一种双余度永磁同步起动/发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双余度永磁同步起动/发电系统，包括双余度永磁同步起动/发电机以及安装与其机体的控制器，所述主控板包括两套核心处理器，两套用于驱动逆变功率器件和固态开关的驱动信号模块，两套用于传感器的传感信号处理模块，以及板内数据联通的内部总线及通讯模块和电源切换/保护模块，所述控制器与地面台电源电性连接，且所述控制器通过机载动力母线外接动力电池和机载负载，所述通讯模块外接飞控通讯和地台通讯。本发明专利技术解决传统励磁起动发电机的输出转矩不高、功率密度不足、效率低的问题；本发明专利技术的控制器由两套核心控制器、逆变器、信号模块、驱动模块组成双余度控制器；具有过压、过流、反流、反极性保护。反极性保护。反极性保护。

【技术实现步骤摘要】
一种双余度永磁同步起动/发电系统


[0001]本专利技术涉及发动机起动/发电系统
，特别涉及一种双余度永磁同步起动/发电系统。

技术介绍

[0002]航空发动机起动/发电系统(SGS)，是飞机等航空器初始动力与电源系统的核心。航空器初始动力指的是航空器燃料发动机起动过程，是把电能转化为发动机旋转动能，并使发动机形成可控运行条件的过程。飞机的电源系统是将航空发动机的机械能转化为电能，供飞机的机电系统、电子系统使用。
[0003]目前我国飞机的一体化起动/发电系统，大多采用的三级式起动/发电机，是由三级式无刷发电机的基础上进行改造，使其具有起动能力，能够顺利起动航空发动机。三级式起动/发电机的励磁系统由励磁机与整流器组成，由于航空发动机在起动阶段转速低，在发电阶段时转速高，因此采用励磁方式的整体激磁是无法满足航空所需的高效率、高可靠性要求的，并且体积和重量较大、系统复杂。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出的一种手持式数据采集装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种双余度永磁同步起动/发电系统，包括双余度永磁同步起动/发电机以及安装与其机体的控制器，所述双余度永磁同步起动/发电机连接涡轮发动机，且所述双余度永磁同步起动/发电机与双余度永磁同步起动/发电控制器电性连接，所述控制器包括二套功率逆变模块、功率器件和主控板，所述主控板包括两套核心处理器(CPU)，两套用于驱动逆变功率器件和固态开关的驱动信号模块，两套用于传感器的传感信号处理模块，以及板内数据联通的内部总线及通讯模块和电源切换/保护模块，所述控制器与地面台电源电性连接，且所述控制器通过机载动力母线外接动力电池和机载负载，所述通讯模块外接飞控通讯和地台通讯等外部通讯，所述传感信号处理模块的监测包括起动/发电机电压、电流、温度，机载动力母线电压、电流，电源切换/保护模块用于监测地台辅助动力电压、电流；控制器内两套所述核心处理器、驱动信号模块、信号处理模块、通讯模块等模块之间通过内部总线进行数据连接，所述通讯模块与外部通讯建立数据连接。
[0007]作为本专利技术的进一步方案，所述功率器件包括但不限于IGBT、MOSFEF、MCT、IGCT、SiC；K1、K2、K3、K4为固态双向直流断路器，K5、K6为接触器；SIV1、SIV2为两组电驱的电压、电流传感器；SIV3、SIV4为两组逆变模块直流端的电压、电流传感器；SIV5为K1、K2输出并联端电压、电流传感器；SIV6为地面台电源电压、电流传感器；SIV7为机载内部电源电压、电流传感器；T1、T2为电驱绕组温度传感器。
[0008]作为本专利技术的进一步方案，所述起动/发电机的转速与转子位置感知采用无位置传感器的方式，其方法包括但不限于滑模观测器(SMO)、扩展卡尔曼滤波器(EKF)、自适应全
阶观测器。
[0009]作为本专利技术的进一步方案，所述起动的控制流程如下：
[0010]启动发动机准备，开启起动/发电系统，固态断路器K3、K4断开，接触器K5、K6断开，地面电源插头插入，地面台外部通讯接入，起动/发电系统检测输入电源的电压参数值(传感器SIV6)，电压参数正常；
[0011]地面台发出起动指令，起动/发电系统执行起动指令，接触器K5接通然后固态断路器K3接通，系统通过传感器SIV5检测接通后电源电压、电流参数，参数正常则固态断路器K1、K2接通，为逆变模块Q1、Q2供电；
[0012]主控板根据传感器SIV3、SIV4以及绕组端传感器SIV1、SIV2的电压、电流信号，经过运算后按照设定程序同步向两个电机的逆变模块发出SVPWM触发信号，电机带动发动机逐步旋转提速；
[0013]当发动机达到预设的起动转速阈值时，发动机起动完成，SVPWM触发信号停止，所有逆变模块的功率器件均为开路，相应的固态断路器、接触器按照次序断开，1
‑
K1、K2，2
‑
K3，3
‑
K5，发动机起动结束。
[0014]作为本专利技术的进一步方案，每一组电机与其对应的逆变模块(全控整流桥)组成完整一套发电系统；发电的功率，根据负载需求通过控制单一绕组发电或两个绕组同时发电，每套发电系统在发动机最高转速时所发电能为整机用电额定功率。
[0015]作为本专利技术的进一步方案，所述发电流程如下：检测发电初始的发动机转速(传感器SIV1、SIV2)、绕组端空载电压(传感器SIV1、SIV2)、绕组温度(传感器T1、T2)、负载电流、电压(传感器SIV7)的状态参数；
[0016]参数正常，根据获取数据进行运算并发出控制信号，逆变模块(全控整流桥)运行，固态断路器K1或K2或K1 and K2接通，系统读取传感器SIV5的参数；
[0017]数据正常，接通接触器K6，然后再接通固态断路器K4，系统读取发动机转速(传感器SIV1、SIV2)、绕组端电压、电流(传感器SIV1、SIV2)、负载电流、电压(传感器SIV7)的动态参数，根据获取数据进行运算，并发出逆变模块(全控整流桥)的PWM控制信号，实时调整发电的电压、功率。
[0018]作为本专利技术的进一步方案，两组电驱绕组与两组永磁转子和对应的逆变模块，组成两个相对独立的起动/发电机，当一个起动/发电机故障时，可以用一个来维持基本的用电负荷。
[0019]作为本专利技术的进一步方案，主控板的器件的两套核心处理器(CPU)，两套逆变模块信号模块、两套传感器信号处理的模块，采用主从方式工作，相关的控制数据和采集数据均分别存储在两个CPU上，两个CPU同时进行运算处理，正常情况下主CPU和主模块负责程序执行，同时系统采用定期自检，当主系统出现错误时或故障时，从系统即刻接管控制。
[0020]作为本专利技术的进一步方案，还包括过压保护：当传感器SIV1、SIV2检测到绕组端电压超阈值时，相对应的逆变器停止工作，电压恢复后开始工作；当传感器SIV3、SIV4检测到逆变模块输出端电压超阈值时，对应的固态断路器K1、K2停止工作，电压恢复后开始工作；当传感器SIV5检测到汇流端电压超阈值时，对应的固态断路器K4停止工作，电压恢复后开始工作。
[0021]作为本专利技术的进一步方案，还包括过流保护：当传感器SIV7检测到负载端电流超
阈值时，对应的固态断路器K4停止工作，电流恢复后开始工作。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]本专利技术实施例提供了一种双余度永磁同步起动/发电系统，解决传统励磁起动发电机的输出转矩不高、功率密度不足、效率低的问题，在实践中实现大于97％的效率，功率重量比大于5KW/KG；本专利技术的控制器由两套核心控制器、逆变器、信号模块、驱动模块组成双余度控制器；本专利技术的逆变器，可以把直流电源逆变为可变频交流电驱动起动电机，并且可以把交流发电机的交流电全控整流为直流电，具备双向逆变功能，两套发电系统可以根据负载状态同时发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双余度永磁同步起动/发电系统，包括双余度永磁同步起动/发电机以及安装与其机体的控制器，其特征在于，所述双余度永磁同步起动/发电机连接涡轮发动机，且所述双余度永磁同步起动/发电机与双余度永磁同步起动/发电控制器电性连接，所述控制器包括二套功率逆变模块、功率器件和主控板，所述主控板包括两套核心处理器，两套用于驱动逆变功率器件和固态开关的驱动信号模块，两套用于传感器的传感信号处理模块，以及板内数据联通的内部总线及通讯模块和电源切换/保护模块，所述控制器与地面台电源电性连接，且所述控制器通过机载动力母线外接动力电池和机载负载，所述通讯模块外接外部通讯，包括飞控通讯和地台通讯，所述传感信号处理模块的监测包括起动/发电机电压、电流、温度，机载动力母线电压、电流，电源切换/保护模块用于监测地台辅助动力电压、电流。2.根据权利要求1所述的一种双余度永磁同步起动/发电系统，其特征在于，所述功率器件包括IGBT、MOSFEF、MCT、IGCT、SiC；K1、K2、K3、K4为固态双向直流断路器，K5、K6为接触器；SIV1、SIV2为两组电驱的电压、电流传感器；SIV3、SIV4为两组逆变模块直流端的电压、电流传感器；SIV5为K1、K2输出并联端电压、电流传感器；SIV6为地面台电源电压、电流传感器；SIV7为机载内部电源电压、电流传感器；T1、T2为电驱绕组温度传感器。3.根据权利要求1所述的一种双余度永磁同步起动/发电系统，其特征在于，所述起动/发电机的转速与转子位置感知采用无位置传感器的方式，其方法包括滑模观测器、扩展卡尔曼滤波器、自适应全阶观测器。4.根据权利要求2所述的一种双余度永磁同步起动/发电系统，其特征在于，所述起动的控制流程如下：启动发动机准备，开启起动/发电系统，固态断路器K3、K4断开，接触器K5、K6断开，地面电源插头插入，地面台外部通讯接入，起动/发电系统通过传感器SIV6检测输入电源的电压参数值，电压参数正常；地面台发出起动指令，起动/发电系统执行起动指令，接触器K5接通然后固态断路器K3接通，系统通过传感器SIV5检测接通后电源电压、电流参数，参数正常则固态断路器K1、K2接通，为逆变模块Q1、Q2供电；主控板根据传感器SIV3、SIV4以及绕组端传感器SIV1、SIV2的电压、电流信号，经过运算后按照设定程序同步向两个电机的逆变模块发出SVPWM触发信号，电机带动发动机逐步旋转提速；当发动机达到预设的起动转速阈值时，发动机起动完成，SVPWM触发信号停止，所有逆变模块的功率器件均为开路，相应的固态断路器、接触器按照次序断开，1

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：捷瑞航空动力科技深圳有限责任公司，
类型：发明
国别省市：