[發明專利]三級式起/發電機兩相勵磁恒轉差交流起動模型及控制方法

有效

• 申請號: 201410202257.5
• 申請日: 2014-05-14
• 公開（公告）號: CN103956949A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 駱光照;劉文昉;張莎;劉衛國
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H02P9/14
• 分類號: H02P9/14
• 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

本發明屬于三級式起/發電機交流起動控制技術領域，具體涉及一種三級式起/發電機兩相勵磁恒轉差交流起動的控制模型及控制方法。

背景技術

目前，三級式無刷發電機廣泛應用于航空交流電源系統、電動汽車以及風力發電系統領域，該類電機作為發電機使用技術成熟，但是該種類電機無自起動能力，需要專門的起動電機對其進行起動，使得其起動變得復雜。如能在原有三級式無刷發電機基礎上通過改進及控制使其工作在電動狀態，即實現起動/發電一體化，就可以省去相應的起動配套設備，從而減輕系統體積重量。

三級式起/發電機主要由主發電機、勵磁機、副勵磁機(永磁機)和旋轉整流器構成。在電機靜止起動階段，若給勵磁機定子繞組通以直流電，勵磁機轉子繞組上不會產生感應電勢，則主發電機轉子繞組中沒有勵磁電流，主發電機將無法電動運行。所以實現三級式起/發電機起動的關鍵在于解決起動時的勵磁問題。

為了解決三級式起/發電機的勵磁問題，國內外相關學者提出了單相交流勵磁與三相交流勵磁方案，其中單相交流勵磁因為受到勵磁機本體容量及供電電壓幅值限制，勵磁效率不高，定轉子能量傳輸較差。三相交流勵磁則需要大幅度改變電機本體結構設計，繞組利用率較差，且交直流勵磁切換方式復雜。

在上述相關研究的基礎上，中國專利CN103457427A，名稱為“一種用于三級式起動/發電系統的勵磁機結構及控制方法”，CN103532454A，名稱為“兩相無刷勵磁機在三級式起動/發電系統起動發電過程中的控制方法”，公開了一種不需要較大幅度改動電機結構同時又能夠提高勵磁繞組利用率的新型勵磁結構及方式，即采用勵磁繞組為兩相對稱繞組的兩相勵磁方式，當電機處于起動狀態下時，勵磁機采用相差90°的兩相交流電進行勵磁；電機處于發電狀態下時，將兩相勵磁繞組反向串聯后通入直流電進行勵磁。

CN103532454A所述的勵磁方式只是描述了三級式起/發電機起動狀態下兩相勵磁繞組通入兩相交流電的方式，并未提出一種具體的控制方法，也沒有說明勵磁電流的控制特點，使得兩相交流勵磁方法的具體實現變得困難。

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，本發明提出一種三級式起/發電機兩相勵磁恒轉差交流起動的控制模型及控制方法，實現采用兩相勵磁結構的三級式起/發電機起動時勵磁電流的穩定控制。

技術方案

一種三級式起/發電機兩相勵磁恒轉差交流起動的控制模型，其特征在于三級式起/發電機兩相勵磁機控制模型為：

其中：U_a、U_b、U_c分別為轉子a、b、c相繞組電壓，θ為勵磁角速度，θ_r為轉子角速度，K_r為電壓轉換系數，為定子繞組阻抗角；

所述θ＝ω₁t，ω₁為勵磁電壓角頻率，t為勵磁機運行時間；

所述θ_r＝ω_rt，ω_r為轉子電角速度；

所述R_s為定子繞組內阻，L_m為定轉子繞組互感，L_s為定子繞組自感，U_m為勵磁電壓最大值；

所述

一種利用所述的控制模型實現三級式起/發電機兩相勵磁恒轉差交流起動的控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：給兩相勵磁機定子通入初始勵磁電壓頻率為f₁，最大交流電壓幅值為U_m的兩相對稱交流電，其中，初始f₁即為轉差給定(f₁-f_r)^*，且4Hz≤f₁≤10Hz；

步驟2：由主發電機的位置傳感器得到主發電機的轉速n，主發電機與勵磁機同軸安裝，則勵磁機轉子感應磁勢頻率為f_r＝p·n/60，p為主發電機極對數；

步驟3：將f₁與f_r進行做差相減，得到的差值f₁-f_r作為反饋量與轉差給定(f₁-f_r)^*進行比較，經過PI運算得到新的勵磁機勵磁電壓頻率f₁'；