专利名称：双向降压-升压功率变换器、电起动机-发电机系统及方法
技术领域：
本发明涉及控制交流电机的输出的方法，尤其涉及用于控制电起动机-发电机的输出的降压-升压功率变换器。
背景技术：
为小尺寸优化的高速交流电机具有很高的交流阻抗。在稳态操作期间，当通过整流器向直流负载产生功率时，高的交流阻抗不是一个主要问题。然而，当突然施加或去除负载时，高的交流阻抗成为一个问题。事实就是这样，因为负载的施加或去除导致从整流器施加到负载上的直流电压变化非常大，但这是不可接受的。解决这个问题的一种方法是在整流器的输出端使用一个大的电容组来提供或者吸收瞬态能量。然而，大的电容组增加了尺寸和重量，这在必须尽可能限制尺寸和重量的系统里是一个问题。因此，仍然需要对其进行改善。
发明内容
本发明的一种典型实施例包括一个双向降压-升压功率变换器，所述双向降压-升压功率变换器包括一对设置在电机输出端的半桥逆变器模块和一个连接在该对半桥逆变器模块之间的电感。在本发明的另一典型实施例中，一个双向降压-升压功率变换器包括一对设置在电机输出端的全桥逆变器模块和一个连接在该对全桥逆变器模块之间的变压器。在本发明的另一典型实施例中，一个电起动机-发电机(ESG)系统被配置成在起动操作期间向飞机引擎或涡轮机提供机械功率；并且被配置成在发电机操作期间把来自涡轮机的机械功率转换成电功率。该ESG系统包括一个与主要负载机械稱合并且被配置成提供交流(AC)电压的同步起动机-发电机、一个与该同步起动机-发电机电连接并且被配置成把交流电压变换为直流电压的逆变器/整流器以及一个双向降压-升压功率变换器。该双向降压-升压功率变换器被配置成执行下列多个操作中的每一个在瞬态操作期间逐步提高输出电压、在瞬态操作期间逐步降低输出电压、在稳态操作期间逐步提高输出电压、在稳态期间逐步降低输出电压。在本发明的一种方法实施例中，提出了一种用于控制一个具有逆变器整流器和双向降压-升压变换器的交流电机起动机-发电机的输出电压的方法，该方法包括当该起动机-发电机处于发电机模式时，输出一个由该双向降压-升压脉宽调制(PWM)开关控制的直流电压。
根据本发明给出的说明性实施例，可以充分体现本发明的优势、本质以及各种其它特性，本发明的原理是参照
的，其中图I是根据本发明一个实施例的降压-升压功率变换器的简图；图2是根据本发明另一实施例的降压-升压功率变换器的简图。
具体实施例方式我们将参照附图进一步对本发明进行详细解释，附图不以任何方式限制本发明的范围。在本发明的一个实施例中，在交流电机/逆变器/整流器系统的输出端配置两个双向降压-升压变换器，以便对于起动或者发电允许沿任一方向的受控功率流，同时能够对突然的负载变化进行快速瞬态响应。因为电压可以在任一方向降低或者升高，所以通过降压-升压变换器的控制可以在突然施加负载或者突然去除负载期间保持输出电压。参照图I描述一种双向降压-升压功率变换器实施例。尽管其适用于直流电机和交流电机，但是参照图I讨论的示例性双向降压-升压功率变换器电路13是为交流电机配置的。图I示出了一个交流电机10，在其输出端具有一个三相逆变器/整流器11。直流链路滤波器电容Cl并联在逆变器/整流器11的输出端，而电容C2并联在直流总线的输出端。在电容Cl和C2之间的是降压-升压电路13，其包括两个半桥逆变器模块14、15以及一个电感L0。包含在半桥逆变器模块14内部的是晶体管QA和QB以及与晶体管QA和QB相关联的反向并联二极管DA和DB。半桥逆变器模块15包括晶体管QC和QD以及与晶体管QC和QD相关联的反向并联二极管DC和DD。由逆变器/整流器11向降压-升压变换器电路13提供输入，该逆变器/整流器11对交流电机10的输出功率进行变换。图I所示的是一个绕场(wound field)同步电机，但是也可以使用许多其它类型的交流电机，例如永磁式或者感应式交流电机。下表说明了在系统操作期间降压-升压变换器电路13中的哪些设备操作在哪些模式下，该系统采用一个绕场电机，从而在稳态下使用场控制来调节直流输出(如图I所示的 270Vdc)。表
权利要求
1.一种电起动发电机ESG系统，配置为在启动运行期间向涡轮机提供机械功率并且配置为在发电运行期间将来自涡轮机的机械功率转化为电功率，所述ESG系统包括同步起动发电机，其机械耦合到涡轮机并且配置为提供交流AC电压；逆变器/整流器，其电连接到所述同步起动发电机并且配置为将该AC电压转换为DC电压；以及双向降压-升压功率变换器，其配置为执行以下多个操作的每一个在负载施加模式期间的瞬态运行期间逐步升高输出DC电压以将输出DC电压维持在可接受的范围内；在负载抑制模式期间的瞬态运行期间逐步降低输出DC电压以将输出DC电压维持在可接受的范 围内；在稳态运行期间逐步升高输出电压，以及在稳态运行期间逐步降低输出电压，使得在稳态运行期间仅仅经由双向降压-升压功率变换器通过控制同步起动发电机的直流场使DC总线电压保持基本恒定，并且在瞬态运行期间仅仅经由双向降压-升压功率变换器通过提升或降低逆变器/整流器输出来维持输出DC电压；和一个或多个DC总线链路高频滤波器，其用来基本上去除所述双向降压-升压功率变换器输出中的波纹。
2.如权利要求I所述的ESG系统，其中所述双向降压-升压功率变换器包括一对布置在所述逆变器/整流器的输出处的半桥逆变器模块；以及连接在所述一对半桥逆变器模块之间的电感器。
3.如权利要求I所述的ESG系统，其中所述逆变器/整流器被配置为在六阶梯波模式下运行。
4.如权利要求3所述的ESG系统，其中所述逆变器/整流器被配置为在同步起动发电机的起动运行期间在六阶梯波模式下运行。
5.如权利要求I所述的ESG系统，其中所述逆变器/整流器被配置为在脉宽调制PWM模式下运行。
6.如权利要求4所述的ESG系统，其中所述逆变器/整流器被配置为在PWM模式下运行，以在起动运行期间输送与同步起动发电机的电机频率成正比的DC链路电压。
7.如权利要求I所述的ESG系统，其中所述双向降压-升压功率变换器包括一对布置在所述逆变器/整流器的输出处的全桥逆变器模块；以及连接在所述一对全桥逆变器模块之间的变压器。
全文摘要
本发明涉及双向降压-升压功率变换器、电起动机-发电机系统及方法。本发明公开了一种双向降压-升压功率变换器(13)包括一对设置在电机(10)的输出端处的逆变器模块(14，15)以及一个连接在该对逆变器模块(14，15)之间的电感LO。一个电机起动机-发电机(10)具有一个逆变器/整流器(11)以及双向降压-升压变换器(13)，一种用于控制该电机起动机-发电机(10)的输出电压的方法包括当该起动机-发电机(10)处于发电机模式时，输出一个由该双向降压-升压脉宽调制(PWM)开关控制的直流电压。
文档编号H02P9/00GK102638213SQ20121011268
公开日2012年8月15日 申请日期2005年11月15日 优先权日2004年11月15日
发明者L·J·加西斯, M·C·布林曼, R·L·斯泰格沃尔德 申请人:通用电气公司