CN215646645U - 飞机起动发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种飞机起动发电机，涉及航空电子技术领域，使电机在起动阶段具有较高的串联匝数，在发电阶段具有较低的并联匝数，有利于降低起动电流，提高发电功率极限。本实用新型的主要技术方案为：定子绕组电路、控制器、逆变器、接触器、直流汇流条；所述定子绕组电路通过所述逆变器经所述接触器与所述直流汇流条连接；所述控制器的一端用于接收电机运行状态的控制信号，另一端连接所述定子绕组电路，并根据所述电机运行状态控制所述定子绕组电路中多个开关器件，以实现所述定子绕组电路中多个绕组的串联或并联，所述电机运行状态包括电机起动状态、电机发电状态。

Description

飞机起动发电机

技术领域

本实用新型涉及航空电子技术领域，尤其涉及一种飞机起动发电机。

背景技术

起动发电机用于起动航空发动机，并在航空发动机点火工作后进入发电状态，由发动机拖动发电，向全机用电负载供电。起动发电机已是现代飞机电源系统中的重要组成部分，一般采用三级式同步电机，也有针对永磁同步电机等机型的研究。

在起动阶段，为了限制起动电流，通常要求电机定子绕组具有较高的串联匝数，而在发电阶段为降低电枢反应电抗，提高功率极限，降低浪涌电压及其持续时间，通常要求电机具有较低的串联匝数。

实用新型内容

本实用新型提供一种飞机起动发电机，使电机在起动阶段具有较高的串联匝数，在发电阶段具有较低的并联匝数，有利于降低起动电流，提高发电功率极限。

本实用新型实施例提供一种飞机起动发电机，所述发电机包括：

定子绕组电路、控制器、逆变器、接触器、直流汇流条；

所述定子绕组电路通过所述逆变器经所述接触器与所述直流汇流条连接；

所述控制器的一端用于接收电机运行状态的控制信号，另一端连接所述定子绕组电路，并根据所述电机运行状态控制所述定子绕组电路中多个开关器件，以实现所述定子绕组电路中多个绕组的串联或并联，所述电机运行状态包括电机起动状态、电机发电状态。

具体的，所述定子绕组电路由6个所述绕组，7个开关器件和1个不控整流桥组成；

若所述控制器接收到电机起动状态的控制信号，则控制所述定子绕组电路中的第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件导通，第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件断开，使得第一绕组与第二绕组串联，第三绕组与第四绕组串联，第五绕组与第六绕组串联；

若所述控制器接收到电机发电状态的控制信号，则控制所述定子绕组电路中的第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件断开，第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件导通，使得第一绕组与第二绕组并联，第三绕组与第四绕组并联，第五绕组与第六绕组并联。

具体的，所述电机运行状态的控制信号由第一初级驱动信号和第二初级驱动信号组成；所述控制器包括互锁驱动电路，所述互锁驱动电路的一端用于接收所述第一初级驱动信号和所述第二初级驱动信号；

所述互锁驱动电路根据接收的所述第一初级驱动信号和所述第二初级驱动信号确定第一次级驱动信号和第二次级驱动信号；

所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件受控于所述第一次级驱动信号；

所述第四开关器件、所述第五开关器件、所述第六开关器件、所述第七开关器件受控于第二次级驱动信号。

若所述控制器接收到电机起动状态的控制信号，则控制第一初级驱动信号为高电平，第二初级驱动信号为低电平：

所述互锁驱动电路中的第一晶体管导通，第二晶体管截止，第一二极管导通，第二二极管截止，第三二极管导通，第四二极管导通，第一次级驱动信号输出高电平，第二次级驱动信号输出低电平；

若所述控制器接收到电机发电状态的控制信号，则控制所述第一初级驱动信号为低电平，所述第二初级驱动信号为高电平；

所述互锁驱动电路中的第一晶体管截止，第二晶体管导通，第一二极管截止，第二二极管导通，第三二极管导通，第四二极管导通，第一次级驱动信号输出低电平，第二次级驱动信号输出高电平。

当所述第一初级驱动信号、所述第二初级驱动信号均为低电平时，所述互锁驱动电路中的第一晶体管截止，第二晶体管截止，第一二极管截止，第二二极管截止，第三二极管导通，第四二极管导通，所述第一次级驱动信号输出低电平，所述第二次级驱动信号输出低电平；

当所述第一初级驱动信号、所述第二初级驱动信号均为高电平时，所述互锁驱动电路中第一晶体管导通，第二晶体管导通，第一二极管导通，第二二极管导通，第三二极管截止，第四二极管截止，所述第一次级驱动信号输出低电平，所述第二次级驱动信号输出低电平。

进一步的，所述发电机还包括交流汇流条，所述定子绕组电路通过所述接触器与所述交流汇流条连接。

本实用新型提供的一种飞机起动发电机，包括：定子绕组电路、控制器、逆变器、接触器、直流汇流条；所述定子绕组电路通过所述逆变器经所述接触器与所述直流汇流条连接；所述控制器的一端用于接收电机运行状态的控制信号，另一端连接所述定子绕组电路，并根据所述电机运行状态控制所述定子绕组电路中多个开关器件，以实现所述定子绕组电路中多个绕组的串联或并联，所述电机运行状态包括电机起动状态、电机发电状态。即本实用新型通过开关器件实现电机定子绕组在起动阶段和发电阶段的切换，使电机在起动阶段具有较高的串联匝数，在发电阶段具有较低的串联匝数，有利于降低起动电流，提高发电功率极限，降低浪涌电压及其持续时间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例中飞机起动发电机的结构图；

图2是本实用新型一实施例中绕组电路结构示意图；

图3是本实用新型一实施例中起动状态时绕组串联连接示意图；

图4是本实用新型一实施例中发电状态时绕组并联连接示意图；

图5是本实用新型一实施例中发电机运行状态确定流程图；

图6是本实用新型一实施例中互锁驱动电路示意图；

图7是本实用新型一实施例中以交流起动发电机为例的实施方式示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种飞机起动发电机，所述发电机包括：

定子绕组电路、控制器、逆变器、接触器、直流汇流条；

所述定子绕组电路通过所述逆变器经所述接触器QF1与所述直流汇流条连接；

所述控制器的一端用于接收电机运行状态的控制信号，另一端连接所述定子绕组电路，并根据所述电机运行状态的控制信号控制所述定子绕组电路中多个开关器件，以实现所述定子绕组电路中多个绕组的串联或并联，所述电机运行状态包括电机起动状态、电机发电状态。

具体的如图2所示，所述定子绕组电路由6个所述绕组，7个开关器件和1个不控整流桥组成。6个绕组分别为第一绕组W1、第二绕组W2、第三绕组W3、第四绕组W4、第五绕组W5、第六绕组W6，7个开关器件分别为的第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4、第五开关器件S5、第六开关器件S6、第七开关器件S7。

如图3所示，若所述控制器接收到电机起动状态的控制信号，则控制所述定子绕组电路中的第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3导通，第四开关器件S4、第五开关器件S5、第六开关器件S6、第七开关器件S7断开，使得第一绕组W1与第二绕组W2串联，第三绕组W3与第四绕组W4串联，第五绕组W5与第六绕组W6串联；

如图4所示，若所述控制器接收到电机发电状态的控制信号，则控制所述定子绕组电路中的第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3断开，第四开关器件S4、第五开关器件S5、第六开关器件S6、第七开关器件S7导通，使得第一绕组W1与第二绕组W2并联，第三绕组W3与第四绕组W4并联，第五绕组W5与第六绕组W6并联。

如图5所示，所述电机运行状态的控制信号由第一初级驱动信号和第二初级驱动信号组成；所述控制器包括互锁驱动电路，所述互锁驱动电路的一端用于接收所述第一初级驱动信号和所述第二初级驱动信号，另一端输出第一次级驱动信号和第二次级驱动信号。

具体的，所述互锁驱动电路根据接收的所述第一初级驱动信号和所述第二初级驱动信号确定第一次级驱动信号和第二次级驱动信号；

所述第一开关器件S1、所述第二开关器件S2、所述第三开关器件S3受控于所述第一次级驱动信号；若第一次级驱动信号为高电平，则第一开关器件S1、所述第二开关器件S2、所述第三开关器件S3导通；若第一次级驱动信号为低电平，则第一开关器件S1、所述第二开关器件S2、所述第三开关器件S3断开；

所述第四开关器件S4、所述第五开关器件S5、所述第六开关器件S6、所述第七开关器件S7受控于第二次级驱动信号。若第二次级驱动信号为高电平，则所述第四开关器件S4、所述第五开关器件S5、所述第六开关器件S6、所述第七开关器件S7导通，若第二次级驱动信号为低电平，则所述第四开关器件S4、所述第五开关器件S5、所述第六开关器件S6、所述第七开关器件S7断开。

具体的如图6所示，若所述控制器接收到电机起动状态的控制信号，则控制第一初级驱动信号为高电平3V，第二初级驱动信号为低电平0：所述互锁驱动电路中的第一晶体管T1导通，第二晶体管T2截止，第一二极管D1导通，第二二极管D2截止，第三二极管D3导通，第四二极管D4导通，第一次级驱动信号输出高电平，第二次级驱动信号输出低电平；

若所述控制器接收到电机发电状态的控制信号，则控制所述第一初级驱动信号为低电平0，所述第二初级驱动信号为高电平3V；所述互锁驱动电路中的第一晶体管T1截止，第二晶体管T2导通，第一二极管D1截止，第二二极管D2导通，第三二极管D3导通，第四二极管D4导通，第一次级驱动信号输出低电平，第二次级驱动信号输出高电平。

进一步的，当所述第一初级驱动信号、所述第二初级驱动信号均为低电平时，所述互锁驱动电路中的第一晶体管T1截止，第二晶体管T2截止，第一二极管D1截止，第二二极管D2截止，第三二极管D3导通，第四二极管D4导通，所述第一次级驱动信号输出低电平，所述第二次级驱动信号输出低电平；

进一步的，当所述第一初级驱动信号、所述第二初级驱动信号均为高电平时，所述互锁驱动电路中第一晶体管T1导通，第二晶体管T2导通，第一二极管D1导通，第二二极管D2导通，第三二极管D3截止，第四二极管D4截止，所述第一次级驱动信号输出低电平，所述第二次级驱动信号输出低电平。此种情况实现了两路驱动信号的互锁，可防止第一开关器件S1至第三开关器件S3和第四开关器件S4至第七开关器件S7同时导通，避免三相短路风险。

本实用新型提供的飞机起动发电机，在起动航空发动机阶段，通过控制功率开关器件使电机绕组具有较大的串联匝数，可降低起动电流，有利于减轻飞机电缆重量。在发电阶段，通过控制功率开关器件使电机绕组具有较低的串联匝数，可降低电枢反应电抗，提高功率极限，降低浪涌电压及其持续时间,降低单套绕组热损耗，且双绕组互为冗余，可靠性高。在切换过程中，通过互锁驱动控制电路避免短路风险，省去了限流绕组，且可控功率开关器件的总数降低至7个，可靠性高。

基于前述实用新型内容，进一步提出一种基于永磁同步电机的直流起动发电系统实施方式，如图1所示，定子绕组电路通过一台逆变器经接触器QF1与直流汇流条连接，控制器按照前述控制电路控制第一开关器件至第七开关器件。

在起动航空发动机阶段，控制器发出高电平驱动信号使开关器件S1、S2、S3导通，发出低电平驱动信号使开关器件S4、S5、S6、S7关断，绕组W1与W2串联、W3与W4串联、W5与W6串联。控制器闭合QF1，逆变器从直流汇流条取电，并逆变成三相交流电给电机的定子三相绕组供电。

在发电阶段，控制器发出低电平驱动信号使开关器件S1、S2、S3关断，发出高电平驱动信号使开关器件S4、S5、S6、S7导通，绕组W1与W2并联、W3与W4并联、W5与W6并联。控制器控制逆变器工作于整流模式，将电机发出的三相交流电转换成直流并经闭合的QF1向直流汇流条馈电。

基于前述实用新型内容，进一步提出一种基于三级式同步电机的交流起动发电系统实施方式，如图7所示，主电机的定子绕组既与一台逆变器连接，也通过接触器QF2与交流汇流条连接。所述逆变器经接触器QF1与直流汇流条连接。控制器按照前述控制电路控制第一开关器件至第七开关器件。

在起动航空发动机阶段，控制器发出高电平驱动信号使开关器件S1、S2、S3导通，发出低电平驱动信号使开关器件S4、S5、S6、S7关断，绕组W1与W2串联、W3与W4串联、W5与W6串联。控制器闭合QF1并断开QF2和QF3,然后控制逆变器从直流汇流条取电，转换成三相交流电并驱动电机。

在发电阶段，控制器发出低电平驱动信号使开关器件S1、S2、S3关断，发出高电平驱动信号使开关器件S4、S5、S6、S7导通，绕组W1与W2并联、W3与W4并联、W5与W6并联。控制器断开QF1并闭合QF2和QF3，电机发出三相交流电并向交流汇流条馈电。

本实用新型通过功率开关器件实现电机定子绕组在起动阶段和发电阶段的切换，使电机在起动阶段具有较高的串联匝数，在发电阶段具有较低的串联匝数，有利于降低起动电流，提高发电功率极限，降低浪涌电压及其持续时间。相比于现有技术方案，本实用新型直接在电机端将绕组并联，无需设置绕组空间相位差，扩展了应用范围，通用于直流起动发电系统和变频交流起动发电系统；采用互锁驱动控制电路，取消了现有方案的限流绕组，可大大减轻电机重量；只需控制7个功率开关器件，相比于现有方案的8个功率开关器件，可靠性更高。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种飞机起动发电机，其特征在于，所述发电机包括：

定子绕组电路、控制器、逆变器、接触器、直流汇流条；

所述定子绕组电路通过所述逆变器经所述接触器与所述直流汇流条连接；

所述控制器的一端用于接收电机运行状态的控制信号，另一端连接所述定子绕组电路，并根据所述电机运行状态控制所述定子绕组电路中多个开关器件，以实现所述定子绕组电路中多个绕组的串联或并联，所述电机运行状态包括电机起动状态、电机发电状态。

2.根据权利要求1所述的飞机起动发电机，其特征在于，所述定子绕组电路由6个所述绕组，7个开关器件和1个不控整流桥组成；

若所述控制器接收到电机起动状态的控制信号，则控制所述定子绕组电路中的第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件导通，第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件断开，使得第一绕组与第二绕组串联，第三绕组与第四绕组串联，第五绕组与第六绕组串联；

若所述控制器接收到电机发电状态的控制信号，则控制所述定子绕组电路中的第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件断开，第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件导通，使得第一绕组与第二绕组并联，第三绕组与第四绕组并联，第五绕组与第六绕组并联。

3.根据权利要求2所述的飞机起动发电机，其特征在于，所述电机运行状态的控制信号由第一初级驱动信号和第二初级驱动信号组成；所述控制器包括互锁驱动电路，所述互锁驱动电路的一端用于接收所述第一初级驱动信号和所述第二初级驱动信号；

所述互锁驱动电路根据接收的所述第一初级驱动信号和所述第二初级驱动信号确定第一次级驱动信号和第二次级驱动信号；

所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件受控于所述第一次级驱动信号；

所述第四开关器件、所述第五开关器件、所述第六开关器件、所述第七开关器件受控于第二次级驱动信号。

4.根据权利要求3所述的飞机起动发电机，其特征在于，

若所述控制器接收到电机起动状态的控制信号，则控制第一初级驱动信号为高电平，第二初级驱动信号为低电平：

所述互锁驱动电路中的第一晶体管导通，第二晶体管截止，第一二极管导通，第二二极管截止，第三二极管导通，第四二极管导通，第一次级驱动信号输出高电平，第二次级驱动信号输出低电平；

若所述控制器接收到电机发电状态的控制信号，则控制所述第一初级驱动信号为低电平，所述第二初级驱动信号为高电平；

所述互锁驱动电路中的第一晶体管截止，第二晶体管导通，第一二极管截止，第二二极管导通，第三二极管导通，第四二极管导通，第一次级驱动信号输出低电平，第二次级驱动信号输出高电平。

5.根据权利要求3所述的飞机起动发电机，其特征在于，

当所述第一初级驱动信号、所述第二初级驱动信号均为低电平时，所述互锁驱动电路中的第一晶体管截止，第二晶体管截止，第一二极管截止，第二二极管截止，第三二极管导通，第四二极管导通，所述第一次级驱动信号输出低电平，所述第二次级驱动信号输出低电平；

当所述第一初级驱动信号、所述第二初级驱动信号均为高电平时，所述互锁驱动电路中第一晶体管导通，第二晶体管导通，第一二极管导通，第二二极管导通，第三二极管截止，第四二极管截止，所述第一次级驱动信号输出低电平，所述第二次级驱动信号输出低电平。

6.根据权利要求1-5任一所述的飞机起动发电机，其特征在于，所述发电机还包括交流汇流条，所述定子绕组电路通过所述接触器与所述交流汇流条连接。

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