CN102227095A

CN102227095A - 高效率的航空发动机专用电源系统

Info

Publication number: CN102227095A
Application number: CN2011101635658A
Authority: CN
Inventors: 吴雪花; 王慧贞
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2011-10-26

Abstract

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两相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水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。永磁同步发电机发出两组单相交流电，分别输入半可控桥式整流电路，该桥式电路中下管在输入电压较低时工作，并利用电枢绕组的自感作为电感，可以看成两个Boost(升压)电路并联，得到34V直流电。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)起整流作用，得到高于34V的直流电。再由Buck(降压)变换器电路降压，得到稳定的28V直流电。

Description

高效率的航空发动机专用电源系统

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，该交流发电机安装在附件传动机匣上，由附件传动机匣直接传动，DC/DC变换器集成在发动机的控制器上。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。

由于存在整流桥，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。

发动机的控制器及其供电电源需具备单点接地的容错能力，因此，该系统选用两相永磁交流发电机，永磁交流发电机有两路输出。

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。永磁同步发电机发出两组单相交流电，具备单点接地的容错能力。其中，B相交流电滞后A相交流电90°。A相、B相交流电分别输入半可控桥式整流电路，该电路中下管在输入电压较低时工作，并利用电枢绕组的自感作为电感，可以看成两个Boost(升压)电路并联，得到34V直流电。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)起整流作用，得到高于34V的直流电。再由Buck(降压)变换器电路降压，得到稳定的28V直流电。

附图说明

图1是本发明电路结构示意图。

图2是本发明之桥式电路的控制电路示意图。

图3是本发明之Buck变换器的控制电路示意图。

图1——图3的主要符号名称：(1)V_in1，V_in2，V_o1，V_o2，V_ref，V_o*，u_ref，u*——分别为永磁同步发电机输出电压，Buck变换器输入电压，桥式电路输出电压，Buck变换器输出电压，桥式电路的控制电路电压基准，桥式电路输出电压采样，Buck变换器的控制电路电压基准，Buck变换器输出电压采样。(2)I_in*，i_ref，i*——分别为电感L1的电流采样，Buck变换器的控制电路电流基准，电感L的电流采样。(3)S₁-S₂，S——分别为功率管及其对应的体二极管，功率管（4）D₁-D₂，D——分别为二极管，续流二极管。(5)C，C_o——电容。(6)L₁-L₂，L——分别为永磁同步发电机电枢绕组，电感。(7)R_o——负载。

具体实施方式

图1为本发明电路结构示意图，包括永磁同步发电机，二极管D₁、D₂、D’₁、D’₂，功率管S₁、S₂、S’₁、S’₂、S、S’，电感L、L’，续流二极管D、D’，电容C、C’、C_o、C’_o，负载R_o、R’_o。永磁同步发电机中有两组单相输出绕组L₁、L’₁。以其中一组为例，该电路结构连接方式为：二极管D₁、D₂，功率管S₁、S₂构成一个桥式电路；D₁、S₁串联构成一个桥臂，桥臂中点引出一导线，接于永磁同步发电机输出绕组L₁的一端，D₂、S₂串联构成另一个桥臂，桥臂中点引出一导线，接于L₁的另一端：D₁、D₂的阳极相连后，接于电容C的一端，串联处引出一导线，连接至功率管S的漏极；S₁、S₂的源极相连后，接于电容C的另一端，串联处引出一导线，连接至续流二极管D的阳极；D的阴极接于S的漏极，并引出一导线接于电感L的一端，L的另一端连接至负载R_o的正极输入端，R_o的负极输入端连接至D的阳极。此外有滤波电容C_o与R_o并联。

本发明电路可以分为两个部分：永磁同步发电机、宽电压输入范围的变换装置。永磁同步发电机发出两组单相交流电，其中，B相交流电滞后A相交流电90°。以A相为例，单相交流电V_in1，输入半可控桥式整流电路，从而得到一幅值在34-170V的直流电压V_o1。该桥式电路接到永磁同步发电机后端，利用电枢绕组的自感作为电感，工作时可以看成为两个Boost电路并联。V_o1通过导线连接至Buck变换器输入端，成为其输入电压V_in2；藉由Buck变换器对V_in2降压，最终在其输出端得到直流电压V_o2。V_o2为恒定28V。

当单相交流电V_in1较低时，半可控桥式电路实施过程为一周期性工作方式，当输入电压处于正半周时，L₁、S₁、D₁组成Boost电路，S₁开通时，电感电流增加，电感储能；S₁关断时，D₁导通，向负载提供能量。S₂在该阶段内均流过反向电流处于续流状态。当输入电压处于负半周时，L₁、S₂、D₂组成Boost电路，S₁流过反向电流处于续流状态。控制功率管S₁、S₂开通时间，使得V_o1恒为34V直流电。当单相交流电V_in1较高时，功率管S₁、S₂关断，与其反并联的二极管(或MOSFET的体二极管)起整流作用，得到高于34V的直流电。

图2为本发明之桥式电路的控制电路示意图，其控制电路包括电压基准V_ref，输出电压采样V_o*，电压误差放大器，电压误差信号V_e，三角载波，比较器，控制逻辑生成电路。电压输入采样V_o*为分压采样电路输出电压。连接方式为：输出电压基准V_ref的输出端连接至电压误差放大器的“+”输入端，输出电压采样V_o*的输出端连接至电压误差放大器的“-”输入端，电压误差放大器的输出端连接至比较器的“-”输入端，三角载波连接至比较器的“+”输入端。比较器的输出端连接至控制逻辑生成电路。逻辑生成电路的输出端输出至开关管S₁和S₂。

其实施过程为：输入电压基准为一阈值V_ref，电压误差放大器对电压输入采样V_o*和电压基准V_ref的误差进行放大，得到误差电压V_e，误差电压V_e通过比较器与三角载波进行调制，输出PWM方波。输出端电压V_o1较小时，输出电压采样V_o*较小，电压误差放大器输出端得到较大误差电压。误差电压与三角载波进行调制，得到占空比较大的PWM方波，从而得到较低的衰减倍数，反之得到较高的衰减倍数。采用此实施过程可以使桥式电路输出端电压V_o1为一恒定值。

Buck变换器的实施过程为：周期起始时刻，功率管S导通，储能电感L的电流从零开始上升：经过t_on时间后功率管S关断，续流二极管D导通，储能电感L向负载供电。

上述功率管S控制电路结构如图3所示，其控制电路结构包括输出电压基准u_ref、输出电压采样u*、电压误差放大器、输出电流采样i*，电压比较器。连接方式为：输出电压基准u_ref的输出端连接至电压误差放大器的“+”输入端，输出电压采样u*的输出端连接至电压误差放大器的“-”输入端，电压误差放大器的输出端连接至电压比较器的“+”输入端，输出电流采样i*转换为电压信号，并接至电压比较器的“-”输入端。电压比较器的输出端输出至功率管S。

其实施过程为：电压输入采样u*为Buck变换器输出端电压V_o2，输入电压基准为一阈值u_ref，电压误差放大器对u*和u_ref的误差进行放大，得到误差电压i_ref。将电感L电流采样i*转变为电压信号后，作为载波信号，通过电压比较器与i_ref进行调制，输出PWM方波。当Buck变换器输出端电压V_o2较小时，输出电压采样u*较小，电压误差放大器输出端得到较大误差电压。误差电压作为基准，与电感电流采样调制，得到占空比较大的PWM方波，从而得到较低的衰减倍数，反之得到较高的衰减倍数。采用此实施过程可以使Buck变换器输出端电压V_o2为恒定28V。

Claims

1.本发明涉及一种飞机发动机专用电源系统，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。该系统选用两相永磁交流发电机，具备单点接地的容错能力。其中，B相交流电滞后A相交流电90°。

2.A相交流电、B相交流电，分别输入半可控桥式整流电路，该电路中下管在输入电压较低时工作，利用电枢绕组的自感作为电感，可以看成两个Boost(升压)电路并联，得到34V直流电。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)起整流作用，得到高于34V的直流电，再由Buck(降压)变换器电路降压，得到稳定的28V直流电。