CN106357164B - 一种双凸极高压直流起动发电系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双凸极高压直流起动发电系统及控制方法，属于起动发电技术领域。本发明中的起动发电机包括同轴连接的两段式电励磁双凸极电机、永磁励磁机，两段式电励磁双凸极电机电枢绕组分别与桥式不控整流电路连接后并联，作为起动发电系统的发电输出端，其中第一电励磁双凸极电机三相电枢绕组分别与三相全桥逆变器、推挽正激变换器顺次连接，推挽正激变换器输入端作为起动发电系统的起动输入端，永磁励磁机为励磁绕组提供励磁电流。本发明还公开了上述起动发电机系统的控制方法。本发明发电控制简单，降低了发电输出电压脉动，解决了起动电源电压和发电输出电压不平衡的问题，同时降低了高速起动发电系统起动时的逆变器开关管工作频率。

Description

一种双凸极高压直流起动发电系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种起动发电机系统，尤其涉及一种双凸极高压直流起动发电系统及控制方法，属于起动发电技术领域。
背景技术
起动发电技术使与发动机相联的电机能够一机两用，在发动机稳定工作前，控制电机电动运行，带动发动机起动；此后，发动机反过来带动电机，使其成为发电机向用电设备供电，从而构成一台电机双重功能的起动发电机，能够有效减小机载设备的体积重量。
随着飞机和汽车电气化技术发展，用电设备及电源容量越来越大，直流电源电压等级不断升高，提高了供电系统效率。以飞机直流电源为例，其直流额定电压达270V，高压直流电源已经成为新一代多电飞机电气系统的发展趋势。尽管发电输出电压成为高压，但起动电源通常为低压蓄电池，因此存在起动电源电压与发电输出电压之间不平衡的难题。进一步地，对于高速起动发电系统，起动转速高，起动发电机相电流需要高频斩波控制，控制复杂，系统可靠性面临严峻挑战。
双凸极电机结构简单可靠，转子上无绕组，适合高温环境，高速运行，做发电运行时，不需要位置传感器，只需要不控整流电路进行整流，系统简单可靠。授权发明专利CN103684127B公开了一种复合式无刷直流起动发电机系统及控制方法，永磁电机与电励磁双凸极电机同轴运行，起动阶段用永磁电机电动运行，发电阶段，永磁电机作为励磁机，为电励磁双凸极电机励磁绕组提供励磁源，通过调节励磁电流，电励磁双凸极电机为直流负载供电。此方案中永磁电机功率需求较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术所存在的起动电源电压与发电输出电压之间不平衡，以及高速起动发电系统起动运行高频斩波导致系统可靠性降低的问题，提供一种结构简单、可靠性高，成本低、控制灵活的双凸极高压直流起动发电系统及控制方法。
本发明的1、一种双凸极高压直流起动发电系统，其特征在于，该系统包括：起动发电机与起动发电控制器，起动发电机包括两段式电励磁双凸极电机及永磁励磁机，两段式电励磁双凸极电机内部含有第一电励磁双凸极电机和第二电励磁双凸极电机；第一电励磁双凸极电机转子、第二电励磁双凸极电机转子、永磁励磁机转子同轴连接，第一电励磁双凸极电机定子、第二电励磁双凸极电机定子、永磁励磁机定子同轴安装在同一个壳体内；
所述两台电励磁双凸极电机三相电枢绕组均采用星形连接方式，并且共用一套位于定子上的励磁绕组；
所述起动发电控制器包括推挽正激变换器、三相全桥逆变器、第一桥式不控整流电路、第二桥式不控整流电路、第三桥式不控整流电路、励磁功率电路、电容、检测单元、升压控制单元、起动控制单元、发电控制单元；其中，第一电励磁双凸极电机三相电枢绕组输出端分别与第一桥式不控整流电路输入端连接，第二电励磁双凸极电机三相电枢绕组输出端分别与第二桥式不控整流电路输入端连接，第一桥式不控整流电路输出正端、第二桥式不控整流电路输出正端、第一电容的正端与发电直流断路器的第一触点连接，发电直流断路器的第二触点构成所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出正端；第一桥式不控整流电路输出负端、第二桥式不控整流电路输出负端与第一电容的负端连接，构成所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出负端，所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出正端与所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出负端构成所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出端；
第一电励磁双凸极电机三相电枢绕组输出端分别与起动交流断路器的第一触点连接，起动交流断路器的第二触点分别与三相全桥逆变器输出端连接，三相全桥逆变器输入正端与推挽正激变换器输出正端连接，三相全桥逆变器输入负端与推挽正激变换器输出负端连接，推挽正激变换器输入正端与起动直流断路器的第一触点连接，起动直流断路器的第二触点构成所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入正端，推挽正激变换器输入负端构成所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入负端；
所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入正端与所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入负端构成所述双凸极高压直流起动发电系统起动输入端；
所述永磁励磁机三相电枢绕组采用星形连接方式，三相电枢绕组输出端分别与发电励磁继电器的第一触点连接，发电励磁继电器的第二触点与第三桥式不控整流电路输入端连接，第三桥式不控整流电路输出正端分别与起动励磁继电器的第一触点、励磁功率电路的输入正端、第二电容的正端连接；第三桥式不控整流电路输出负端分别与励磁功率电路输入负端和推挽正激变换器输入负端、第二电容的负端连接；起动励磁继电器的第二触点与起动直流断路器的第二触点连接，励磁功率电路输出端分别与励磁绕组两端连接；
所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入正端分别与升压控制单元、起动控制单元、发电控制单元的辅助电源正端连接，所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入负端分别与升压控制单元、起动控制单元、发电控制单元的辅助电源负端连接，外接蓄电池为升压控制单元、起动控制单元、发电控制单元提供工作电源。
优选地，所述三相全桥逆变器为输入端带有滤波电容的三相全桥逆变器。
所述永磁励磁机为转子永磁型永磁励磁机或定子永磁型永磁励磁机。
优选地，所述励磁功率电路为不对称半桥电路。
优选地，所述起动直流断路器、起动交流断路器、发电直流断路器、起动励磁继电器、发电励磁继电器由发电控制单元控制。
如上所述双凸极高压直流起动发电系统的控制方法，其特征在于，步骤一：所述检测单元用于对三相全桥逆变器输出相电流、三相全桥逆变器输入电流、推挽正激变换器输出正端电压、推挽正激变换器输入正端电压、所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出端输出电流、所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出正端电压、励磁绕组电流、永磁励磁机相电压、起动发电机转子位置进行检测，检测流程是：
流程一：将三相全桥逆变器输出相电流、起动发电机转子位置的检测信息传输至起动控制单元；
流程二：将三相全桥逆变器输入电流、推挽正激变换器输出正端电压、推挽正激变换器输入正端电压的检测信息传输至升压控制单元；
流程三：将所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出端输出电流、所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出正端电压、励磁绕组电流、永磁励磁机相电压的检测信息传输至发电控制单元；
步骤二：升压控制单元、起动控制单元、发电控制单元之间相互通信，起动发电控制器与外部数据总线相互通信；
步骤三：所述双凸极高压直流起动发电系统接收起动信号后，执行自检程序；步骤四：完成自检后发电控制单元输出开关控制信号，闭合起动直流断路器、起动交流断路器、起动励磁继电器；
步骤五：起动发电控制器进行起动控制，带动发动机起动，经过预设的起动时间，通过检测反馈的状态量，判断发动机转速是否到达预设的脱开转速，若没有达到预设的脱开转速，表明起动失败，起动直流断路器、起动交流断路器、起动励磁继电器断开，同时停止起动程序，再经过预设的等待时间，双凸极高压直流起动发电系统再次接收起动信号，若达到脱开转速，等待接收起动发电控制器连接的数据总线传递的起动完毕信号，若未接收到起动完毕信号，则表明起动失败，起动直流断路器、起动交流断路器、起动励磁继电器断开，同时停止起动程序，再经过预设的等待时间，双凸极高压直流起动发电系统再次接收起动信号，若接收到起动完毕信号，表明起动成功，起动直流断路器、起动交流断路器、起动励磁继电器断开，同时停止起动程序；
步骤七：通过检测反馈的状态量，判断起动发电机转速是否到达预设的发电运行转速，若未达到发电运行转速，等待发动机转速继续上升至发电运行转速，若达到发电运行转速，等待接收起动发电控制器连接的数据总线传递的可加载信号；
步骤八：当接收到可加载信号后，发电控制单元输出开关控制信号，闭合发电直流断路器、发电励磁继电器，起动发电控制器进行发电控制，为直流负载提供电能。
所述起动控制为，检测得到的三相全桥逆变器输入电压信号与三相全桥逆变器输入电压给定信号进行比较后，经过母线电压调节环节，生成母线电流给定信号，检测得到的三相全桥逆变器输入电流信号与母线电流给定信号进行比较后，经过母线电流调节环节，生成推挽正激变换器开关管斩波控制的脉宽调制信号，控制推挽正激变换器开关管开关状态，从而控制推挽正激变换器的输出电压逐步增大；检测得到的励磁绕组电流信号与给定的励磁绕组电流信号相比较后，经过励磁电流调节环节，生成励磁功率电路开关管斩波控制的脉宽调制信号，控制励磁功率电路开关管开关状态，从而控制励磁绕组电流大小；检测得到的起动发电机转子位置信号经微分环节得到起动发电机与发动机转速信号，起动发电机转速信号与起动发电机转速给定信号进行比较后，经过转速调节环节后，得到相电流给定信号，检测得到的三相全桥逆变器输出电流信号经过相电流调理，得到相电流调理信号，相电流调理信号与相电流给定信号进行比较后，经过相电流调节环节，生成相电流斩波控制信号，起动发电机与发动机转速信号、起动发电机转子位置信号与检测得到的三相全桥逆变器输入电压信号同时经过相电流控制角度选择环节，生成相电流控制角度，相电流控制角度与相电流斩波控制信号共同经过相电流斩波控制算法，生成三相全桥逆变器开关管斩波控制的脉宽调制信号，控制三相全桥逆变器开关管开关状态，从而控制相电流大小，控制起动发电机输出转矩与起动转速，实现三相全桥逆变器输入电压与起动发电机转速协调控制，带动发动机起动。
所述发电控制为，检测得到的发电输出端输出电压信号与发电输出端输出电压给定信号进行比较后，经过输出电压调节环节，生成励磁绕组电流给定信号，检测得到的励磁绕组电流信号与励磁绕组电流给定信号相比较后，经过励磁电流调节环节，生成励磁功率电路开关管斩波控制的脉宽调制信号，控制励磁功率电路开关管开关状态，从而控制上述双凸极高压直流起动发电系统输出电压。
优选地，所述三相全桥逆变器输入正端电压给定信号的值随时间线性增加，直至达到预设电压值，然后保持预设电压值不变。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的双凸极高压直流起动发电系统起动时，三相全桥逆变器输入端电压可控，电励磁双凸极电机同时采用相电流幅值控制与相电流角度控制相结合，可以有效降低逆变器开关管工作频率，同时解决了起动电压与发电输出电压不平衡的问题。
2、本发明的双凸极高压直流起动发电系统发电运行时，同轴运行的两台电励磁双凸极电机分别整流后并联发电，通过调整两台电励磁双凸极电机转子相对角度，能够减小输出电压脉动。
附图说明
图1为本发明的双凸极高压直流起动发电系统框图；
图2为双凸极高压直流起动发电系统的三相全桥逆变器结构图；
图3为双凸极高压直流起动发电系统的桥式不控整流电路1结构图；
图4为双凸极高压直流起动发电系统的桥式不控整流电路2结构图；
图5为双凸极高压直流起动发电系统的桥式不控整流电路3结构图；
图6为双凸极高压直流起动发电系统的推挽正激变换器结构图；
图7为双凸极高压直流起动发电系统的励磁功率电路结构图；
图8为双凸极高压直流起动发电系统的起动控制框图；
图9为三相全桥逆变器输入正端电压给定信号的值随时间变化关系；
图10为双凸极高压直流起动发电系统的发电控制框图；
图11为双凸极高压直流起动发电系统的起动发电控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
图1显示了本发明的双凸极高压直流起动发电系统的一个优选实施例的结构图，如图所示，该起动发电机包括两段式电励磁双凸极电机及永磁励磁机，两段式电励磁双凸极电机内部含有两台电励磁双凸极电机，分别为第一电励磁双凸极电机和第二电励磁双凸极电机，第一电励磁双凸极电机转子、第二电励磁双凸极电机转子、永磁励磁机转子同轴连接，第一电励磁双凸极电机定子、第二电励磁双凸极电机定子、永磁励磁机定子同轴安装在同一个壳体内。第一电励磁双凸极电机三相电枢绕组采用星形连接方式，第二电励磁双凸极电机三相电枢绕组采用星形连接方式，两台电励磁双凸极电机共用一套位于定子上的励磁绕组Lf。第一电励磁双凸极电机三相电枢绕组输出端分别与桥式不控整流电路1输入端连接，第二电励磁双凸极电机三相电枢绕组输出端分别与桥式不控整流电路2输入端连接，桥式不控整流电路1输出正端、桥式不控整流电路2输出正端、电容C1的正端与发电直流断路器K3的第1触点连接，发电直流断路器K3的第2触点构成所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出正端，桥式不控整流电路1输出负端、桥式不控整流电路2输出负端与电容C1的负端连接，构成所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出负端，所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出正端与所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出负端构成所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出端。第一电励磁双凸极电机三相电枢绕组输出端分别与起动交流断路器K2的第1触点连接，起动交流断路器K2的第2触点分别与三相全桥逆变器输出端连接，三相全桥逆变器输入正端与推挽正激变换器输出正端连接，三相全桥逆变器输入负端与推挽正激变换器输出负端连接，推挽正激变换器输入正端与起动直流断路器K1的第1触点连接，起动直流断路器K1的第2触点构成所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入正端，推挽正激变换器输入负端构成所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入负端，所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入正端与所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入负端构成所述双凸极高压直流起动发电系统起动输入端。永磁励磁机三相电枢绕组采用星形连接方式，三相电枢绕组输出端分别与发电励磁继电器K5的第1触点连接，发电励磁继电器K5的第2触点与桥式不控整流电路3输入端连接，桥式不控整流电路3输出正端分别与起动励磁继电器K4的第1触点、励磁功率电路的输入正端、电容C2的正端连接，桥式不控整流电路3输出负端分别与励磁功率电路输入负端和推挽正激变换器输入负端、电容C2的负端连接，起动励磁继电器K4的第2触点与起动直流断路器K1的第2触点连接，励磁功率电路输出端分别与励磁绕组Lf两端连接。所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入正端分别与升压控制单元、起动控制单元、发电控制单元的辅助电源正端连接，所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入负端分别与升压控制单元、起动控制单元、发电控制单元的辅助电源负端连接，外接蓄电池为升压控制单元、起动控制单元、发电控制单元提供工作电源。电流传感器Ha、Hb检测三相全桥逆变器输出电流信号ia,ib，传输至起动控制单元，电流传感器Hsd检测三相全桥逆变器输入电流信号isd传输至升压控制单元，利用分压采样电阻检测得到的推挽正激变换器输出电压信号usd2信号与输入电压信号usd1传输至升压控制单元，电流传感器Hgd检测所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出端输出电流信号igd，传输至发电控制单元，电流传感器Hf检测励磁绕组电流信号if传输至发电控制单元，利用分压采样电阻检测得到的所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出端输出电压信号ugd传输至发电控制单元，利用分压采样电阻检测得到的桥式不控整流电路3输入端电压信号传输至发电控制单元，用于检测永磁励磁频率，从而计算得到起动发电机转速。位置传感器检测起动发电机转子位置信号θ传输至起动控制单元，用于检测起动发电机转子位置，及起动发电机与发动机转速。发电控制单元输出开关控制信号SK1、SK2、SK3、SK4、SK5，分别控制起动直流断路器K1、起动交流断路器K2、发电直流断路器K3、起动励磁继电器K4、发电励磁继电器K5闭合或断开。升压控制单元、起动控制单元、发电控制单元之间相互通信，起动发电控制器与外部数据总线相互通信。
图2为上述双凸极高压直流起动发电系统的三相全桥逆变器结构，包括T1、T2、T3、T4、T5、T6六个功率开关管，D1、D2、D3、D4、D5、D6六个二极管，和电容C3，功率开关管T1的发射极与二极管D1的阳极连接，功率开关管T1的集电极与二极管D1的阴极连接，功率开关管T2的发射极与二极管D2的阳极连接，功率开关管T2的集电极与二极管D2的阴极连接，功率开关管T3的发射极与二极管D3的阳极连接，功率开关管T3的集电极与二极管D3的阴极连接，功率开关管T4的发射极与二极管D4的阳极连接，功率开关管T4的集电极与二极管D4的阴极连接，功率开关管T5的发射极与二极管D5的阳极连接，功率开关管T5的集电极与二极管D5的阴极连接，功率开关管T6的发射极与二极管D6的阳极连接，功率开关管T6的集电极与二极管D6的阴极连接，功率开关管T1的发射极与功率开关管T1的集电极连接，功率开关管T3的发射极与功率开关管T6的集电极连接，功率开关管T5的发射极与功率开关管T2的集电极连接，功率开关管T1的集电极、功率开关管T3的集电极与功率开关管T5的集电极连接构成三相全桥逆变器的输入正端，功率开关管T4的集电极、功率开关管T6的集电极与功率开关管T2的发射极连接构成三相全桥逆变器的输入负端，功率开关管T1的发射极、功率开关管T3的发射极与功率开关管T5的发射极分别构成三相全桥逆变器输出端。起动控制单元输出控制信号PWMT1～T6，控制三相全桥逆变器开关管T1～T6斩波。
图3为上述双凸极高压直流起动发电系统的桥式不控整流电路1结构，包括D11、D12、D13、D14、D15、D16六个二极管。二极管D11的阴极、二极管D13的阴极与二极管D15的阴极连接构成桥式不控整流电路1输出正端，二极管D11的阴极、二极管D13的阴极与二极管D15的阴极连接构成桥式不控整流电路1输出正端，二极管D14的阴极、二极管D16的阴极与二极管D12的阳极连接构成桥式不控整流电路1输出负端，二极管D11的阳极与二极管D14的阴极连接，二极管D13的阳极与二极管D16的阴极连接，二极管D15的阳极与二极管D12的阴极连接，二极管D11的阳极、二极管D13的阳极与二极管D15的阳极分别构成桥式不控整流电路1的输入端。
图4为上述双凸极高压直流起动发电系统的桥式不控整流电路2结构，包括D21、D22、D23、D24、D25、D26六个二极管。二极管D21的阴极、二极管D23的阴极与二极管D25的阴极连接构成桥式不控整流电路1输出正端，二极管D21的阴极、二极管D23的阴极与二极管D25的阴极连接构成桥式不控整流电路1输出正端，二极管D24的阴极、二极管D26的阴极与二极管D22的阳极连接构成桥式不控整流电路1输出负端，二极管D21的阳极与二极管D24的阴极连接，二极管D23的阳极与二极管D26的阴极连接，二极管D25的阳极与二极管D22的阴极连接，二极管D21的阳极、二极管D23的阳极与二极管D25的阳极分别构成桥式不控整流电路1的输入端。
图5为上述双凸极高压直流起动发电系统的桥式不控整流电路3结构，包括D31、D32、D33、D34、D35、D36六个二极管。二极管D31的阴极、二极管D33的阴极与二极管D35的阴极连接构成桥式不控整流电路1输出正端，二极管D31的阴极、二极管D33的阴极与二极管D35的阴极连接构成桥式不控整流电路1输出正端，二极管D34的阴极、二极管D36的阴极与二极管D32的阳极连接构成桥式不控整流电路1输出负端，二极管D31的阳极与二极管D34的阴极连接，二极管D33的阳极与二极管D36的阴极连接，二极管D35的阳极与二极管D32的阴极连接，二极管D31的阳极、二极管D33的阳极与二极管D35的阳极分别构成桥式不控整流电路1的输入端。
图6为上述双凸极高压直流起动发电系统的推挽正激变换器结构，包括T7、T8两个功率开关管，D41、D42、D43、D44、D45、D46六个二极管，滤波电感L4，和一个变压器(包括两个原边绕组L1，L2和一个副边绕组L3)，升压控制单元输出控制信号PWMT7～T8，控制推挽正激变换器开关管T7，T8斩波。
图7为上述双凸极高压直流起动发电系统的励磁功率电路结构，包括T9、T10两个功率开关管，D51、D52两个二极管，发电控制单元输出控制信号PWMT9～T10，控制励磁功率电路开关管T9，T10斩波。
图8为上述双凸极高压直流起动发电系统的起动控制框图。检测得到的三相全桥逆变器输入电压信号usd2与三相全桥逆变器输入电压给定信号usd2ref比较后，经过母线电压调节环节，生成母线电流给定信号isdref，检测得到的三相全桥逆变器输入电流信号isd与母线电流给定信号isdref比较后，经过母线电流调节环节，生成控制信号PWMT7～T8，控制推挽正激变换器开关管T7,T8斩波，从而控制推挽正激变换器的输出电压逐步增大；检测得到的励磁绕组电流信号if与给定的励磁绕组电流信号ifref相比较后，经过励磁电流调节环节，生成控制信号PWMT9～T10，控制励磁功率电路开关管T9，T10斩波，从而控制励磁绕组电流大小，给定的励磁绕组电流信号为恒定值；检测得到的起动发电机转子位置信号θ经微分环节得到起动发电机与发动机转速信号n，起动发电机转速信号n与起动发电机转速给定信号nref比较后，经过转速调节环节后，得到相电流给定信号iphref，检测得到的三相全桥逆变器输出电流信号ia,ib经过相电流调理，得到相电流调理信号iph，相电流调理信号iph与相电流给定信号iphref比较后，经过相电流调节环节，生成相电流斩波控制信号PWMi，起动发电机与发动机转速信号n、起动发电机转子位置信号θ与检测得到的三相全桥逆变器输入电压信号usd2同时经过相电流控制角度选择环节，生成相电流控制角度，三相全桥逆变器输入电压给定信号usd2ref随时间线性增加，直至达到预设电压值u1，保持预设电压值u1不变，如图9所示，由于采用双闭环控制，三相全桥逆变器输入电压跟随给定输入电压，因此三相全桥逆变器输入电压随时间线性增加，相电流控制角度与相电流斩波控制信号PWMi共同经过相电流斩波控制算法，生成三相全桥逆变器开关管T1～T6斩波控制的脉宽调制信号PWMT1～T6，控制三相全桥逆变器开关管T1～T6斩波，从而控制相电流大小，控制起动发电机输出转矩与起动转速，实现三相全桥逆变器输入电压与起动发电机转速协调控制，带动发动机起动。
图10为上述双凸极高压直流起动发电系统的发电控制框图。检测得到的发电输出端输出电压信号ugd与发电输出端输出电压给定信号ugdref比较后，经过输出电压调节环节，生成励磁绕组电流给定信号ifref，检测得到的励磁绕组电流信号if与励磁绕组电流给定信号ifref相比较后，经过励磁电流调节环节，生成励磁功率电路开关管T9，T10斩波控制的脉宽调制信号PWMT9～T10，控制励磁功率电路开关管T9，T10斩波，从而控制上述双凸极高压直流起动发电系统输出电压。
图11为上述双凸极高压直流起动发电系统的起动发电控制方法流程图。如图所示，双凸极高压直流起动发电系统接收起动信号后，执行自检程序，完成自检后，发电控制单元输出开关控制信号SK1、SK2、SK4，闭合起动直流断路器K1、起动交流断路器K2、起动励磁继电器K4，起动发电控制器进行起动控制，带动发动机起动，经过起动时间t1，通过检测反馈的状态量，判断发动机转速是否到达脱开转速v1，若没有达到脱开转速，表明起动失败，起动直流断路器K1、起动交流断路器K2、起动励磁继电器K4断开，同时停止起动程序，再经过预设时间t2，双凸极高压直流起动发电系统再次接收起动信号，若达到脱开转速，等待接收起动发电控制器连接的数据总线传递的起动完毕信号，若未接收到起动完毕信号，则表明起动失败，起动直流断路器K1、起动交流断路器K2、起动励磁继电器K4断开，同时停止起动程序，再经过预设时间t2，双凸极高压直流起动发电系统再次接收起动信号，若接收到起动完毕信号，表明起动成功，起动直流断路器K1、起动交流断路器K2、起动励磁继电器K4断开，同时停止起动程序，通过检测反馈的状态量，判断起动发电机转速是否到达发电运行转速v2，若未达到发电运行转速，等待发动机转速继续上升至发电运行转速，若达到发电运行转速，等待接收起动发电控制器连接的数据总线传递的可加载信号，当接收到可加载信号后，发电控制单元输出开关控制信号SK3、SK5，闭合发电直流断路器K3、发电励磁继电器K5，起动发电控制器进行发电控制，为直流负载提供电能。

Claims (9)

1.一种双凸极高压直流起动发电系统，其特征在于，该系统包括：起动发电机与起动发电控制器，起动发电机包括两段式电励磁双凸极电机及永磁励磁机，两段式电励磁双凸极电机内部含有第一电励磁双凸极电机和第二电励磁双凸极电机；第一电励磁双凸极电机转子、第二电励磁双凸极电机转子、永磁励磁机转子同轴连接，第一电励磁双凸极电机定子、第二电励磁双凸极电机定子、永磁励磁机定子同轴安装在同一个壳体内；
所述两台电励磁双凸极电机三相电枢绕组均采用星形连接方式，并且共用一套位于定子上的励磁绕组；
所述起动发电控制器包括推挽正激变换器、三相全桥逆变器、第一桥式不控整流电路、第二桥式不控整流电路、第三桥式不控整流电路、励磁功率电路、电容、检测单元、升压控制单元、起动控制单元、发电控制单元；其中，第一电励磁双凸极电机三相电枢绕组输出端分别与第一桥式不控整流电路输入端连接，第二电励磁双凸极电机三相电枢绕组输出端分别与第二桥式不控整流电路输入端连接，第一桥式不控整流电路输出正端、第二桥式不控整流电路输出正端、第一电容的正端与发电直流断路器的第一触点连接，发电直流断路器的第二触点构成所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出正端；第一桥式不控整流电路输出负端、第二桥式不控整流电路输出负端与第一电容的负端连接，构成所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出负端，所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出正端与所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出负端构成所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出端；
第一电励磁双凸极电机三相电枢绕组输出端分别与起动交流断路器的第一触点连接，起动交流断路器的第二触点分别与三相全桥逆变器输出端连接，三相全桥逆变器输入正端与推挽正激变换器输出正端连接，三相全桥逆变器输入负端与推挽正激变换器输出负端连接，推挽正激变换器输入正端与起动直流断路器的第一触点连接，起动直流断路器的第二触点构成所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入正端，推挽正激变换器输入负端构成所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入负端；
所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入正端与所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入负端构成所述双凸极高压直流起动发电系统起动输入端；
所述永磁励磁机三相电枢绕组采用星形连接方式，三相电枢绕组输出端分别与发电励磁继电器的第一触点连接，发电励磁继电器的第二触点与第三桥式不控整流电路输入端连接，第三桥式不控整流电路输出正端分别与起动励磁继电器的第一触点、励磁功率电路的输入正端、第二电容的正端连接；第三桥式不控整流电路输出负端分别与励磁功率电路输入负端和推挽正激变换器输入负端、第二电容的负端连接；起动励磁继电器的第二触点与起动直流断路器的第二触点连接，励磁功率电路输出端分别与励磁绕组两端连接；
所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入正端分别与升压控制单元、起动控制单元、发电控制单元的辅助电源正端连接，所述双凸极高压直流起动发电系统的起动输入负端分别与升压控制单元、起动控制单元、发电控制单元的辅助电源负端连接，外接蓄电池为升压控制单元、起动控制单元、发电控制单元提供工作电源。
2.如权利要求1所述双凸极高压直流起动发电系统，其特征在于，所述三相全桥逆变器为输入端带有滤波电容的三相全桥逆变器。
3.如权利要求1所述双凸极高压直流起动发电系统，其特征在于，所述永磁励磁机为转子永磁型永磁励磁机或定子永磁型永磁励磁机。
4.如权利要求1所述双凸极高压直流起动发电系统，其特征在于，所述励磁功率电路为不对称半桥电路。
5.如权利要求1所述双凸极高压直流起动发电系统，其特征在于，所述起动直流断路器、起动交流断路器、发电直流断路器、起动励磁继电器、发电励磁继电器由发电控制单元控制。
6.如权利要求1至5任一项所述双凸极高压直流起动发电系统的控制方法，其特征在于，
步骤一：所述检测单元用于对三相全桥逆变器输出相电流、三相全桥逆变器输入电流、推挽正激变换器输出正端电压、推挽正激变换器输入正端电压、所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出端输出电流、所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出正端电压、励磁绕组电流、永磁励磁机相电压、起动发电机转子位置进行检测，检测流程是：
流程一：将三相全桥逆变器输出相电流、起动发电机转子位置的检测信息传输至起动控制单元；
流程二：将三相全桥逆变器输入电流、推挽正激变换器输出正端电压、推挽正激变换器输入正端电压的检测信息传输至升压控制单元；
流程三：将所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出端输出电流、所述双凸极高压直流起动发电系统的发电输出正端电压、励磁绕组电流、永磁励磁机相电压的检测信息传输至发电控制单元；
步骤二：升压控制单元、起动控制单元、发电控制单元之间相互通信，起动发电控制器与外部数据总线相互通信；
步骤三：所述双凸极高压直流起动发电系统接收起动信号后，执行自检程序；步骤四：完成自检后发电控制单元输出开关控制信号，闭合起动直流断路器、起动交流断路器、起动励磁继电器；
步骤五：起动发电控制器进行起动控制，带动发动机起动，经过预设的起动时间，通过检测反馈的状态量，判断发动机转速是否到达预设的脱开转速，若没有达到预设的脱开转速，表明起动失败，起动直流断路器、起动交流断路器、起动励磁继电器断开，同时停止起动程序，再经过预设的等待时间，双凸极高压直流起动发电系统再次接收起动信号，若达到脱开转速，等待接收起动发电控制器连接的数据总线传递的起动完毕信号，若未接收到起动完毕信号，则表明起动失败，起动直流断路器、起动交流断路器、起动励磁继电器断开，同时停止起动程序，再经过预设的等待时间，双凸极高压直流起动发电系统再次接收起动信号，若接收到起动完毕信号，表明起动成功，起动直流断路器、起动交流断路器、起动励磁继电器断开，同时停止起动程序；
步骤七：通过检测反馈的状态量，判断起动发电机转速是否到达预设的发电运行转速，若未达到发电运行转速，等待发动机转速继续上升至发电运行转速，若达到发电运行转速，等待接收起动发电控制器连接的数据总线传递的可加载信号；
步骤八：当接收到可加载信号后，发电控制单元输出开关控制信号，闭合发电直流断路器、发电励磁继电器，起动发电控制器进行发电控制，为直流负载提供电能。
7.如权利要求6所述双凸极高压直流起动发电系统的控制方法，其特征在于，所述起动控制为，检测得到的三相全桥逆变器输入电压信号与三相全桥逆变器输入电压给定信号进行比较后，经过母线电压调节环节，生成母线电流给定信号，检测得到的三相全桥逆变器输入电流信号与母线电流给定信号进行比较后，经过母线电流调节环节，生成推挽正激变换器开关管斩波控制的脉宽调制信号，控制推挽正激变换器开关管开关状态，从而控制推挽正激变换器的输出电压逐步增大；检测得到的励磁绕组电流信号与给定的励磁绕组电流信号相比较后，经过励磁电流调节环节，生成励磁功率电路开关管斩波控制的脉宽调制信号，控制励磁功率电路开关管开关状态，从而控制励磁绕组电流大小；检测得到的起动发电机转子位置信号经微分环节得到起动发电机与发动机转速信号，起动发电机转速信号与起动发电机转速给定信号进行比较后，经过转速调节环节后，得到相电流给定信号，检测得到的三相全桥逆变器输出电流信号经过相电流调理，得到相电流调理信号，相电流调理信号与相电流给定信号进行比较后，经过相电流调节环节，生成相电流斩波控制信号，起动发电机与发动机转速信号、起动发电机转子位置信号与检测得到的三相全桥逆变器输入电压信号同时经过相电流控制角度选择环节，生成相电流控制角度，相电流控制角度与相电流斩波控制信号共同经过相电流斩波控制算法，生成三相全桥逆变器开关管斩波控制的脉宽调制信号，控制三相全桥逆变器开关管开关状态，从而控制相电流大小，控制起动发电机输出转矩与起动转速，实现三相全桥逆变器输入电压与起动发电机转速协调控制，带动发动机起动。
8.如权利要求6所述双凸极高压直流起动发电系统的控制方法，其特征在于，所述发电控制为，检测得到的发电输出端输出电压信号与发电输出端输出电压给定信号进行比较后，经过输出电压调节环节，生成励磁绕组电流给定信号，检测得到的励磁绕组电流信号与励磁绕组电流给定信号相比较后，经过励磁电流调节环节，生成励磁功率电路开关管斩波控制的脉宽调制信号，控制励磁功率电路开关管开关状态，从而控制上述双凸极高压直流起动发电系统输出电压。
9.如权利要求7所述双凸极高压直流起动发电系统的控制方法，其特征在于，所述三相全桥逆变器输入正端电压给定信号的值随时间线性增加，直至达到预设电压值，然后保持预设电压值不变。
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