一种双凸极高压直流起动发电系统及控制方法技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术还公开了上述起动发电机系统的控制方法。本发明专利技术发电控制简单，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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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

技术介绍
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。授权专利技术专利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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术的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、与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，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，并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；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；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；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；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，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，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，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，等待本文档来自技高网...

【技术保护点】
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、与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。...

【技术特征摘要】
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、与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，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，并将三相全桥逆变器输出相电流、起动...

【专利技术属性】
技术研发人员：于立，张卓然，王慧贞，陈志辉，肖岚，严仰光，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32