本發(fā)明屬于電機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及一種航空兩級式混合勵(lì)磁起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浼捌淙蒎e(cuò)控制策略。

背景技術(shù)：

1、飛機(jī)多電/全電化是支撐綠色航空發(fā)展、提高飛機(jī)性能的重要途經(jīng)，多電飛機(jī)已成為21世紀(jì)飛機(jī)發(fā)展的重要方向。傳統(tǒng)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)需要專門的渦輪起動(dòng)機(jī)進(jìn)行起動(dòng)，在完成起動(dòng)后，空氣渦輪起動(dòng)機(jī)不再工作，成為飛機(jī)上的“死重”。基于電機(jī)的可逆原理，起動(dòng)發(fā)電一體化技術(shù)將航空發(fā)動(dòng)機(jī)電源系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)使用來驅(qū)動(dòng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，從而去除了空氣渦輪起動(dòng)機(jī)和相關(guān)裝置，簡化了發(fā)動(dòng)機(jī)電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在體積和重量減少的同時(shí)，系統(tǒng)的集成度和可維護(hù)性也進(jìn)一步提高，是航空電源系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢。

2、現(xiàn)有用于航空高壓直流電源系統(tǒng)的三級式起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)包括副勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器、主電機(jī)、起動(dòng)控制器、發(fā)電控制單元和發(fā)電整流電路以及起動(dòng)發(fā)電狀態(tài)切換器。其中，副勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁機(jī)和主電機(jī)同軸連接，構(gòu)成三級式電機(jī)結(jié)構(gòu)。勵(lì)磁機(jī)通過安裝在轉(zhuǎn)子側(cè)的旋轉(zhuǎn)整流器為主電機(jī)提供直流勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)主電機(jī)(電勵(lì)磁同步電機(jī))的無刷化以及勵(lì)磁電流可調(diào)。在系統(tǒng)起動(dòng)階段，由起動(dòng)控制器向勵(lì)磁機(jī)提供交流勵(lì)磁，并控制主電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到發(fā)電轉(zhuǎn)速后，由副勵(lì)磁機(jī)通過發(fā)電控制單元向勵(lì)磁機(jī)提供直流勵(lì)磁，主電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，經(jīng)三相不控整流電路輸出直流電給機(jī)載負(fù)載，并通過勵(lì)磁機(jī)的閉環(huán)勵(lì)磁調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)主電機(jī)穩(wěn)壓輸出。當(dāng)電機(jī)或負(fù)載發(fā)生短路故障時(shí)，可通過切斷勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)主電機(jī)直接滅磁，防止故障蔓延，可靠性高。

3、三級式起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)帶來的高可靠性優(yōu)勢使其具有航空應(yīng)用的巨大潛力，但也存在以下問題：

4、1)三級式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，集成度較低。起動(dòng)控制器僅用于系統(tǒng)起動(dòng)階段，副勵(lì)磁機(jī)僅在發(fā)電階段為勵(lì)磁機(jī)提供勵(lì)磁，不參與系統(tǒng)起動(dòng)；發(fā)電控制器(含發(fā)電控制單元和發(fā)電整流電路)僅用于系統(tǒng)發(fā)電階段。

5、2)容錯(cuò)運(yùn)行性能欠佳。三級式起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電階段發(fā)生短路故障后，直接切除勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全滅磁，使得系統(tǒng)在故障發(fā)生后無容錯(cuò)運(yùn)行能力；另外，當(dāng)勵(lì)磁機(jī)定子勵(lì)磁繞組、主電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組等發(fā)生開路故障時(shí)，主電機(jī)勵(lì)磁繞組上不再有勵(lì)磁電流，系統(tǒng)也無法容錯(cuò)發(fā)電運(yùn)行。

6、隨著機(jī)載用電設(shè)備容量的不斷提升和類型的不斷增加，多電/全電飛機(jī)對航空起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)提出了更高可靠性、更高集成度的需求。航空起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電容錯(cuò)運(yùn)行能力是保證系統(tǒng)故障后能夠繼續(xù)為通訊、導(dǎo)航、著陸等涉及安全返航的機(jī)載設(shè)備供電的關(guān)鍵，是進(jìn)一步提升飛機(jī)電源系統(tǒng)可靠性的重要途經(jīng)。因此，有必要通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提升進(jìn)一步提升起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)集成度，并通過容錯(cuò)控制進(jìn)一步提升起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)的可靠性。

7、現(xiàn)有航空三級式起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)由三個(gè)電機(jī)以及多個(gè)功率變換器組成，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成度低。此外當(dāng)主電機(jī)或勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，需要直接切除勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁，系統(tǒng)將不再工作，故障容錯(cuò)能力弱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、要解決的技術(shù)問題

2、為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種航空兩級式混合勵(lì)磁起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浼捌淙蒎e(cuò)控制策略。針對航空三級式起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)面臨的集成度低以及容錯(cuò)能力弱的問題，本發(fā)明提出兩級式混合勵(lì)磁起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)新型拓?fù)?，并基于此新型拓?fù)湓O(shè)計(jì)系統(tǒng)不同故障后的容錯(cuò)控制策略，提升航空起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)的集成度和容錯(cuò)能力。

3、技術(shù)方案

4、一種航空兩級式混合勵(lì)磁起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)?，其特征在于包括兩級式混合?lì)磁起動(dòng)發(fā)電機(jī)、起動(dòng)/發(fā)電控制器和切換開關(guān)；所述兩級式混合勵(lì)磁起動(dòng)發(fā)電機(jī)包括勵(lì)磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器和主電機(jī)；旋轉(zhuǎn)整流器輸入輸出側(cè)分別與勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞繞組以及主電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組連接；起動(dòng)/發(fā)電控制器包括共直流母線的勵(lì)磁機(jī)控制功率回路和主電機(jī)控制功率回路，勵(lì)磁機(jī)控制功率回路輸出側(cè)接勵(lì)磁機(jī)定子勵(lì)磁繞組，主電機(jī)功率控制回路輸出側(cè)接主電機(jī)雙三相繞組；切換開關(guān)輸入側(cè)接起動(dòng)/發(fā)電控制器直流母線，輸出側(cè)由g1和g2兩個(gè)觸點(diǎn)組成，g1觸點(diǎn)接機(jī)載電力系統(tǒng)匯流條，g2觸點(diǎn)接外部供電電源；系統(tǒng)起動(dòng)階段開關(guān)接通g2觸點(diǎn)，系統(tǒng)發(fā)電階段開關(guān)接通g1觸點(diǎn)。

5、所述主電機(jī)為混合勵(lì)磁雙三相同步電機(jī)。

6、所述主電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)為電勵(lì)磁和永磁體混合勵(lì)磁方式。

7、所述混合勵(lì)磁方式包括串聯(lián)混合勵(lì)磁、并聯(lián)混合勵(lì)磁或串并聯(lián)混合勵(lì)磁。

8、所述切換開關(guān)類型采用繼電器、接觸器或電力電子開關(guān)器件。

9、所述的勵(lì)磁機(jī)的類型包括：兩相勵(lì)磁機(jī)或三相勵(lì)磁機(jī)。

10、一種所述航空兩級式混合勵(lì)磁起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)涞娜蒎e(cuò)控制策略，其特征在于：

11、當(dāng)故障為第一種主電機(jī)勵(lì)磁繞組開路或短路、或第二種勵(lì)磁機(jī)電樞繞組短路或多相開路、或第三種勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組均開路或短路、或第四種旋轉(zhuǎn)整流器短路故障時(shí)：容錯(cuò)控制策略為切除勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓，主電機(jī)等效為永磁電機(jī)，按照永磁電機(jī)的發(fā)電控制方法進(jìn)行系統(tǒng)容錯(cuò)運(yùn)行；

12、當(dāng)故障為第五種旋轉(zhuǎn)整流器開路故障、或第六種勵(lì)磁機(jī)電樞組一相開路故障時(shí)：容錯(cuò)控制策略為勵(lì)磁機(jī)正常勵(lì)磁，主電機(jī)勵(lì)磁電流降低，系統(tǒng)降額容錯(cuò)運(yùn)行；

13、當(dāng)故障為勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組一相開路或短路故障時(shí)：容錯(cuò)控制策略為切除勵(lì)磁機(jī)故障相勵(lì)磁，主電機(jī)勵(lì)磁電流降低，系統(tǒng)降額容錯(cuò)運(yùn)行。

14、所述主電機(jī)在單純永磁勵(lì)磁情況下發(fā)生短路故障時(shí)其電樞繞組短路電流不超過系統(tǒng)發(fā)電運(yùn)行時(shí)的額定電流。

15、一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如所述容錯(cuò)控制策略的數(shù)據(jù)遷移方法的步驟。

16、一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述指令在被執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)所述的容錯(cuò)控制策略方法的的步驟。

17、有益效果

18、本發(fā)明提出的一種航空兩級式混合勵(lì)磁起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浼捌淙蒎e(cuò)控制策略，系統(tǒng)由勵(lì)磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器、主電機(jī)、起動(dòng)發(fā)電控制器和切換開關(guān)組成，其中主電機(jī)為混合勵(lì)磁雙三相同步電機(jī)。針對該系統(tǒng)的容錯(cuò)控制策略為：主電機(jī)電樞繞組開路或短路后，勵(lì)磁機(jī)正常運(yùn)行，主電機(jī)采用已有雙三相容錯(cuò)控制方法容錯(cuò)運(yùn)行；主電機(jī)勵(lì)磁繞組開路或短路、勵(lì)磁機(jī)電樞繞組開路或短路、勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組均開路或短路、旋轉(zhuǎn)整流器短路故障后，切除勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓，主電機(jī)等效為永磁電機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)容錯(cuò)運(yùn)行；旋轉(zhuǎn)整流器開路故障、勵(lì)磁機(jī)電樞組一相開路故障后，勵(lì)磁機(jī)正常勵(lì)磁，主電機(jī)勵(lì)磁電流降低，系統(tǒng)降額容錯(cuò)運(yùn)行；勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組一相開路或短路故障后，切除勵(lì)磁機(jī)故障相勵(lì)磁，主電機(jī)勵(lì)磁電流降低，系統(tǒng)降額容錯(cuò)運(yùn)行。

19、本發(fā)明所提出的航空兩級式混合勵(lì)磁起起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)去掉了原三級式起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)中的副勵(lì)磁機(jī)、發(fā)電機(jī)控制單元，將起動(dòng)控制器與發(fā)電整流電路集成為起動(dòng)/發(fā)電控制器，帶來的優(yōu)勢體現(xiàn)在：(1)減小了起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)體積重量，提升了系統(tǒng)集成度；(2)當(dāng)主電機(jī)電樞繞組、主電機(jī)勵(lì)磁繞組、旋轉(zhuǎn)整流器、勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組、勵(lì)磁機(jī)電樞繞組發(fā)生故障后，系統(tǒng)仍可繼續(xù)容錯(cuò)運(yùn)行，提升了航空起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)的容錯(cuò)能力及可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種航空兩級式混合勵(lì)磁起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)洌涮卣髟谟诎▋杉壥交旌蟿?lì)磁起動(dòng)發(fā)電機(jī)、起動(dòng)/發(fā)電控制器和切換開關(guān)；所述兩級式混合勵(lì)磁起動(dòng)發(fā)電機(jī)包括勵(lì)磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器和主電機(jī)；旋轉(zhuǎn)整流器輸入輸出側(cè)分別與勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞繞組以及主電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組連接；起動(dòng)/發(fā)電控制器包括共直流母線的勵(lì)磁機(jī)控制功率回路和主電機(jī)控制功率回路，勵(lì)磁機(jī)控制功率回路輸出側(cè)接勵(lì)磁機(jī)定子勵(lì)磁繞組，主電機(jī)功率控制回路輸出側(cè)接主電機(jī)雙三相繞組；切換開關(guān)輸入側(cè)接起動(dòng)/發(fā)電控制器直流母線，輸出側(cè)由g1和g2兩個(gè)觸點(diǎn)組成，g1觸點(diǎn)接機(jī)載電力系統(tǒng)匯流條，g2觸點(diǎn)接外部供電電源；系統(tǒng)起動(dòng)階段開關(guān)接通g2觸點(diǎn)，系統(tǒng)發(fā)電階段開關(guān)接通g1觸點(diǎn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述航空兩級式混合勵(lì)磁起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)?，其特征在于：所述主電機(jī)為混合勵(lì)磁雙三相同步電機(jī)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述航空兩級式混合勵(lì)磁起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)?，其特征在于：所述主電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)為電勵(lì)磁和永磁體混合勵(lì)磁方式。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述航空兩級式混合勵(lì)磁起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)?，其特征在于：所述混合?lì)磁方式包括串聯(lián)混合勵(lì)磁、并聯(lián)混合勵(lì)磁或串并聯(lián)混合勵(lì)磁。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述航空兩級式混合勵(lì)磁起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)?，其特征在于：所述切換開關(guān)類型采用繼電器、接觸器或電力電子開關(guān)器件。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述航空兩級式混合勵(lì)磁起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)?，其特征在于：所述的?lì)磁機(jī)的類型包括：兩相勵(lì)磁機(jī)或三相勵(lì)磁機(jī)。

7.一種權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述航空兩級式混合勵(lì)磁起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)涞娜蒎e(cuò)控制策略，其特征在于：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述容錯(cuò)控制策略，其特征在于：所述主電機(jī)在單純永磁勵(lì)磁情況下發(fā)生短路故障時(shí)其電樞繞組短路電流不超過系統(tǒng)發(fā)電運(yùn)行時(shí)的額定電流。

9.一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求7至8任一項(xiàng)所述容錯(cuò)控制策略的數(shù)據(jù)遷移方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述指令在被執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求7～8所述的容錯(cuò)控制策略方法的的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種航空兩級式混合勵(lì)磁起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浼捌淙蒎e(cuò)控制策略，拓?fù)溆蓜?lì)磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器、主電機(jī)、起動(dòng)發(fā)電控制器和切換開關(guān)組成。系統(tǒng)的容錯(cuò)控制策略：主電機(jī)電樞繞組開路或短路后，勵(lì)磁機(jī)正常運(yùn)行，主電機(jī)采用雙三相容錯(cuò)控制方法容錯(cuò)運(yùn)行；主電機(jī)勵(lì)磁繞組開路或短路、勵(lì)磁機(jī)電樞繞組開路或短路、勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組均開路或短路、旋轉(zhuǎn)整流器短路故障后，切除勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓，主電機(jī)等效為永磁電機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)容錯(cuò)運(yùn)行；旋轉(zhuǎn)整流器開路故障、勵(lì)磁機(jī)電樞組一相開路故障后，勵(lì)磁機(jī)正常勵(lì)磁，主電機(jī)勵(lì)磁電流降低，系統(tǒng)降額容錯(cuò)運(yùn)行；勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組一相開路或短路故障后，切除勵(lì)磁機(jī)故障相勵(lì)磁，主電機(jī)勵(lì)磁電流降低，系統(tǒng)降額容錯(cuò)運(yùn)行。

技術(shù)研發(fā)人員：焦寧飛,姚普,張環(huán)旭,梁培鑫,毛帥,劉衛(wèi)國
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26