一种双绕组异步电机直流起动发电系统的控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双绕组异步电机直流起动发电系统的控制方法，尤其是用于多电飞机供电的双绕组异步电机直流起动发电系统的控制方法，属于直流发电的技术领域。本发明专利技术通过控制双绕组异步电机直流起动发电系统中断路器的状态以及起动发电驱动单元中开关管的驱动信号，结合非正弦供电技术同时对电机中的基波励磁电流和三次励磁谐波进行控制，使电机气隙磁场波形为平顶波，以此提高系统的功率密度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种双绕组异步电机直流起动发电系统的控制方法，尤其是用于多电飞机供电的双绕组异步电机直流起动发电系统的控制方法，属于直流发电的

技术介绍
多电/全电飞机与传统飞机相比，具有结构简单、重量轻、可靠性高和可维护性好等优点，近年来得到了飞速发展，并对飞机电源系统提出了大容量、高可靠性等新要求。为满足这些要求，多电发动机应运而生。所谓多电发动机，就是将航空发电机集成并安装于发动机的主汽轮机中，形成内置式的发电机。根据尺寸、转速和工作环境等不同因素，可选择将发电机集成在多电发动机的高压轴或低压轴。集成在高压轴上的发电机具有较小的尺寸和较高转速，因此具有起动功能，可作为内转式起动发电机；而集成在低压轴上的发电机具有较大的尺寸和较低的转速。针对多电发动机集成发电机所构成的发电系统，目前变频交流发电系统和高压直流发电系统是两大发展趋势。随着多电/全电飞机技术的快速发展，飞机用电大增，这就要求飞机电源系统要扩大容量。然而飞机上的空间有限，因此高功率密度的发电系统成为了发展趋势。1997年美国NASALewis研究中心的专家们根据他们多年研究成果指出对于未来飞机电源系统，笼型异步电机有可能作为航空发电机，值得全面深入研究。关于航空用异步电机高压直流发电系统，我国也较早地开展了相关研究工作。从1998年开始，南京航空航天大学就一直对270V三相笼型异步高压直流发电系统进行研究，并研制出了18kW样机。这进一<br>步表明笼型异步电机应用于飞机高压直流发电系统是可行的。而多相电机因其高功率密度及高可靠性，目前已在军用、民用多种场合得到了应用。特别是，与非正弦供电技术相结合，还可以降低磁密峰值使气隙磁密波形为准方波，从而充分利用电机铁芯，达到提高电机转矩密度和功率密度的目的。定子双绕组异步电机发电系统是近几年来出现的一种新型异步电机。从1999年美国田纳西理工大学的OjoO.教授首次提出定子双绕组异步电机发电系统，国内外的学者纷纷开展了对定子双绕组异步电机的研究。从现有的研究来看，多电飞机直流发电系统多是基于三相电机构建的，针对多电飞机直流发电系统的控制只针对电机励磁电流基波进行控制，使得电机无法进一步提高功率密度；并且无容错功能，在系统故障时无法实现容错运行。国内还没有涉及对多电飞机用多相双绕组异步电机直流发电系统进行研究。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述
技术介绍
的不足，提供了一种双绕组异步电机直流起动发电系统的控制方法，针对基于多相双绕组异步电机的直流发电系统，结合非正弦供电技术，进一步提高多电飞机供电系统中的功率密度，解决了如何提高多电飞机直流发电系统的功率密度和运行可靠性的技术问题，改善了传统三相电机控制过程中电机气隙磁密饱和造成的功率密度降低的缺陷以及三相电机自由度低而无法实现容错功能的缺陷。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：一种双绕组异步电机直流起动发电系统的控制方法，所述双绕组异步电机直流起动发电系统包括：集成在多电发动机高压轴上的第一多相双绕组异步电机单元、集成在多电发动机低压轴上的第二多相双绕组异步电机单元、具有两侧功率输出端的起动发电驱动单元、第一整流桥、第二整流桥、第一至第四断路器，所述第一多相双绕组异步电机单元的控制侧经第一断路器与起动发电驱动单元的一侧功率输出端连接，第一多相双绕组异步电机单元的功率侧经第二断路器与第一整流桥的交流侧连接，第一整流桥输出的直流电汇入直流电网，第二多相双绕组异步电机单元的控制侧经第三断路器与起动发电驱动单元的另一侧功率输出端连接，第二多相双绕组异步电机单元的功率侧经第四断路器与第二整流桥的交流侧连接，第二整流桥输出的直流电汇入直流电网，所述起动发电驱动单元的两侧功率输出端之间接有断路器组；所述控制方法：采用安装在多电发动机高压轴上的第一速度传感器实时检测高压轴转速，采用安装在多电发动机低压轴上的第二速度传感器实时检测低压轴转速，采用第一直流电压传感器实时检测第一多相双绕组异步电机单元功率侧输出的交流电经第一整流桥后输出的直流电电压，采用第二直流电压传感器实时检测第二多相双绕组异步电机单元功率侧输出的交流电经第二整流桥后输出的直流电电压，数字信号处理器根据高压轴转速、低压轴转速、第一直流电压传感器检测的直流电压、第二直流电压传感器检测的直流电压生成对应于多电发动机四个转速阶段控制策略的指令，以数字信号处理器输出指令为输入信号的驱动电路生成起动发电驱动单元的驱动信号，起动发电驱动单元在驱动信号的作用下向第一、第二多相双绕组异步电机单元提供功率，多电发动机四个转速阶段的控制策略具体为：起动阶段的控制策略：数字信号处理器控制第一断路器和断路器组合闸、第二至第四断路器保持分闸状态，起动发电驱动单元向第一多相双绕组异步电机单元控制侧输出注入了三次谐波的有功功率和励磁无功功率，运行在电动状态的第一多相双绕组异步电机拖动多电发动机高压轴旋转至发动机的点火速度，起动向发电转换阶段的控制策略：数字信号处理器控制第一断路器分闸、第二至第四断路器保持分闸状态，断路器组分闸，起动发电驱动单元停止向第一多相双绕组异步电机单元控制侧输出注入了三次谐波的有功功率和励磁无功功率，多电发动机高压轴拖动第一多相双绕组异步电机运行，多电发动机低压轴拖动第二多相双绕组异步电机运行，发电建压阶段的控制策略：数字信号处理器控制第一至第四断路器合闸、断路器组保持分闸状态，起动发电驱动单元的一侧功率输出端经第一断路器向第一多相双绕组异步电机单元控制侧输出足以使第一多相双绕组异步电机进行可靠建压且注入了三次谐波的励磁无功功率，起动发电驱动单元的另一侧功率输出端经第三断路器向第二多相双绕组异步电机单元控制侧输出足以使第二多相双绕组异步电机进行可靠建压且注入了三次谐波的励磁无功功率，第一、第二多相双绕组异步电机均运行在发电状态，稳定发电阶段的控制策略：数字信号处理器控制第一至第四断路器合闸，断路器组保持分闸状态，起动发电驱动单元与第一断路器连接的功率输出端向第一多相双绕组异步电机单元控制侧输出使第一多相双绕组异步电机在其发电转速范围内运行于稳定发电状态且注入了三次谐波的励磁无功功率，起动发电驱动单元与第三断路器连接的功率输出端向第二多相双绕组异步电机单元控制侧输出使第二多相双绕组异步电机在其发电转速范围内运行于稳定发电状态且注入了三次谐波的励磁无功功率，第一多相双绕组异步电机功率侧经第二断路器输出交流电至第一整流桥交流侧，第一整流桥直流侧恒定输出达到第一多相双本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双绕组异步电机直流起动发电系统的控制方法，其特征在于，所述双绕组异步电机直流起动发电系统包括：集成在多电发动机高压轴上的第一多相双绕组异步电机单元、集成在多电发动机低压轴上的第二多相双绕组异步电机单元、具有两侧功率输出端的起动发电驱动单元、第一整流桥、第二整流桥、第一至第四断路器，所述第一多相双绕组异步电机单元的控制侧经第一断路器与起动发电驱动单元的一侧功率输出端连接，第一多相双绕组异步电机单元的功率侧经第二断路器与第一整流桥的交流侧连接，第一整流桥输出的直流电汇入直流电网，第二多相双绕组异步电机单元的控制侧经第三断路器与起动发电驱动单元的另一侧功率输出端连接，第二多相双绕组异步电机单元的功率侧经第四断路器与第二整流桥的交流侧连接，第二整流桥输出的直流电汇入直流电网，所述起动发电驱动单元的两侧功率输出端之间接有断路器组；所述控制方法：采用安装在多电发动机高压轴上的第一速度传感器实时检测高压轴转速，采用安装在多电发动机低压轴上的第二速度传感器实时检测低压轴转速，采用第一直流电压传感器实时检测第一多相双绕组异步电机单元功率侧输出的交流电经第一整流桥后输出的直流电电压，采用第二直流电压传感器实时检测第二多相双绕组异步电机单元功率侧输出的交流电经第二整流桥后输出的直流电电压，数字信号处理器根据高压轴转速、低压轴转速、第一直流电压传感器检测的直流电压、第二直流电压传感器检测的直流电压生成对应于多电发动机四个转速阶段控制策略的指令，以数字信号处理器输出指令为输入信号的驱动电路生成起动发电驱动单元的驱动信号，起动发电驱动单元在驱动信号的作用下向第一、第二多相双绕组异步电机单元提供功率，多电发动机四个转速阶段的控制策略具体为：起动阶段的控制策略：数字信号处理器控制第一断路器和断路器组合闸、第二至第四断路器保持分闸状态，起动发电驱动单元向第一多相双绕组异步电机单元控制侧输出注入了三次谐波的有功功率和励磁无功功率，运行在电动状态的第一多相双绕组异步电机拖动多电发动机高压轴旋转至发动机的点火速度，起动向发电转换阶段的控制策略：数字信号处理器控制第一断路器分闸、第二至第四断路器保持分闸状态，断路器组分闸，起动发电驱动单元停止向第一多相双绕组异步电机单元控制侧输出注入了三次谐波的有功功率和励磁无功功率，多电发动机高压轴拖动第一多相双绕组异步电机运行，多电发动机低压轴拖动第二多相双绕组异步电机运行，发电建压阶段的控制策略：数字信号处理器控制第一至第四断路器合闸、断路器组保持分闸状态，起动发电驱动单元的一侧功率输出端经第一断路器向第一多相双绕组异步电机单元控制侧输出足以使第一多相双绕组异步电机进行可靠建压且注入了三次谐波的励磁无功功率，起动发电驱动单元的另一侧功率输出端经第三断路器向第二多相双绕组异步电机单元控制侧输出足以使第二多相双绕组异步电机进行可靠建压且注入了三次谐波的励磁无功功率，第一、第二多相双绕组异步电机均运行在发电状态，稳定发电阶段的控制策略：数字信号处理器控制第一至第四断路器合闸，断路器组保持分闸状态，起动发电驱动单元与第一断路器连接的功率输出端向第一多相双绕组异步电机单元控制侧输出使第一多相双绕组异步电机在其发电转速范围内运行于稳定发电状态且注入了三次谐波的励磁无功功率，起动发电驱动单元与第三断路器连接的功率输出端向第二多相双绕组异步电机单元控制侧输出使第二多相双绕组异步电机在其发电转速范围内运行于稳定发电状态且注入了三次谐波的励磁无功功率，第一多相双绕组异步电机功率侧经第二断路器输出交流电至第一整流桥交流侧，第一整流桥直流侧恒定输出达到第一多相双绕组异步电机单元发电目标的直流电，第二多相双绕组异步电机功率侧经第四断路器输出交流电至第二整流桥交流侧，第二整流桥直流侧恒定输出达到第二多相双绕组异步电机单元发电目标的直流电。...

【技术特征摘要】
1.一种双绕组异步电机直流起动发电系统的控制方法，其特征在于，
所述双绕组异步电机直流起动发电系统包括：集成在多电发动机高压轴上的第一多相
双绕组异步电机单元、集成在多电发动机低压轴上的第二多相双绕组异步电机单元、具有
两侧功率输出端的起动发电驱动单元、第一整流桥、第二整流桥、第一至第四断路器，所述
第一多相双绕组异步电机单元的控制侧经第一断路器与起动发电驱动单元的一侧功率输
出端连接，第一多相双绕组异步电机单元的功率侧经第二断路器与第一整流桥的交流侧连
接，第一整流桥输出的直流电汇入直流电网，第二多相双绕组异步电机单元的控制侧经第
三断路器与起动发电驱动单元的另一侧功率输出端连接，第二多相双绕组异步电机单元的
功率侧经第四断路器与第二整流桥的交流侧连接，第二整流桥输出的直流电汇入直流电
网，所述起动发电驱动单元的两侧功率输出端之间接有断路器组；
所述控制方法：采用安装在多电发动机高压轴上的第一速度传感器实时检测高压轴转
速，采用安装在多电发动机低压轴上的第二速度传感器实时检测低压轴转速，采用第一直
流电压传感器实时检测第一多相双绕组异步电机单元功率侧输出的交流电经第一整流桥
后输出的直流电电压，采用第二直流电压传感器实时检测第二多相双绕组异步电机单元功
率侧输出的交流电经第二整流桥后输出的直流电电压，数字信号处理器根据高压轴转速、
低压轴转速、第一直流电压传感器检测的直流电压、第二直流电压传感器检测的直流电压
生成对应于多电发动机四个转速阶段控制策略的指令，以数字信号处理器输出指令为输入
信号的驱动电路生成起动发电驱动单元的驱动信号，起动发电驱动单元在驱动信号的作用
下向第一、第二多相双绕组异步电机单元提供功率，
多电发动机四个转速阶段的控制策略具体为：
起动阶段的控制策略：数字信号处理器控制第一断路器和断路器组合闸、第二至第四
断路器保持分闸状态，起动发电驱动单元向第一多相双绕组异步电机单元控制侧输出注入
了三次谐波的有功功率和励磁无功功率，运行在电动状态的第一多相双绕组异步电机拖动
多电发动机高压轴旋转至发动机的点火速度，
起动向发电转换阶段的控制策略：数字信号处理器控制第一断路器分闸、第二至第四
断路器保持分闸状态，断路器组分闸，起动发电驱动单元停止向第一多相双绕组异步电机
单元控制侧输出注入了三次谐波的有功功率和励磁无功功率，多电发动机高压轴拖动第一
多相双绕组异步电机运行，多电发动机低压轴拖动第二多相双绕组异步电机运行，
发电建压阶段的控制策略：数字信号处理器控制第一至第四断路器合闸、断路器组保
持分闸状态，起动发电驱动单元的一侧功率输出端经第一断路器向第一多相双绕组异步电
机单元控制侧输出足以使第一多相双绕组异步电机进行可靠建压且注入了三次谐波的励
磁无功功率，起动发电驱动单元的另一侧功率输出端经第三断路器向第二多相双绕组异步
电机单元控制侧输出足以使第二多相双绕组异步电机进行可靠建压且注入了三次谐波的
励磁无功功率，第一、第二多相双绕组异步电机均运行在发电状态，
稳定发电阶段的控制策略：数字信号处理器控制第一至第四断路器合闸，断路器组保
持分闸状态，起动发电驱动单元与第一断路器连接的功率输出端向第一多相双绕组异步电
机单元控制侧输出使第一多相双绕组异步电机在其发电转速范围内运行于稳定发电状态
且注入了三次谐波的励磁无功功率，起动发电驱动单元与第三断路器连接的功率输出端向
第二多相双绕组异步电机单元控制侧输出使第二多相双绕组异步电机在其发电转速范围
内运行于稳定发电状态且注入了三次谐波的励磁无功功率，第一多相双绕组异步电机功率
侧经第二断路器输出交流电至第一整流桥交流侧，第一整流桥直流侧恒定输出达到第一多
相双绕组异步电机单元发电目标的直流电，第二多相双绕组异步电机功率侧经第四断路器
输出交流电至第二整流桥交流侧，第二整流桥直流侧恒定输出达到第二多相双绕组异步电
机单元发电目标的直流电。
2.根据权利要求1所述的一种双绕组异步电机直流起动发电系统的控制方法，其特征
在于，所述起动发电驱动单元的一侧功率输出端经第一断路器向第一多相双绕组异步电机
单元控制侧输出足以使第一多...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜飞飞，许海军，蔡瑶，黄文新，刘皓喆，
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