一种高速永磁起动发电机的电源变换器制造技术

本实用新型专利技术提供的一种高速永磁起动发电机的电源变换器，包括电流检测电路、SiC器件全控全桥、SCR器件相控全桥、切换电路、电压检测电路和控制电路；将发电机输出电频率提高至1～2kHz，可显著降低起动发电机系统的重量；可适应的发动机转速范围也更宽；所采用的升降压电源变换器拓扑结构，使起动发电机的电枢绕组电压高压高于采用全控全桥升压拓扑所对应的绕组电压，可有效降低绕组电流，增加电机绕组的可实现性；可增加起动发电机的自身同步电感，不再需要在电源变换器中再添加辅助大电感，并减小三相全控全桥注入电机高频纹波电流带来的附加损耗；使电源变换器中的功率器件工作于直流母线电压附近，工作电压和电流对功率器件的要求较为温和。

【技术实现步骤摘要】
一种高速永磁起动发电机的电源变换器
本技术涉及一种高速永磁起动发电机的电源变换器。
技术介绍
起动发电机的电源变换器是一种与起动发电机配合使用的电源变换器。起动发电机可分时工作于电动和发电两种状态，具有一机两用功能。起动发电机工作于电动状态时，电源变换器作为源动力，能量先由电源变换器流向起动发电机，再由起动发电机将电能转化为机械能，带动发动机；电源变换器通过对起动发电机进行转矩控制，使发动机由零转速上升到正常自稳定工作转速。起动发电机工作于发电状态时，发动机作为源动机，能量先经过起动发电机将机械能转化为交流电能，再经过电源变换器将交流电能转化为直流电能。电源变换器通过对起动发电机进行发电稳压控制，使发动机在转速变化时，保证输出直流电压稳定。航空航天领域对搭载设备的体积和重要求较为严格，为了满足高功率密度，发动机通常工作转速较高，在发电时，起动发电机的电频率可达1～2kHz。与新能源汽车等其它民用起动发电机相比，电机电频率高1个数量级左右，使得电源变换器的实现难度增大。同时，航空航天领域的大功率飞行器正由低压直流(LVDC)和变速恒频(VSCF)向高压直流(HVDC)和恒压变频交流(VFAC)系统转变，以获得更高的系统工作效率。对于起动发电机的复用电源变换器，目前主要的实现策略有以下几种：1)对于采用三级式无刷同步电机的飞机变速恒频(VSCF)系统，其起动发电复用电源变换器包括转接器、整流器、逆变器和交流滤波器。通过转接器的切换实现起动和发电功能的切换，实现硬件的复用。在起动时，400Hz恒频稳压交流电经整流器实现AC/DC变换，再经逆变器产生变压变频交流电来为三级式无刷同步电机提供转矩；在发电机，三级式无刷同步电机产生的恒压变频交流经整流器实现AC/DC变换，再经逆变器形成400Hz恒压恒频交流，最后通过交流滤波器滤除逆变器产生的高频谐波成份。2)对于采用开关磁阻的飞机高压直流(HVDC)系统，其起动发电复用电源变换器采用不对称半桥拓扑。A、B和C三相分别采用一组不对称半桥进行控制。起动过程和发电过程中，不对称半桥工作于不同角度范围。通过调节相角和励磁电流大小来实现起动转矩控制和发电稳压控制。3)对于采用永磁同步的电机的民用直流系统，其起动发电复用电源变换器采用由三相六开关组成的三相全控全桥拓扑。起动时，三相全控全桥拓扑作为逆变器使用，通常采用SVPWM控制实现电机转矩控制；发电时，三相全控全桥拓扑作为整流器使用，通常采用SVPWM控制实现发电稳压控制。方案1)所述的电源变换器在飞机上应用最为广泛，但其主要缺点是硬件结构较为复杂，且不适用于高压直流(HVDC)系统，而高压直流(HVDC)相对变速恒频(VSCF)系统具有更高的系统效率，代表未来发展的主流方向。方案2)所述的电源变换器硬件结构简单、效率高、可靠性高，但其主要缺点是电枢绕组电流极度不规则，对电源变换器冲击大，且发电时直流电的电源品质极点。方案3)所述的电源变换器硬件简单，但不足是由Si器件实现的三相全控全桥拓扑工作频率通常小于20kHz，通常应用于开关频率高于电机电频率1个量级以上的工况，难以直接应用于电频率可达1～2kHz飞行器起动发电系统；输入电压范围有限；功率管电流偏大，功率管工作条件恶劣。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术提供了一种高速永磁起动发电机的电源变换器。本技术通过以下技术方案得以实现。本技术提供的一种高速永磁起动发电机的电源变换器，包括电流检测电路、SiC器件全控全桥、SCR器件相控全桥、切换电路、电压检测电路和控制电路；所述电流检测电路与高速永磁起动发电机的三相交流端连接，电流检测电路的三相交流端分别与SiC器件全控全桥和SCR器件相控全桥的三相交流端连接，SiC器件全控全桥的直流端正极经切换电路与直流母线正极连接，SiC器件全控全桥的直流端负极与直流母线负极连接，SCR器件相控全桥的直流端正极和负极分别与直流母线正极和负极连接，切换电路负极与直流母线负极连接，高速永磁起动发电机经磁阻式旋转变压器与控制电路连接，直流母线正极和负极经电压检测电路与控制电路连接，电流检测电路与控制电路连接，控制电路与SiC器件全控全桥、SCR器件相控全桥和切换电路连接。所述SiC器件全控全桥包括SiCMOS管V1～V6和薄膜电容C1，所述MOS管V1的源极和MOS管V2的漏极与高速永磁起动发电机的a相连接，高速永磁起动发电机的b相与MOS管V3的源极和MOS管V4的漏极连接，高速永磁起动发电机的c相与MOS管V5的源极和MOS管V6的漏极连接，MOS管V1、MOS管V3和MOS管V5的漏极与SiC器件全控全桥的直流端正极连接，MOS管V2、MOS管V4和MOS管V6的源极与SiC器件全控全桥的直流端负极连接，MOS管V1～V6的栅极与控制电路连接，薄膜电容C1两端分别与SiC器件全控全桥的直流端正极和负极连接，SiC器件全控全桥的直流端负极与直流母线负极连接。所述SCR器件相控全桥包括电感La1、La2和La3，快速SCR管Q1～Q6，薄膜电容C2；所述电感La1的一端与速永磁起动发电机的a相连接，电感La1的另一端与SCR管Q1的阳极和SCR管Q4的阴极连接，高速永磁起动发电机的b相经电感Lb1与SCR管Q3的阳极和Q6的阴极连接，高速永磁起动发电机的c相经电感Lc1与SCR管Q5的阳极和SCR管Q2的阴极连接，SCR管Q1、Q3和Q5的阴极与SCR器件相控全桥的直流端的正极连接，SCR管Q2、Q4和Q6的阳极与SCR器件相控全桥的直流端的负极连接，SCR管Q1～Q6的栅极与控制电路连接，薄膜电容C2两端分别与SCR器件相控全桥的直流端正极和负极连接，所述SCR器件相控全桥的直流端正极和负极分别与直流母线正极和负极连接。所述切换电路包括SiCMOS管V7、二极管D1和电感L1，所述SiCMOS管V7的漏极与SiC器件全控全桥直流端正极连接，SiCMOS管V7的源极与D1的阴极和电感L1的一端连接，电感L1的另一端与直流母线正极连接，二极管D1的阳极与直流母线负极连接，SiCMOS管V7的栅极与控制电路连接。本技术的有益效果在于：1)将发电机输出电频率提高至1～2kHz，可显著降低起动发电机系统的重量；2)SiC器件全控全桥与SCR器件相控全桥构成升降压拓扑，相对于全控全桥构成的升压拓扑，对起动发电机的输入电压范围适用性更宽，可适应的发动机转速范围也更宽；3)SiC器件全控全桥与SCR器件相控全桥构成的升降压拓扑采用并联结构，相对于由不控整流与DC/DC变换器构成的串联结构，发电时系统效率更高；4)所采用的升降压电源变换器拓扑结构，使起动发电机的电枢绕组电压高压高于采用全控全桥升压拓扑所对应的绕组电压，可有效降低绕组电流，增加电机绕组的可实现性；可增加起动发电机的自身同步电感，不再需要在电源变换器中再添加辅助大电感，并减小三相全控全桥注入电机高频纹波电流带来的附加损耗；使电源变换器中的功率器件工作于直流母线电压附近，工作电压和电流对功率器件的要求较为温和；5)在起动发电机过速时，可以通过切断SCR器件相控全桥和开关管V7的驱动来避免母线过压；6)SiC器件全控全桥采用SiCMOS器件实现，相对于Si本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速永磁起动发电机的电源变换器，其特征在于：包括电流检测电路、SiC器件全控全桥、SCR器件相控全桥、切换电路、电压检测电路和控制电路；所述电流检测电路与高速永磁起动发电机的三相交流端连接，电流检测电路的三相交流端分别与SiC器件全控全桥和SCR器件相控全桥的三相交流端连接，SiC器件全控全桥的直流端正极经切换电路与直流母线正极连接，SiC器件全控全桥的直流端负极与直流母线负极连接，SCR器件相控全桥的直流端正极和负极分别与直流母线正极和负极连接，切换电路负极与直流母线负极连接，高速永磁起动发电机经磁阻式旋转变压器与控制电路连接，直流母线正极和负极经电压检测电路与控制电路连接，电流检测电路与控制电路连接，控制电路与SiC器件全控全桥、SCR器件相控全桥和切换电路连接。

【技术特征摘要】
1.一种高速永磁起动发电机的电源变换器，其特征在于：包括电流检测电路、SiC器件全控全桥、SCR器件相控全桥、切换电路、电压检测电路和控制电路；所述电流检测电路与高速永磁起动发电机的三相交流端连接，电流检测电路的三相交流端分别与SiC器件全控全桥和SCR器件相控全桥的三相交流端连接，SiC器件全控全桥的直流端正极经切换电路与直流母线正极连接，SiC器件全控全桥的直流端负极与直流母线负极连接，SCR器件相控全桥的直流端正极和负极分别与直流母线正极和负极连接，切换电路负极与直流母线负极连接，高速永磁起动发电机经磁阻式旋转变压器与控制电路连接，直流母线正极和负极经电压检测电路与控制电路连接，电流检测电路与控制电路连接，控制电路与SiC器件全控全桥、SCR器件相控全桥和切换电路连接。2.如权利要求1所述的高速永磁起动发电机的电源变换器，其特征在于：所述SiC器件全控全桥包括SiCMOS管V1～V6和薄膜电容C1，所述MOS管V1的源极和MOS管V2的漏极与高速永磁起动发电机的a相连接，高速永磁起动发电机的b相与MOS管V3的源极和MOS管V4的漏极连接，高速永磁起动发电机的c相与MOS管V5的源极和MOS管V6的漏极连接，MOS管V1、MOS管V3和MOS管V5的漏极与SiC器件全控全桥的直流端正极连接，MOS管V2、MOS管V4和MOS管V6的源极与SiC器件全控全桥的直流端负极连接，MOS管V1～V6的栅极与控...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛开昶，罗宗鑫，施道龙，
申请(专利权)人：贵州航天林泉电机有限公司，
类型：新型
国别省市：贵州,52