[發明專利]一種航空高壓直流用升降壓起動發電機控制器及控制方法

在審

• 申請號: 202210547303.X
• 申請日: 2022-05-19
• 公開（公告）號: CN114826053A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 薛開昶;羅宗鑫;龍江;顧興陽;甘忠文
• 申請（專利權）人: 貴州航天林泉電機有限公司
• 主分類號: H02P9/30
• 分類號: H02P9/30;H02P9/08;H02P9/04;H02K7/18
• 代理公司: 貴州派騰知識產權代理有限公司 52114
• 代理人: 劉宇宸

一種航空高壓直流用升降壓起動發電機控制器及控制方法，控制器主要包括功率管Q₁～Q₆、Q_1A～Q_6A；三相橋臂電路結構相同，對于A相橋臂，是由A相輸入端與Q₁的發射極、Q₂的集電極連接，Q₁的集電極與Q_1A的集電極連接，Q_1A的發射極與高壓直流母線的正極連接，Q₂的發射極與Q_2A的發射極E連接，Q_2A的集電極與高壓直流母線的負極連接構成。發電時，功率管的工作頻率較低，使得高頻段紋波較小，高頻電磁干擾較小，發電時功率管的工作頻率較低，故功率管可以采用耐大電流但損耗偏大的功率管，使起動發電機控制器具有良好的抗過載能力。同時，發電時的升壓穩壓和降壓穩壓間切換平滑，輸出電壓連續，可用于多機并聯運行，適合于航空高壓直流電源系統。

技術領域

本發明涉及一種航空高壓直流用升降壓起動發電機控制器及控制方法。

背景技術

對于軍用航空電源系統，當功率達到12kW以上，采用高壓直流270V為機載設備供電是較優的解決方案。對于航空電源系統，通常在正常發電穩壓輸出時具有1.5倍額定電流、5min，2倍額定電流、5s的過載能力；需要具備可輸出3倍短路電流的能力；需要高頻段的紋波控制在較小范圍內以減出電磁干擾。

永磁起動發電機電源系統包括永磁起動發電機和起動發電機控制器兩部分，永磁起動發電機用于實現機械能與變壓變頻交流電能的轉化。在起動狀態，起動發電機控制器將起動電源提供的直流電能轉化為變壓變頻交流電能，給永磁起動發電機供電，驅動電機由靜止狀態到達發動機點火轉速；在發電狀態，起動發電機控制器將永磁起動發電機輸出的變壓交流電壓轉化為270V穩壓直流來給航空機載設備供電。

對于用于低壓直流電源系統的起動發電機控制器，目前，普遍采用三相全控全橋作為硬件，起動和發電均采用SVPWM控制，發電采用PWM整流技術。但是，PWM整流技術存在以下方面的不足：

1)PWM整流屬于升壓控制，電機線電壓峰值在任何情況下均不允許超過期望的輸出電壓，使得低速發電和起動時相電流過大，導致起動發電機控制器效率過低；

2)發電時，功率管開關頻率為起動發電機電頻率的一個量級以上，開關損耗較大；

3)對于轉速較高的航空用永磁起動發電機，由于起動發電機的電頻率高和電感量較小，使得PWM整流技術進行穩壓控制時難度很大；

4)發電時，在由不控整流切換到PWM整流瞬間，很容易形成直流母線過壓；

5)使用PWM整流技術時，過高的開關頻率使得輸出電壓高頻紋波偏高，很難達到相關標準要求；

6)為了滿足高開關頻率的需求，功率管通常采用的快速低損耗功率管，其承受過載電流的能力較弱；

7)當輸出短路時，PWM整流控制的三相全橋電路不具有限制短路電流的能力。

專利CN108712093 A一種高速永磁起動發電機的電源變換器及其控制方法給出一種發電狀態下具有升降壓功能的起動發電機控制及控制方法，硬件上通過三相全控全橋與SCR相控全橋并聯，低速時采用三相全橋升壓穩壓，高速時采用SCR相控全橋降壓穩壓。該技術方面存在以下方面的不足：

1)三相全控全橋與SCR相控全橋為并聯結構，為了保證升壓穩壓與降壓穩壓相互兼容，升壓穩壓值需要低于降壓穩壓值10V左右，導致輸出電壓不連續，不能應用于多臺起動發電機控制器輸出并聯運行的應用領域；

2)SCR的最高工作溫度低于IGBT，降低了起動發電機控制器可承受的最高工作環境溫度；