用于直升機渦輪引擎的控制和功率供應系統的制作方法
【專利摘要】用于至少一個直升機發動機/發生器的電氣控制和功率供應系統，所述系統包括第一DC/AC轉換器(30)，其根據從電子控制電路(34)制動的連接矩陣(32)中的連接器(320、322、324、326、328、330、332)的相應位置，選擇性地向至少一個發動機/發生器遞送AC電氣功率，所述第一DC/AC轉換器由DC功率供應設備用DC供電，所述DC功率供應設備由用于經由連接器(22)由APU(16)的啟動器/發生器(18)遞送的AC電壓進行整流的電路(36)形成，或者由經由連接器(24)從電池(20)供電的升壓器DC/DC轉換器(38)形成，所述連接矩陣還包括連接器(328)，其用于使所述第一DC/AC轉換器與所述第二DC/AC轉換器并聯連接以便使得一旦啟動了所述發動機/發生器中的至少一個就從APU的所述啟動器/發生器提供附加功率。
【專利說明】用于直升機渦輪引擎的控制和功率供應系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及直升機和具有至少一個配有葉片的主轉子的其它旋翼飛行器的推進的電氣混合領域，且本發明更特別涉及用于與旋翼飛行器的渦輪引擎或主齒輪箱(MGB)耦合的少一個電動機的控制和功率供應系統。
【背景技術】
[0002]在這樣的旋翼飛行器中，MGB經由減速器把渦輪引擎的出口軸連接至配有葉片的主轉子。另外，輔助功率單元(APU)特別用于當旋翼飛行器的引擎停止時在板上遞送電氣功率，特別是在把它們設定成旋轉之前在地面上遞送電氣功率。
[0003]APU采用驅動電力發生器的渦輪引擎的形式。此發生器設計為在發動機模式下進行操作以便啟動APU以及在啟動了渦輪引擎之后并且一旦它達到足夠的旋轉速度就在發生器模式下進行操作的啟動器/發生器(S/G)。當在發動機模式下進行操作時，用多相電對S/G進行供電。為此目的，眾所周知的是使用具有逆變器的直流/交流(DC/AC)轉換器設備，其用來把電池經由升壓器DC/DC轉換器遞送的DC電壓轉換為AC電壓。
[0004]目前的主要趨勢是用電氣功率替代液壓或氣動功率來操作航空器中的各個系統。除了使維護簡化之外，在降低重量和尺寸以及減小成本方面常常存在優點。
【發明內容】
[0005]本發明跟隨此趨勢并且為此目的它提出了一種用于至少一個直升機發動機/發生器的電氣控制和功率供應系統，所述系統包括第一 DC/AC轉換器，其根據從電子控制電路制動的連接矩陣中的連接器的相應位置，選擇性地向所述至少一個發動機/發生器遞送AC電氣功率，所述第一 DC/AC轉換器由DC功率供應設備用DC供電，所述DC功率供應設備由用于經由連接器APU的啟動器/發生器遞送的AC電壓進行整流的電路形成，或者由經由連接器從電池供電的升壓器DC/DC轉換器形成，所述連接矩陣還包括連接器，其用于使所述第一 DC/AC轉換器與所述第二 DC/AC轉換器并聯連接以便使得一旦啟動了所述發動機/發生器中的至少一個就從APU的所述啟動器/發生器提供附加功率。
[0006]在兩個系統之間制作可用的共用電力資源特別有利之處在于，沒有使共用功率供應設備尺寸過大，所述兩個系統即不同時操作且基本上需要相同電氣功率電平的APU的啟動器/發生器和MGB或渦輪引擎的發動機/發生器，它導致了單元、束線和接口的數目減小，因而降低了重量、尺寸和費用。
[0007]有利地，所述升壓器DC/DC轉換器通過經由至少一個連接器串聯連接三相電感器和第二 DC/AC轉換器來獲得。
[0008]DC/AC轉換器還把從電池經由三相電感器遞送的直流轉換為交變電流的這樣的布置，使得能夠啟動APU。
[0009]優選地，所述連接矩陣包括用于把所述第一 DC/AC轉換器連接至第一發動機/發生器的至少一個連接器和用于把所述第二 DC/AC轉換器連接至第二發動機/發生器的至少一個連接器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]在閱讀借助非限制性指示以及參考僅有的附圖給出的以下描述時能夠更好地理解本發明，該附圖是本發明的電氣控制和功率供應系統的簡化電路圖。
【具體實施方式】
[0011]直升機且更具體為旋翼飛行器具有至少一個配有葉片的主轉子，使其旋轉以提供提升和推進。主轉子由一個或多個渦輪引擎經由傳輸和減速機制(一般稱為主齒輪箱(MGB))驅動。
[0012]圖1示出了分別與兩個渦輪引擎12和14接合的MGB 10，每個渦輪引擎具有氣體發生器12A、14A，由氣體發生器生成的氣流驅動的自由渦輪12B、14B，以及由能夠作為電力發生器進行操作且機械耦合至氣體發生器的電動機構成的可逆發電機12C、14C。在該圖中，附圖標記16指示機械耦合至發電機18的輔助功率單元(APU)，發電機18構成了啟動器/發生器(S/G)，以及附圖標記20指示電池。啟動器/發生器18典型地經由連接器22遞送115伏特AC的三相電，以及電池20典型地經由連接器24遞送28伏特DC (Vdc)的電力，這些電壓在航空學上都是常規的，并且電力是在控制單元26的控制下進行遞送的。
[0013]在本發明中，用于直升機發動機/發生器12C、14C的電氣控制和功率供應系統28包括用于向發動機/發生器選擇性地遞送交變電氣功率的第一 DC/AC轉換器30，根據由電子控制電路34制動的連接矩陣32中的連接器320、322、324、326、328、330的位置，經由遞送DC電壓且由用于對啟動器/發生器18遞送的AC電壓進行整流的二極管整流電路36 (非受控整流器)構成或者由從電池20供電的升壓器DC/DC轉換器38構成的功率供應設備，向此第一 DC/AC轉換器本身供電DC。
[0014]第一 DC/AC轉換器30由三相轉換器構成(即，具有六個切換器)構成，該三相轉換器任選地如所示出的可以在保護設備之前，該保護設備包括跟在并聯的電容器之后的受控切換器。形成逆變器的切換器通常是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)具有在它們的端子兩端連接且在電子控制電路34的控制下進行切換的反向并聯二極管。
[0015]非受控整流電路36有利地由三相二極管橋構成，三相二極管橋在電容器的端子兩端遞送270Vdc的整流且過濾的電壓，該電壓在航空學領域是常規的。。
[0016]升壓器DC/DC轉換器38由經由連接矩陣32與第二 DC/AC轉換器382串聯連接的三相電感器380構成。像第一轉換器一樣，第二轉換器由具有六個切換器的三相逆變器構成，三相逆變器任選地如圖所示出的在保護設備之前，該保護設備包括跟在并聯的電容器之后的受控切換器。形成逆變器的切換器通常是IGBT，IGBT具有在它們的端子兩端連接且由電子控制電路34控制它們的切換的反向并聯二極管。
[0017]控制連接矩陣32的電子控制電路34和這兩個DC/AC轉換器30、38可以安裝在單個控制單元中，其于是優選合并了控制單元26，或者它可以單獨地布置，如所示出的。
[0018]下面解釋本發明的系統的操作。它依賴于直升機的預期功能和操作需求，特別是啟動AP、控制渦輪引擎或者把附加功率提供渦輪引擎取決于是否經由一個電動機來驅動和/或兩個電動機同時驅動來完成的。例如，可以提及僅經由一個電動機或者每次僅一個渦輪引擎向MGB提供功率(例如，以便在失去另一個的情況下增強一個渦輪引擎)的情形，但是具有使用相同功率電子裝置為渦輪引擎中的任一個供電的能力。還可以提及兩個電動機都安裝在相同渦輪引擎氣體發生器上或者實際上兩個發動機安裝在其自由渦輪上或者在MBG上的情形。
[0019]采用更詳細的方式，基于整流橋、兩個逆變器和一組連接器的本發明的結構來管理如下面所闡述的那些非常簡單的各個功能(參照控制用于氣體發生器的兩個發動機來描述該優選實施例，但是例如它自然可適用于控制用于MGB的單個發動機)。
[0020]為了在連接器24閉合的情況下從由電池20遞送的低電壓(典型地28Vdc)啟動APU,把第二 DC/AC轉換器38用作有源整流器(三相升壓器)以便獲得大約270Vdc的電壓(然后閉合連接器320和3222)，第一 DC/AC轉換器30使用此DC電壓經由然后閉合的連接器324和326驅動APU的啟動器/發生器18，而連接器22和連接器328、330和332斷開。
[0021]一旦啟動了 APU，進而就可以使用如由S/G 18遞送的115Vac網絡的電壓啟動渦輪引擎。一旦連接器22閉合，此電壓就遞送到非受控整流器電路36，其進而在這兩個DC/AC轉換器30、382中每個的作用下經由相應的串聯的連接器對324&330和322&332遞送整流且濾波的DC電壓，以便驅動相應的電動機12C和14C，這使得兩個渦輪引擎能夠同時(如果必要)啟動，于是連接器24、320、326和328斷開。
[0022]應當觀測到，渦輪引擎還可以以與啟動APU類似的方式根據來自電池20的低電壓來啟動。在實踐中，例如通過閉合330以便為電動機12C供電而不是閉合先前為S/G 18供電的連接器326，來啟動這兩個渦輪引擎之一是適當的。此后，一旦啟動了第一渦輪引擎，其電動機就可以用作通過接著閉合連接器322和333來遞送啟動第二渦輪引擎所需的功率的發生器，連接器24和320同時斷開。這還使得它能夠在沒有用于(經由APU或者任何其它發生器)啟動渦輪引擎的備選功率供應器的情況下完全是可能的。
[0023]一旦啟動了渦輪引擎(且與它們之前的狀態無關)，可以從以瞬態方式或者永久方式作為發生器操作的S/G 18把附加功率提供給渦輪引擎之一。因而，通過閉合連接器22，S/G 18為非受控整流電路36供電以產生用在每個DC/AC轉換器30、32中的DC電壓，用來經由它們相應的串聯連接器324&330和322&332驅動與每個氣體發生器相關聯的電動機12C、14C。為了獲得更高的提供給渦輪引擎中的功率電平，它能夠使用并聯的兩個DC/AC轉換器(例如，處于閉合位置的連接器22、324、330、322和328，電動機12C，處于斷開位置的連接器24、320、326和332)，或者通過在它們之一故障的情況下使用一個或者另一個來更好地提供功率供給的可用性(連接器322和324還用來在這樣的情況下完全隔離DC/AC轉換器之一，連接器328使得它們之一能夠代替另一個)。
[0024]應當注意到，在必要的情況下，使用單相連接器(而不是所示出的三相連接器)還會引起附加的簡化模式，因而增加了該功能的可用性，該簡化模式也應該是必要的。
[0025]在本發明的情況下，共享電子功率構件的方式使得能夠提供多功能的電氣控制和功率供應系統，并且特別使得能夠在單逆變器的情況下驅動多個電動機/發生器。與使用相應的專用功率供應系統相比，使用用于控制APU的啟動和電發生器的啟動的單元的共同系統導致重量、尺寸和費用的顯著減小。
[0026]控制和功率供應系統可以有利地布置在直升機的中央部分中，接近于其主電氣核心，因而用來優化其整體電氣架構。
【權利要求】
1.一種用于至少一個直升機發動機/發生器的電氣控制和功率供應系統，所述系統包括第一 DC/AC轉換器(30)，其根據由電子控制電路(34)制動的連接矩陣(32)中的連接器(320、322、324、326、328、330、332)的相應位置，選擇性地向所述至少一個發動機/發生器遞送AC電氣功率，所述第一 DC/AC轉換器由DC功率供應設備用DC供電，所述DC功率供應設備由用于經由連接器(22)由APU(16)的啟動器/發生器(18)遞送的AC電壓進行整流的電路(36)形成，或者由經由連接器(24)從電池(20)供電的升壓器DC/DC轉換器(38)形成，所述連接矩陣還包括連接器(328)，其用于使所述第一 DC/AC轉換器與所述第二 DC/AC轉換器并聯連接以便使得一旦啟動了所述發動機/發生器中的至少一個就從APU的所述啟動器/發生器提供附加功率。
2.依據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述升壓器DC/DC轉換器通過經由至少一個連接器(320、322)串聯連接三相電感器(380)和第二 DC/AC轉換器(382)來獲得。
3.依據權利要求1或權利要求2所述的系統，其特征在于，所述連接矩陣包括用于把所述第一 DC/AC轉換器連接至第一發動機/發生器(12C)的至少一個連接器(324、330)和用于把所述第二 DC/AC轉換器連接至第二發動機/發生器(14C)的至少一個連接器(322、332)。
4.依據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述連接矩陣還包括用于把所述第一DC/AC轉換器連接至所述啟動器/發生器以便使得能夠從所述電池啟動APU的至少一個連接器(320,326)。
【文檔編號】H02J3/38GK104471819SQ201380024658
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年5月6日 優先權日:2012年5月11日
【發明者】塞巴斯蒂安·維拉德 申請人:雷比諾電力系統