[實用新型]航空三級無刷交流同步電機起動過程中的勵磁控制裝置

有效

• 申請號: 201220473056.5
• 申請日: 2012-09-17
• 公開（公告）號: CN202856679U
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 劉衛國;馬鵬;駱光照;蔣鴻;姜宇
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;陜西航空電氣有限責任公司
• 主分類號: H02P9/08
• 分類號: H02P9/08
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種航空三級無刷交流同步電機起動過程中的勵磁控制裝置，是一種利用單相空間矢量調制解決航空三級無刷交流同步電機在起動過程中的勵磁問題的控制裝置，屬于交流電機傳動技術領域。

背景技術

起動/發電雙功能一體化是未來航空交流電源系統的一個重要發展方向。目前，在航空大功率交流電源系統中，廣泛采用三級無刷交流同步電機（原理框圖見圖1）作為發電機，當采用該電機實現航空發動機的起動功能時，主發電機將以電動方式運行，由于該電機為無刷化結構，因此當電機靜止時，若勵磁機仍然采用發電狀態時的直流勵磁方式，將無法實現主發電機的轉子勵磁，導致電機無法起動。在《電工技術雜志》2001年第1期3～8頁刊登的“飛機起動/發電雙功能系統電動狀態單相交流勵磁的研究”一文（作者陳寶林等）中，提出在勵磁機定子繞組中通入單相交流電，解決機組處于靜止狀態時主發電機的勵磁問題，該方法的優點在于無需改動電機結構。實驗表明，選用合適的勵磁頻率及控制方法時，勵磁機輸出的勵磁電流能夠保證機組在一定堵轉矩情況下順利起動，此處提到的合適勵磁頻率是指在勵磁電壓相等的前提下，采用該頻率的單相交流勵磁時主發電機能夠獲得最大的勵磁電流。

但是，勵磁機在采用單相交流勵磁方式時，仍然面臨如下問題：1）在合適的勵磁頻率下，由于勵磁機感抗較大，勵磁機的定子勵磁電流遠小于其額定值，無法有效發揮勵磁機的勵磁輸出能力，致使主發電機的轉子勵磁較弱，影響了主發電機在電動狀態時的帶載能力；2）相比直流勵磁方式，采用單相交流勵磁方式時主發電機轉子磁鏈脈動較大，影響主發電機電動狀態時的運行平穩性；3）當機組達到一定轉速后，勵磁機采用直流勵磁方式的勵磁輸出能力將優于采用單相交流勵磁方式的勵磁輸出能力，此時采用直流勵磁方式時能夠有效提高主發電機的帶載運行性能。基于上述原因，當機組達到一定轉速后，需要將勵磁機由交流勵磁方式切換為直流勵磁方式，但是由于兩種勵磁方式的PWM調制方法差異較大，如果采用直接切換的方式，在切換瞬間主發電機轉子磁鏈波動較大，產生的轉矩脈動易導致機組起動失敗。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種航空三級無刷交流同步電機起動過程勵磁控制裝置，有效提高三級無刷交流同步電機在起動過程中的帶載性能以及機組運行的平穩性。

技術方案

一種航空三級無刷交流同步電機起動過程勵磁控制裝置，其特征在于包括整流電路、濾波電路、三相全橋逆變器、單相H橋逆變器、位置傳感器、中央控制器、隔離驅動器和電流采集電路；整流電路將輸入的三相交流電進行整流后輸出至與其連接的濾波電路，濾波電路分別連接三相全橋逆變器和單相H橋逆變器；單相H橋逆變器連接勵磁機的定子繞組，驅動勵磁機實現主發電機勵磁；三相全橋逆變器連接主發電機，控制主發電機的起動運行；位置傳感器設置在檢測電機轉子位置之處，其輸出端連接中央控制器；電流采集電路連接在單相H橋逆變器和三相全橋逆變器的輸出端，其輸出端連接中央控制器；中央控制器的輸出端連接隔離驅動器，隔離驅動器的輸出端分別連接三相全橋逆變器和單相H橋逆變器。

所述位置傳感器采用旋轉變壓器。

有益效果

本發明提出的一種航空三級無刷交流同步電機起動過程勵磁控制裝置，在電機靜止時，控制器以能夠輸出的最大交流勵磁量給勵磁機勵磁，當電機達到一定轉速時，交流勵磁量開始線性減小，同時直流勵磁量采用PI調節器調節介入，其調節上限由交流勵磁分量的大小及控制器母線電壓綜合決定，當交流分量減小至0時，勵磁機進入直流勵磁方式。本發明該方法應用于三級無刷交流同步電機的起動功能時，避免了勵磁機在直接切換勵磁方式時造成的主發電機轉子磁鏈波動，可有效提高機組在起動過程中進行勵磁切換時的運行平穩性。

本發明具有以下優點：1）在交流勵磁方式和直流勵磁方式間切換時，交流勵磁分量和直流勵磁分量均采用漸入漸出的方式實現，切換時無沖擊；2）調制算法融合了交流調制和直流調制的特點，在整個勵磁過程中無調制算法上的改變；3）采用PI調節器調節直流勵磁輸出，同時利用交流勵磁輸出限制直流勵磁輸出的最大值，可在切換過程中有效利用母線電壓，同時有效避免高轉速時由于轉速變化對勵磁機的影響。

附圖說明

圖1：本發明實施例的系統硬件原理圖

圖2：H橋逆變器原理圖

圖3：采用本發明方法時電機的帶載起動加速曲線圖

具體實施方式

現結合實施例、附圖對本發明作進一步描述：