[發明專利]航空三級式同步電機轉子初始位置估計方法

有效

• 申請號: 201410542526.2
• 申請日: 2014-10-14
• 公開（公告）號: CN104300868A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 彭紀昌;劉衛國;馬鵬;毛帥
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 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

本發明屬于交流電機傳動技術領域，涉及一種航空三級式同步電機轉子初始位置估計方法。

背景技術

航空三級式無刷同步電機在航空交流電源系統中作為發電機已經得到了廣泛的應用。起動/發電一體化系統，使用三級式電機依次工作在電動和發電兩種運行狀態，能夠省去一臺專用的起動電機，極大的減少了機載重量，符合現代電源系統小型化、簡單化的發展原則，是未來航空電源系統的重要發展方向。起動/發電一體化系統已經在國內外航空電源中得到了較為廣泛的應用，例如美國波音787客機搭載了4臺起動/發電系統。在我國三級式電機作為航空電源系統也已經得到了較為廣泛的應用。

三級式電機(原理框圖見圖1)包括永磁機、勵磁機以及主發電機三部分組成，勵磁機通過旋轉整流器為主發電機提供直流勵磁電流。三級式電機在作為電動機運行時，在勵磁機中通入單項交流勵磁電產生一個脈振磁場，通過分解轉化為兩個轉向相反轉速相同的旋轉磁場，勵磁機轉子感應出三相交流電通過旋轉整流器為主發電機提供勵磁，之后主發電機通入三相交流電完成電機啟動。三級式電機在作為發電機運行時，永磁機為勵磁機供電，勵磁機工作在直流勵磁模式下，主發電機發出頻率與電機轉速相關的三相交流電。

在三級式同步起動/發電一體化系統中，由于較高的穩定性要求多采用旋轉變壓器作為系統的速度傳感器，但是旋轉變壓器在安裝的過程中存在零位誤差，啟動時無法獲得精準的轉子位置。轉子位置定位的偏差又會導致系統起動的失敗，所以如何在靜止狀態下精確地定位轉子的初始位置是系統能否成功起動的關鍵。

三級式電機在靜止狀態下只能選擇交流勵磁的方式進行勵磁，而交流勵磁所產生的主發電機勵磁電流脈動較大。相對于研究較為深入的永磁同步電機，其勵磁電流的脈動增加了精確定位的難度。

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式同步電機轉子初始位置估計方法，通過對檢測得到的信號進行后期的分析和處理去除噪聲，實現較為準確的轉子位置估計。

技術方案

一種航空三級式同步電機轉子初始位置估計方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：對勵磁機定子通入單相交流電，產生主發勵磁電流；

步驟2：在主發電機的定子的任意位置開始施加一個電壓矢量，當響應電流衰減到0時，在與任意位置間隔180度電角度的位置上施加與第一次幅值相等的電壓矢量；

步驟3：在第一次的任意位置上以n度電角度為步長的位置上為任意位置，重復(360/2n)-1次步驟2；所述n為1～90之間的整數，且被360除為偶數；

在(360/2n)次測量中，得到(360/n)個瞬態響應電流最大點位置上的響應電流；

步驟4：使用傅里葉級數，對(360/n)個響應電流值進行擬合，得到響應電流曲線，擬合曲線的最大值位置，為估計的轉子初始位置。

有益效果

本發明提出的一種航空三級式同步電機轉子初始位置估計方法，利用電極的磁路飽和特性，通過施加旋轉電壓矢量，來檢測響應電流的方式來檢測轉子初始位置，方法簡單易于實現并且無額外的硬件開銷；通過信號濾波以及全波傅里葉分析等處理方法，去除噪聲和高次諧波精確定位轉子位置，定位值準確。

附圖說明

圖1：三級式無刷同步起動/發電系統結構圖

圖2：實例硬件結構圖

圖3：施加電壓矢量示意圖

圖4：濾波之后的響應電流曲線

圖5：做差后的響應電流曲線

圖6：使用傅里葉級數擬合之后的擬合曲線

圖7：單次發波示波器波形

圖8：連續發波示波器波形

具體實施方式

現結合實施例、附圖對本發明作進一步描述：

本發明主要針對直交軸磁路飽和程度的不同，通過施加旋轉的電壓矢量檢測響應電流，進而確定轉子位置。依次含有以下步驟：

(1)對勵磁機定子通入單相交流電，產生主發勵磁電流；

(2)以A軸為起始位置，以30電角度為步長，連續一周施加幅值相等的電壓矢量，尋找瞬態響應電流最大點位置，記錄響應電流。為防止電機震動，電壓矢量采用正發發波的方式，即施加一個電壓矢量之后，在施加一個相差180電角度的電壓；

(3)當所施加的電壓矢量靠近真實轉子位置的時候，由于互感增大，直軸磁路飽和程度增高，磁阻最大，對應的電感值最小，施加幅值相等的電壓矢量時，該位置處響應的電流值最大；