《航空用內置式永磁容錯發電機及其控制系統的研究》是依託南京航空航天大學，由郝振洋擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：航空用內置式永磁容錯發電機及其控制系統的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：郝振洋
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著多電/全電飛機的發展，研發多電航空發動機用內置式發電系統已成為國際航空工業的熱點問題。本申請針對航空多電發動機的結構和工作特點，提出了六相外轉子式永磁容錯發電機及其控制系統，並對其關鍵技術進行套用基礎性研究。研究內容主要包括三方面，一是電機本體的電磁、熱以及機械結構三方面的綜合最佳化設計；二是整個發電系統的變速直流恆壓控制，以保證原動機在寬轉速範圍變化時（12:1），直流饋電電壓（270V）不變；三是發電系統的多相故障容錯控制，即當發電機統的繞組或功率管發生一相、兩相甚至三相故障時（包括斷路、短路及其組合故障），對稱的六相發電系統可以平滑地切換到非對稱的五相、四相及三相發電系統，同時發電系統仍可分別輸出100%、80%和60%的額定功率，直流饋電電壓不變。若有所收穫，必將提高航空獨立電源的功率密度和安全可靠性，並能開闢出一條屬於我國自主產權的多電航空發動機發展道路。
結題摘要
隨著多電及全電飛機的快速發展，航空電源系統成為越來越重要的部分，對其功率等級、電能質量及可靠性等發麵均提出了更高的要求，因此，研究具有高功率密度、高輸出性能和強容錯能力的航空發電系統成為迫切需求。永磁容錯電機具有高功率密度和強容錯能力的特點，結合相應的功率變換器易於實現高可靠性容錯發電，在航空發電機領域具有重要的套用價值。因此，針對容錯發電要求，本項目完成以下內容： 首先，建立了六相永磁容錯電機本體特徵以及數學模型，提出了基於三相四橋臂主功率拓撲的航空用永磁容錯電機發電系統。根據發電系統的數學模型推導了輸出電壓與電感電流等物理量之間的關係，同時，結合電壓極限圓方程和功率守恆原則推導出弱磁電流計算公式，進而提出了直接給定直軸電流的弱磁恆壓控制算法，實現了系統在較寬轉速範圍內實現恆壓發電。 其次，以保證故障前後磁動勢不變為目標，提出了容錯發電控制策略。該策略將三維空間矢量調製與三相四橋臂拓撲相結合，實現了當發電系統發生單相功率管或者繞組故障時（斷路及短路故障），系統輸出性能基本不變，同時電磁轉矩脈動最小化，降低故障態下轉軸的機械振動強度。為了進一步提高系統可靠性，實現發電系統的多相容錯能力，採用了雙余度控制技術，將六相永磁容錯電機作為雙繞組電機使用，正常態時每套余度各輸出50%功率，某余度多相故障時將其切離系統，使用另一餘度輸出全部功率。 最後，利用MATLAB仿真軟體搭建容錯發電系統仿真模型，對正常態變載變速以及弱磁算法進行仿真驗證，同時對單余度一相斷路短路故障及雙余度切換進行了仿真分析。基於永磁容錯電機搭建了以TMS320F28335為控制核心的全數字控制平台，使用C語言進行語言進行算法編程，主要包括控制算法程式、三維空間調製程式、故障識別程式等，在此基礎上進行軟硬體聯調，完成正常態變載、變速、弱磁實驗以及故障態一相斷路補償、一相短路補償、余度切換實驗。仿真、實驗結果與理論分析結果相符，驗證了系統控制策略的可行性和正確性。
