一种航空低压直流用的大功率永磁同步发电机电源系统及控制方法技术方案

一种航空低压直流用的大功率永磁同步发电机电源系统及控制方法，包括永磁同步发电机、三相Boost全桥、控制电路、辅助电源、电流传感器、直流母线V

【技术实现步骤摘要】
一种航空低压直流用的大功率永磁同步发电机电源系统及控制方法


[0001]本专利技术属于电源
，具体涉及一种航空低压直流用的大功率永磁同步发电机电源系统及控制方法。

技术介绍

[0002]对于航空无人机，通过采用28V低压直流来为机载设备供电。无人机的用电功率正在由4kW以下向4～8kW提升。发动机通常会工作在2倍转速范围内。
[0003]永磁同步发电机电源系统包括永磁同步发电机和电源两部分，永磁同步发电机用于将发动机提供的机械能转化为变压变流的交流电能，电源用于将变压变流的交流电能转化为28V稳压直流来给航空无人机上的设备供电。电源包括AC/DC级和DC/DC级，AC/DC级实现变压变频交流到直流电压转化，DC/DC级用于实现整流后直流电到输出28V直流的转化。
[0004]航空航天领域对体积和重量较为敏感，如果能提高永磁同步发电机电源系统的效率，使永磁同步发电机电源系统的体积和重量大幅减小，将使永磁同步发电机电源系统具有显著的应用价值。
[0005]对于功率大于4kW的航空无人机用的永磁同步发电机电源系统，现有技术的永磁同步发电机和电源通常以下三种方案：
[0006]1、永磁同步发电机输出电压仍然为低压，电源采用非隔变换器拓扑；
[0007]2、永磁同步发电机输出为高压，电源AC/DC级采用二极管不控制整流将电机输出的变压变频交流转化为变压直流，然后电源DC/DC级通过隔离DC/DC变换器将变压高压直流转化为28V稳压直流；
[0008]3、永磁同步发电机输出为高压，电源AC/DC级采用数字控制的SVPWM将电机输出的变压变频交流转化为稳压高压直流，然后电源DC/DC级通过隔离DC/DC变换器将高压直流转化为28V稳压直流。
[0009]对于方案1，当功率大于4kW以上时，永磁同步发电机的电枢电流和电源的输入端电流均很大，工程实现较为困难；同时，由于单个宽输入范围的非隔离DC/DC模块功率较小，当输出功率大于4kW时，实现稳压的非隔变换器将需要采用较多的电源模块并联，会使并联模块数量超过8个，显著降低电源模块并联的可靠性。
[0010]对于方案2，当电源的隔离DC/DC级采用一级拓扑时，功率管和变压器需要同时兼顾高转速时的高压和低转速时大电流，使得一级DC/DC变换器实现难度高，且效率低、体积大。当电源的隔离DC/DC级采用两级拓扑时，电路复杂度较高。
[0011]对于方案3，AC/DC级需要采用数字控制才能实现电机输出的变压变频交流转化为稳压高压直流，控制算法较为复杂，对数字控制器的资源要求较高，同时数字控制系统的成本也较高。

技术实现思路

[0012]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种航空低压直流用的大功率永磁同步发电机电源系统及控制方法。
[0013]本专利技术通过以下技术方案得以实现。
[0014]本专利技术提供的一种航空低压直流用的大功率永磁同步发电机电源系统，包括永磁同步发电机、三相Boost全桥、控制电路、辅助电源、电流传感器、直流母线V
z
、输出直流母线V
o
以及DC/DC模块，所述永磁同步发电机的三相输出A、B和C经三相Boost全桥与直流母线Vz的正极和负极连接；所述DC/DC模块为多个且多个DC/DC模块为并联连接，直流母线V
z
的正极和负极经多个DC/DC模块与输出直流母线V
o
的正极和负极连接；所述辅助电源的输入正极和输入负极与分别与直流母线V
z
的正极和负极连接，辅助电源的输出端与控制电路的供电输入端连接；所述电流传感器为三个，其功率端分别与永磁同步发电机的三相输出A、B和C连接，所述三个电流传感器的输出端与控制电路连接；所述永磁同步发电机的霍尔位置信号端与控制电路连接，所述控制电路输出的驱动信号端与三相Boost全桥连接。
[0015]进一步的，所述三相Boost全桥，包括A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂和滤波电容C
dc
，所述A相桥臂、B相桥臂与C相桥臂均由一个二极管与一个IGBT管组成；所述永磁同步发电机A端与A相桥臂上部二极管D
A
的阳极和下部IGBT管Q
A
的集电极连接，A相桥臂上部二极管D
A
的阴极与直流母线V
z
的正极连接，A相桥臂下部IGBT管Q
A
的发射极E与直流母线V
z
的负极连接；永磁同步发电机B端与B相桥臂上部二极管D
B
的阳极和下部IGBT管Q
B
的集电极连接，B相桥臂上部二极管D
B
的阴极与直流母线V
z
的正极连接，B相桥臂下部IGBT管Q
B
的发射极E与直流母线V
z
的负极连接；永磁同步发电机C端与C相桥臂上部二极管D
C
的阳极和下部IGBT管Q
C
的集电极C连接，C相桥臂上部二极管D
C
的阴极与直流母线V
z
的正极连接，C相桥臂下部IGBT管Q
C
的发射极E与直流母线V
z
的负极连接，滤波电容C
dc
两端分别与直流母线V
z
的正极和负极连接构成。
[0016]进一步的，所述控制电路包括第一输出集电极开路比较器C
A
、第二输出集电极开路比较器C
B
、第三输出集电极开路比较器C
C
以及一个非门，所述第一输出集电极开路比较器C
A
、第二输出集电极开路比较器C
B
以及第三输出集电极开路比较器C
C
的同相输入端接入正电流阀值参考信号I
max
；所述永磁同步发电机的A相电流信号i
A
与第一输出集电极开路比较器C
A
的反相输入端连接，永磁同步发电机的B相电流信号i
B
与第二输出集电极开路比较器C
B
的反相输入端连接，永磁同步发电机的C相电流信号i
C
与第三输出集电极开路比较器C
C
的反相输入端连接，第一输出集电极开路比较器C
A
、第二输出集电极开路比较器C
B
、第三输出集电极开路比较器C
C
的供电电源V
cc
经一个电阻与第一输出集电极开路比较器C
A
、第二输出集电极开路比较器C
B
、第三输出集电极开路比较器C
C
的输出端以及非门的输入端连接，非门的输出端输出过流信号I
shut
。
[0017]进一步的，所述控制电路包括电压环、比较器C、RS触发器、与门和选通器；所述电压环的同相输入端接入稳压参考值V
ref
，电压环的反相输入端与直流母线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空低压直流用的大功率永磁同步发电机电源系统，其特征在于：包括永磁同步发电机、三相Boost全桥、控制电路、辅助电源、电流传感器、直流母线V
z
、输出直流母线V
o
以及DC/DC模块，所述永磁同步发电机的三相输出A、B和C经三相Boost全桥与直流母线V
z
的正极和负极连接；所述DC/DC模块为多个且多个DC/DC模块为并联连接，直流母线V
z
的正极和负极经多个DC/DC模块与输出直流母线V
o
的正极和负极连接；所述辅助电源的输入正极和输入负极与分别与直流母线V
z
的正极和负极连接，辅助电源的输出端与控制电路的供电输入端连接；所述电流传感器为三个，其功率端分别与永磁同步发电机的三相输出A、B和C连接，所述三个电流传感器的输出端与控制电路连接；所述永磁同步发电机的霍尔位置信号端与控制电路连接，所述控制电路输出的驱动信号端与三相Boost全桥连接。2.如权利要求1所述的航空低压直流用的大功率永磁同步发电机电源系统，其特征在于：所述三相Boost全桥，包括A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂和滤波电容C
dc
，所述A相桥臂、B相桥臂与C相桥臂均由一个二极管与一个IGBT管组成；所述永磁同步发电机A端与A相桥臂上部二极管D
A
的阳极和下部IGBT管Q
A
的集电极连接，A相桥臂上部二极管D
A
的阴极与直流母线V
z
的正极连接，A相桥臂下部IGBT管Q
A
的发射极E与直流母线V
z
的负极连接；永磁同步发电机B端与B相桥臂上部二极管D
B
的阳极和下部IGBT管Q
B
的集电极连接，B相桥臂上部二极管D
B
的阴极与直流母线V
z
的正极连接，B相桥臂下部IGBT管Q
B
的发射极E与直流母线V
z
的负极连接；永磁同步发电机C端与C相桥臂上部二极管D
C
的阳极和下部IGBT管Q
C
的集电极C连接，C相桥臂上部二极管D
C
的阴极与直流母线V
z
的正极连接，C相桥臂下部IGBT管Q
C
的发射极E与直流母线V
z
的负极连接，滤波电容C
dc
两端分别与直流母线V
z
的正极和负极连接构成。3.如权利要求1所述的航空低压直流用的大功率永磁同步发电机电源系统，其特征在于：所述控制电路包括第一输出集电极开路比较器C
A
、第二输出集电极开路比较器C
B
、第三输出集电极开路比较器C
C
以及一个非门，所述第一输出集电极开路比较器C
A
、第二输出集电极开路比较器C
B
以及第三输出集电极开路比较器C
C
的同相输入端接入正电流阀值参考信号I
max
；所述永磁同步发电机的A相电流信号i
A
与第一输出集电极开路比较器C
A
的反相输入端连接，永磁同步发电机的B相电流信号i
B
与第二输出集电极开路比较器C
B
的反相输入端连接，永磁同步发电机的C相电流信号i
C
与第三输出集电极开路比较器C
C
的反相输入端连接，第一输出集电极开路比较器C
A
、第二输出集电极开路比较器C
B
、第三输出集电极开路比较器C
C
的供电电源V
cc
经一个电阻与第一输出集电极开路比较器C
A
、第二输出集电极开路比较器C
B
、第三输出集电极开路比较器C
C
的输出端以及非门的输入端连接，非门的输出端输出过流信号I
shut
。4.如权利要求3所述的航空低压直流用的大功率永磁同步发电机电源系统，其特征在于：所述控制电路包括电压环、比较器C、RS触发器、与门和选通器；所述电压环的同相输入端接入稳压参考值V
ref
，电压环的反相输入端与直流母线V
z
连接，电压环输出端与比较器C
的同相输入端连接；比较器C的反相输入端输入一个三角波信号V
tri
，输出端分别与RS触发器的输入端和与门的一输入端连接；过流信号Ishut接入RS触发器的输入端，RS触发器的输出端输出使能信号En至与门的另一输入端；与门输出信号端与选通器的输入端连接，永磁同步发电机的霍尔位置信号P
A
、P
B
和P
C
与选通器的控制端连接，选通器...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛开昶，黄彪，祝冠宇，兰小兵，
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：