[发明专利]一种大功率永磁同步发电机电源系统及控制方法

说明书

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Vsubgt;z/subgt;、输出直流母线Vsubgt;o/subgt;以及DC/DC模块，本控制方法根据永磁同步发电机的霍尔位置信号，三相电流信号，直流母线电压，控制电路产生三相Boost全桥的驱动信号，控制三相Boost全桥将永磁同步发电机提供的变压变频交流电转化为270V直流电，并通过DC/DC模块将270V直流电转化28V直流电，还可通过多个DC/DC模块并联来扩大输出功率，适合于输出28V、功率为4kW以上的LVDC航空电源系统，可应用于航空无人机上。

技术领域

本发明属于电源技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

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：

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；

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；

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。

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。

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。

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。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明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。

本发明通过以下技术方案得以实现。