīng)由內(nèi)控制環(huán)被執(zhí)行，其中所述內(nèi) 控制環(huán)輸出被用來產(chǎn)生SVPWM矢量的電壓角。
23. 如權(quán)利要求18的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述控制器在 所述發(fā)電模式期間執(zhí)行所述IGBT/二極管電橋的自動磁場變化和過調(diào)制。
24. 如權(quán)利要求20的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，還包括 用于在發(fā)電模式期間執(zhí)行IGBT整流的設(shè)備，其中，所述IGBT整流是基于傳感器電壓模式執(zhí)行的。
25. 如權(quán)利要求24的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其中，第一電壓^和 第二電壓^是從所述主電機(jī)的線-線電壓測量直接獲得。
26. 如權(quán)利要求24的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述用于執(zhí)行 IGBT整流的設(shè)備包括線電壓獲得設(shè)備，該設(shè)備用于獲得所述主電機(jī)的至 少兩線電壓并基于已被獲得的所述至少兩線電壓確定對所述IGBT/二極管 開關(guān)的合適控制。
27. —種航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，包括 起動器/發(fā)電機(jī)，其包括主電機(jī)、勵磁機(jī)以及永磁發(fā)電機(jī)； DC總線，其被連接到所述主電機(jī)；控制器，其用于控制所述起動器/發(fā)電機(jī)；用于通過把所述DC總線上的過多能量吸收到所述主電機(jī)來實現(xiàn)再生 的設(shè)備；和用于當(dāng)在實現(xiàn)再生的同時調(diào)節(jié)所述D C總線上的電壓的設(shè)備。
28. 如權(quán)利要求27的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，其中，用于實現(xiàn)再生 的設(shè)備是在所述發(fā)電模式期間而不是在起動模式期間執(zhí)行的。
29. 如權(quán)利要求27的航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)，還包括主IGBT/二極 管電橋，其中用于實現(xiàn)再生的設(shè)備使所述DC總線上的電壓角方向反轉(zhuǎn)， 其中所述主IGBT/二極管電橋結(jié)果被強(qiáng)制進(jìn)入電動模式。
全文摘要
一種航空器起動和發(fā)電系統(tǒng)包括起動器/發(fā)電機(jī)，該起動器/發(fā)電機(jī)包括主電機(jī)、勵磁機(jī)以及永磁發(fā)電機(jī)。所述系統(tǒng)還包括逆變器/變流器/控制器，被連接到所述起動器/發(fā)電機(jī)并產(chǎn)生AC功率以在起動模式下驅(qū)動所述起動器/發(fā)電機(jī)用于起動所述航空器的原動機(jī)，以及把在所述原動機(jī)已被起動之后從所述起動器/發(fā)電機(jī)獲得的AC功率轉(zhuǎn)化為所述起動器/發(fā)電機(jī)的發(fā)電模式下的DC功率，所述勵磁機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，其中所述勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子子包括三相AC繞組。
文檔編號F02N11/04GK101449052SQ200780010530
公開日2009年6月3日 申請日期2007年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月24日
發(fā)明者戴維·休, 戴維·卡里皮德斯, 穆罕麥德·阿巴斯, 豪 黃 申請人:通用電氣航空系統(tǒng)有限責(zé)任公司