[發明專利]三級式無刷同步電機磁阻式起動控制方法及系統

有效

• 申請號: 201810550793.2
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108847796B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 張卓然;陸嘉偉;李進才;韓建斌
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P6/20
• 分類號: H02P6/20
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;徐曉鷺

本發明公開了一種三級式無刷同步電機磁阻式起動控制方法及系統，起動發電系統起動時通過起動控制器向主發電機三相電樞繞組通入三相交流電，不提供起動勵磁電流，僅依靠磁阻轉矩實現起動功能；起動控制器在起動發電系統起動階段向主發電機電樞繞組通入交流電，主電機由于為轉子凸極結構，將產生磁阻轉矩，通過磁阻轉矩實現系統的起動功能。此種起動控制方法僅需一套三相逆變器即可實現起動功能，簡化了起動控制方法，降低了整個系統的復雜程度。

技術領域

本發明涉及航空起動發電系統，尤其涉及一種三級式無刷同步起動發電系統的起動方式，包括系統結構和起動原理，屬于航空電機技術領域。

背景技術

目前飛機交流電源系統大都采用三級式無刷同步電機作為發電機，發動機的起動則是由直流起動機、空氣渦輪起動機或燃氣渦輪起動機等進行起動。但這樣的起動系統體積重量大、可靠性低。一種簡單可行的起動/發電一體化實現辦法是在現有電源系統的基礎上，直接省去專用的起動機，根據電機的可逆性原理，將三級式無刷同步發電機運行在電動狀態來起動發動機。

然而，三級式無刷同步電機作為發動機的起動機電動運行時存在如下難題：電機靜止時，若采用直流勵磁，勵磁機電樞無法向主電機勵磁繞組輸送勵磁功率；電機低轉速運行時，此時可以采用直流勵磁為主電機提供勵磁，但勵磁功率無法滿足起動要求。

針對上述問題，專利US7687928公布了一種三級式無刷同步電機勵磁結構及控制方法，在勵磁機的定子側額外增加一套三相交流勵磁繞組，起動過程中三相交流勵磁繞組工作，發電過程中直流勵磁繞組工作。三相交流勵磁方案能夠提供的主電機勵磁電流較大，主電機的輸出轉矩較大，所需逆變器容量較小。但這種方案有明顯的缺點，即需要改變主勵磁機的結構，包括鐵心和繞組的結構，這會使得結構原本就很復雜的三級式同步電機更加復雜。專利US7821145公布了一種采用單獨的三相交流勵磁繞組實現交、直流勵磁雙功能，在起動初期采用三相交流勵磁，起動后期以及發電階段通過控制接觸器將三相繞組串聯成一套繞組，實現直流勵磁方式。該方法提高了勵磁繞組的利用率，但是三相交流勵磁控制與單刀雙擲開關的協調控制增加了交、直流勵磁切換的復雜性。專利US6906479公布了一種采用勵磁機每個定子極上繞制多套勵磁繞組的單相交流勵磁方式，為了獲得起動發電機最優的性能：發電時，通過控制器將勵磁繞組串聯在一起；而起動時，則并聯在一起，從而減小阻抗，降低起動交流電壓幅值，減輕逆變器的尺寸、重量等，而且對原有勵磁機改動較小，但起動發電切換控制復雜，接觸器較多，可靠性低，電機靜止和低轉速時，單相交流勵磁效率較低。專利CN103532454B公布了一種兩相無刷勵磁機結構及起動發電過程中的控制方法，其勵磁機采用勵磁繞組是空間差90°電角度的兩相對稱繞組的無刷勵磁機，采用4觸點繼電器將勵磁機兩相勵磁繞組分別與兩相逆變器和發電機控制單元相連。該方案相比單相交流勵磁，勵磁效率較高，但繞組連接方式復雜，且需要額外的逆變器提供兩相對稱電源。專利CN102420560公布了一種變頻交流起動發電系統勵磁結構及交、直流勵磁控制方法，將交流勵磁定子三相繞組設置為開路型結構，并在繞組兩端各設置一組三相全橋變換器，起動階段通過控制兩套變換器實現三相交流勵磁，發電階段切換變換器控制策略，對每相繞組單獨控制，等效成直流串聯結構，采用直流勵磁。該方案設置兩組功率變換器提高了勵磁繞組利用率，但兩組功率變換器使得勵磁控制過程較為繁瑣，同時增加了系統結構的復雜性。

現已有的三級式無刷同步電機起動控制方法都需要起動勵磁控制，同時為了獲得零轉速和低轉速下足夠的勵磁電流，所使用的起動勵磁控制方法都頗為復雜，需要調整主勵磁機結構，增加大量功率器件，起動發電切換過程復雜。

發明內容

針對上述技術問題，本發明旨在簡化三級式無刷同步電機的起動控制策略，取消起動勵磁，簡化起動控制器。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案為：