飞行器启动和发电系统及其控制方法、飞行器技术方案

一种飞行器启动和发电系统，包括：启动器/发电机和逆变器/变换器/控制器(200)，所述逆变器/变换器/控制器(200)连接至所述启动器/发电机，并生成AC电以在启动模式中驱动启动器/发电机，用于启动所述飞行器的原动机，并在所述原动机已经启动之后在启动器/发电机的发电模式中将从所述启动器/发电机获得的AC电转换成DC电。四桥臂逆变器与所述启动器/发电机的DC电输出(452)耦连并具有逆变器/变换器/控制器(ICC)(580)，所述逆变器/变换器/控制器(ICC)(580)具有四桥臂基于MOSFET的桥配置，并且在启动模式中驱动所述启动器/发电机，用于启动所述飞行器的原动机，并在所述启动器/发电机的发电模式中将DC电转换成AC电。四桥臂桥门极驱动器(560)被配置成在启动和发电模式中使用双极脉宽调制(PWM)驱动所述四桥臂基于MOSFET的桥(580)。

Aircraft starting and power generation system

Including a vehicle starting and generating system: Starter / generator and inverter / converter / controller (200), the inverter / converter / controller (200) connected to the starter / generator, and generates electricity to AC during the start-up mode of driving the starter / generator for the original motivation to start the vehicle then, and started on the prime mover in the starter / generator in power mode from the starter / generator for the AC power into DC. The four leg inverter and the DC power output device / generator (452) coupled with inverter / converter / controller (ICC) (580), the inverter / converter / controller (ICC) (580) with four arm bridge based on MOSFET configuration, and driving the starter / generator in the start-up mode, for the original motivation to start the vehicle, and the starter / generator mode will be converted into AC DC electric power. Four arm bridge driver (560) is configured to use the bipolar PWM in starting and generating mode (PWM) driving the four arm bridge based on MOSFET (580).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】飞行器启动和发电系统
本申请的
涉及飞行器的启动和发电系统及其方法。
技术介绍
本文中公开的主题一般涉及双向能量转换无刷电力旋转装置在启动模式中将电能转换成机械能，在发电模式中将机械能转换成电能的组合。具体地，所述主题涉及飞行器启动和发电系统，其包括三电机组、启动器/发电机(S/G)和基于IGBT的数字控制装置，在本文中称作逆变器/变换器/控制器(ICC)。目前存在用于飞行器的启动器发电机系统，其既被用来启动飞行器发动机，又在启动之后在发电模式中利用飞行器发动机，从而提供电能以对飞行器上的系统供电。可以从飞行器的涡轮发动机驱动的发电机和变换器(EGC)得到高压直流(DC)电。可以从由飞行器的涡轮发动机驱动的AC发电机或者从DC电到AC电的变换中得到交流(AC)电。已知使用宽带隙装置在飞行器的涡轮发动机驱动的发电机和变换器(EGC)的高压DC系统中或者在由飞行器的涡轮发动机驱动的AC发电机的DC链接电压生成中实现效率。同样，已知使用宽带隙装置在飞行器的涡轮发动机驱动的发电机和变换器(EGC)的AC系统中或者在由飞行器的涡轮发动机驱动的DC发电机的AC链接电压中实现效率。低开关损耗、低导通损耗和高温能力是宽带隙装置的三个优点。期望控制飞行器的发电系统中的宽带隙装置以便一贯地实现效率。
技术实现思路
在一方面，飞行器启动和发电系统包括：启动器/发电机，所述启动器/发电机包括主机、励磁机和永磁发电机；逆变器/变换器/控制器(ICC)，所述逆变器/变换器/控制器(ICC)具有基于MOSFET的桥配置，ICC连接至所述启动器/发电机，并生成AC电以在启动模式中驱动启动器/发电机，用于启动所述飞行器的原动机，并在所述原动机已经启动之后在所述启动器/发电机的发电模式中将从所述启动器/发电机获得的AC电转换成DC电；以及被配置成驱动基于MOSFET的桥的主桥门极驱动器。主桥门极驱动器在启动模式中使用空间矢量脉宽调制(SVPWM)并且在发电模式中使用基于反向导通的无源整流来驱动基于MOSFET的桥。在另一方面，一种控制飞行器启动和发电系统的方法，所述飞行器启动和发电系统具有：启动器/发电机，所述启动器/发电机包括主机、励磁机和永磁发电机；逆变器/变换器/控制器(ICC)，所述逆变器/变换器/控制器(ICC)具有基于MOSFET的桥配置，所述基于MOSFET的桥配置与所述主机绕组的电压输出连接，以及主桥门极驱动器，所述主桥门极驱动器被配置成驱动所述基于MOSFET的桥。所述方法包括：如果在启动模式中，则将功率供应至所述基于MOSFET的桥，并且在启动模式中使用空间矢量脉宽调制(SVPWM)驱动主基于MOSFET的桥，并且其中，在启动模式中驱动所述主基于MOSFET的桥启动所述飞行器的原动机；以及如果在发电模式中，则使用基于反向导通的无源整流来驱动所述基于MOSFET的桥以将从所述启动器/发电机的主机绕组获得的AC电转换成DC电。在另一方面，一种飞行器包括：发动机；连接至所述发动机的启动器/发电机，所述启动器/发电机具有主机、励磁机和永磁发电机。具有基于MOSFET的桥配置的逆变器/变换器/控制器(ICC)连接至所述启动器/发电机，并生成AC电以在启动模式中驱动启动器/发电机以用于启动所述发动机，并在所述发动机已经启动之后在所述启动器/发电机的发电模式中将从所述启动器/发电机获得的AC电转换成DC电。主桥门极驱动器被配置成在启动模式中使用空间矢量脉宽调制(SVPWM)并且在发电模式中使用基于反向导通的无源整流来驱动基于MOSFET的桥。附图说明在图中：图1图解说明对于本主题总S/G和ICC发动机启动和发电系统的现有技术的环境。图2是图1的总S/G和ICC发动机启动和发电系统的框图。图3是图1和2的S/G和ICC发动机启动和发电系统在启动模式中的框图。图4是图1和2的S/G和ICC发动机启动和发电系统在发电模式中的框图。图5是图1中的S/G的截面图。图6是具有主机基于MOSFET的桥的S/G和ICC发动机启动和发电系统的框图。图7是基于反向导通的无源整流MOSFET开关方法的示例性电路图。图8是S/G和ICC发动机启动和发电系统的框图，负载平衡单元具有基于MOSFET的桥。图9是具有四桥臂基于MOSFET的桥的S/G和ICC发动机启动和发电系统的框图。具体实施方式本文中公开的主题可用在诸如图1-5中示出的系统中。在一个实施例中，S/G和ICC发动机启动和发电系统50包括S/G100和ICC200。如图1、图2和图5中图示的，S/G100是三个电机的组合，包括主机110、励磁机120和PMG130。此布置称作三电机组。主机110可以是凸极同步机。主机110的定子112连接至ICC200的主IGBT/二极管桥210。主机110的转子114连接至位于主转子114的轴118内部的全波或半波旋转整流器116的输出。励磁机转子122具有连接至旋转整流器116的输入的三相绕组，励磁机定子124包括通过如图2中示出的接触器220连接至ICC200的励磁机IGBT/二极管桥212的三相AC绕组和DC绕组。图2提供S/G和ICC系统50的框图，侧重于构成主IGBT/二极管桥210和励磁机IGBT/二极管桥212的部件。图2中所示的ICC200包括两个IGBT/二极管桥：主桥210和励磁机桥212。主桥210和励磁机桥212还分别称作主逆变器/变换器以及励磁机逆变器/变换器。每一个由数字控制组件控制。控制主IGBT/二极管桥210的组件称作主数字控制组件230。替代性地，在启动模式中还可以称作启动器逆变器数字控制组件，在发电模式中称作发电机变换器控制组件。控制励磁机IGBT/二极管桥212的组件称作励磁机数字控制组件240。替代性地，其在启动模式中还可以称作励磁机逆变器数字控制组件，在发电模式中称作励磁机变换器数字控制组件。主数字控制组件230连同其嵌入软件控制主桥210，其在启动模式中生成AC电以驱动S/G，并且在发电模式中将AC电转换成飞行器上需要的DC电。S/G和ICC发动机启动和发电系统50有两种操作模式：启动模式和发电模式。在启动模式中，S/G和ICC系统50由单独的电源VDC60供电，因此与单独的电源VDC60的连接示于图1和图2中。主机110在启动模式中作为三相绕线磁场凸极同步电动机(three-phasewoundfieldsalientsynchronousmotor)工作。必须出现两种情况，以便在同步电动机的轴上产生转矩。第一种情况是将三相交流电流输入到主定子112的三相绕组，第二种情况是将激励电流提供至主转子114。提供对于主定子112的频率的电流以便与主机的速度成比例。三相交流由主IGBT/二极管桥210提供。由三相电流生成的旋转场与由主转子114生成的磁场相互作用，因此在主转子114的轴上产生机械转矩。将激励电流提供至主转子114在常规的发电系统中是一种挑战，原因如下。在启动开始时，任何基于同步机的励磁机不生成任何功率。在低速时，基于同步机的励磁机不能够生成足够的功率来对主转子供电。这是因为对于任何基于同步的励磁机，其DC激励绕组并不将功率传递至转子绕组。实际上，对于常规的发电系统，功率只能在轴上由机械能传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞行器启动和发电系统，包括：启动器/发电机，所述启动器/发电机包括主机、励磁机和永磁发电机；来自所述启动器/发电机的直流(DC)电输出；四桥臂逆变器，所述四桥臂逆变器与所述DC电输出耦连并具有逆变器/变换器/控制器(ICC)，所述逆变器/变换器/控制器(ICC)具有四桥臂基于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的桥配置，并且在启动模式中生成DC电以驱动所述启动器/发电机，用于启动所述飞行器的原动机，并在所述原动机已经启动之后，在所述启动器/发电机的发电模式中将从所述启动器/发电机获得的DC电转换成交流(AC)电；以及四桥臂桥门极驱动器，所述四桥臂桥门极驱动器被配置成驱动四桥臂基于MOSFET的桥；其中，所述四桥臂桥门极驱动器操作以在启动和发电模式中使用双极脉宽调制(PWM)驱动所述四桥臂基于MOSFET的桥。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种飞行器启动和发电系统，包括：启动器/发电机，所述启动器/发电机包括主机、励磁机和永磁发电机；来自所述启动器/发电机的直流(DC)电输出；四桥臂逆变器，所述四桥臂逆变器与所述DC电输出耦连并具有逆变器/变换器/控制器(ICC)，所述逆变器/变换器/控制器(ICC)具有四桥臂基于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的桥配置，并且在启动模式中生成DC电以驱动所述启动器/发电机，用于启动所述飞行器的原动机，并在所述原动机已经启动之后，在所述启动器/发电机的发电模式中将从所述启动器/发电机获得的DC电转换成交流(AC)电；以及四桥臂桥门极驱动器，所述四桥臂桥门极驱动器被配置成驱动四桥臂基于MOSFET的桥；其中，所述四桥臂桥门极驱动器操作以在启动和发电模式中使用双极脉宽调制(PWM)驱动所述四桥臂基于MOSFET的桥。2.根据权利要求1所述的飞行器启动和发电系统，其中，所述四桥臂基于MOSFET的桥配置还包括三个桥臂和具有中性输出的第四桥臂，所述三个桥臂中的每一个具有三相AC输出的单相输出。3.根据权利要求2所述的飞行器启动和发电系统，其中，所述三相AC输出是400Hz。4.根据权利要求1所述的飞行器启动和发电系统，其中，所述四桥臂基于MOSFET的桥还包括基于碳化硅的桥或基于氮化镓的桥中的至少一个。5.根据权利要求1所述的飞行器启动和发电系统，还包括连接至所述励磁机的励磁机定子的励磁机基于MOSFET的桥和被配置成驱动所述励磁机基于MOSFET的桥的励磁机桥门极驱动器。6.根据权利要求5所述的飞行器启动和发电系统，其中，所述励磁机基于MOSFET的桥还包括基于碳化硅的桥或基于氮化镓的桥中的至少一个。7.根据权利要求1所述的飞行器启动和发电系统，还包括：连接至所述主机的定子的主机基于MOSFET的桥和被配置成驱动所述主机基于MOSFET的桥的主机桥门极驱动器。8.根据权利要求7所述的飞行器启动和发电系统，其中，所述主机包括主机基于MOSFET的桥配置，所述主机基于MOSFET的桥配置在再生模式中通过以所述飞行器的原动机的动能储存过多电力，吸收所述系统的过多电力，并且其中，所述主机桥门极驱动器操作以在再生模式中使用空间矢量脉宽调制驱动所述主机基于MOSFET的桥。9.根据权利要求7所述的飞行器启动和发电系统，其中，所述主机基于MOSFET的桥还包括基于碳化硅的桥或基于氮化镓的桥中的至少一个。10.根据权利要求1所述的飞行器启动和发电系统，其中，所述四桥臂基于MOSFET的桥还包括个体可控的MOSFET的阵列。11.根据权利要求10所述的飞行器启动和发电系统，其中，所述四桥臂桥门极驱动器操作以驱动每个个体可控的MOSFET。12.根据权利要求1所述的飞行器启动和发电系统，其中，所述四桥臂基于MOSFET的桥还包括个体可控的宽带隙器件M...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄豪，
申请(专利权)人：通用电气航空系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US