一种航空电推进动力系统的电能变换电路技术方案

本实用新型专利技术实用新型专利技术涉及航空电推进动力系统技术领域，提供了一种航空电推进动力系统的电能变换电路，包括：直流配电母线；直流/直流升压变压器，其输入端耦接于直流配电母线，用以将第一直流电压提升至第二直流电压；直流/交流降压逆变器，其输入端耦接于直流/直流升压变压器的输出端，用以将第二直流电压转化成交流电；永磁电机，耦接于交流电，用以将电能转化成机械能，驱动螺旋桨工作；交流电压大于或等于第一直流电压；直流/直流升压变压器包含N级变换结构，1≤N≤3且N∈Z，其中的一级变换结构由两个第一类变换单元以两相交错并联的方式构成；能够为航空电推动力系统的永磁电机提供更大的功率，且不会降低功重比。

【技术实现步骤摘要】
一种航空电推进动力系统的电能变换电路
本技术涉及航空电推进动力系统
，具体涉及一种航空电推进动力系统的电能变换电路。
技术介绍
在航空器的电推进动力系统中，螺旋桨是最高效的作动装置，被广泛应用于航模、固定翼电动飞机和多旋翼无人机中。随着重型货运无人机、载人电动飞机的发展，电推进系统向着更高转矩，更大功率的方向发展，同时，还必须兼具高功率密度、高功重比的特点。在多电、全电航空器中，根据现行标准DO-160，大功率高压直流动力配电母线电压为270V，例如F35战斗机，即采用此直流配电母线电压。对于需要更大功率的场合，例如波音787和空客A380，配电功率达到1MW，则采用±270V双线高压直流动力配电母线供电，即为直流540V。尽管加倍了直流配电母线电压，对于电机直接驱动螺旋桨的电推进动力系统，由于螺旋桨转速较低(2000RPM到5000RPM)，电机与变频器整体要达到5kW/kg以上的功重比，仍存在较大技术难度。传统的永磁航空电推进动力系统的电能变换电路，其变频器直接从直流配电母线取电，将直流电能转换成交流电能控制永磁电机转速，永磁电机转子直接驱动螺旋桨旋转，为航空器提供推力、或升力。在一定转速下，电机的转矩正比于其功率。受到直流母线电压的制约，要获得高转矩，必须增加电机的额定电流，又或者采用多个电机，将其转子连接在一起，一起驱动螺旋桨。上述的这些方式，都会显著增加电推进动力系统的体机和重量。因此，如何在保证电推进动力系统的体机和重量不显著增加的情况下，研制一种航空电推进动力系统的电能变换电路，能够为航空电推动力系统的永磁电机提供更大的功率。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是克服上述现有航空电推动力系统功率提升后，功重比会下降的缺陷，提供了一种航空电推进动力系统的电能变换电路，能够为航空电推动力系统的永磁电机提供更大的功率，且不会降低功重比。为实现上述目的，本技术通过以下技术方案得以实现：一种航空电推进动力系统的电能变换电路，包括：直流配电母线，用以提供第一直流电压；直流/直流升压变压器，其输入端耦接于所述直流配电母线，用以将第一直流电压提升至第二直流电压；直流/交流降压逆变器，其输入端耦接于所述直流/直流升压变压器的输出端，用以将第二直流电压转化成交流电；永磁电机，耦接于所述交流电，用以将电能转化成机械能，驱动螺旋桨工作；所述交流电压大于或等于所述第一直流电压；所述直流/直流升压变压器包含N级变换结构，1≤N≤3且N∈Z，其中的一级变换结构由两个第一类变换单元以两相交错并联的方式构成。本技术进一步优选方案为：所述第一类变换单元包括：一个谐振槽路，包含至少一个谐振电感器和一个谐振电容器；多个开关，每一个开关具有第一端子、第二端子以及用于接收控制信号的输入端，所述控制信号使所述开关处于开通状态或关断状态中，其中在所述开通状态中，在所述第一端子与所述第二端子之间建立传导路径，并且在所述关断状态中，在所述第一端子与所述第二端子之间消除所述传导路径；以及控制电路，用于产生第一控制信号集合并将其施加到所述开关的输入端，以使通过开关的周期性切换将第一直流电压提升至第二直流电压。本技术进一步优选方案为：所述第一类变换单元还包括储能电容。本技术进一步优选方案为：所述控制电路通过所述第一控制信号集合使所述开关在半周期处于导通状态，在半周期处于关断状态。本技术进一步优选方案为：在两相交错并联的两个第一类变换单元中，其中一相上的开关所接受的控制信号与另一相上的开关所接受的控制中信号相位差为半个周期。本技术进一步优选方案为：所述开关在切换的过程中以零电流开通和零电流关断的方式切换。本技术进一步优选方案为：所述谐振电感器为线路的分布电感。本技术进一步优选方案为：两相交错并联的两个第一类变换单元中，其两相上的谐振电感为耦合电感。本技术进一步优选方案为：所述控制电路，还用于在螺旋桨减速时产生第三控制信号集合，所述直流/直流升压变压器和直流/交流降压逆变器中的开关接受所述第三控制信号集，以使能量能双向流动。本技术进一步优选方案为：所述直流/交流降压逆变器中的开关接受所述第三控制信号集，以使能量能双向流动。综上所述，本技术具有以下有益效果：本技术的航空电推进动力系统的电能变换电路，通过增设直流/直流升压变压器，将直流配电母线的电压惊醒了倍增，而且1000V以下的电机，提高电机端电压不会显著增加电机的绝缘要求。相比增加电机额定电流，增加电机额定电压是提高转矩更为有效的方式，该结构所加电路不会显著增加重量，因此不会降低功重比。而且本技术直流/直流升压变压器的变换结构采用两相交错并联的第一类变换单元，使所需的滤波电容值可大幅减小。附图说明图1是实施例1中所述航空电推进动力系统的电能变换电路的原理框图。图2是实施例1中所述航空电推进动力系统的电能变换电路的电路原理图。图3是实施例1中所述直流/直流升压变压器在升压比降为1时电路示意图。其中：100、直流配电母线；200、直流/直流升压变压器；210、谐振槽路；220、控制电路；300、直流/交流降压逆变器；400、永磁电机；500、螺旋桨。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步详细说明。本实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。如图1-3所示，本实施例示出了一种航空电推进动力系统的电能变换电路，包括直流配电母线100、直流/直流升压变压器200、直流/交流降压逆变器300、永磁电机400和螺旋桨500。直流配电母线，用以提供第一直流电压。直流配电母线所提供的第一直流电压为270V或540V，本实施例以540V为例说明。直流/直流升压变压器，其输入端耦接于所述直流配电母线，用以将第一直流电压提升至第二直流电压，第二直流电压为540V或1080V。所述直流/直流升压变压器包含N级变换结构，1≤N≤3且N∈Z，其中的一级变换结构由两个第一类变换单元以两相交错并联的方式构成。直流/直流升压变压器具体所选用的变换结构级数是根据直流配电母线的电压以及最后的输出电压而定。若直流配电母线的电压是270V，将电压提升至1080V，则需要提高4倍电压，则至少需要2级变换结构。在本实施例中，将540V提升至1080V，只提升一倍电压，因此N＝1,仅有一级变换结构。第一类变换单元包括一个谐振槽路210、多个开关、控制电路和储能电容。一个谐振槽路，包含一个谐振电感器和一个谐振电容器，谐振电感器Lr与谐振电容Cr串联连接构成谐振槽路，即谐振腔，然而在其他实施方式中，谐振槽路亦可为谐振电感Lr和谐振电容Cr串联连接的等效电路。而谐振电感器可以为线路的分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航空电推进动力系统的电能变换电路，其特征在于，包括：/n直流配电母线，用以提供第一直流电压；/n直流/直流升压变压器，其输入端耦接于所述直流配电母线，用以将第一直流电压提升至第二直流电压；/n直流/交流降压逆变器，其输入端耦接于所述直流/直流升压变压器的输出端，用以将第二直流电压转化成交流电；/n永磁电机，耦接于所述交流电，用以将电能转化成机械能，驱动螺旋桨工作；/n所述交流电的电压大于或等于所述第一直流电压；/n所述直流/直流升压变压器包含N级变换结构，1≤N≤3且N∈Z，其中的一级变换结构由两个第一类变换单元以两相交错并联的方式构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种航空电推进动力系统的电能变换电路，其特征在于，包括：
直流配电母线，用以提供第一直流电压；
直流/直流升压变压器，其输入端耦接于所述直流配电母线，用以将第一直流电压提升至第二直流电压；
直流/交流降压逆变器，其输入端耦接于所述直流/直流升压变压器的输出端，用以将第二直流电压转化成交流电；
永磁电机，耦接于所述交流电，用以将电能转化成机械能，驱动螺旋桨工作；
所述交流电的电压大于或等于所述第一直流电压；
所述直流/直流升压变压器包含N级变换结构，1≤N≤3且N∈Z，其中的一级变换结构由两个第一类变换单元以两相交错并联的方式构成。


2.根据权利要求1所述的电能变换电路，其特征在于，所述第一类变换单元包括：
一个谐振槽路，包含至少一个谐振电感器和一个谐振电容器；
多个开关，每一个开关具有第一端子、第二端子以及用于接收控制信号的输入端，所述控制信号使所述开关处于开通状态或关断状态中，其中在所述开通状态中，在所述第一端子与所述第二端子之间建立传导路径，并且在所述关断状态中，在所述第一端子与所述第二端子之间消除所述传导路径；以及
控制电路，用于产生控制信号集合并将其施加到所述开关的输入端，以使通过开关的周期性切换将第一直流电压提升至第二直流电压。


3.根据权利要求2所述的电能变换电路，其特征在于，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，胡致强，王少波，肖刚，
申请(专利权)人：卧龙电气驱动集团股份有限公司，卧龙电气上海中央研究院有限公司，浙江龙创电机技术创新有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33