[发明专利]双向降压-升压功率变换器、电起动机-发电机系统及方法

说明书

本申请是申请日为2005年11月15日、申请号为200510137343.3、发明名称为“双向降压-升压功率变换器、电起动机-发电机系统及方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及控制交流电机的输出的方法，尤其涉及用于控制电起动机-发电机的输出的降压-升压功率变换器。

背景技术

为小尺寸优化的高速交流电机具有很高的交流阻抗。在稳态操作期间，当通过整流器向直流负载产生功率时，高的交流阻抗不是一个主要问题。然而，当突然施加或去除负载时，高的交流阻抗成为一个问题。事实就是这样，因为负载的施加或去除导致从整流器施加到负载上的直流电压变化非常大，但这是不可接受的。

解决这个问题的一种方法是在整流器的输出端使用一个大的电容组来提供或者吸收瞬态能量。然而，大的电容组增加了尺寸和重量，这在必须尽可能限制尺寸和重量的系统里是一个问题。因此，仍然需要对其进行改善。

发明内容

本发明的一种典型实施例包括一个双向降压-升压功率变换器，所述双向降压-升压功率变换器包括一对设置在电机输出端的半桥逆变器模块和一个连接在该对半桥逆变器模块之间的电感。

在本发明的另一典型实施例中，一个双向降压-升压功率变换器包括一对设置在电机输出端的全桥逆变器模块和一个连接在该对全桥逆变器模块之间的变压器。

在本发明的另一典型实施例中，一个电起动机-发电机(ESG)系统被配置成在起动操作期间向飞机引擎或涡轮机提供机械功率；并且被配置成在发电机操作期间把来自涡轮机的机械功率转换成电功率。该ESG系统包括：一个与主要负载机械耦合并且被配置成提供交流(AC)电压的同步起动机-发电机、一个与该同步起动机-发电机电连接并且被配置成把交流电压变换为直流电压的逆变器/整流器以及一个双向降压-升压功率变换器。该双向降压-升压功率变换器被配置成执行下列多个操作中的每一个：在瞬态操作期间逐步提高输出电压、在瞬态操作期间逐步降低输出电压、在稳态操作期间逐步提高输出电压、在稳态期间逐步降低输出电压。

在本发明的一种方法实施例中，提出了一种用于控制一个具有逆变器整流器和双向降压-升压变换器的交流电机起动机-发电机的输出电压的方法，该方法包括：当该起动机-发电机处于发电机模式时，输出一个由该双向降压-升压脉宽调制(PWM)开关控制的直流电压。

附图说明

根据本发明给出的说明性实施例，可以充分体现本发明的优势、本质以及各种其它特性，本发明的原理是参照附图说明的，其中：

图1是根据本发明一个实施例的降压-升压功率变换器的简图；

图2是根据本发明另一实施例的降压-升压功率变换器的简图。

具体实施方式

我们将参照附图进一步对本发明进行详细解释，附图不以任何方式限制本发明的范围。

在本发明的一个实施例中，在交流电机/逆变器/整流器系统的输出端配置两个双向降压-升压变换器，以便对于起动或者发电允许沿任一方向的受控功率流，同时能够对突然的负载变化进行快速瞬态响应。因为电压可以在任一方向降低或者升高，所以通过降压-升压变换器的控制可以在突然施加负载或者突然去除负载期间保持输出电压。

参照图1描述一种双向降压-升压功率变换器实施例。尽管其适用于直流电机和交流电机，但是参照图1讨论的示例性双向降压-升压功率变换器电路13是为交流电机配置的。图1示出了一个交流电机10，在其输出端具有一个三相逆变器/整流器11。直流链路滤波器电容C1并联在逆变器/整流器11的输出端，而电容C2并联在直流总线的输出端。在电容C1和C2之间的是降压-升压电路13，其包括两个半桥逆变器模块14、15以及一个电感LO。包含在半桥逆变器模块14内部的是晶体管QA和QB以及与晶体管QA和QB相关联的反向并联二极管DA和DB。半桥逆变器模块15包括晶体管QC和QD以及与晶体管QC和QD相关联的反向并联二极管DC和DD。

由逆变器/整流器11向降压-升压变换器电路13提供输入，该逆变器/整流器11对交流电机10的输出功率进行变换。图1所示的是一个绕场(wound field)同步电机，但是也可以使用许多其它类型的交流电机，例如永磁式或者感应式交流电机。

下表说明了在系统操作期间降压-升压变换器电路13中的哪些设备操作在哪些模式下，该系统采用一个绕场电机，从而在稳态下使用场控制来调节直流输出(如图1所示的270Vdc)。

表