[發明專利]三級式無刷起動/發電機三相交流勵磁系統的拓撲結構及裝置

有效

• 申請號: 201410471319.2
• 申請日: 2014-09-16
• 公開（公告）號: CN104218858A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 劉衛國;張贊;馬鵬;龐基;毛帥
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H02P9/14
• 分類號: H02P9/14
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明屬于航空交流電機技術領域，具體涉及一種三級式無刷起動/發電機三相交流勵磁系統的拓撲結構及裝置。

背景技術

隨著大飛機技術的迅猛發展，具有起動/發電一體化功能的高壓寬變頻發電系統是未來航空交流電源系統的一個重要發展方向。目前我國飛機交流電源系統大都采用三級式無刷同步電機(原理框圖見圖1)作為發電機，該類發電機無起動航空發動機的功能，發動機由獨立的起動機進行起動。這樣的發動機-電源系統包含兩套電機，使得其體積和重量較大，且系統復雜，可靠性降低。若能在原有三級式無刷同步發電機的基礎上，通過控制使其運行在電動狀態來完成發動機的起動，即實現起動/發電一體化，就可以省去專門的起動機，減輕機載重量和系統體積。

傳統的三級式無刷同步發電機主要由主發電機、勵磁機、副勵磁機(永磁發電機)、旋轉整流器構成。主發電機在發電階段，副勵磁機發出的三相交流電經過三相不控整流電路整流為直流電后為勵磁機定子繞組提供勵磁，勵磁機轉子繞組感應出來三相交流電經同軸相連的旋轉整流器整流后為主發電機轉子勵磁繞組提供勵磁，主發電機定子繞組切割同步磁場發出三相交流電。該電機主要為滿足發電功能設計，在電動狀態時存在如下問題：1)靜止和低速狀態時，勵磁機輸出電壓較低、主發電機勵磁電流較小，嚴重影響主發電機的帶載起動能力；2)隨著電機轉速的升高，勵磁機輸出電壓逐漸增大，主發電機勵磁電流也逐漸增大，即主發電機勵磁電流在電機起動過程中一直處于變化之中。

針對上述勵磁機問題，目前國內外主要的解決方案有：1、主發電機電機靜止及低速運行階段，勵磁機定子繞組采用單相交流勵磁，電機在高速運行或發電階段，勵磁機定子繞組采用直流勵磁；2、主發電機電機靜止及低速運行階段，勵磁機定子繞組采用三相交流勵磁，電機在高速運行或發電階段，勵磁機定子繞組采用直流勵磁；3、主發電機在起動與發電階段，勵磁機定子繞組始終采用三相交流勵磁。方案1能夠在主發電機靜止與低速階段提供較大的勵磁電流，但隨著航空電源技術的發展以及發動機需要更高的起動轉矩，單相交流勵磁方式已經無法滿足主發電機起動階段對勵磁電流的需求。方案2中勵磁機的勵磁方式需要根據主發電機的不同運行模式進行切換，鑒于主發電機的發電運行是長時間工作方式，勵磁機定子繞組需要通過提高每極串聯匝數來降低勵磁機定子所需的直流勵磁電流，但是過高的匝數造成主發電機起動階段勵磁機具有高阻抗特性使得勵磁機定子繞組需要較高的輸入容量，且該方案對勵磁機的本體以及勵磁系統設計要求較高。方案3中三相交流勵磁機在主發電機的起動以及發電運行全過程均采用三相交流勵磁，且無高阻抗特性，但是隨著主發電機的運行方式改變，勵磁系統中的勵磁電源由直流母線變為了副勵磁機，勵磁系統需要從直流—交流功率變換狀態切換到交流—直流—交流功率變換狀態，因此方案3要有新的勵磁系統及控制方法。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種三級式無刷起動/發電機三相交流勵磁系統的拓撲結構及裝置，在三級式無刷起動/發電機的起動與發電階段，給三相交流勵磁機提供三相交流勵磁，勵磁系統需要有直流—交流以及交流—直流—交流功率變換的功能。

技術方案

一種三級式無刷起動/發電機三相交流勵磁系統的拓撲結構，其特征在于：勵磁系統在起動階段能量流動為：直流母線連接三相雙向逆變器，三相雙向逆變器連接勵磁機，且三相雙向逆變器為逆變狀態；勵磁系統在發電階段能量流動為：永磁發電機連接三相雙向逆變器，三相雙向逆變器連接三相逆變器，三相逆變器連接勵磁機，且三相雙向逆變器為整流狀態。