CN104471819A - 用于直升机涡轮引擎的控制和功率供应系统 - Google Patents

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Abstract

用于至少一个直升机发动机/发生器的电气控制和功率供应系统，所述系统包括第一DC/AC转换器(30)，其根据从电子控制电路(34)制动的连接矩阵(32)中的连接器(320、322、324、326、328、330、332)的相应位置，选择性地向至少一个发动机/发生器递送AC电气功率，所述第一DC/AC转换器由DC功率供应设备用DC供电，所述DC功率供应设备由用于经由连接器(22)由APU(16)的启动器/发生器(18)递送的AC电压进行整流的电路(36)形成，或者由经由连接器(24)从电池(20)供电的升压器DC/DC转换器(38)形成，所述连接矩阵还包括连接器(328)，其用于使所述第一DC/AC转换器与所述第二DC/AC转换器并联连接以便使得一旦启动了所述发动机/发生器中的至少一个就从APU的所述启动器/发生器提供附加功率。

Description

用于直升机涡轮引擎的控制和功率供应系统
技术领域
本发明涉及直升机和具有至少一个配有叶片的主转子的其它旋翼飞行器的推进的电气混合领域，且本发明更特别涉及用于与旋翼飞行器的涡轮引擎或主齿轮箱(MGB)耦合的少一个电动机的控制和功率供应系统。
背景技术
在这样的旋翼飞行器中，MGB经由减速器把涡轮引擎的出口轴连接至配有叶片的主转子。另外，辅助功率单元(APU)特别用于当旋翼飞行器的引擎停止时在板上递送电气功率，特别是在把它们设定成旋转之前在地面上递送电气功率。
APU采用驱动电力发生器的涡轮引擎的形式。此发生器设计为在发动机模式下进行操作以便启动APU以及在启动了涡轮引擎之后并且一旦它达到足够的旋转速度就在发生器模式下进行操作的启动器/发生器(S/G)。当在发动机模式下进行操作时，用多相电对S/G进行供电。为此目的，众所周知的是使用具有逆变器的直流/交流(DC/AC)转换器设备，其用来把电池经由升压器DC/DC转换器递送的DC电压转换为AC电压。
目前的主要趋势是用电气功率替代液压或气动功率来操作航空器中的各个系统。除了使维护简化之外，在降低重量和尺寸以及减小成本方面常常存在优点。
发明内容
本发明跟随此趋势并且为此目的它提出了一种用于至少一个直升机发动机/发生器的电气控制和功率供应系统,所述系统包括第一DC/AC转换器，其根据从电子控制电路制动的连接矩阵中的连接器的相应位置，选择性地向所述至少一个发动机/发生器递送AC电气功率，所述第一DC/AC转换器由DC功率供应设备用DC供电，所述DC功率供应设备由用于经由连接器APU的启动器/发生器递送的AC电压进行整流的电路形成，或者由经由连接器从电池供电的升压器DC/DC转换器形成，所述连接矩阵还包括连接器，其用于使所述第一DC/AC转换器与所述第二DC/AC转换器并联连接以便使得一旦启动了所述发动机/发生器中的至少一个就从APU的所述启动器/发生器提供附加功率。
在两个系统之间制作可用的共用电力资源特别有利之处在于,没有使共用功率供应设备尺寸过大,所述两个系统即不同时操作且基本上需要相同电气功率电平的APU的启动器/发生器和MGB或涡轮引擎的发动机/发生器,它导致了单元、束线和接口的数目减小，因而降低了重量、尺寸和费用。
有利地，所述升压器DC/DC转换器通过经由至少一个连接器串联连接三相电感器和第二DC/AC转换器来获得。
DC/AC转换器还把从电池经由三相电感器递送的直流转换为交变电流的这样的布置，使得能够启动APU。
优选地，所述连接矩阵包括用于把所述第一DC/AC转换器连接至第一发动机/发生器的至少一个连接器和用于把所述第二DC/AC转换器连接至第二发动机/发生器的至少一个连接器。
附图说明
在阅读借助非限制性指示以及参考仅有的附图给出的以下描述时能够更好地理解本发明，该附图是本发明的电气控制和功率供应系统的简化电路图。
具体实施方式
直升机且更具体为旋翼飞行器具有至少一个配有叶片的主转子，使其旋转以提供提升和推进。主转子由一个或多个涡轮引擎经由传输和减速机制(一般称为主齿轮箱(MGB))驱动。
图1示出了分别与两个涡轮引擎12和14接合的MGB 10，每个涡轮引擎具有气体发生器12A、14A，由气体发生器生成的气流驱动的自由涡轮12B、14B，以及由能够作为电力发生器进行操作且机械耦合至气体发生器的电动机构成的可逆发电机12C、14C。在该图中，附图标记16指示机械耦合至发电机18的辅助功率单元(APU)，发电机18构成了启动器/发生器(S/G)，以及附图标记20指示电池。启动器/发生器18典型地经由连接器22递送115伏特AC的三相电,以及电池20典型地经由连接器24递送28伏特DC(Vdc)的电力，这些电压在航空学上都是常规的，并且电力是在控制单元26的控制下进行递送的。
在本发明中，用于直升机发动机/发生器12C、14C的电气控制和功率供应系统28包括用于向发动机/发生器选择性地递送交变电气功率的第一DC/AC转换器30，根据由电子控制电路34制动的连接矩阵32中的连接器320、322、324、326、328、330的位置，经由递送DC电压且由用于对启动器/发生器18递送的AC电压进行整流的二极管整流电路36(非受控整流器)构成或者由从电池20供电的升压器DC/DC转换器38构成的功率供应设备，向此第一DC/AC转换器本身供电DC。
第一DC/AC转换器30由三相转换器构成(即，具有六个切换器)构成，该三相转换器任选地如所示出的可以在保护设备之前，该保护设备包括跟在并联的电容器之后的受控切换器。形成逆变器的切换器通常是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，绝缘栅双极晶体管(IGBT)具有在它们的端子两端连接且在电子控制电路34的控制下进行切换的反向并联二极管。
非受控整流电路36有利地由三相二极管桥构成，三相二极管桥在电容器的端子两端递送270Vdc的整流且过滤的电压，该电压在航空学领域是常规的。。
升压器DC/DC转换器38由经由连接矩阵32与第二DC/AC转换器382串联连接的三相电感器380构成。像第一转换器一样，第二转换器由具有六个切换器的三相逆变器构成，三相逆变器任选地如图所示出的在保护设备之前，该保护设备包括跟在并联的电容器之后的受控切换器。形成逆变器的切换器通常是IGBT，IGBT具有在它们的端子两端连接且由电子控制电路34控制它们的切换的反向并联二极管。
控制连接矩阵32的电子控制电路34和这两个DC/AC转换器30、38可以安装在单个控制单元中，其于是优选合并了控制单元26，或者它可以单独地布置，如所示出的。
下面解释本发明的系统的操作。它依赖于直升机的预期功能和操作需求，特别是启动AP、控制涡轮引擎或者把附加功率提供涡轮引擎取决于是否经由一个电动机来驱动和/或两个电动机同时驱动来完成的。例如，可以提及仅经由一个电动机或者每次仅一个涡轮引擎向MGB提供功率(例如，以便在失去另一个的情况下增强一个涡轮引擎)的情形，但是具有使用相同功率电子装置为涡轮引擎中的任一个供电的能力。还可以提及两个电动机都安装在相同涡轮引擎气体发生器上或者实际上两个发动机安装在其自由涡轮上或者在MBG上的情形。
采用更详细的方式，基于整流桥、两个逆变器和一组连接器的本发明的结构来管理如下面所阐述的那些非常简单的各个功能(参照控制用于气体发生器的两个发动机来描述该优选实施例，但是例如它自然可适用于控制用于MGB的单个发动机)。
为了在连接器24闭合的情况下从由电池20递送的低电压(典型地28Vdc)启动APU，把第二DC/AC转换器38用作有源整流器(三相升压器)以便获得大约270Vdc的电压(然后闭合连接器320和3222)，第一DC/AC转换器30使用此DC电压经由然后闭合的连接器324和326驱动APU的启动器/发生器18，而连接器22和连接器328、330和332断开。
一旦启动了APU，进而就可以使用如由S/G 18递送的115Vac网络的电压启动涡轮引擎。一旦连接器22闭合，此电压就递送到非受控整流器电路36，其进而在这两个DC/AC转换器30、382中每个的作用下经由相应的串联的连接器对324&330和322&332递送整流且滤波的DC电压，以便驱动相应的电动机12C和14C，这使得两个涡轮引擎能够同时(如果必要)启动，于是连接器24、320、326和328断开。
应当观测到，涡轮引擎还可以以与启动APU类似的方式根据来自电池20的低电压来启动。在实践中，例如通过闭合330以便为电动机12C供电而不是闭合先前为S/G 18供电的连接器326，来启动这两个涡轮引擎之一是适当的。此后，一旦启动了第一涡轮引擎，其电动机就可以用作通过接着闭合连接器322和333来递送启动第二涡轮引擎所需的功率的发生器，连接器24和320同时断开。这还使得它能够在没有用于(经由APU或者任何其它发生器)启动涡轮引擎的备选功率供应器的情况下完全是可能的。
一旦启动了涡轮引擎(且与它们之前的状态无关)，可以从以瞬态方式或者永久方式作为发生器操作的S/G 18把附加功率提供给涡轮引擎之一。因而，通过闭合连接器22，S/G 18为非受控整流电路36供电以产生用在每个DC/AC转换器30、32中的DC电压，用来经由它们相应的串联连接器324&330和322&332驱动与每个气体发生器相关联的电动机12C、14C。为了获得更高的提供给涡轮引擎中的功率电平，它能够使用并联的两个DC/AC转换器(例如，处于闭合位置的连接器22、324、330、322和328，电动机12C，处于断开位置的连接器24、320、326和332)，或者通过在它们之一故障的情况下使用一个或者另一个来更好地提供功率供给的可用性(连接器322和324还用来在这样的情况下完全隔离DC/AC转换器之一，连接器328使得它们之一能够代替另一个)。
应当注意到，在必要的情况下，使用单相连接器(而不是所示出的三相连接器)还会引起附加的简化模式，因而增加了该功能的可用性，该简化模式也应该是必要的。
在本发明的情况下，共享电子功率构件的方式使得能够提供多功能的电气控制和功率供应系统，并且特别使得能够在单逆变器的情况下驱动多个电动机/发生器。与使用相应的专用功率供应系统相比，使用用于控制APU的启动和电发生器的启动的单元的共同系统导致重量、尺寸和费用的显著减小。
控制和功率供应系统可以有利地布置在直升机的中央部分中，接近于其主电气核心，因而用来优化其整体电气架构。

Claims (4)

1.一种用于至少一个直升机发动机/发生器的电气控制和功率供应系统，所述系统包括第一DC/AC转换器(30)，其根据由电子控制电路(34)制动的连接矩阵(32)中的连接器(320、322、324、326、328、330、332)的相应位置，选择性地向所述至少一个发动机/发生器递送AC电气功率，所述第一DC/AC转换器由DC功率供应设备用DC供电，所述DC功率供应设备由用于经由连接器(22)由APU(16)的启动器/发生器(18)递送的AC电压进行整流的电路(36)形成，或者由经由连接器(24)从电池(20)供电的升压器DC/DC转换器(38)形成，所述连接矩阵还包括连接器(328)，其用于使所述第一DC/AC转换器与所述第二DC/AC转换器并联连接以便使得一旦启动了所述发动机/发生器中的至少一个就从APU的所述启动器/发生器提供附加功率。
2.依据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述升压器DC/DC转换器通过经由至少一个连接器(320、322)串联连接三相电感器(380)和第二DC/AC转换器(382)来获得。
3.依据权利要求1或权利要求2所述的系统，其特征在于，所述连接矩阵包括用于把所述第一DC/AC转换器连接至第一发动机/发生器(12C)的至少一个连接器(324、330)和用于把所述第二DC/AC转换器连接至第二发动机/发生器(14C)的至少一个连接器(322、332)。
4.依据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述连接矩阵还包括用于把所述第一DC/AC转换器连接至所述启动器/发生器以便使得能够从所述电池启动APU的至少一个连接器(320、326)。
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