CN109642927B

CN109642927B - 用于测试飞行器涡轮喷气发动机的推力反向器的电气运行的集成式测试方法以及相关联的系统

Info

Publication number: CN109642927B
Application number: CN201780051759.4A
Authority: CN
Inventors: F·B·塞卡
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2021-03-12
Anticipated expiration: 2037-08-10
Also published as: US20190186416A1; EP3504556A1; CN109642927A; FR3055418B1; EP3504556B1; US10975801B2; FR3055418A1; WO2018037182A1

Abstract

一种用于测试电力转换器的运行的集成式测试方法，该电力转换器由机上供电网络供电并且使用场定向控制来控制用于飞行器的涡轮喷气发动机的推力反向器的三相电机，该方法包括接收(100)测试启动命令；基于非零直流分量(I_{d_cons})和零正交分量(I_{q_cons})定义的电流设定点控制(120)所述转换器；测量(130)输送到所述转换器的三相输出的每一相的电流；确定(140)在先前步骤中测量的三相电流的直流和正交分量(I_d、I_q)；比较(150)这些分量和电流设定点的直流和正交分量(I_{d_cons}、I_{q_cons})；以及根据所述比较的结果将关于推力反向器运行与否的通知发送(160)给飞行器的机组人员。

Description

用于测试飞行器涡轮喷气发动机的推力反向器的电气运行的集成式测试方法以及相关联的系统

技术领域

本发明涉及一种用于测试飞行器涡轮喷气发动机的反向推力的电气控制系统的运行的集成式测试方法。

背景技术

在飞行器中，电推力反向器的结构通常依赖可变驱动速度的电转换器或动力控制器，其联接到驱动用于致动推力反向器的致动系统的电机。

电转换器转换由飞行器提供的电力以在驱动轴上产生输出机械扭矩，从而为反向推力的整个运动链输送机械动力。

该电转换器的运行无法在飞行中进行测试。更具体地，目前不可能在使用推力反向器之前测试这种电转换器的运行。主要和合乎逻辑的原因是在飞行中禁止激活推力反向器，因为它会在不恰当的时间产生反向推力和速度损失。

因此，目前，只有在需要反向功能时才能在飞行中检测到致动系统的电转换器的潜在的不可用性。因此，飞行员仅在着陆时激活推力反向时才意识到故障。

发明内容

因此，本发明寻求提供一种集成式测试方法，使得能够在飞行器飞行的同时实施控制电机的电力转换器的运行的测试，该电机致动涡轮喷气发动机的推力反向器，并且从而减少出于运行安全的原因应用到这些系统的休眠期。

本发明提供了一种用于测试控制三相电机的电力转换器的运行的集成式测试方法，三相电机构造成致动飞行器的涡轮喷气发动机的推力反向器，电力转换器借助于场定向控制产生由同相或直流(directe)电流分量和正交或二次(quadratique)电流分量定义的电流来控制电机，该方法包括以下步骤：

a)接收指令以启动集成式测试，

b)使用由非零同相分量和零正交分量定义的电流设定点控制电力转换器，

c)测量在电力转换器的输出三相中的每一相上输送的电流，

d)确定在先前步骤中测量的三相电流的同相和正交分量，

e)将测量的电流的同相和正交分量与电流设定点的同相和正交分量进行比较，并且

f)根据所述比较的结果向飞行器的机组人员发送关于推力反向器故障或运作的通知。

该方法可以在不修改调节控制三相电机的电力转换器的现有回路的情况下实现，仅修改那些输入回路的设定点。

该方法还使得能在着陆阶段开始之前通知机组人员推力反向器不可用。

在电机中、具体是在永磁体三相同步电机中，定子的三相中的电流是正弦的并且它们相互偏移2π/3弧度。这些电流在电机中产生旋转磁场。转子由永磁体制成，例如具有1到5对磁极。像罗盘针一样，转子自然地与由定子产生的旋转磁场对准。定子电流的幅度和转子磁铁的动力产生旋转机器所需的扭矩。因此，为了控制这些电流，必须将类似的以2π/3弧度相移的正弦电压施加到定子的每个相位。

通常，对常数比对正弦信号更容易施加调节。用于三相系统的变换的帕克变换，通常用于将三相系统投影到称为“帕克”空间的两维空间中，以在等效的单相系统中处理电流的调节。因此，能够将关于三相系统的三个相的定子的三个正弦电流和三个正弦电压转置到将三个正弦电流或电压信号以两个恒定电流或电压信号的形式表达的空间，一个在直轴Xd上并且另一个在交轴Xq上。为此，帕克参考系依赖与旋转场有关的参考系，其对于同步机器是与转子有关的参考系。

通过利用在与诸如帕克空间的三相系统的变换相关的平面中表达的电流和电压，能够对恒定电流或电压而不是正弦信号起作用以调节被控制的三相机器。

因此，帕克变换使得能够从具有同相分量和正交分量的两个分量的系统控制三相旋转电机。

电转换器的场定向控制依赖于这种两分量控制。场定向控制具有减少三相电机、且特别是永磁同步发电机的控制的优点，以在机器的电旋转参考系中调节两个电流幅度：同相分量和正交分量。

记为I_q的电流的正交分量与马达产生的扭矩成比例。因此，当推力反向器被致动时，调节幅度用于调节扭矩，或甚至机械系统的速度和位置。记为I_d的电流的同相分量通常保持为零值。

测试方法是集成的，在于它可以在飞行中由飞行器系统启动或者在飞行中或在方法(approche)过程中由机组人员请求启动。

这种集成式测试使得能够将电力提供给电转换器并激活转换器的特定模式，该模式包括通过使用用于电流的同相分量的非零设定点和用于电流的正交分量的零设定点来调节电力，以产生在转换器的逆变阶段中流动的电流和在电机中流动的电流，而马达不产生任何机械扭矩。

作为结果，保持元件不经受机械力并且在飞行中不启动部署。因此，对闩锁没有损坏，并且也没有力应用到制动系统。

此外，与设定点一致的测量电流使得不仅能确认飞行器动力供应是可用的，而且能确认整个电力变换系统及其部件是可用的并且将变换器连接到马达的线束是可操作的，以及马达绕组处于标称状态。

根据集成式测试方法的第一方面，如果测量的分量不同于电流设定点分量而且变化大于根据应用的特定特性的变量的预定阈值，则在步骤f)中发送警报通知。

换句话说，如果在步骤e)中进行的比较的变化大于预定阈值，则在步骤f)中发出警报通知，预定阈值根据应用的特定特性而改变。

根据集成式测试方法的第二方面，如果测量的分量对应于电流设定点分量而且变化小于根据应用的特定特性的变量的预定阈值，则不发送通知。

在变型中，如果测量的分量对应于电流设定点分量而且变化小于根据应用的特定特性的变量的预定阈值，则发送测试已成功和推力反向器正确运作的通知。

在该方法的第三方面，该方法可以包括对于飞行器的每个涡轮喷气发动机执行步骤b)至e)，对于所有的涡轮喷气发动机同时地执行步骤b)至e)或者对于每个涡轮喷气发动机相继地执行步骤b)至e)。

因此可以在飞行器的所有推力反向器上同时或顺序地执行集成式测试。在该集成式测试失效的情况下，飞行员被告知所讨论的引擎的推力反向器功能的丧失。

本发明还提供了一种用于实施电力转换器的测试阶段的控制系统，该控制系统用于集成在用于控制三相电机的电力转换器中，三相电机构造成致动飞行器的涡轮喷气发动机的推力反向器，该电力转换器由飞行器的供电网络供电并且借助于使用由同相电流分量和正交电流分量定义的电流设定点的场定向控制进行控制。

根据本发明的一般特征，该系统包括：用于接收指令以启动集成式测试的接收装置；用于从由非零同相分量和零正交分量定义的电流设定点控制电力转换器的控制装置；用于测量在电力转换器的三相输出的每一相上输送的电流的测量装置；用于确定在先前步骤中测量的三相电流的同相和正交分量的确定装置；用于将测量的电流的同相和正交分量与电流设定点的同相和正交分量进行比较的比较装置；以及用于将关于推力反向器故障或运作的通知发送到飞行器的机组人员的发送装置并且发送装置构造成根据所述比较的结果发送通知。

系统的装置可以是电子模块或通过软件实现的装置。

本发明还提供了一种电力转换器，其由飞行器的电力供应网络供电并且用于联接到三相电机，该三相电机构造成致动飞行器的涡轮喷气发动机的推力反向器，该转换器构造成借助于使用由同相电流分量和正交电流分量定义的电流设定点的场定向控制进行控制。

根据该发明的一般特征，电力转换器包括用于实施如上定义的所述电力转换器的运行的测试阶段的控制系统。

本发明还提出了一种包括如上定义的电气联接到永磁体同步电机的电力转换器的涡轮喷气发动机，该永磁体同步电机构造成致动飞行器的涡轮喷气发动机的推力反向器。

本发明还提出了一种包括至少一个如上所述的涡轮喷气发动机的飞行器。

附图说明

在阅读通过非限制性指示并参考附图给出的以下描述后，可更好地理解本发明，附图中：

-图1是飞行器的涡轮喷气发动机的推力反向系统的示意框图；并且

-图2是概述了用于测试图1的推力反向器系统的电力转换器的运行的集成式测试方法的流程图。

具体实施方式

图1是飞行器的涡轮喷气发动机的推力反向器系统的示意图。

推力反向器系统包括由飞行器上的电力供应网络2供电的电力转换器1。电力转换器1在其输出端电连接到电机3，电机3在其输出端机械地联接到机械推力反向器致动设备4。

在该实施例中，电机3是永磁体同步马达。

电力转换器1包括动力块5，动力块5具有受控开关，受控开关用于调制由电力供应网络2作为输入输送到动力块5的电流并用于将三相电流输送到电机3。动力块5构造成借助于使用由同相电流分量Id和正交电流分量I_q定义的电流设定点的场定向控制进行控制。电力转换器1还具有用于控制推力反向的动力块5的控制装置6。

控制装置6包括用于产生调节速度和位置的回路的模块7，其功能是确保用于与期望的负载和联结机构兼容的逆变器的展开和收起轮廓，模块7的输出联接到控制模块8，控制模块8用于控制调节电流设定点的同相和正交分量I_{d_cons}和I_{q_cons}的回路，模块8的输出联接到模块9，模块9用于产生连接到动力块5和构造成控制动力块5的受控开关的控制脉冲。

电力转换器1还包括用于控制电力转换器1的测试阶段的控制系统10。

控制系统10包括用于接收启动集成式测试的指令的接收装置11(可以由飞行器机组的成员激活测试激活按钮而产生该指令)和用于控制测试模式下的电力转换器的控制装置。

在本实施例中，用于控制测试模式下的电力转换器的控制装置包括控制模块8和模块9，控制模块8用于控制调节电流设定点的同相和正交分量I_{d_cons}和I_{q_cons}的回路，模块9用于产生控制脉冲。

在接收到由接收装置11发送的信号时，模块8从非零同相分量I_{d_cons}和零正交分量I_{q_cons}准备电流设定点，并且模块9将命令输送到动力块5。

控制系统10还具有测量装置12，用于测量由电力转换器1的三相输出的每一相输送的电流，并且更精确地说安装到动力块5的输出。控制系统10还具有确定装置13和比较装置14，确定装置13用于确定由测量装置12测量的三相电流的同相和正交分量，比较装置14用于比较测量电流的同相和正交分量和电流设定点的同相和正交分量。

最后，控制系统10具有发送装置15，用于在推力反向故障时向飞行器的机组人员发送通知。发送装置15构造成根据所述比较的结果发送通知，该通知显示在飞行器的机组成员可见的显示器16上。

使用在图2中示出的示意框图概述方法实施测试阶段。

该方法以接收命令以启动集成式测试的第一步骤100开始。在该示例中，通过飞行器的机组人员激活测试致动按钮来产生该命令。在变型中，该命令能以自动方式启动。

在下一步骤110中，从非零同相分量和零正交分量定义所生成的电流设定点，并且然后在下一步骤120中，基于先前的步骤110中准备的电流设定点控制电力转换器1的动力块5。

然后，在下一步骤130中测量从电力转换器1的输出三相中的每一相上输送的电流。

在下一步骤140中，确定在先前的步骤130中测得的三相电流的同相和正交分量，然后在步骤150中，将测量电流的同相和正交分量与电流设定点的同相和正交分量进行比较。

如果测量的分量不同于设定点电流分量且变化大于预定的判定阈值，例如10％，则推力反向的故障警报通知在步骤160中发送到布置在飞行器内的显示器16。

相反，如果测量的分量对应于设定点电流分量且变化小于预定的判定阈值，则在步骤170中，将推力反向正确运作的通知发送到显示器16。

在变型中，可以通过不发送任何通知来指示正确运作，仅在测得的分量不同于设定点电流分量且变化大于预定的判定阈值的情况下才发送故障通知。

对于飞行器的每个涡轮喷气发动机，可以同时或相继执行步骤110至170。

因此，本发明提供了一种集成式测试方法，使得能够在飞行器飞行的同时执行控制电机的电力转换器的运行的测试，该电机致动涡轮喷气发动机推力反向器，并且从而减少出于运行安全的原因应用到这些系统的休眠期。

Claims

1.一种用于测试控制三相电机的电力转换器的运行的集成式测试方法，所述三相电机构造成致动飞行器的涡轮喷气发动机的推力反向器，所述电力转换器由所述飞行器的供电网络供电并且借助于使用由同相电流分量和正交电流分量定义的电流设定点的场定向控制进行控制，所述方法包括以下步骤：

a)接收指令以启动集成式测试；

b)使用由非零同相分量和零正交分量定义的电流设定点控制所述电力转换器；

c)测量在所述电力转换器的输出三相中的每一相上输送的电流；

d)确定在先前步骤中测量的三相电流的同相和正交分量；

e)将所述测量的电流的同相和正交分量与所述电流设定点的同相和正交分量进行比较，并且

f)根据所述比较的结果向所述飞行器的机组人员发送关于所述推力反向器故障或运作的通知。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述测量的分量不同于所述电流设定点分量而且变化大于预定的判定阈值，则在所述步骤f)中发送警报通知。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述测量的分量对应于所述电流设定点分量而且变化小于预定的判定阈值，则不发送通知。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述测量的分量对应于所述电流设定点分量而且变化小于预定的判定阈值，则发送测试已成功和所述推力反向器正确运行的通知。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括对于所述飞行器的每个涡轮喷气发动机执行步骤b)至f)，对于所有的所述涡轮喷气发动机同时地执行所述步骤b)至f)或者对于每个所述涡轮喷气发动机相继地执行所述步骤b)至f)。

6.一种用于实施电力转换器的测试阶段的控制系统，所述控制系统用于集成在用于测试的所述电力转换器中，所述转换器用于控制三相电机，所述三相电机构造成致动飞行器的涡轮喷气发动机的推力反向器，所述电力转换器由所述飞行器的供电网络供电并且借助于使用由同相电流分量和正交电流分量定义的电流设定点的场定向控制进行控制；

其中所述系统包括：用于接收指令以启动集成式测试的接收装置；用于从由非零同相分量和零正交分量定义的电流设定点控制所述电力转换器的控制装置；用于测量在所述电力转换器的三相输出的每一相上输送的电流的测量装置；用于确定在先前步骤中测量的三相电流的同相和正交分量的确定装置，用于将所述测量的电流的同相和正交分量与所述电流设定点的同相和正交分量进行比较的比较装置；以及用于将关于所述推力反向器故障或运作的通知发送到所述飞行器的机组人员的发送装置并且所述发送装置构造成根据所述比较的结果发送通知。

7.一种电力转换器，所述电力转换器由飞行器的电力供应网络供电并且用于联接到三相电机，所述三相电机构造成致动所述飞行器的涡轮喷气发动机的推力反向器，所述转换器构造成借助于使用由同相电流分量和正交电流分量定义的电流设定点的场定向控制进行控制；

其中所述电力转换器包括根据权利要求6的用于实施所述电力转换器的运行的测试阶段的控制系统。

8.一种包括根据权利要求7所述的电力转换器的涡轮喷气发动机，所述涡轮喷气发动机电气联接到永磁体同步电机，所述永磁体同步电机构造成致动飞行器的涡轮喷气发动机的推力反向器。

9.一种包括至少一个根据权利要求8所述的涡轮喷气发动机的飞行器。