CN107591835A - 主变频交流电源投退电网控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞机供电技术领域，具体提供了一种主变频交流电源投退电网控制方法，通过频率的变化直接反映发动机输出转速的变化，完成系统正常退出电网的控制功能，以达到不依赖于动力系统提供发动机状态信号即可实现发动机停车时主电源系统正常退出电网，发动机重新起动成功后，主电源系统能自动接通机上电网的功能，无需操作发电机控制开关进行发电系统复位。

Description

主变频交流电源投退电网控制方法

技术领域

本发明涉及飞机供电技术领域，特别涉及主变频交流电源投退电网控制方法。

背景技术

接通电网和退出电网的功能是任何飞机主发电系统均应具有的功能，目前主发电系统退出电网的方式是发电系统通过判别自身过压、欠压、过频、欠频、短路等故障状态，以故障保护的形式退出电网。

这种退出电网的形式，需要空勤/地勤手动复位发电机控制开关才能再次启动发电系统重新工作，这种方式不仅增加了空、地勤人员的操作负担，更严重的是，如果出现忘记复位发电系统的情况，则有可能使飞机处于供电系统应急状态下飞行，影响飞行安全，某飞机曾因此出现过二等飞行事故。

为解决此问题，自某系列飞机以后，在发电系统控制中引入了发动机综合调节器给出的57％n2信号作为发电系统正常投退网的判断条件，以区分是发动机停车造成的发电系统退网还是发电系统故障造成的发电系统退网。该设计模式，虽减轻了空/地勤人员的操作负担，但依赖于动力系统提供发动机n2转速状态信号，降低了发电系统的基本可靠性，特别对于单发动机飞机，机上只有一台发动机综合调节器。若继续采用上述设计方式，则会使双发电系统的投退网功能受控于单台发动机综合调节器，使得双发电通道的设计模式失去了意义。

为此，需要寻找一种不依赖于动力系统的主发电系统正常退出/自动接通电网的控制技术方案。

发明内容

为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，本发明提供了一种主变频交流电源投退电网控制方法，交流电由三级式变频交流发电机发出，该三级式变频交流发电机无欠频保护功能，其特征在于，该控制方法的步骤如下：

根据发电机的输出发电频率得到发电机的输入转速；

所述发电机发出的交流电的频率范围为第一频率至第二频率，实时检测所述发电机永磁机的输出频率，当所述发电机的输入转速下降且所述输出频率低于预先设定的第三频率时，断开所述发电机与电网的连接使其停止带载，所述第三频率高于所述第一频率；

当所述发电机的输入转速继续下降，且所述输出频率低于预先设定的第四频率时，断开所述发电机的励磁电流使其停止发电，所述第四频率低于所述第三频率；

当所述发电机的输入转速上升，且所述输出频率高于第五频率时，接通所述发电机的励磁电流使其发电，所述第五频率高于所述第四频率，防止所述发电机在发电状态和不发电状态之间的频繁切换；

当所述发电机的输入转速继续上升，且所述输出频率高于第六频率时，接通所述发电机与电网的连接使其带载工作，所述第六频率低于与发动机慢车转速范围最低值对应的发电机永磁机输出频率值。

优选的，所述第三频率和所述第一频率之差的范围为0～5Hz。

优选的，所述第五频率和所述第四频率之差为5Hz。

优选的，所述第一频率为360Hz，所述第二频率为800Hz，所述第三频率的范围为360～365Hz，所述第四频率为335Hz，所述第五频率为340Hz，所述第六频率为382Hz。

本发明提供的主变频交流电源投退电网控制方法，不仅不需要依赖于动力系统提供发动机转速状态信号，而且无需增加任何硬件，仅通过合理设置投退网控制参数，即可实现发电系统正常退网、自动投网的控制功能。同时减轻了空/地勤人员的操作负担，而且极大地提高了飞机的整体安全性，对于现在和未来飞行器主电源的设计具有较高的使用、借鉴、参考价值。

附图说明

图1是三级式变频交流发电机原理示意图

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

需要说明的是：下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

发动机停车造成的转速下降，对变频交流发电系统来讲，会引起两种可能的故障模式：欠压和欠频。由于除了发动机转速下降会产生发电系统欠压之外，发电系统自身故障也能产生欠压，如调压器故障，故无法通过检查欠压的方式控制系统正常退出电网。

从系统原理可以推断，若想从频率的角度解决正常退网的问题，其核心在于变频交流发电系统是否有欠频故障模式。若发电系统自身存在欠频故障的可能，则系统无法区分是发动机转速下降引起的欠频还是发电系统自身造成的欠频，那么也就无法通过频率确定是正常退网还是故障退网。

变频交流发电机采用的是三级式变频交流发电机。飞机附件传动机匣向发电机输入轴提供旋转机械功率，永磁机、励磁机、三相交流发电机共同构成变频交流发电机向外输出三相变频交流电。三级式变频交流发电机原理示意图如图1所示，从图中可以看出，永磁机、励磁机均在同一传动轴上，该轴由飞附机匣带转，中间再无其他传动部件。

因此，只要发电机的输入轴不扭断的话，发电系统自身是不会产生欠频故障的。而发电机输入轴扭断，发电系统不能正常工作，会以故障保护的形式退出机上电网。

综上所述，根据变频发电系统的工作原理，变频发电系统无欠频故障模式，故可以通过频率的变化直接反映发动机输出转速的变化，完成系统正常退出电网的控制功能。

基于上述观点，本发明提供了一种主变频交流电源投退电网控制方法，交流电由三级式变频交流发电机发出，该三级式变频交流发电机无欠频保护功能，该控制方法的步骤如下：

根据发电机的输出发电频率得到发电机的输入转速。

发电机发出的交流电的频率范围为第一频率至第二频率，实时检测发电机永磁机的输出频率，当发电机的输入转速下降且输出频率低于预先设定的第三频率时，断开发电机与电网的连接使其停止带载，第三频率高于第一频率。本实施例中，第一频率为360Hz，第二频率为800Hz，第三频率的范围为360～365Hz。

当发电机的输入转速继续下降，且输出频率低于预先设定的第四频率时，断开发电机的励磁电流使其停止发电，第四频率低于第三频率。本实施例中，第四频率为335Hz。

当发电机的输入转速上升，且输出频率高于第五频率时，接通发电机的励磁电流使其发电，第五频率高于第四频率，防止发电机在发电状态和不发电状态之间的频繁切换。本实施例中，第五频率为340Hz。

当发电机的输入转速继续上升，且输出频率高于第六频率时，接通发电机与电网的连接使其带载工作，第六频率低于与发动机慢车转速范围最低值对应的发电机永磁机输出频率值。本实施例中，第六频率为382Hz。

对于频率范围为(360～800)Hz的变频交流电源系统，设定当频率低于(360～365)Hz时，断开发电机与电网连接的主接触器，不使超出频率下限的电源投入机上电网；发动机转速继续下降，当频率低于335Hz时，断开发电机的励磁，发电系统停止发电；当频率高于340Hz时，可再次接通励磁。接通励磁和断开励磁之间有5Hz的频率差，避免转速波动或发电机控制器频率检测线路故障时造成发电机在发电和停止发电之间来回拍合；当频率高于382Hz时，可再次接通主接触器，将变频交流电源系统接入机上电网。

某无人机主变频交流电源系统投退网控制策略采用了本发明提出的技术方案，仅通过检测发电机永磁机输出三相交流电压频率，利用变频交流发电机无欠频故障模式的工作特点，合理设置变频交流电源系统接通电网频率、退出电网频率、断开励磁频率、接通励磁频率等参数实现控制主电源系统正常退网、自动投网功能，系统功能正常，彻底解决了以往飞机主电源系统在发动机停车再起动成功后需要空/地勤人员复位才能使发电系统再次接通电网的问题，以及需要依赖动力系统提供发动机转速状态信号才能实现发动机停车再起动成功后发电系统正常退出电网再自动接通电网的问题，提高了飞机的安全性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种主变频交流电源投退电网控制方法，交流电由三级式变频交流发电机发出，该三级式变频交流发电机无欠频保护功能，其特征在于，该控制方法的步骤如下：

根据发电机的输出发电频率得到发电机的输入转速；

所述发电机发出的交流电的频率范围为第一频率至第二频率，实时检测所述发电机永磁机的输出频率，当所述发电机的输入转速下降且所述输出频率低于预先设定的第三频率时，断开所述发电机与电网的连接使其停止带载，所述第三频率高于所述第一频率；

当所述发电机的输入转速继续下降，且所述输出频率低于预先设定的第四频率时，断开所述发电机的励磁电流使其停止发电，所述第四频率低于所述第三频率；

当所述发电机的输入转速上升，且所述输出频率高于第五频率时，接通所述发电机的励磁电流使其发电，所述第五频率高于所述第四频率，防止所述发电机在发电状态和不发电状态之间的频繁切换；

当所述发电机的输入转速继续上升，且所述输出频率高于第六频率时，接通所述发电机与电网的连接使其带载工作，所述第六频率低于与发动机慢车转速范围最低值对应的发电机永磁机输出频率值。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第三频率和所述第一频率之差的范围为0～5Hz。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第五频率和所述第四频率之差为5Hz。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一频率为360Hz，所述第二频率为800Hz，所述第三频率的范围为360～365Hz，所述第四频率为335Hz，所述第五频率为340Hz，所述第六频率为382Hz。