[发明专利]一种具有开路容错能力的永磁起动发电系统及其控制方法

权利要求书

1.一种具有开路容错能力的永磁起动发电系统，其特征在于，包括：高阻抗永磁起动发电机、双向桥式功率变换器、永磁起动发电系统控制器、故障处理晶闸管、发电机断路器、起动接触器、实时采集电机转子位置信号的旋转变压器、解码电路、实时采集电机三相电枢绕组电流的电流传感器、实时采集直流母线侧电压的电压传感器、电气负载、机载电源或者外部电源、故障处理晶闸管；

所述双向桥式功率变换器中设有一冗余桥臂，所述高阻抗永磁起动发电机绕组中性点通过故障处理晶闸管VT4和冗余桥臂中点相连，且高阻抗永磁起动发电机的三相绕组通过故障处理晶闸管VT1、VT2、VT3与冗余桥臂中点相连；

所述旋转变压器与解码电路相连，并且解码电路、电流传感器检测到的转速和位置信号、电流信号分别连接至永磁起动发电系统控制器，所述永磁起动发电系统控制器经矢量控制后输出双向桥式变换器开关管控制信号、故障处理晶闸管的控制信号、起动接触器的控制信号以及发电机断路器的控制信号。

2.如权利要求1所述具有开路容错能力的永磁起动发电系统，其特征在于，所述双向桥式功率变换器包括四个桥臂，其中三个为正常工作桥臂，最后一个为冗余桥臂；电机绕组的中性点通过故障处理晶闸管VT4连接至冗余桥臂中点。

3.如权利要求2所述具有开路容错能力的永磁起动发电系统，其特征在于，所述故障处理晶闸管包括四个独立的双向晶闸管，其中三个双向晶闸管VT1、VT2、VT3两端分别连接至高阻抗永磁起动发电机各相绕组和冗余桥臂中点，故障处理晶闸管VT4两端分别连接至高阻抗永磁起动发电机绕组中性点和冗余桥臂中点。

4.如权利要求1至3任一项所述具有开路容错能力的永磁起动发电系统，其特征在于，所述高阻抗永磁起动发电机各相绕组为集中绕组，隔齿绕制。

5.如权利要求1所述具有开路容错能力的永磁起动发电系统的控制方法，其特征在于，起动过程中，永磁起动发电系统控制器首先控制起动接触器闭合，机载电源或者外部电源接入所述双向桥式功率变换器的直流侧，采用矢量控制方法，系统内环为电流环，外环为速度环，高阻抗永磁起动发电机作电动运行从而带动航空发动机加速；

通过检测电机转子位置信号的旋转变压器计算电机的位置和转速，判断电机转速是否达到脱开转速，如是，则永磁起动发电系统控制器控制起动接触器断开，切换单元工作，发动机带动电机空转；

当电机转速接近最低发电转速时，切换单元工作，永磁起动发电机工作在发电状态，同样采用矢量控制方法，此时系统内环为电流环，外环为电压环；当直流侧输出电压稳定后，永磁起动发电系统控制器控制发电机断路器闭合，向电气负载提供能量；在发动机起动以及输出稳定的直流电压过程中，不断检测电机绕组电流，根据各相绕组电流的平均值来判断桥臂的上管故障还是下管故障，根据电流矢量的斜率来判断电机绕组开路故障；最后，根据故障类别从而实现相应的容错控制。

6.如权利要求5所述具有开路容错能力的永磁起动发电系统的控制方法，其特征在于，所述切换单元包括三路输入，一路输出，输出为转矩电流指令值，输入分别为转速调节器的输出，直流电压调节器的输出以及零；

当永磁起动发电机工作在电动状态时，切换单元的输出为转速调节器的输出，即转矩电流指令值，当电机达到脱开转速时，此时永磁起动发电机输出转矩为零，切换单元的输出为零，当电机转速接近最低发电转速时，切换单元的输出为直流电压调节器的输出，此时永磁起动发电机工作在发电状态。

7.如权利要求5所述具有开路容错能力的永磁起动发电系统的控制方法，其特征在于，所述容错控制包括开关管开路容错控制和电机绕组开路容错控制，当检测出开关管开路故障，首先封锁故障开关管所在桥臂的驱动信号，然后控制相应的双向晶闸管导通，此时电机相应绕组连接至冗余桥臂中点，最后驱动冗余桥臂使其代替故障桥臂工作，故障前后系统性能保持不变；当检测出绕组开路故障，首先封锁故障绕组所连接桥臂的驱动信号，再控制相应的双向晶闸管导通，此时电机绕组中性点连接至冗余桥臂中点，然后在矢量控制算法中改变交、直轴电流指令值，使正常绕组的电流幅值和相位发生变化，从而维持故障后磁动势不变。