向至少一個位於飛行器上的感應電機供電的裝置和方法

2023-05-23 00:25:26

專利名稱：向至少一個位於飛行器上的感應電機供電的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種向至少 一個位於飛4於器上的感應電#幾供電的 裝置和方法。
以下，為了簡化描述，示例性地考慮飛機作為飛行器。
背景技術：
感應電機(異步電動機)是廣泛應用於航空領域的電子機械制 動器。事實上，由於這種電機的工作原理簡單、堅固並且製造簡單， 因此它具有4艮多優點。
飛才幾的系統結構廣泛z使用三相異步電動才幾，以〗更驅動i者如液壓 泵、燃料泵或者風扇的機械負載。
首先，由於供電電壓和頻率都〗呆持常量(115伏特交流電，400 Hz)，因此通過配電母線向感應電機供電不存在特別問題。但是隨 著飛才幾系統的可用性的日益增大的要求，飛才几上的電網絡逐漸轉換 為具有可變頻率(300Hz-800Hz)的能夠使電能發生系統簡化和可 靠的網絡。
但是，當在4艮大的頻率範圍內增大感應電機的供電頻率並且同 時保持電壓為常量時，氣隙中的最大通量減小，並且因此對於高頻來說由電機提供的最大機械轉矩成大比例減小最大轉矩按照頻率 的平方而減小。因此，通過具有可變頻率的網絡向這種電才幾的"直 接"供電導致質量增大以及效率下降，這不是想得到的。
為了解決這個技術問題， 一個可以考慮的解決方案是在具有可 變頻率的配電母線和感應電4幾之間加入靜止變流器(功率電子設 備)，以便通過電能的轉換重新產生固定電壓和頻率。這個解決方 案具有的優點是能夠在使用具有可變頻率的機載網絡的時候在飛 才幾中繼續^使用感應電才幾。然而，該解決方案需要在感應電才幾中加入 具有兩個轉換級(整流+換流器)的靜止變流器，這在一定程度上 降低了整體的安全性。
本發明的目的是提供一種向至少一個位於飛行器上的感應電 機供電的裝置和方法，以便解決這個技術問題，本發明同時是一種 簡單可靠的解決方案，不增大質量並且無需加入功率電子設備。

發明內容
本發明涉及一種向4立於飛4於器(例如飛才幾)上的至少一個感應 電機供電的裝置，其中，變頻配電母線向該至少一個感應電機供電， 其特徵在於，該裝置包括至少一個CVFR類型的電源，其中，電源 的電壓和頻率都是可變的，但是電壓和頻率的比為常量，所述電源 向該至少一個感應電衝幾供電，所述至少一個感應電才幾是具有至少兩 個鼠籠的異步電機或者是具有深槽的異步電機。
在第一實施例中，本發明的裝置包括永/磁交流發電^L。
在第二實施例中，本發明的裝置包括VF G類型的交流發電機， 所述交流發電機由控制發生器控制。
5在第三實施例中，本發明的裝置包括感應調節器和角位置調節 迴路。有利地，角位置調節迴路包括除法器、具有參考值的比較器、 小功率換流器以及角位置驅動器。
本發明還涉及一種向位於飛行器(例如飛4幾)上的至少一個感 應電才幾供電的方法，其中，變頻配電母線向該至少一個感應電才幾供
電，其特徵在於，通過至少一個CVFR類型的電源向該至少一個感 應電才幾供電，其中，電源的電壓和頻率都是可變的，^f旦是電壓和頻 率的比為常量，並且該至少一個感應電才幾是至少具有一個鼠籠的異 步電機或者是具有深槽的異步電機。
在第一實施例中，使用永磁交流發電機來實現CVFR類型的電源。
在第二實施例中，使用VFG類型的發電機來實現CVFR類型 的電源。
在第三實施例中，使用感應調節器，所感應調節器由具有固定 電壓和可變頻率的網絡供電，並且使轉子的近似靜態位置服從所述 電壓和頻率的比。


圖1示出了乂寸至少一個感應電才幾進4亍常量電壓和可變頻率的供電。
圖2示出了根據本發明的對感應電機進行的CVFR類型的供電。
圖3A至3C示出了對雙鼠籠式電動機進行的CVFR類型的供電。圖4示出了根據本發明的裝置的第一實施例。 圖5示出了根據本發明的裝置的第二實施例。 圖6A和6B示出了才艮據本發明的裝置的第三實施例。
具體實施例方式
圖1示出了向感應電才幾進4亍常量電壓和可變頻率供電。該圖示 出了感應電機的最大轉矩按照電壓V和頻率f的變化，該感應電機 是由供電電壓和頻率控制的通量制動器。該轉矩C定義為C=k (V/f)2。因此，圖1中的曲線示出了當電壓4呆持115伏特恆定且 頻率在400 Hz和800 Hz之間變化時的感應電4幾的電石茲轉矩的變化， 曲線IO只於應於頻率在400 Hz時的4爭頭巨，曲線11 ^j"應於步貞率在600 Hz時的轉矩，以及曲線12對應於頻率在800Hz時的轉矩。頻率在 800 Hz時的最大轉矩是頻率在400 Hz時的最大轉矩的四分之一； 這表示這種模式的供電不合適。
本發明的裝置旨在使用由CVFR (常量電壓-頻率比)類型的電 源供電的感應電才幾，該電源的電壓和頻率可變，^f旦是電壓和頻率的 比保持常量。圖2中的曲線示出了這種電機的電磁轉矩的變化曲 線20隻於應於115 i"犬淨爭和400Hz時的專爭頭巨，曲線21隻於應於172.5伏 特和600 Hz時的轉矩，以及曲線22對應於230伏特和800 Hz時的 轉矩。在頻率變化的整個範圍內最大轉矩沒有變化。然而，啟動轉 矩遞減，這可能在滿負載啟動時帶來一些問題。
圖3A示出了具有"雙鼠籠"的異步電動^L的轉子構造細節。 在這種情況下，該電動才幾具有由兩個同心的鼠籠30和31構成的轉 子，外鼠籠30具有大電阻和小電感；內鼠籠31具有小電阻和大電感。圖3B示出了由兩個不同的鼠籠產生的轉矩C,曲線32對應於 外鼠籠，曲線33對應於內鼠籠，曲線34對應於整個轉矩。
在啟動和^f氐速S走轉(轉差率4妄近1)時，由於表面凌文應，場的 變化是諸如場幾乎不進入轉子中，只有外鼠籠(小電感大電阻)30 有影響。在高速旋轉(轉差率接近0)時，場相對於轉子緩慢旋轉 並且場深入到該轉子中。此時，內鼠籠(小電阻大電感)31對場施 加影響，然而外鼠籠30具有非常大的阻抗/人而產生大電流。因此， 外鼠籠沒有了影響。在中等旋轉速度時，內鼠籠31和外鼠籠30共 同產生轉矩。在所有的情況中，電動機的轉矩由內鼠籠31產生的 轉矩和外鼠籠30產生的轉矩的瞬時和給出。
圖3C中的曲線示出了根據本發明的由CVFR類型的電源供電 雙鼠籠電動機的頻率特性，曲線36對應於115伏特、400 Hz時的 轉矩，曲線37對應於172.5伏特、600Hz時的轉矩，曲線38對應 於330伏特、800Hz時的轉矩。對於在整個頻率範圍內的可能的滿 負載啟動，這種裝置還能夠在整個頻率範圍內顯著地改善啟動轉 矩。在使用"三鼠籠"或"深槽"電動機的情況下也是如此。
因此，本發明的裝置旨在通過CVFR(常量電壓-頻率比)類型 的電源向感應電才幾供電，電源的電壓和頻率老P是可變的，但是電壓 和頻率的比為常量或近似常量，氣隙中的電機最大通量保持常量， 因此最大電磁轉矩保持不變。
電機的速度是可變的，並且速度直接依賴於供電頻率和所驅動 的機械負載，如果所驅動的機械系統(液壓或燃料電動泵)適應可 變速度(在泵上添加具有可變傾斜盤(plateau ),該盤自調節流量)， 這完全能夠接受。
8電機的啟動轉矩在大頻率時比小頻率時更弱。但是，通過使用 具有"雙鼠籠"、"三鼠籠"或"深槽"類型的轉子的異步電動機， 能夠保證滿負載啟動，使用這種鼠籠類型的技術允許電動機在損害 一些效率的情況下減小起動時的恢復電流。如果所驅動的系統是手 搖泵(可調節流量的泵)，盤的初始位置可以使抵抗轉矩在啟動時 最小(泵的流量為零)。
現在，將會考慮本發明裝置的多個有利實施例。
1. 第一實施例使用具有永久》茲鐵的交流發電機。
該第一實施例是一個簡單、可靠且有利的解決方案。為了實現 CVFR類型的電源，使用具有永久》茲鐵的交流發電機40，即PMA。 如圖4所示，該交流發電才幾40例如通過CVFR母線41向三個感應 電才幾M1， M2和M3供電。事實上，由於由移動的永久》茲《失產生的 電動勢E (FEM)與永久》茲i失的枳4成軸的^L轉頻率f直衝妄成正比 (E=k.f)，這種交流發電機40 "自然地，，產生CFVR電壓。如果定 義這種交流發電才幾的尺寸使得感應作用較小，那麼輸出電壓4艮少地 4安照負載變化，因此可以考慮電壓在症會定的頻率下近似為常量。
並且這種具有永久,茲鐵的交流發電機40具有的優點是當不 需要計算機來控制它的激勵時，對閃電不敏感。
2. 第二實施例使用VFG發電機。
在圖5示出的第二實施例中，使用VFG (變頻發電機)類型的 發電機50,該發電機向CVFR母線51供電，並且在特殊的工作模 式(CVFR模式)下通過發電機GCU (發電4幾控制單元)52控制 該發電才幾50。事實上，除了當頻率或負載改變時在調節點POR上 保持電壓為常量以外，將定律V/f=k (常量)與激勵電流相結合，以《更在點POR上的電壓V變為與發電才幾GCU 52測量的頻率f成正 比。因此，控制輸出電壓的最大值以便通過在交流發電機的激勵電 流上的作用來產生頻率f。這個解決方案具有的優點是補償由負載 電流變化時發電機50的感應作用引起的電壓變化。換言之，可以 保持比例V/f為常量。
3.第三實施例使用感應調節器。
圖6A示出了第三實施例，旨在於在配電母線和感應電機之間 加入"感應調節器"類型的變流器60 (具有旋轉場的變換器)。
該變流器60由常量電壓和可變頻率供電，在電才幾一犬態，該變 換器的轉換比由小功率的制動器(電動機)61控制。
該實施例能夠不將發電機專用於CVFR類型的供電。可以使用電。
使用變流器60能夠創建配電母線63，該配電母線用於獨立於 飛才幾網l各其它部分的負載V/f二常量(CVFR)。
該實施例>使用類似於具有繞組轉子的異步變流器的電^L結構， 但是變流器的轉子為準靜態。該轉子的位置對於所給的供電頻率是 固定的，^f旦是當系統的供電頻率改變時，轉子的位置可以更改。電 壓VI對應於由配電母線63收到的初級的常量供電電壓。電壓V2 對應於變流器60通過它的次級繞組自動感應的電壓。如圖6B所示， 輸出電壓Vs是電壓VI和V2的向量和，該電壓Vs將會用於向感 應電才幾62供電。給定的頻率和給定的負載對應於角位置e。如圖6 所示，通過角位置的控制回^各67,改變VI和V2的向量組合，以 便保持比例Vs/f= ( Vl+V2)"=常量，該角0可以調節。該迴路67包括除法器64，該除法器能夠計算比例Vs/f;比較器65，具有 參考比Rref,例如115/400=0.288,並且該比專交器將比例差AR傳送 給小功率換流器66,該換流器控制角位置驅動器61。
由於這些簡單、可靠的解決方案不降低感應電機的固有安全 性，因此這些實施例使感應電機能夠在不加入功率電子設備的情況 下運轉。
權利要求
1. 一種向位於飛行器上的至少一個感應電機(M1，M2，M3；62)供電的裝置，其中，變頻配電母線向所述至少一個感應電機供電，其特徵在於，所述裝置包括至少一個CVFR類型的電源(40；50；60)，其中，所述電源的電壓和頻率都是可變的，但是所述電壓和所述頻率的比為常量，所述電源向所述至少一個感應電機供電，所述至少一個感應電機是具有至少兩個鼠籠的異步電動機或者是具有深槽的異步電動機。
2. 根據權利要求1所述的裝置，所述裝置包括永磁交流發電機(40)。
3. 一艮據權利要求1所述的裝置，所述裝置包括VFG類型的交流 發電機(50),所述交流發電機由控制發生器(52)控制。
4. 根據權利要求1所述的裝置，所述裝置包括感應調節器(60) 和角^f立置調節回^各(67)。
5. 根據權利要求4所述的裝置，其中，所述角位置調節迴路(67) 包括除法器(64)、具有參考值(Rref)的比較器(65)、小功 率換流器(66)以及角位置制動器(61)。
6. 根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述飛行器是 飛機。
7. —種向位於飛4於器上的至少一個感應電才幾供電的方法，其中， 變頻配電母線向所述至少一個感應電才幾供電，其特4正在於，通 過至少一個CVFR類型的電源向所述至少一個感應電4幾供電，其中，所述電源的電壓和頻率都是可變的，^f旦是所述電壓和所 述頻率的比為常量，並且所述至少 一個感應電才幾是具有至少一 個鼠籠的異步電動機或者是具有深槽的異步電動機。
8. 根據權利要求7所述方法，其中，使用永磁交流發電機(40) 來實J見所述CVFR類型的電源。
9. 根據權利要求7所述方法，其中，使用VFG類型的發電機(50) 來實^見所述CVFR類型的電源。
10. 根據權利要求7所述方法，其中，使用感應調節器(60)，所 感應調節器由具有固定電壓和可變頻率的網絡供電，並且使轉 子的準靜態位置力良乂人所述電壓和所述頻率的比。
11. 一種飛行器，包括根據權利要求1至6中任一項所述的裝置。
12. —種飛行器，包括能夠應用根據權利要求7至10中任一項所 述的方法的裝置。
全文摘要
本發明涉及一種向位於飛行器上的至少一個感應電機(M1，M2，M3)供電的裝置及其方法。該裝置包括至少一個CVFR類型的電源(40)，其中，該電源的電壓和頻率都是可變的，但是電壓和頻率的比為常量，所述電源向所述至少一個感應電機(M1，M2，M3)供電。
文檔編號H02P27/04GK101523716SQ200780037959
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月17日 優先權日2006年10月17日
發明者讓-路易斯·蘭多 申請人:法國空中巴士公司