CN103460585B - 航空器的电能源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由航空器的电网络（1）的发电模块（20）所实施的发电方法，所述电网络（1）包括由所述发电模块（20）供电的电源线（3），通过整流器（5）由所述电源线（3）供电的连续总线（4），和通过逆变器（8）由来自于连续总线（4）的交流电压供电的至少一个电动执行器（9），该发电方法包括根据所述机载电源网络（1）中所测量的电压设定值和电压，供应交流电压（VAC），所述控制方法的特征在于它包括根据所述执行器（9）的工作曲线（V9），确定所述电压设定值的步骤。

Description

航空器的电能源
发明的背景
本发明涉及专用于航空器的一台设备的供电网络。
已知来自于机载发电机的航空器机载的供电网络。通常地，发电机是连接航空器推进发动机的发电机，或者是连接具有燃气涡轮机的辅助动力设备（APU）的发电机。
在常规方式中，这种发电机包括主电机，在相连的涡轮发动机已经启动和运行后，该主电机形成以同步模式工作的主电力发电机。主电机具有电感器转子和定子绕组，后者向航空器电网络的三相总线输送交流（AC）电。
专用的网络也具有电源设备，其中直流（DC）总线通过整流器由三相总线的AC电压供电。电源设备通过逆变器类型的电力转换器由DC总线的DC电压给三相电动执行器供电。
通过发电机控制设备（GCU）控制三相总线的AC电压或DC总线的DC电压，该发电机控制设备（GCU）通过旋转整流器，向激励器的定子电感器输送DC，该激励器具有连接主电机的转子电感器的转子绕组。通常，发电机的控制设备以维持三相总线的AC或DC总线的DC等于恒定设定值的这种方式来引起激励DC变化。
用于给激励器的电感器供电所需的电力可以通过辅助电力发电机，诸如永磁同步发电机输送，或者它可以来源于航空器的机载电网络。
在这种类型的电网络中，向执行器供电的逆变器类型的电力转换器需要设计维度以容纳与机械动力有关的电和热应力，需要该机械动力以操作执行器。这种电力转换器通常是设备中重和体积大的零件。
发明的目的和概述
本发明寻求提供发电方法和发电机模块，其可以避免上述现有技术中的至少一些缺陷。
为此，本发明提供了航空器电网络的发电机模块所进行的发电方法，所述电网络包括由所述发电机模块供电的电源线，通过整流器由所述电源线供电的DC总线，和通过逆变器由来自于DC总线的AC供电的电动执行器；
发电方法包括根据所述机载网络中所测量的电压设定值和电压，输送AC电压的步骤；
所述发电方法的特征在于：它包括根据所述执行器的工作参数，确定所述电压设定值的步骤。
因此，通过这些特征，DC总线的DC电压取决于执行器的工作参数。这可以限制逆变器的维度和/或减少逆变器的耗散。
在实施中，所述测量的电压是DC总线的电压。
工作参数可以是执行器的转速。
相应地，本发明提供了用于航空器电网络的发电机模块，所述发电机模块适于根据在所述电网络中所测量的电压设定值和电压来输送AC电压，所述电网络包括由所述发动机模块供电的电源线，通过整流器由所述电源线供电的DC总线，以及通过逆变器由来自于DC总线的AC供电的电动执行器。
所述发电机模块的特征在于：它包括根据所述执行器的工作参数，用于确定所述电压设定值的模块。
在实施方式中，发电机模块包括发电机和发电机控制设备，发电机适于根据发电机控制设备所确定的控制电流，输送所述AC电压，发电机控制设备适于根据所述机载网络中所测量的电压设定值和电压来确定控制电流。
关于发电方法的上述优点和特征也适用于发电机模块。
本发明也提供了具有电网络的航空器，其包括本发明的发电机模块，由所述发电机模块供电的电源线，通过整流器由所述电源线供电的DC总线，以及通过逆变器由来自于DC总线的AC供电的至少一个电动执行器。
附图的简要描述
通过阅读参考附图和非限制性表示所进行的下面描述，可以更好地理解本发明。
图1是专用于给航空器机载的电源设备供电的电网络的示意图。
图2是表示电动执行器工作曲线的图表。
图3是表示给具有图2中所示的工作曲线的执行器供电的转换器中电损耗的图表。
图4和图5是分别地与图2和图3相似，并且涉及另一种类型的电动执行器。
实施方式的详细描述
图1表示在其环境中的航空器电网络。电网络1是专用于给电源设备30供电的网络，并且它包括发电机模块20，电源设备30和连接发电机模块20和电源设备30的三相电源线3。
发电机模块20输送三相电压VAC。在所示实施例中，发电机模块20包括发电机2和发电机控制设备6。
发电机2机械地连接发动机7，其例如可以是用于提供推力的发动机或者航空器的辅助动力设备。发电机2可以是起动器/发电机，当起动发动机7时，其适于作为电动机工作。
当发动机7驱动发电机2旋转时，它输送三相电压VAC，后者依赖于发电机控制设备6所输送的控制电流Ie。举例说明，发电机2是前面介绍中所描述的三级发电机类型。
由发电机2所输送的三相电压VAC给电源线3供电。
电源设备30具有DC总线4，整流器5和逆变器8。DC总线4通过整流器5，由来自于电源线3的三相电压VAC的DC电压VDC供电。
电动执行器9由电源设备30供电。更精确地，每个电动执行器9通过逆变器8由来自于DC总线4的三相电压供电。每个电动执行器9通常是工作的电动机，其特征在于：写作V9的转速和写作C9的扭矩。
发电机控制设备6接收表示DC总线4的DC电压VDC和转速V9的测量信号，并且它向发电机2输送控制电流Ie。
为此目的，发电机控制设备6使用控制回路，其中，根据DC总线4的DC电压VDC和DC电压设定值VDC-设定确定控制电流Ie。
根据转速V9，由发电机控制设备6确定设定值VDC-设定。因此，在电网络1中，DC总线4的DC电压VDC依赖于转速V9，因此可以限制耗散和限制逆变器8的尺度，如下面参考图2到5所解释的。
已知电动执行器9的机械功率Pm可以表示为如下：Pm=V9×C9。也已知扭矩C9随着电动执行器9的相电流I增加。
该机械功率Pm对应于与U9×I乘积成比例的吸收的电功率Pe，其中U9是通过逆变器8输送给执行器9的电压。
在低转速V9，和与扭矩C9无关，机械功率Pm以及由此吸收的电功率Pe是低的。通过逆变器8输送给执行器9的电压V9因此可以是低的。
图2是图表，表示第一类型电动执行器9的工作曲线，根据转速V9绘制扭矩C9。如图2中所示，扭矩C9在达到速度Ω1的整个速度范围上特别地处于最大值。
图3是图表，表示在连接电动执行器9的逆变器8中所耗散的功率P8，根据图2中所示电动执行器9类型的速度V9绘制。根据本发明，曲线11对应于DC电压VDC，后者随着速度V9而变化。如在介绍中所提到的现有技术中，曲线10对应于保持恒定的DC电压VDC，给出它是为了比较目的。
在逆变器8中所耗损的功率P8可以分解成传导损耗和开关损耗。开关损耗依赖于乘积VDC×I。根据图2中的曲线，电流I必须是高的，以输送高扭矩C9，与转速V9无关。因此，如果VDC保持恒定，即使在小转速V9，功率P8也是高的，如曲线10所示。
然而，如上述，电压U9在小转速V9时可以是小的。然而，电压U9依赖于DC电压VDC。如果电压U9可以是低的，那么DC电压VDC也可以是低的。因此，通过在小转速V9降低DC电压VDC，逆变器8中所耗散的功率P8与曲线10比较降低了，如曲线11所示。
图3中，曲线10和11在速度Ω1在点P会合。
换而言之，对于具有图2中所示类型的工作曲线的电动执行器9，可以确定电动执行器9的转速V9所依赖的设定值电压VDC-设定，可以降低逆变器8中所耗散的功率P8。因此，可以限制逆变器8的热维度。然而，逆变器8的电维度还必须可以在上述点P时工作。
图4和图5是分别地与图2和图3相似的图表，并且它们涉及第二类电动执行器9，其具有不同形状的工作曲线，如图4所示。图4和图5使用了相同的附图标记，没有混淆的问题。
在这个实施方式中，扭矩C9在达到速度Ω1的低速度时处于最大值，然后在剩余的速度范围上逐渐地降低。
如图2和图3的实施方式中，在低转速时，DC电压VDC可以是小的。图5表示在这种情况下，逆变器中所耗散的功率P8降低了，如它在图3中所示（参见位于曲线10下面的曲线11）。
而且，在这种实施方式中，其中曲线11所给出的功率P8处于最大值的工作点P2，对应于小于工作点P1的功率，在工作点P1中曲线10所给出的功率P8处于最大值。
换而言之，用具有图4中所示类型的工作曲线的电动执行器9，可以确定电动执行器9的转速V9所依赖的设定值VDC-设定，这可以减少逆变器8中所耗散的功率P8，并且也减少最大耗散功率P8。因此可以限制逆变器8的热和电的维度。
发电机控制设备6具有将转速V9转换为设定值VDC-设定的测定模块。举例说明，测定模块使用对应表和换算关系。本领域技术人员能够设计适于例如，图2中所示类型的或图4中所示类型的给定工作曲线的测定模块。
在变化形式中，代替使用转速V9，发电机控制设备6利用了电动执行器9的一些其它工作参数，以确定设定值VDC-设定。
还是在变化形式中，发电机控制设备6所进行的调节适于电源线3的三相电压VAC。在这种情况下，发电机控制设备6确定三相电压设定值VAC-设定，后者是电动执行器9的速度V9或一些其它工作参数的函数。
上面描述了发电机模块20，其中由发电机2所输送的三相电压依赖于控制设备6所测定的控制电流。然而，本发明不限于那种类型的发电机模块。因此，发电机模块可以包括与开关电容器相连的自激励异步发电机，以提供大量电压水平。在变化形式中，发电机模块可以包括连接逆变器的自激励异步发电机，该逆变器输送用于DC调节的磁化电流。还是在变化形式中，发电机模块可以包括用于在多个水平工作的多绕组永磁同步发电机。
应用于电网络1的实施例在于航空器的绿色滑行。在这个实施例中，执行器9是适于使航空器能够滑行的电动机，并且发电机7是辅助动力设备。航空器的推进发动机然后不需要运转，因此获得显著的燃料节约。

Claims (6)

1.一种用于产生电压的发电方法，由航空器电网络(1)的发电机模块(20)进行该方法，所述电网络(1)包括由所述发电机模块(20)供电的电源线(3)，通过整流器(5)由所述电源线(3)供电的DC总线(4)，和通过逆变器(8)由来自于DC总线(4)的电压(VDC)的AC电压供电的至少一个电动执行器(9)；
该发电方法包括根据所述电网络(1)中的电压设定值和所测量的DC总线(4)的电压(VDC)，输送AC电压(VAC)的步骤；
所述发电方法的特征在于：它包括根据所述执行器(9)的工作参数(V9)，确定所述电压设定值的步骤。
2.根据权利要求1的发电方法，其中工作参数(V9)是所述执行器(9)的转速。
3.根据权利要求1的发电方法，其中所述发电机模块(20)包括发电机(2)和发电机控制设备(6)，发电机(2)适于根据发电机控制设备(6)所确定的控制电流(Ie)输送所述AC电压(VAC)，发电机控制设备(6)适于根据所述电网络(1)中的电压设定值和所测量的DC总线(4)的电压(VDC)，确定控制电流(Ie)。
4.一种用于航空器的电网络(1)的电压发电机模块(20)，所述发电机模块(20)适于根据所述电网络(1)中的电压设定值和所测量的DC总线(4)的电压(VDC)，输送AC电压(VAC)，所述电网络(1)包括由所述发电机模块(20)供电的电源线(3)，通过整流器(5)由所述电源线(3)供电的DC总线(4)，和通过逆变器(8)由来自于DC总线(4)的电压(VDC)的AC电压供电的至少一个电动执行器(9)；
所述发电机模块的特征在于：它包括根据所述执行器的工作参数(V9)，用于确定所述电压设定值的模块。
5.根据权利要求4的发电机模块(20)，包括发电机(2)和发电机控制设备(6)，发电机(2)适于根据发电机控制设备(6)所确定的控制电流(Ie)输送所述AC电压(VAC)，发电机控制设备(6)适于根据所述电网络(1)中的电压设定值和所测量的DC总线(4)的电压(VDC)，确定控制电流(Ie)。
6.一种航空器，其具有电网络(1)，该电网络(1)包括根据权利要求4的发电机模块(20)，由所述发电机模块(20)供电的电源线(3)，通过整流器(5)由所述电源线(3)供电的DC总线(4)，和通过逆变器(8)由来自于DC总线(4)的AC电压供电的至少一个电动执行器(9)。
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