多/全电飞机用高速开关磁阻起动/发电机详细设计(英文)

简要叙述了多/全电飞机(M/AEA)的基本概念及突出优点。作为实现M/AEA的关键技术,引入了组合起动/发电机(CS/G)系统。通过对M/AEA起动过程及电能需求的研究得到了CS/G系统的性能指标。基于这些性能指标,设计了一台高速开关磁阻起动/发电机(SRS/G)。整个设计过程分为两个主要阶段:电磁设计阶段及热设计阶段。在电磁设计阶段,通过计算得到了电机的电磁结构及尺寸以及每极相绕组匝数,同时给出了功率变换器的拓扑及主要的性能参数;在热设计阶段,基于对电机详细的热分析,设计了一个水冷系统,并证明了其适用性。在文章的最后,对所设计的SRS/G的运行性能进行了初步的验证,简要阐述了在不同运行模式下的优化励磁原则,并以电动状态为例给出了优化结果。     

改善开关磁阻ISG性能的控制策略研究

 针对宽转速范围开关磁阻ISG 的起动转矩平稳性差和发电性能不理想, 提出用TMS302C31 和CPLD 协调工作以改善开关磁阻ISG 性能的控制思路, 给出了起动和发电状态详细的CPLD 时序控制逻辑仿真图、绕组相电流波形仿真图和原理样机实测波形图; 讨论了I SG 在典型状态的DSP 的控制策略框图, 试验结果表明, 发电状态在4 倍负载突加、2 倍突卸条件下, 其稳态和瞬态性能仍满足MIL-STD-704E 标准。     

电动车开关磁阻电机驱动和保护控制策略研究

传统开关磁阻电机(SRM)起动时采用电流斩波控制(CCC),中高速阶段采用角度位置控制(APC)对转速进行调节。但在电动车领域的SRM驱动控制中,通常采用基于脉宽调制(PWM)控制的方式来实现电机的开环调速。在传统SRM控制方式的基础上,提出了一种动态斩波的起动方式以及一种PWM控制与APC控制相结合的中高速运行的综合控制策略,可确保电机在不同负载下平稳起动、瞬间提速和稳定运行。与此同时,对控制器保护环节中最为关键的过流保护和堵转保护进行了设计,提升了整个驱动系统的可靠性。为了验证所提驱动控制策略和保护方法的可行性,在以STM32F103处理器为控制核心的控制器和1台12/8结构电动车SRM上进行了系统的试验。试验结果表明在该控制算法下,电机能够快速起动和稳定运行,且能检测到故障并及时保护,证明了该算法的正确性。     

航空起动/发电系统的发展趋势与研究现状

探讨了航空电源系统的发展趋势。概括总结了"多电与全电飞机"中的大功率发电机制造、绝缘材料与有源器件以及耐高压大功率载流开关器件等关键技术的现状和发展。并就各起动/发电系统的特点、国内外研究现状和存在的问题进行了较为全面地分析与比较。最后,对航空起动/发电系统的趋势及技术进行了简要的总结。     

高速开关磁阻电机用纳米晶定子铁心磁特性研究

以1台4/2极结构高速开关磁阻电机(SRM)为研究对象,研究纳米晶铁心磁特性及其对电机性能的影响。将采用叠块切割法制备的纳米晶定子铁心与传统硅钢冲片铁心做对比测试。搭建电机测试系统,对分别装配两种定子铁心电机的静态特性和负载运行性能做对比分析。结果表明:纳米晶合金铁心具有高磁导率、低矫顽力及低损耗特性,在1 kHz、1 T条件下,其损耗仅为35W300硅钢铁心的1/20；纳米晶合金铁心提高了SRM在铁心不饱和区的相电感峰值,并在转速25 000 r/min负载运行下显著降低了电机温升和输入功率。研究结果可为高效、高速SRM设计提供参考。     

一种适用于航空发电机系统的闭环I/f控制方法

航空发动机起动发电系统要求在热机与冷机情况不同负载转矩未知且突变明显时都能够可靠起动,且要求起动时间尽可能短。传统的永磁同步电机开环I/f控制方法存在转速调节时间长、电流利用率低、给定电流与负载转矩不匹配时易发生失步现象等问题,因此并不适用于航空发动机起动发电系统。针对此问题,提出了一种基于瞬时功率检测的改进闭环I/f控制策略,通过检测瞬时有功功率的扰动量对给定电流矢量的角速度进行补偿,增加系统阻尼转矩分量,加快转速收敛;通过检测瞬时无功功率调节电流矢量幅值,使电机工作在最大转矩/电流比状态,适应负载转矩的突变。同时建立了基于小信号的线性化模型,对传统开环I/f与改进闭环I/f控制方法的稳定性及鲁棒性进行了分析,选取了合适的阻尼补偿系数。最后通过仿真及试验验证了改进闭环I/f起动控制方法可以减小升速阶段转速波动约±60 r/min,减小转速达到稳定的收敛时间约0.3 s,提高电流利用率约20%,且能够适应航空发动机起动发电系统中未知且突变的负载转矩,及时对给定电流进行调整,不再会出现失步现象,实现可靠起动,可以有效地应用在航空发动机起动发电系统中。     

同步发电机整流系统带恒功率负载的稳定性分析

 在现代飞行器电源系统负载中,功率变换器和电动机驱动装置大量增加,所表现出的负阻抗特性对系统稳定性产生十分重要的影响。采用状态空间平均法对同步发电机整流系统带恒功率负载(CPL)的稳定性进行了分析研究。建立了同步发电机整流系统同时带阻性负载和恒功率负载时的小信号数学模型,通过讨论负载参数对系统稳定性的影响,得到系统带恒功率负载时的极限值和稳定工作区域,所设计的串联校正环节在一定程度上改善系统响应快速性的同时,使系统的相角裕度增加了53°,有效地提高了系统的稳定性。     

基于阻尼补偿的直流发电机带恒功率负载系统稳定性分析

提出了一种提高基于阻尼补偿的直流(DC)发电机带恒功率负载(CPL)系统稳定性的方法.依据输入滤波器输出阻抗极大值最小原则对基于阻尼补偿的直流发电机带恒功率负载系统输入滤波器参数进行了最优设计,给出了设计方法和流程.运用Bode图和Nyquist曲线对基于阻尼补偿的直流发电机带恒功率负载系统进行稳定性分析,并与在输出端...     

开关磁阻电机在游梁抽油机的应用与分析

分析了游梁抽油机的负载特性,介绍了开关磁阻电机(SRM)的工作原理及其应用于抽油机电机的特点和优势,并分析探讨了SRM的控制结构及应用于抽油机系统的控制策略。基于模拟抽油机负荷特性建立的SRM试验平台进行了测试,结果表明SRM应用于抽油机有很高的运行效率和节能效果。SRM本身具有结构简单、可靠性高、控制灵活、调速性能好、运行效率高、温升低等优点,将其应用于抽油机系统有其独特的先天优势,能提高整个抽油机系统的运行效率和实现较好的节能效果。应用于新疆油田采油厂现场的测试结果进一步验证了该结论。     

多电飞机电源系统的负载稳定性分析

阐述了恒功率负载的概念及其特性,介绍了电源系统中恒功率负载的工作原理,并对多电飞机电源系统的系统特性进行了分析。在此分析基础上,提出了解决负阻抗特性引起的飞机电源系统不稳定的方法,最后给出了保证系统稳定的条件。     

Detailed Design of a High Speed Switched Reluctance Starter/Generator for More/All Electric Aircraft

The basic concepts and advantages of more/all electric aircraft (M/AEA) are briefly addressed. The combined starter/generator (CS/G) system is introduced as a key technology to enable M/AEA. Some important performance requirements for CS/G system are obtained. Based on these requirements, a high speed switched reluctance machine (SRM) is designed to operate as a starter/generator. The entire design process is mainly divided into two stages: electromagnetic design and thermal design. In electromagnetic design stage, the electromagnetic structure and dimensions of the machine and the number of phase winding turns per pole are obtained; the topology and main technical details of the converter are briefly introduced as well. In thermal design stage, a liquid-cooling system is designed based on the thermal analysis of the machine. In the end, the performances of the designed SRM are basically verified by simulation. To get high performances, the exciting angles are optimized in two different operating modes respectively, and the optimized performances in the motoring mode are given as well.     

Potential starter/generator technology for future aerospaceapplication

This paper presents a search and comparative review of the literature available on variable speed constant frequency (VSCF) technologies. In particular, most of the progress made in the past ten years, using power electronics and electric machines for VSCF systems is reported. Two VSCF systems, based on induction and switched reluctance machine technologies, are presented. The research on the singly- and doubly-fed induction machines has focused on VSCF for wind power generation; whereas, that on switched reluctance machines has been directly studied as a VSCF technology in aircraft system. Results obtained so far favor the switched reluctance machine over the induction machine. Based on the foregoing comparative review, it is recommended that the induction machine be fully investigated as a VSCF drive in aircraft system. The findings should then be compared with the counterpart SRM system. Issues of comparison may include fault tolerance and redundancy, power density, torque requirements, overload ratings, temperature range and cooling, efficiency and stability over expected operating speed range     

Potential starter/generator technologies for future aerospaceapplications

This paper presents a search and comparative review of the literature available on variable speed constant frequency (VSCF) technologies. In particular, most of the progress made in the past ten years, using power electronics and electric machines for VSCF systems, is reported. Two VSCF systems, based on induction and switched reluctance machine technologies are presented. The research on the singly- and doubly-fed induction machines has focused on VSCF for wind power generation, whereas that on switched reluctance machines has been directly studied as a VSCF technology in aircraft systems. Results obtained so far favor the switched reluctance machine over the induction machine. Based on the foregoing comparative review, it is recommended that the induction machine be fully investigated as a VSCF drive for aircraft systems. The findings should then be compared with the counterpart SRM system. Issues of comparison may include fault tolerance and redundancy, power density, torque requirements, overload ratings, temperature range and cooling, efficiency and stability over expected operating speed range     

基于TTP协议的飞机配电系统通信仿真研究

针对飞机配电系统典型单元,建立基于时间触发的四节点控制与通信模型;实现系统典型节点的信号交互,并进行实时控制与仿真分析。以供电系统处理机(PSP)、发电机控制器和汇流条控制器的组合(GCUs+BPCU),某个负载管理中心(ELMC)、以及多个固态功率控制器(SSPCs)为四个典型节点,在研究模型节点内部控制与逻辑关系、建立消息时刻表的基础上,仿真了配电系统在双发、单发、应急情况下,汇流条和负载的自动管理。仿真结果表明,信号严格按照确定的消息时刻表传送,通信具有较高的实时性和可靠性。研究结果为时间触发协议在航空器领域的应用提供了参考。     

起动发电机在中国大型客机上的应用

变频交流（AC）发电机在三级式恒频交流同步发电机的基础上发展而来，其宽的变速工作范围给发电机系统带来了新的特点，而变频交流起动发电机又是在变频交流发电机基础上进一步发展的，其运行条件及工作特性更为复杂。首先介绍变频交流发电机的结构特点，并给出其设计关键点以及变频工作对发电系统的影响；进一步针对变频交流起动发电机新增的起动功能，重点分析起动工作时励磁机的两种工作方式，并给出建议的工作方式。通过分析现有变频交流起动发电机及其起动发电系统，指出进一步提高其功率密度和效率是完全可能且必要的，从而为其在中国未来大型客机上的应用和发展提供参考与建议。     

一种新型的双凸极起动/发电机的研究及实践

介绍一种可以适应于航空低压直流、变速恒频、高压直流电气系统的新型双凸极起动 /发电机系统 ,并对其电动及发电机理进行了理论研究 ,给出起动 /发电机的相应控制策略 ,在此基础上研制了 18k W样机并进行了原理试验研究 ,试验结果表明 :双凸极电机起动 /发电系统的方案具有结构简单、可靠及控制方便等优点 ,适合作航空用起动 /发电机     

Motor drive technologies for the power-by-wire (PBW) program:options, trends and tradeoffs. I. Motors and controllers

The Power-By-Wire (PEW) program involves the replacement of hydraulic and pneumatic systems currently used in aircraft with an all-electric secondary power system. One of the largest loads of the all-electric secondary power system will be the motor loads which include pumps, compressors and Electrical Actuators (EAs). Issues of improved reliability, reduced maintenance and efficiency, among other advantages, are the motivation for replacing the existing aircraft actuators with electrical actuators. The EA system contains the motor, the power electronic converters, the actuator and the control system, including the sensors. This paper and a companion paper give a comparative literature review in motor drive technologies, with a focus on the trends and tradeoffs involved in the selection of a particular motor drive technology. The reported research comprises the induction motor (IM), the brushless dc motor (BLDCM) and the switched reluctance motor (SRM) drive technologies. Each of the three drives has the potential for application in the PEW program. Many issues remain to be investigated and compared between the three motor drives, using actual mechanical loads expected in the PBW program     

用于航空高压直流电源系统的笼型异步发电机控制策略的研究

 现代电力电子技术的发展使得笼型异步发电机能够适用于航空高压直流系统中。着重对笼型异步电机与电力电子变换器结合构成的发电系统进行了研究,说明了采用直接转矩控制策略可使这种发电系统具有很好的动态特性。介绍了异步发电机直接转矩控制的原理与实现方法,并给出了仿真与实验结果。     

同步发电机动态性能的数字机研究

本文采用P变换阵将同步发电机的时变动态方程,转换成所谓尸派克方程。由此建立了单台发电机的状态方程。在航空无刷交流发电机中,由于调压器的非线性作用及交流励磁机的延滞,使主同步发电机的激励函数U_F（t）可归纳为带滞后（t_E）的指数曲线(等效时间常数T_ff)。 用数字机对上述状态方程按解析法、四阶龙格库塔法、指数矩阵(e^AT)法、网络拓扑法等四种方法,分别打印出八种同步发电机动态曲线。分析了四种算法的计算精度及稳定区域,确定其应用范围,并得出一定的结论。