本發(fā)明公開了一種航空無刷直流發(fā)電系統(tǒng)及冗余欠壓保護方法，屬于航空電源系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著飛機對電源系統(tǒng)要求的不斷提高，傳統(tǒng)有刷直流發(fā)電機無法適應(yīng)高空、高速工況環(huán)境，并嚴重制約了飛機的可靠性、維修性，傳統(tǒng)有刷直流發(fā)電機逐漸由無刷直流發(fā)電系統(tǒng)替代，同時，無刷直流發(fā)電系統(tǒng)也要求逐漸降低重量，提高電壓品質(zhì)，增加工作時長，不斷完善系統(tǒng)故障診斷能力。國內(nèi)外相關(guān)機構(gòu)開展了基于開關(guān)磁阻電機、雙凸極電機、三級電勵磁同步電機以及永磁電機構(gòu)型的高壓、低壓系類無刷直流發(fā)電系統(tǒng)，并分別得到了實際裝機應(yīng)用。

2、直流電源通常在直流匯流條上連接有直流蓄電池，作為應(yīng)急電源，當(dāng)發(fā)電機出現(xiàn)故障退網(wǎng)后，可由蓄電池為直流匯流條設(shè)備供電。傳統(tǒng)有刷直流發(fā)電機組成的電源系統(tǒng)，設(shè)置有欠壓保護和反流保護，當(dāng)發(fā)電機故障輸出電壓過低時，尤其是當(dāng)?shù)陀谛铍姵仉妷汉螅瑫霈F(xiàn)蓄電池向電機繞組反向灌電流的異常情況，需要進行反流保護，斷開接觸器等。無刷直流發(fā)電系統(tǒng)，因為發(fā)電機繞組輸出采用二極管進行整流，二極管具有反流隔斷作用，即使發(fā)電機異常輸出電壓低，也不會出現(xiàn)蓄電池向發(fā)電機反流的情況。但為發(fā)電機欠電壓保護帶來了困難，由于調(diào)節(jié)點電壓通過直流主接觸器與蓄電池連接，當(dāng)發(fā)電機輸出電壓過低時，此時調(diào)節(jié)點電壓為蓄電池電壓，并不低于欠壓保護閾值，不進行保護。此時供電系統(tǒng)消耗蓄電池能量，當(dāng)調(diào)節(jié)點電壓低于欠壓保護閾值后，才進行欠壓保護，但此時蓄電池能量已有很大程度的消耗，為飛行器帶來了安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是：

2、本發(fā)明提供一種航空無刷直流發(fā)電系統(tǒng)冗余欠壓保護，可適應(yīng)于基于無刷直流發(fā)電機組成的航空電源系統(tǒng)，通過增加對發(fā)電機輸出交流電的采集，綜合處理發(fā)電機輸出的交流電和調(diào)節(jié)點電壓，優(yōu)化了欠壓故障判定邏輯，完善了欠壓故障保護功能，提高可系統(tǒng)安全性。

3、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

4、航空無刷直流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：無刷直流發(fā)電機、發(fā)電機控制單元、直流主饋線、直流主接觸器、直流匯流條、蓄電池；所述的無刷直流發(fā)電機為電勵磁發(fā)電機，包括電樞繞組、勵磁繞組、整流單元；所述的發(fā)電機控制單元，包括變壓器、整流橋、第一電壓檢測單元、第二電壓檢測單元、綜合處理單元、勵磁繼電器；所述電樞繞組的輸出端為三相發(fā)電機交流電壓，所述三相發(fā)電機交流電壓經(jīng)過整流單元整流后，通過直流主饋線連接直流主接觸器輸入端，直流主接觸器輸入端電壓即發(fā)電機調(diào)節(jié)點電壓；所述發(fā)電機調(diào)節(jié)點電壓與所述第一電壓檢測單元輸入端連接，第一電壓檢測單元輸出端與所述綜合處理單元輸入端連接；所述三相發(fā)電機交流電壓與所述變壓器輸入端連接，變壓器輸出端與所述整流橋輸入端連接，整流橋輸出端與第二電壓檢測單元輸入端連接，第二電壓檢測單元輸出端與所述綜合處理單元輸入端連接；所述綜合處理單元的輸出端分別與所述勵磁繼電器、直流主接觸器的控制端連接；所述勵磁繼電器輸出端與所述勵磁繞組連接；所述直流主接觸器輸出端與直流匯流條、蓄電池連接。

5、所述整流單元由六個二極管組成。

6、所述的直流主饋線為功率電纜。

7、所述的直流主接觸器為直流接觸器。

8、所述發(fā)電機控制單元通過調(diào)節(jié)勵磁繞組電流大小，從而調(diào)節(jié)電樞繞組輸出的三相發(fā)電機交流電壓。

9、所述綜合處理單元綜合所述第一電壓檢測單元和第二電壓檢測單元輸出的調(diào)節(jié)點電壓采集信號和交流電壓采集信號，通過欠電壓故障判定程序，確認發(fā)電機欠電壓故障結(jié)果。

10、航空無刷直流發(fā)電系統(tǒng)的冗余欠壓保護方法，

11、所述綜合處理單元采集第一電壓檢測單元輸入的調(diào)節(jié)點電壓采集信號，并設(shè)置有第一欠壓保護閾值uref1,電壓偏低閾值uref3；所述綜合處理單元采集第二電壓檢測單元輸入的交流電壓采集信號，并設(shè)置有第二欠壓保護閾值uref2；所述調(diào)節(jié)點電壓采集信號，若低于第一欠壓保護閾值u?ref1，延時預(yù)定時間后，確認發(fā)電機欠電壓故障；所述調(diào)節(jié)點電壓采集信號，高于第一欠壓保護閾值u?ref1，且低于電壓偏低閾值u?ref3時，同時所述交流電壓采集信號低于第二欠壓保護閾值u?ref2，延時預(yù)定時間后，確認發(fā)電機欠電壓故障；所述調(diào)節(jié)點電壓采集信號，在高于電壓偏低閾值u?ref3，所述電壓采集信號低于第二欠壓保護閾值uref2時，不判定為發(fā)電機欠電壓故障。

12、發(fā)電機控制單元判定為發(fā)電機欠電壓故障，斷開勵磁繼電器，停止發(fā)電機發(fā)電，以防止向發(fā)電機勵磁繞組提供勵磁信號。

13、發(fā)電機控制單元判定為發(fā)電機欠電壓故障，斷開發(fā)電機輸出端的直流主接觸器，停止發(fā)電機向直流匯流條供電。

14、本發(fā)明的有益效果是：

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

16、在采取傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)點電壓作為欠壓判定的條件基礎(chǔ)上，增加了對發(fā)電機交流電壓判定的冗余技術(shù)，解決了當(dāng)發(fā)電機出現(xiàn)故障而只判定調(diào)節(jié)點電壓，無法識別故障的風(fēng)險，防止在發(fā)電機無輸出情況下，用電設(shè)備過度消耗蓄電池電能，提高了系統(tǒng)安全性。

技術(shù)特征：

1.航空無刷直流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括無刷直流發(fā)電機、發(fā)電機控制單元、直流主饋線、直流主接觸器、直流匯流條、蓄電池；所述的無刷直流發(fā)電機為電勵磁發(fā)電機，包括電樞繞組、勵磁繞組、整流單元；所述的發(fā)電機控制單元，包括變壓器、整流橋、第一電壓檢測單元、第二電壓檢測單元、綜合處理單元、勵磁繼電器；所述電樞繞組的輸出端為三相發(fā)電機交流電壓，所述三相發(fā)電機交流電壓經(jīng)過整流單元整流后，通過直流主饋線連接直流主接觸器輸入端，直流主接觸器輸入端電壓即發(fā)電機調(diào)節(jié)點電壓；所述發(fā)電機調(diào)節(jié)點電壓與所述第一電壓檢測單元輸入端連接，第一電壓檢測單元輸出端與所述綜合處理單元輸入端連接；所述三相發(fā)電機交流電壓與所述變壓器輸入端連接，變壓器輸出端與所述整流橋輸入端連接，整流橋輸出端與第二電壓檢測單元輸入端連接，第二電壓檢測單元輸出端與所述綜合處理單元輸入端連接；所述綜合處理單元的輸出端分別與所述勵磁繼電器、直流主接觸器的控制端連接；所述勵磁繼電器輸出端與所述勵磁繞組連接；所述直流主接觸器輸出端與直流匯流條、蓄電池連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空無刷直流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述整流單元由六個二極管組成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空無刷直流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的直流主饋線為功率電纜。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空無刷直流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的直流主接觸器為直流接觸器。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空無刷直流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機控制單元通過調(diào)節(jié)勵磁繞組電流大小，從而調(diào)節(jié)電樞繞組輸出的三相發(fā)電機交流電壓。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空無刷直流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述綜合處理單元綜合所述第一電壓檢測單元和第二電壓檢測單元輸出的調(diào)節(jié)點電壓采集信號和交流電壓采集信號，通過欠電壓故障判定程序，確認發(fā)電機欠電壓故障結(jié)果。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項所述的航空無刷直流發(fā)電系統(tǒng)的冗余欠壓保護方法，其特征在于，所述綜合處理單元采集第一電壓檢測單元輸入的調(diào)節(jié)點電壓采集信號，并設(shè)置有第一欠壓保護閾值uref1,電壓偏低閾值uref3；所述綜合處理單元采集第二電壓檢測單元輸入的交流電壓采集信號，并設(shè)置有第二欠壓保護閾值uref2；所述調(diào)節(jié)點電壓采集信號，若低于第一欠壓保護閾值uref1，延時預(yù)定時間后，確認發(fā)電機欠電壓故障；所述調(diào)節(jié)點電壓采集信號，高于第一欠壓保護閾值uref1，且低于電壓偏低閾值uref3時，同時所述交流電壓采集信號低于第二欠壓保護閾值uref2，延時預(yù)定時間后，確認發(fā)電機欠電壓故障；所述調(diào)節(jié)點電壓采集信號，在高于電壓偏低閾值uref3，所述電壓采集信號低于第二欠壓保護閾值uref2時，不判定為發(fā)電機欠電壓故障。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的航空無刷直流發(fā)電系統(tǒng)的冗余欠壓保護方法，其特征在于，第一欠壓保護閾值uref1,根據(jù)技術(shù)協(xié)議確定，電壓偏低閾值uref2通常設(shè)定為調(diào)節(jié)點電壓正常工作范圍的最低值，第二欠壓保護閾值uref2低于第一欠壓保護閾值uref1。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的航空無刷直流發(fā)電系統(tǒng)的冗余欠壓保護方法，其特征在于，發(fā)電機控制單元判定為發(fā)電機欠電壓故障，斷開勵磁繼電器，停止發(fā)電機發(fā)電，以防止向發(fā)電機勵磁繞組提供勵磁信號。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的航空無刷直流發(fā)電系統(tǒng)的冗余欠壓保護方法，其特征在于，發(fā)電機控制單元判定為發(fā)電機欠電壓故障，斷開發(fā)電機輸出端的直流主接觸器，停止發(fā)電機向直流匯流條供電。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種航空無刷直流發(fā)電系統(tǒng)及冗余欠壓保護方法，屬于航空電源系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括監(jiān)測發(fā)電機輸出的直流調(diào)節(jié)點電壓，以及監(jiān)測發(fā)電機調(diào)節(jié)點電壓整流前的交流電壓。本發(fā)明還包括在調(diào)節(jié)點電壓和交流電壓兩處欠壓檢測單元和故障綜合處理單元。同時，本發(fā)明包括響應(yīng)欠壓保護而斷開勵磁繼電器，斷開勵磁繼電器防止向發(fā)電機勵磁提供信號。本發(fā)明包括響應(yīng)欠壓保護而斷開發(fā)電機輸出的主接觸器。在采取傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)點電壓作為欠壓判定的條件基礎(chǔ)上，增加了對發(fā)電機交流電壓判定的冗余技術(shù)，解決了當(dāng)發(fā)電機出現(xiàn)故障而只判定調(diào)節(jié)點電壓，無法識別故障的風(fēng)險，防止在發(fā)電機無輸出情況下，用電設(shè)備過度消耗蓄電池電能，提高了系統(tǒng)安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：趙雅周,李洋,張玉梅
受保護的技術(shù)使用者：北京曙光航空電氣有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21