[发明专利]高功率因数高可靠的航空发动机专用电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞机发动机专用电源系统，属于电气技术学科中的电力电子变换技术及电机电器技术。

背景技术

航空发动机的专用电源系统由永磁交流发电机、整流桥和DC/DC变换器构成，要求专用电源系统在发动机转速变化范围15％-115％能给发动机控制器供电，并仅给发动机控制器供电，这样不受飞机上其他用电设备干扰，工作可靠性高。

在传统的永磁同步电机输出三相电源的模式中，只有一路三相输出，当该电机的电枢绕组发生短路故障时，会导致用电设备无法正常工作。如果使用两个电机互为备份，会增加电机的体积重量，安装方式复杂。本专利采用了在同一个多对极永磁电机上，通过合理布置定子绕组的位置及连接方式，来实现一个电机、两路三相输出的功能，且该两路三相输出的电枢绕组在磁路上几乎独立，互相影响较小，当其中一路电枢绕组发生短路故障时，另外电枢绕组能正常工作。实现了可靠的容错功能，并且结构简单，成本较低。

传统的电源系统中存在整流桥，整机的效率不能在根本上提高，尤其是在发动机转速低、输出电流大的场合，整流桥的损耗尤为严重。用开关管替换整流桥下臂二极管，可以提高电机负载功率因素和系统效率，而且电路结构简单、驱动方便。

发明内容

新型高可靠性飞机专用电源系统采用飞机发动机直接驱动的永磁同步发电机与宽电压输入范围的变换装置的方案。系统结构简单、效率高、可靠性高和适用的转速范围宽。该系统采用飞机发动机直接驱动的两相永磁同步发电机与宽电压输入范围的变换装置相结合的方案。

首先，本发明在传统的多电机容错电路的基础上创新，实现同一个两对极电机两路输出三相电源，同时两路电压输出间磁路几乎独立，实现很强的容错功能。其主要特征在于：在两对极永磁同步电机中，定子绕组通过顺序连接、串绕的方式，输出两路三相电压。

其次，在传统的整流桥电路基础上创新，两路三相电源分别输入到三相半控整流电路，通过闭环控制开关管，使电路工作在不同的升降压模式，最终得到稳定电压，其主要特征在于：该电路由前级三相半控整流电路和后级BUCK电路组成，前级电路的中下管在输出电压较低时导通，并利用电枢绕组的自感作为电感，工作在BOOST(升压)电路状态。高压输出时下管关断，与其反并联的二极管(或MOSFET的体二极管)导通，前级电路工作在三相全桥整流状态。最后由后级BUCK(降压)变换器降压，稳定输出电压。

本专利采取的这种永磁同步发电机与宽电压输入范围的变换装置的方案，具有以下一些优点：

(1)在同一个两对极永磁同步电机上实现两路磁路独立的三相输出，其中一路故障时，另外一路均可以正常运行，有很强的容错能力，结构简单，功率密度大。

(2)电路的输入电压的范围可以很宽，当电机转速变化较大，影响输出电压值变化较大时，通过闭环控制，仍能稳定输出直流电压，运行可靠。

(3)电路采用半控的形式，当输入电压较低时，电枢绕组即可充当BOOST电路中的电感，无需其他独立的电感，从而降低了系统的体积和重量。

附图说明

本文中对两对极两路三相输出永磁同步发电机进行专利的说明。

图1是两对极两路三相输出永磁同步发电机的结构图

图2是三相半控整流电路示意图

图3是三相半控整流电路的控制电路示意图

图4是BUCK电路的控制电路示意图

图5是正常工作时一路三相输出电压及电枢绕组电流波形

图6是一路一相短路时另外一路三相输出电压及电枢绕组电流波形

图7是一路三相短路时另外一路三相输出电压及点数绕组电流波形