專利名稱：混合勵磁發(fā)電機和直流變換器組合的航空發(fā)動機專用電源系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種飛機發(fā)動機專用電源系統(tǒng)，屬于電氣技術學科中的電力電子變換技術及電機電器技術。
背景技術：
航空發(fā)動機的專用電源系統(tǒng)一般由交流發(fā)電機和DC/DC變換器構成，該交流發(fā)電機安裝在附件傳動機匣上，由附件傳動機匣直接傳動，DC/DC變換器集成在發(fā)動機的控制器上。航空發(fā)動機的工作可靠性要求高，轉速變化范圍大，要求其專用電源系統(tǒng)在發(fā)動機轉速變化范圍15% -115%能給發(fā)動機控制器供電，并僅給發(fā)動機控制器供電，這樣不受飛機上其他用電設備干擾，工作可靠性高。永磁發(fā)電機的勵磁特性不易調整，當轉速或負載變化時，電壓難以穩(wěn)定。混合勵磁發(fā)電機氣隙主磁場是由轉子上的永磁體和定子上的電勵磁繞組產(chǎn)生的磁場疊加而成，(其中永磁體是主要的勵磁源，勵磁繞組產(chǎn)生的磁場只是用來增強或削弱磁路的磁通)，改善了混合勵磁發(fā)電機的調壓特性。

發(fā)明內(nèi)容
新型高可靠性飛機專用電源系統(tǒng)采用飛機發(fā)動機直接驅動的混合勵磁發(fā)電機與 DC/DC變換裝置組合的方案?；旌蟿畲虐l(fā)電機選擇功率密度較高的同步混合勵磁發(fā)電機。 混合勵磁發(fā)電機發(fā)出三相交流電，經(jīng)三相整流電路得到直流電，DC/DC變換器采用Buck變換器?；旌蟿畲虐l(fā)電機通過調節(jié)勵磁，在低轉速變化范圍15% _45%，混合勵磁發(fā)電機的勵磁回路工作在正常勵磁狀態(tài)，發(fā)電機輸出電壓穩(wěn)定，后級的DC/DC變換器工作在占空比最大狀態(tài)；在轉速變化范圍45% -115%，混合勵磁發(fā)電機的勵磁回路工作在反相勵磁電流最大限制狀態(tài)，發(fā)電機輸出電壓隨轉速的變化而變化，由后級的DC/DC變換器進行穩(wěn)壓。該方案系統(tǒng)結構簡單、可靠性高、效率高和適用的轉速范圍寬，通過混合勵磁發(fā)電機與DC/DC變換器在不同的轉速范圍的控制組合，最終得到穩(wěn)定的28V直流電。


圖1是本發(fā)明電路結構示意圖。圖2是本發(fā)明之混合勵磁發(fā)電機控制電路的示意圖。圖3是本發(fā)明之Buck變換器控制電路的示意圖。圖1—圖3的主要符號名稱⑴V，Ufref, uf*, Vin，V0, uref, U*——分別為直流電源，同步混合勵磁發(fā)電機輸出電壓基準，同步混合勵磁發(fā)電機輸出電壓采樣，Buck變換器輸入電壓，Buck變換器輸出電壓，Buck變換器輸出電壓基準，Buck變換器輸出電壓采樣。(2) ifref, if*，iref, i*—分別為同步混合勵磁發(fā)電機勵磁電流基準，同步混合勵磁發(fā)電機勵磁電流采樣，Buck變換器電感電流基準，Buck變換器電感電流采樣。(3) S1-S4, S——功率管。(4) D1-D6, D——分別為二極管，續(xù)流二極管。(5) Cin，C0——電容。(6) L1, L21-L23, L——分別為同步混合勵磁發(fā)電機勵磁繞組，同步混合勵磁發(fā)電機三相電樞繞組，電感。(7)R。——負載
具體實施例方式圖1為本發(fā)明電路結構示意圖，包括包括同步混合勵磁發(fā)電機，直流電源V，二極管D1-D6,功率管S、S1-S4,續(xù)流二極管D，電感L，電容Cin、C0,負載R。。同步混合勵磁發(fā)電機中，L1為同步混合勵磁發(fā)電機的勵磁繞組，L21-L23為同步混合勵磁發(fā)電機的三相電樞繞組。 該電路結構連接方式為功率管S1-S4構成一個橋式電路；Sp S2串聯(lián)構成一個橋臂，S3、S4 串聯(lián)構成一個橋臂，S5、S6串聯(lián)構成一個橋臂爲、S2橋臂中點引出一導線，接于勵磁繞組L1 一端，S3、S4橋臂中點引出一導線，接于勵磁繞組L1另一端；Sp S3的漏極相連后，接于直流電源V的正極；S2、S4的漏極相連后，接于直流電源V的負極；二極管D1-D6構成一個橋式電路=Dp D4串聯(lián)構成一個橋臂，D2, D5串聯(lián)構成一個橋臂，D3、D6串聯(lián)構成一個橋臂=Dp D4橋臂中點引出一導線，接于電樞繞組L21，D2、D5橋臂中點引出一導線，接于電樞繞組L22, D3、D6 橋臂中點引出一導線，接于電樞繞組L23諷為為的陰極相連后，接于電容Cin的一端，并另引一導線接于功率管S的漏極；D4、D5、D6的陽極相連后，接于電容Cin的另一端，并另引一導線接于續(xù)流二極管D的陽極；功率管S的源極連接至D的陰極，S、D串聯(lián)點處引出一導線， 接于電感L的一端，L的另一端連接至輸出負載R。的正極輸入端，R。的負極輸入端連接至D 的陽極。此外，有一濾波電容C。與R。并聯(lián)。本發(fā)明電路可以分為三個部分同步混合勵磁發(fā)電機及其調壓電路，整流電路和 DC/DC變換器。在低轉速變化范圍15%-45%，混合勵磁發(fā)電機工作在正相勵磁電流狀態(tài)， 發(fā)電機輸出電壓穩(wěn)定；在轉速變化范圍45% -115%，混合勵磁發(fā)電機工作在反相勵磁電流最大限制狀態(tài)，發(fā)電機輸出電壓隨轉速的變化而變化?；旌蟿畲虐l(fā)電機輸出電壓輸入整流電路，得到一幅值在28V以上變化的直流電壓Vin ；Vin輸入DC/DC變換器進行直直變換。DC/ DC變換器采用Buck變換器，在其輸出端得到直流電壓V。，V0為恒定28V。圖2為本發(fā)明之同步混合勵磁發(fā)電機控制電路的示意圖，包括輸出電壓基準11&#、 輸出電壓采樣uf*、電壓誤差放大器、輸出電流采樣if*，電壓比較器。連接方式為輸出電壓基準Uftrf的輸出端連接至電壓誤差放大器的“ + ”輸入端，輸出電壓采樣Uf*的輸出端連接至電壓誤差放大器的“-”輸入端，電壓誤差放大器的輸出端連接至電壓比較器的“+”輸入端，輸出電流采樣if*轉換為電壓信號，并接至電壓比較器的“-”輸入端。電壓比較器的輸出端輸出至勵磁回路功率管。勵磁回路功率管控制發(fā)電機勵磁電流。其實施過程為電壓輸入采樣Uf*為混合勵磁發(fā)電機輸出端電壓；輸入電壓基準為一閾值Ufref，電壓誤差放大器對Uf*和Uftrf的誤差進行放大，得到誤差電壓iftrf。將勵磁電流采樣if*轉變?yōu)殡妷盒盘柡?，作為載波信號，通過電壓比較器與ifref進行調制，輸出PWM 方波。PWM方波控制勵磁回路功率管的開關，從而達到調節(jié)發(fā)電機勵磁電流的效果。當發(fā)動機運行在低速范圍15% -45%時，混合勵磁發(fā)電機工作在正常勵磁電流狀態(tài)，輸出電壓穩(wěn)定在28V。此時勵磁電路有兩種工作模態(tài)1、功率管Sp S4進行PWM(脈寬調制)斬波， 功率管S2、S3關斷，混合勵磁發(fā)電機工作在正相勵磁狀態(tài)，氣隙磁場增強；2、功率管32、&進行PWM斬波，功率管S1A4關斷，混合勵磁發(fā)電機工作在反相勵磁狀態(tài)，氣隙磁場削弱。當轉速變化范圍45% -115%，功率管S2、S3進行P麗斬波，限制反相勵磁電流在最大值，功率管 Sp S4 一直保持關斷，混合勵磁發(fā)電機工作在反相勵磁電流最大限制狀態(tài)，發(fā)電機輸出電壓隨轉速的變化而變化。Buck變換器的實施過程為周期起始時刻，功率管S導通，儲能電感L的電流從零開始上升經(jīng)過t。n時間后功率管S關斷，續(xù)流二極管D導通，在此期間由儲能電感L向負載
{共 ο上述功率管S的控制電路結構如圖3所示，其控制電路結構包括輸出電壓基準 Uref、輸出電壓采樣u*、電壓誤差放大器、輸出電流采樣i*，電壓比較器。連接方式為輸出電壓基準UMf的輸出端連接至電壓誤差放大器的“ + ”輸入端，輸出電壓采樣U*的輸出端連接至電壓誤差放大器的“_”輸入端，電壓誤差放大器的輸出端連接至電壓比較器的“ + ”輸入端，電感電流采樣i*轉換為電壓信號，并接至電壓比較器的“_”輸入端。電壓比較器的輸出端輸出至功率管S。其實施過程為電壓輸入采樣u*為Buck變換器輸出端電壓V。；輸入電壓基準為一閾值Uref，電壓誤差放大器對u*和uMf的誤差進行放大，得到誤差電壓iref。將電感L電流采樣i*轉變?yōu)殡妷盒盘柡?，作為載波信號，通過電壓比較器與進行調制，輸出PWM方波。當Buck變換器輸出端電壓V。較小時，輸出電壓采樣u*較小，電壓誤差放大器輸出端得到較大誤差電壓。誤差電壓作為基準，與電感電流采樣調制，得到占空比較大的PWM方波， 從而得到較低的衰減倍數(shù)，反之得到較高的衰減倍數(shù)。采用此實施過程可以使Buck變換器輸出端電壓V。為恒定28V。
權利要求
1.一種飛機專用電源系統(tǒng)，采用飛機發(fā)動機直接驅動的混合勵磁發(fā)電機與DC/DC變換裝置組合的方案。
2.混合勵磁發(fā)電機選擇功率密度較高的同步混合勵磁發(fā)電機。當?shù)退俜秶?5%-45% 時，混合勵磁發(fā)電機工作在正常勵磁電流狀態(tài)，電壓穩(wěn)定為28V，后級的DC/DC變換器工作在占空比最大狀態(tài)；當轉速變化范圍45% -115%，混合勵磁發(fā)電機工作在反相勵磁電流最大限制狀態(tài)，發(fā)電機輸出電壓隨轉速的變化而變化，由后級的DC/DC變換器進行穩(wěn)壓。
全文摘要
一種飛機專用電源系統(tǒng)，采用飛機發(fā)動機直接驅動的混合勵磁發(fā)電機與DC/DC變換裝置組合的方案。本發(fā)明電路具體可以分為三個部分同步混合勵磁發(fā)電機及其調壓電路，整流電路和DC/DC變換器。在低轉速變化范圍15％-45％，混合勵磁發(fā)電機工作在正常勵磁電流狀態(tài)，發(fā)電機輸出電壓穩(wěn)定；在轉速變化范圍45％-115％，混合勵磁發(fā)電機工作在反相勵磁電流最大限制狀態(tài)，發(fā)電機輸出電壓隨轉速的變化而變化?；旌蟿畲虐l(fā)電機輸出電壓輸入整流電路，得到一幅值在28V以上變化的直流電壓Vin；Vin輸入DC/DC變換器進行直直變換。DC/DC變換器采用Buck(降壓)變換器，在其輸出端得到直流電壓Vo，Vo為恒定28V。
文檔編號H02P9/30GK102223085SQ20111016356
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權日2011年6月17日
發(fā)明者吳雪花, 王慧貞 申請人:南京航空航天大學