[發(fā)明專利]三級式同步電機轉(zhuǎn)子位置估計系統(tǒng)及估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811181808.9
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN109150028B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏佳丹;薛嘩;魯恒;周波
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18;H02P6/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐紅梅

1.三級式同步電機轉(zhuǎn)子位置估計系統(tǒng)，其特征在于：包括三級式同步電機、單相交流電源、信號采集模塊和信號處理模塊，其中，三級式同步電機包括同軸連接的主勵磁機、旋轉(zhuǎn)整流器和主發(fā)電機；其中，單相交流電源給主勵磁機的勵磁繞組通入單相交流電產(chǎn)生脈振磁場，經(jīng)過定轉(zhuǎn)子耦合，在主勵磁機電樞繞組中感應(yīng)三相交流電，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)整流器后給主發(fā)電機勵磁繞組供電，經(jīng)過主發(fā)電機定轉(zhuǎn)子間的耦合作用，在主發(fā)電機電樞繞組感應(yīng)出包含轉(zhuǎn)子位置信息的高頻信號，通過信號采集模塊提取出包含轉(zhuǎn)子位置信息的高頻信號，再經(jīng)過信號處理模塊估計出轉(zhuǎn)子位置角度；

其中，信號處理模塊包括第一平方計算模塊、第二平方計算模塊、乘法器、加法器、第一低通濾波器、第二低通濾波器、放大器和鎖相環(huán)，帶通濾波器輸出的兩相靜止坐標(biāo)系上的高頻諧波信號分別輸入第一平方計算模塊和第二平方計算模塊，然后經(jīng)過加法器后輸入第一低通濾波器后輸入鎖相環(huán)；另一方面兩相高頻諧波信號均輸入乘法器，再輸出至第二低通濾波器，然后經(jīng)過放大器后輸入鎖相環(huán)；鎖相環(huán)輸出即為估計的轉(zhuǎn)子位置角度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三級式同步電機轉(zhuǎn)子位置估計系統(tǒng)，其特征在于：主勵磁機為旋轉(zhuǎn)電樞式電勵磁同步電機，定子為單相勵磁繞組，轉(zhuǎn)子側(cè)為電樞繞組。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三級式同步電機轉(zhuǎn)子位置估計系統(tǒng)，其特征在于：主發(fā)電機定子側(cè)為電樞繞組，轉(zhuǎn)子側(cè)為勵磁繞組。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三級式同步電機轉(zhuǎn)子位置估計系統(tǒng)，其特征在于：信號采集模塊包括兩個相同的帶通濾波器。

5.三級式同步電機轉(zhuǎn)子位置估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)在主勵磁機定子側(cè)通入單相交流電產(chǎn)生脈振磁場；

(2)主勵磁機轉(zhuǎn)子側(cè)電樞繞組中感應(yīng)出三相交流電，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)整流器后給主發(fā)電機勵磁繞組供電；

(3)主發(fā)電機勵磁繞組上的電流諧波分量經(jīng)過主發(fā)電機定轉(zhuǎn)子耦合后，在主發(fā)電機定子側(cè)電樞繞組感應(yīng)出包含轉(zhuǎn)子位置信息的高頻信號；

(4)信號采集模塊采集包含主發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置的信號；

(5)信號處理模塊估計出主發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置角度；

信號處理模塊接收到信號采集模塊輸出的高頻信號后，進行轉(zhuǎn)子位置角度估計，具體估計方法為：

(51)分別對兩相靜止坐標(biāo)系上的高頻電壓信號做平方差，然后輸入第一低通濾波器得：

其中，K_LPF為濾波器衰減系數(shù)；

(52)將兩相靜止坐標(biāo)系上的高頻電壓信號相乘，然后輸入第二低通濾波器得：

(53)將步驟(52)中第二濾波器輸出的電壓信號乘以2，然后和步驟(51)中第一濾波器輸出的電壓信號，同時輸入給鎖相環(huán)，鎖相環(huán)的兩個輸入記為：

(54)鎖相環(huán)對接收的輸入信號進行計算處理，得到轉(zhuǎn)子位置估計角度；

鎖相環(huán)中PI端口的輸入為的函數(shù)：

其中，θ為實際角度，為估計角度，設(shè)實際角度與估計角度的差值為該鎖相環(huán)輸出收斂到0時，則此時2Δθ＝mπ(m＝0,1,2….)，故因此實際的角度θ等于或因此需要對估計出的初始位置進行校正，位置角度校正方法為：

三級式同步電機靜止?fàn)顟B(tài)下，在主發(fā)電機勵磁磁場的建立過程中，在主發(fā)電機定子繞組中會流過感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的極性和主發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的勵磁磁場方向相反，通過感應(yīng)電流正負極性的判斷，得到轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)的象限，在和中選擇對應(yīng)的角度，作為最終估計出的初始位置角度。