【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空电源系统领域，具体涉及一种升压可控整流的宽转速三级式发电系统及其设计方法。
技术介绍
1、三级式发电系统由三级式发电机和控制器组成；三级式发电系统具有功率密度高、效率高、可靠性高和安全性高的特点。在航空领域，三级式发电系统被广泛应用于主发动机驱动的主电源、辅助动力装置驱动的辅助电源和冲压空气涡轮驱动的应急电源中；在辅助主源中，发电机工作转速通常保持为定值，在主电源和应用电源中，发电机工作转速范围通常在1.5倍左右；但是，随着宽变频交流电源系统和无人机电源系统的发展，发电系统的工作转速范围需要达到2～2.5倍。对于无人机电源系统，通常低转速时需要稳压，但输出功率允许随转速下降而降低。
2、航空发电系统通常需要在20％至20％额定负载间加载和甩载切换时，电压跃落和过冲符合瞬态特性要求。对于三级式发电系统而言，当发电转速超过1.5倍时，电源的瞬态特性通常很难通过电机设计和调压器励磁电流控制来保证。由于随着发电转速增加，电频率增加，主发电机电枢感抗增加，导致主发电机电枢电感上的压降增加，使得最高工作转速成为三级式发电系统瞬态特性设计的最恶劣工作工况点；导致三级式发电系统瞬态特性较差的原因主要包括主发电机定子与转子间的气隙小和励磁绕组的时间常数较大。由于发电机的时间常数较大，故在负载切换5ms以内的瞬态特性并不能通过调节励磁电流得到明显改善。气隙和时间常数由三级式发电机的固有特性决定，通过发电机设计很难有大幅的提升。因此，在控制器端，需要对主发电机的电枢绕组采取一定措施，来解决宽转速三级式发电系统的瞬态特性问
3、目前，输出交流电源频率为360hz～800hz的宽变频交流三级式发电系统主要通过添加过压瞬态保护单元来满足宽转速应用需求。过压瞬态保护单元首先对主发电机输出的三相交流电进行二极管不控整流，然后在整流桥的直流端通过功率管添加放电负载来实现甩载过冲电压抑制；然而，这种瞬态特性提升策略存在以下方面的不足：
4、1)仅对甩载造成的过压瞬态特性进行了补偿，对加载造成的瞬态电压跌落并不具有补偿效果；
5、2)由于在交流电源系统中，发电机输出直接与负载连接，并经过电力电子装置，很难通过添加电力电子装置的途径来提升瞬态特性。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种升压可控整流的宽转速三级式发电系统；
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种升压可控整流的宽转速三级式发电系统的设计方法。
3、本专利技术通过以下技术方案得以实现。
4、本专利技术提供的一种升压可控整流的宽转速三级式发电系统，包括包括三级式发电机和控制器，所述三级式发动机包括主发电机、主励磁机、副励磁机和位置传感器，所述控制器包括全控全桥、过压瞬态保护单元、支撑电容cdc、电压传感器、控制电路、整流桥、调压电路；
5、所述全控全桥的输出端正极和负极分别与过压瞬态保护单元的两端、支撑电容cdc的两端、电压传感器输入端的正极和负极、高压直流母线的正极和负极连接，全控全桥的三相交流的输入am、bm和cm端与主发电机电枢绕组wms的三相交流的输出am、bm和cm端连接；
6、所述电压传感器输出信号vdc端与控制电路连接；
7、所述控制电路输出驱动信号g1端、g2端和g3端分别与调压电路、全控全桥和过压瞬态保护单元连接，控制电路还与位置传感器输出电机位置信号θ端连接；
8、所述整流桥的三相交流的输入aa、ba和ca端与副励磁机电枢绕组wa的三相交流的输出aa、ba和ca端连接，整流桥的直流输出端分别与调压电路和控制电路的供电端连接；
9、所述调压电路输出的f+端和f-端分别与主励磁机励磁绕组wfs的f+端和f-端连接。
10、所述全控全桥包括igbt管q1、igbt管q2、igbt管q3、igbt管q4、igbt管q5、igbt管q6；
11、所述igbt管q1的发射极和igbt管q2的集电极与交流输入am端连接；所述igbt管q3的发射极和igbt管q4的集电极与交流输入bm端连接；所述igbt管q5的发射极和igbt管q6的集电极与交流输入cm端连接；
12、所述全控全桥输出端正极分别与igbt管q1、igbt管q3、igbt管q5的集电极连接；
13、所述全控全桥输出端负极分别与igbt管q2、igbt管q4、igbt管q6的发射极连接；
14、所述igbt管q1、igbt管q2、igbt管q3、igbt管q4、igbt管q5、igbt管q6的栅极分别用于连接驱动信号g11、驱动信号g12、驱动信号g13、驱动信号g14、驱动信号g15、驱动信号g16。
15、所述过压瞬态保护单元包括功率管q和电阻r；所述功率管q的集电极与全控全桥输出端正极连接，发射极经电阻r与全控全桥输出端负极连接。
16、一种升压可控整流的宽转速三级式发电系统的设计方法，设三级式发电机最低发电转速为nmin，最高发电转速为nmax，平均发电转速为nmid＝(nmin+nmax)/2，在三级式发电机发电转速达到0.8nmid时过载能力满足使用要求的情况下，按发电转速范围nmax/nmin>1.5倍的宽转速工作范围进行三级式发电系统设计，包括以下步骤：
17、步骤1：将调压电路的稳压期望电压vref值设计为270v；
18、步骤2：在0.8nmid～1.2nmid转速范围内，且主励磁机励磁电流iff未达到最大设计值时，通过调压电路对主励磁机的励磁电流进行调节来实现发电稳压，若励磁电流iff超过最大设计值时，控制电路控制通过三相六状态控制全控全桥对主发电机输出三相电压进行升压，并使全控全桥稳压控制的响应速度与调压电路励磁稳压控制的响应速度相等，全控全桥控制的稳压参考电压vref1值设计为260v；
19、步骤3：在0.8nmid～1.2nmid转速范围内，在全控全桥工作于自然整流状态情况下，通过三级式发电机、支撑电容cdc、调压电路和控制电路保证20％至170％额定负载间加载和甩载切换时的瞬态特性；
20、步骤4：在1.2nmid～nmax转速范围内，控制电路通过调节pwm脉冲宽度调节过压瞬态保护单元的吸收功率来保证170％至20％额定负载甩载切换时的瞬态特性；并将过压瞬态保护单元稳压控制响应速度设计成小于2ms，稳压参考电压vref3值设计为340v；
21、步骤5：在1.2nmid～nmax转速范围内，控制电路通过三相六状态控制全控全桥实现升压限幅来保证20％至170％额定负载加载切换时的瞬态特性，并将全控全桥控制的稳压参考电压vref2值设计为230v。
22、所述步骤2和步骤5的全控全桥的三相六状态控制包括以下步骤：
23、步骤2501：使位置传感器输出位置信号θ＝0°与空载下主发电机电枢绕组a相电压下降段过零点相对应；
24、步骤2502：定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种升压可控整流的宽转速三级式发电系统，其特征在于：包括三级式发电机和控制器，所述三级式发动机包括主发电机、主励磁机、副励磁机和位置传感器，所述控制器包括全控全桥、过压瞬态保护单元、支撑电容Cdc、电压传感器、控制电路、整流桥、调压电路；
2.如权利要求1所述的升压可控整流的宽转速三级式发电系统，其特征在于：所述全控全桥包括IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3、IGBT管Q4、IGBT管Q5、IGBT管Q6；
3.如权利要求1所述的升压可控整流的宽转速三级式发电系统，其特征在于：所述过压瞬态保护单元包括功率管Q和电阻R；所述功率管Q的集电极与全控全桥输出端正极连接，发射极经电阻R与全控全桥输出端负极连接。
4.一种升压可控整流的宽转速三级式发电系统的设计方法，应用于如权利要求1～3任意一项所述的升压可控整流的宽转速三级式发电系统，设三级式发电机最低发电转速为nmin，最高发电转速为nmax，平均发电转速为nmid＝(nmin+nmax)/2，在三级式发电机发电转速达到0.8nmid时过载能力满足使用要求的情况下，按发电转速范围nm
5.如权利要求4所述的一种升压可控整流的宽转速三级式发电系统的设计方法，其特征在于，所述步骤2和步骤5的全控全桥的三相六状态控制包括以下步骤：
6.如权利要求4所述的一种升压可控整流的宽转速三级式发电系统的设计方法，其特征在于：所述步骤3的通过三级式发电机、支撑电容Cdc、调压电路和控制电路保证20％至170％额定负载间加载和甩载切换时的瞬态特性，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的一种升压可控整流的宽转速三级式发电系统的设计方法，其特征在于，所述步骤304的对调压电路的高动态特性控制设计的具体步骤包括：
8.如权利要求6所述的一种升压可控整流的宽转速三级式发电系统的设计方法，其特征在于：所述步骤301的电流放大系数Imf/Iff呈高线性度通过使旋转整流器的负载因数Xfr/Rmr＝0.5～0.7，包括以下步骤：
9.如权利要求6所述的一种升压可控整流的宽转速三级式发电系统的设计方法，其特征在于：所述步骤302的低感抗Xms设计，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种升压可控整流的宽转速三级式发电系统，其特征在于：包括三级式发电机和控制器，所述三级式发动机包括主发电机、主励磁机、副励磁机和位置传感器，所述控制器包括全控全桥、过压瞬态保护单元、支撑电容cdc、电压传感器、控制电路、整流桥、调压电路；
2.如权利要求1所述的升压可控整流的宽转速三级式发电系统，其特征在于：所述全控全桥包括igbt管q1、igbt管q2、igbt管q3、igbt管q4、igbt管q5、igbt管q6；
3.如权利要求1所述的升压可控整流的宽转速三级式发电系统，其特征在于：所述过压瞬态保护单元包括功率管q和电阻r；所述功率管q的集电极与全控全桥输出端正极连接，发射极经电阻r与全控全桥输出端负极连接。
4.一种升压可控整流的宽转速三级式发电系统的设计方法，应用于如权利要求1～3任意一项所述的升压可控整流的宽转速三级式发电系统，设三级式发电机最低发电转速为nmin，最高发电转速为nmax，平均发电转速为nmid＝(nmin+nmax)/2，在三级式发电机发电转速达到0.8nmid时过载能力满足使用要求的情况下，按发电转速范围nmax/nm...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛开昶，陈强，石荣迪，罗宗鑫，袁光伟，
申请(专利权)人：贵州航天林泉电机有限公司，
类型：发明
国别省市：
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