航空器的電氣轉換與分布系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種航空器的電氣轉換與分布系統，所述系統包括用于連接到航空器發動機上的同步起動發電機(ENG S/G)，能夠將交流電壓轉換為直流電壓的整流器(R)，用于連接到輔助功率組上的輔助同步起動發電機(AUX S/G)，能夠將直流電壓轉換為交流電壓或反過來能夠將交流電壓轉換為直流電壓的第一、第二和第三功率轉換器(CV1，CV2，CV3)，以及至少一個蓄電池(BATT)。
【專利說明】
航空器的電氣轉換與分布系統
技術領域
[0001]本發明涉及航空器的電氣轉換與分布系統。【背景技術】
[0002]航空器是，例如，其上的非推進系統主要由電功率供應的飛機。
[0003]航空器上的非推進系統一般由三個功率網供應功率，而這些功率網的功率來自飛機發動機或渦輪噴氣發動機，即液壓功率網、電氣功率網和氣動功率網。
[0004]液壓功率網通常用于向致動裝置供應功率，用于飛行控制、起落架伸出與收回系統，前機輪導向與制動系統。
[0005]電氣功率網通常用來向技術負載供應功率，諸如，航空電子設備、照明、燃油栗、風機和商用載荷，諸如廚房(即廚房區域)以及旅客娛樂系統。
[0006]最后，氣動功率主要用來向艙室增壓和空氣調節系統、機翼和機艙防止結冰系統， 以及發動機起動系統供應功率。
[0007]最近，已經研發出了非推進系統的新的結構，其需要更大比例的電能。電能轉換領域的技術發展供應了采用電氣功率供應系統來完成所有上述功能的能力。
[0008]使用電氣系統或機電系統具有如下優點，其中，這些系統包括功率電子裝置和致動裝置。
[0009]這種系統僅在必要時使用，以便優化對航空器發動機的功率汲取。此外，這種系統的維護成本要低于液壓系統或氣動系統的維護成本。
[0010]然而，其主要缺陷是具有專用功率電子元器件(專用的功率轉換器(power converter)等)的電氣系統的推廣應用。[〇〇11]例如，文獻FR 2907762公開了一種航空器的電氣轉換和分布系統，其中，每個轉換器都專門用于特定功能(例如，空調系統電動壓縮機的供電)。
[0012]該文獻還公開了一組或多組蓄電池和功率轉換器之間的接口。該接口特別設置了一種所謂的《升降壓式轉換器裝置》式轉換器。但這種接口并不能夠確保連接到輔助功率單元(APU)上的輔助同步起動發電機的電氣起動。
[0013]為此，看來必須提供一種適于航空器的電氣轉換和分布系統，使得在減少功率電子元器件的數量(諸如，轉換器)的同時，還能確保航空器內部的最大功能。
【發明內容】

[0014]特別是，本發明的目的是提供一種針對這個問題的簡單、有效而合算的解決方案。
[0015]為此，本發明提供了一種適于航空器的電氣轉換和分布系統，該系統包括至少一個連接到航空器發動機上的同步起動發電機，能夠將交流電壓轉換為直流電壓的整流器， 至少一個連接到輔助功率組上的輔助同步起動發電機，能夠將直流電壓轉換為交流電壓或反過來能夠將交流電壓轉換為直流電壓的至少一個第一、第二和第三功率轉換器，以及能夠提供直流電壓的至少一個蓄電池，能夠進行電氣連接的連接和切換裝置，在第一種操作模式下，連接和切換裝置能夠依次通過第三功率轉換器、第一功率轉換器和第二功率轉換器，將蓄電池電氣連接到輔助同步起動發電機上，所述連接和切換裝置還能夠在第二種操作模式下依次通過整流器、第一功率轉換器和第三功率轉換器將同步起動發電機電氣連接到蓄電池上。
[0016]于是，在第一種操作模式下，可以使用蓄電池起動輔助功率單元。在另一種方案中，在第一種操作模式下，可以使用輔助功率單元來為蓄電池充電。
[0017]在第二種操作模式下，可以使用航空器發動機來為蓄電池充電。
[0018]該系統可在第一功率轉換器和第三功率轉換器之間設置一種變壓器。
[0019]那么，該變壓器可以是單相變壓器的并可包括第一和第二輸入/輸出端子 (terminal)和第一和第二輸出/輸入端子。
[0020]此外，第一和第二功率轉換器為三相功率轉換器，每個功率轉換器由六個切換單元組成，每個切換單元則包括二極管和晶體管，例如，特別是絕緣柵雙極晶體管，每個所述第一和第二功率轉換器均包括第一和第二輸入/輸出端子，以及第一、第二和第三輸出/輸入端子。
[0021]第一功率轉換器的第一輸出/輸入端子能夠連接到變壓器的第一輸入/輸出端子上，第一功率轉換器的第二輸出/輸入端子能夠連接到變壓器的第二輸入/輸出端子上。
[0022]此外，第一功率轉換器的第三輸出/輸入端子能夠連接到變壓器的第一輸入/輸出端子，和變壓器的第二輸入/輸出端子上，或不連接到變壓器的所述輸入/輸出端子上。
[0023]這樣，就可以消除在第一功率轉換器的第一輸出/輸入端子和變壓器的第一輸入/ 輸出端子之間，或在該功率轉換器的第二輸出/輸入端子和變壓器的第二輸入/輸出端子之間可能出現的連接故障。
[0024]有利的是，第一功率轉換器的第一輸入/輸出端子是連接到第二功率轉換器的第一輸入/輸出端子上，而第一功率轉換器的第二輸入/輸出端子則是連接到第二功率轉換器的第二輸入/輸出端子上。
[0025]優選地，第一和第二功率轉換器的每一個都包括在兩個連接端(link end)處并聯的三個支路，每個支路包括串聯的兩個切換單元，而連接點則位于該兩個切換單元之間，相應的功率轉換器的每個輸出/輸入端子連接到其中一個所述連接點上，相應的功率轉換器的每個輸入/輸出端子連接到其中一個所述連接端上。[〇〇26]根據本發明的一個特性，第三功率轉換器包括在兩個連接端處并聯的兩個支路， 每個支路都包括串聯的兩個切換單元，而連接點則位于該兩個切換單元之間，第三功率轉換器的每個輸入/輸出端子連接到其中一個所述連接點上，第三功率轉換器的每個輸出/輸入端子連接到其中一個所述連接端上。[0027 ]然后，變壓器的每個輸出端子連接到第三功率轉換器的其中一個輸入/輸出端子上，第三功率轉換器的每個輸出/輸入端子連接到蓄電池兩極中的其中一極上。【附圖說明】[〇〇28]通過閱讀以非限定性示例并參照附圖給出的如下說明，可以更好地理解本發明， 本發明的其它細節、特性和優點會顯現出來，附圖如下:
[0029]-圖1為根據本發明的系統的一個實施例的示意圖，
[0030]-圖2為根據本發明的系統的局部示意圖，所示為第一種操作模式，
[0031]-圖3為根據本發明的系統的局部示意圖，所示為第二種操作模式。具體實施例
[0032]圖1示出了一種根據優選實施例的適于航空器的電氣轉換與分布系統。[〇〇33]航空器通常包括旋轉連接到同步起動發電機ENG S/G上的發動機，和旋轉連接到輔助同步起動發電機AUX S/G上的輔助功率單元。[〇〇34] 每臺起動發電機ENG S/G，AUX S/G都是三相同步機器，既能夠在交流電壓供電時起動相應的發動機(起動機模式)，也能夠或在起動發動機時產生交流電壓(發電機模式)。 在此應該注意的是，在發電機模式下，所產生的電壓具有可變頻率，該頻率取決于發動機的轉速。例如，所產生的電壓為230V或115V(相位對地電壓(phase-to-ground))時，頻率范圍， 例如，在360至800Hz之間。[〇〇35] 起動發電機包括端子1，2,3,通過接觸器CT51，52和CT53分別連接至整流器R的輸入端4,5,6上。整流器R包括兩個輸出端78。眾所周知，這種整流器R可以將三相交流電壓轉換為直流電壓。[〇〇36] 輸出端7,8分別通過接觸器(^61和(^62連接到母線排+00 81^和-00 81^上，其電勢分別為:母線排+DC-BUS是+270V或+135V，母線排DC_BUS是-270V或-135V。母線排+DC_BUS 還連接到第一功率轉換器CV1的第一輸入/輸出端子和第二功率轉換器CV2的第一輸入/輸出端子上。母線排+DC_BUS連接到第一功率轉換器CV1的第二輸入/輸出端子上，和第二功率轉換器CV2的第二輸入/輸出端子上。
[0037]每個功率轉換器CV1，CV2為單相式的，能夠將直流電壓轉換為交流電壓，或反過來將交流電壓轉換為直流電壓。每個功率轉換器CV1，CV2特別包括在兩個連接端10,11處并聯的三個支路9,形成了所述轉換器CV1，CV2的輸入/輸出端子，每個支路9包括串聯的兩個切換單元12,連接點13就位于所述兩個切換單元12之間。
[0038]眾所周知，每個切換單元12包括二極管和晶體管，特別是絕緣柵雙極晶體管。[〇〇39]每個功率轉換器包括三個輸出/輸入端子14,15,16,相應的功率轉換器CV1，CV2的每個輸出/輸入端子14，15，16都連接到其中一個所述連接點13上。電容器Cl，C2安裝在每個轉換器CV1，CV2的輸入/輸出端子10，11之間。
[0040]第二功率轉換器CV2的輸出/輸入端子14，15，16分別通過電感器121兒22兒23、切換矩陣17的接觸器(^21，(^22，(^23、和接觸器(^41，(^42，(^43連接到輔助同步起動發電機 AUX SIG的三個端子上。
[0041]第一功率轉換器CV1的輸出/輸入端子14和15分別通過電感器L11，L12、切換矩陣 17的接觸器0'11，(:1'12、和接觸器(^31，(^32連接到變壓器11?的輸入/輸出端子18，19上。第一功率轉換器CV1的輸出/輸入端子16通過電感器L3、切換矩陣17的接觸器CT13、和接觸器 CT33連接到變壓器TR的端子18或19上。接觸器CT33特別帶有三個位置，S卩，第一位置可以將端子16連接到端子18上，第二位置可以將端子16連接到端子19上，以及第三位置可以將端子16與端子18和端子19斷開。這樣，如果出現故障，相應的線路就可連接到其中一個端子 18，19 上。[〇〇42]根據變壓比，變壓器TR可以提供電氣隔離并增加或降低變壓器TR相應端子之間的交流電壓。
[0043]變壓器TR的輸出/輸入端子20,21連接到第三功率轉換器CV3的輸入/輸出端子上， 所述功率轉換器CV3能夠將直流電壓轉換為單相交流電壓或反過來將單相交流電壓轉換為直流電壓。
[0044]功率轉換器CV3特別設計為單相式的并包括在兩個連接端22,23處并聯的兩個支路9,每個支路9包括串聯的兩個切換單元12,而連接點13則設在該兩個切換單元12之間。第三功率轉換器CV3的每個輸入/輸出端子20,21連接到其中一個所述連接點13上。此外，第三功率轉換器CV3的每個輸出/輸入端子22，23連接到其中一個所述連接端上。電容器C3安裝在端子22和23之間。同樣，蓄電池BATT安裝在功率轉換器CV3的端子22和23之間。[〇〇45]圖2示出了該系統的第一種操作模式。在這種模式下，蓄電池BATT通過第三功率轉換器CV3、變壓器TR、第一功率轉換器CV1和第二功率轉換器CV2連接到輔助起動發電機AUX S/G 上。[〇〇46]在該第一種操作模式下，輔助起動發電機AUX S/G和連接到其上的輔助功率單元可以采用蓄電池BATT進行起動。[〇〇47] 在這種操作模式下，起動發電機ENG S/G和整流器R都可與母線排+DC BUS和-DC_ BUS并進而與轉換器CV1和CV2斷開連接。為此，蓄電池BATT成為向轉換器CV1和CV2供電的唯一來源。為此，轉換器CV3(又稱之為升降壓轉換器)可以從由蓄電池BATT構成的直流電壓源上產生400Hz的單相交流電。該交流電接著被單相變壓器TR升高到115V或230V的電壓。頻率仍保持為400Hz。[〇〇48] 應該注意的是，變壓器TR的輸出電壓可以通過低通濾波器，又稱之為正弦濾波器或LC濾波器進行濾波。這種濾波器用于平滑波形電壓前沿(waveform voltage fronts)，以獲得正弦形狀。阻抗L11，L12，L13和L21，L22，L23可以構成低通濾波器的一部分。
[0049]轉換器CV1用于對變壓器TR提供的交流電壓進行整流。
[0050]可以用兩種技術對轉換器CV1的交流電壓進行整流:[0〇51 ]-所謂的無源整流(passive rectificat1n)，可以將所述轉換器CV1的輸出直流電壓分別升高至270V，或將115V或230V的輸入交流電壓升高至540V。在這種情況下，切換單元12的二極管僅可以整流電壓。[0〇52]-所謂的有源整流(active rectificat1n)或PFC(功率因數校正)，可以從115V的輸出直流電壓，將輸入交流電壓升高到270V以上。因此，使用切換單元12的晶體管和二極管對電壓進行整流。這種有源整流是有利的，因為是通過控制轉換器CV1來對電壓進行整流， 而不論輔助起動發電機AUX S/G所要求的功率水平如何。此外，功率因數(交流電壓和交流電流之間的相位差)幾乎是一個單位功率因數。[〇〇53] 轉換器CV2則用于驅動輔助起動發電機AUX S/G的起動。這種轉換器CV2可以將直流電壓轉換為三相交流電壓。[〇〇54]作為另一種方案，在圖2所示的模式中，如果輔助起動發電機AUX S/G被起動時，則可給蓄電池充電。轉換器CV2然后可以將輔助起動發電機AUX S/G所提供的交流電壓轉換為直流電壓，而轉換器CV1則可將該直流電壓轉換為交流電壓。在端子20和21之間變壓器TR輸出端提供的交流電壓然后通過轉換器CV3轉換為直流電壓，該電壓被加到蓄電池BATT的端子上，以便對其充電。
[0055]圖3示出了另一種操作模式，其中，輔助起動發電機AUX S/G和整流器R通過接觸器 CT61和CT62連接到母線排+DC_BUS和-DC_BUS和轉換器CV1上。蓄電池BATT然后構成電氣負載。[〇〇56]這種操作模式可以從起動發電機ENG S/G向蓄電池BATT充電，S卩，在與起動發電機 ENG S/G相連的發動機工作時。[〇〇57]在本發明的情況下，功率轉換器CV1和CV2可在由n個具有相同結構的功率轉換器 CV1，CV2,...CVn組成的轉換器矩陣中間互換選擇。為此，需要時，應對至少其中一個矩陣轉換器(圖3所示操作模式)或至少兩個矩陣轉換器(圖2所示操作模式)的可利用率進行檢查。 眾所周知，其它矩陣轉換器也可以用于向電氣負載供電。
【主權項】
1.一種航空器的電氣轉換與分布系統，所述系統包括用于連接到航空器發動機上的同 步起動發電機(ENG S/G)，能夠將交流電壓轉換為直流電壓的整流器(R)，至少一個連接到 輔助功率組上的輔助同步起動發電機(AUX S/G)，至少一個第一、第二和第三功率轉換器 (CV1，CV2，CV3)，其中每個功率轉換器都能夠將直流電壓轉換為交流電壓或反過來將交流 電壓轉換為直流電壓的，至少一組能夠提供直流電壓的蓄電池，能夠進行電氣連接的連接 和切換裝置，在第一種操作模式下，所述連接和切換裝置能夠依次通過第三功率轉換器 (CV3)、第一功率轉換器(CV1)和第二功率轉換器(CV2)將所述蓄電池(BATT)電氣連接到所 述輔助同步起動發電機(AUX S/G)上，所述連接和切換裝置還能夠在第二種操作模式下依 次通過所述整流器(R)、第一功率轉換器(CV1)和第三功率轉換器(CV3)將所述同步起動發 電機(ENG S/G)電氣連接到所述蓄電池(BATT)上。2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，其包括位于所述第一功率轉換器(CV1)和 所述第三功率轉換器(CV3)之間的變壓器(TR)。3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述變壓器(TR)為單相變壓器，包括第一 和第二輸入/輸出端子(18，19)和第一和第二輸出/輸入端子(20，21)。4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述第一和第二功率轉換器(CV1，CV2)為 三相功率轉換器，每個功率轉換器包括六個切換單元(12)，每個切換單元(12)包括二極管 和晶體管，例如，特別是絕緣柵雙極晶體管，每個所述第一和第二功率轉換器(CV1，CV2)均 包括第一和第二輸入/輸出端子(10，11 )，第三和第四輸出/輸入端子(14，15，16)。5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，第一功率轉換器(CV1)的第一輸出/輸入端 子(14)能夠連接到變壓器(TR)的第一輸入/輸出端子(18)上，所述第一功率轉換器(CV1)的 第二輸出/輸入端子(15)能夠連接到變壓器(TR)的第二輸入/輸出端子(19)上。6.根據權利要求5所述的系統，其特征在于，第一功率轉換器(CV1)的第三輸出/輸入端 子(16)能夠連接到變壓器(TR)的第一輸入/輸出端子(18)上，和變壓器(TR)的第二輸入/輸 出端子(19)上，或者不連接到變壓器(TR)的所述輸入/輸出端子(18，19)上。7.根據權利要求4到6其中一項所述的系統，其特征在于，第一功率轉換器(CV1)的第一 輸入/輸出端子(10)連接到第二功率轉換器(CV2)的第一輸入/輸出端子(10)上，而第一功 率轉換器(CV1)的第二輸入/輸出端子(11)則連接到第二功率轉換器(CV2)的第二輸入/輸 出端子(11)上。8.根據權利要求4到7其中一項所述的系統，其特征在于，每個第一和第二功率轉換器 (CV1，CV2)都包括在兩個連接端(10，11)處并聯的三個支路(9)，每個支路(9)包括串聯的兩 個切換單元(12)，連接點(13)就位于該兩個切換單元(12)之間，相應的功率轉換器(CV1， CV2)的每個輸出/輸入端子(14，15，16)連接到其中一個所述連接點(13)上，相應的功率轉 換器(CV1，CV2)的每個輸入/輸出端子(10，11)連接到其中一個所述連接端(10，11)上。9.根據權利要求4到7其中一項所述的系統，其特征在于，第三功率轉換器(CV3)包括在 兩個連接端(22,23)處并聯的兩個支路(9)，每個支路(9)包括串聯的兩個切換單元(12)，連 接點(13)就位于該兩個切換單元(12)之間，第三功率轉換器(CV3)的每個輸入/輸出端子連 接到其中一個所述連接點(13)上，第三功率轉換器(CV3)的每個輸出/輸入端子連接到其中 一個所述連接端(22,23)上。10.根據權利要求9所述的系統，其特征在于，所述變壓器(TR)的每個輸出端子(20，21)連接到所述第三功率轉換器(CV3)的其中一個輸入/輸出端子上，所述第三功率轉換器 (CV3)的每個輸出/輸入端子(22，23)連接到蓄電池(BATT)兩極中的其中一極上。
【文檔編號】H02J5/00GK105993104SQ201580006748
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月28日
【發明人】羅納德·卡西米爾, 文森特·喬治, 沃吉夫斯 埃里克·德
【申請人】賽峰集團電氣與動力