[發(fā)明專利]三級式同步電機起動過程交直流勵磁自然切換方法

有效

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• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112671282B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設計）人: 魏佳丹;王俊杰;郁鈞豪;沈煜洋;劉萍;周波
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P9/08
• 分類號: H02P9/08;H02P9/36;H02P21/22;H02P21/34
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

本發(fā)明公開一種三級式同步電機起動過程交直流勵磁自然切換方法，起動之初，主勵磁機定子側三相勵磁繞組注入幅值恒定的三相交流電，控制三相交流電的相序產生與三級式同步電機起動轉向相反的旋轉勵磁磁場，并結合起動過程的電機轉速控制旋轉勵磁磁場與主勵磁機轉速的頻率差恒定，使得主勵磁機轉子側電樞繞組在三相交流勵磁方式下產生不隨轉速變化的恒定輸出電壓，隨著電機轉速上升，主勵磁機三相交流勵磁的頻率下降，當頻率下降到0后，保持該時刻三相勵磁控制方式，使得主勵磁機自然切換為直流勵磁，在交直流勵磁切換過程中不會出現(xiàn)勵磁電流突變導致轉矩波動，在三級式同步電機起動全過程的交流勵磁和直流勵磁過程中無需改變控制方式，易于實施。

技術領域

本發(fā)明涉及一種三級式同步電機起動過程交直流勵磁自然切換方法，屬于電機控制技術領域。

背景技術

在多電飛機與全電飛機成為將來先進飛機的發(fā)展方向的大趨勢下，變頻交流電源越來越受到重視。同其他類型的飛機交流主電源相比，變頻交流電源具有以下特點：①可靠性高，取消了恒裝和電力電子變換裝置；②效率高、體積重量小；③容易實現(xiàn)起動發(fā)電；④單機容量更大。目前空客公司的先進飛機A380選用變頻交流電源作為變頻交流電源系統(tǒng)主電機，全機四通道供電，總容量達到600kVA，B787飛機采用了總容量達1000kVA的大功率變頻交流起動發(fā)電系統(tǒng)。

三級式無刷同步電機作為航空發(fā)電機已經廣泛運用于變頻交流供電系統(tǒng)中，目前最先進的民用飛機B787變頻交流電源系統(tǒng)就使用了三級式同步電機作為起動發(fā)電機，實現(xiàn)了起動發(fā)電一體化。三級式同步電機由永磁副勵磁機、主勵磁機、旋轉整流器和主發(fā)電機構成。在發(fā)電模式下，副勵磁機經發(fā)電機控制單元為主勵磁機提供直流電勵磁，主勵磁機電樞繞組感應電勢經旋轉整流器為主發(fā)電機勵磁繞組供電，在航空發(fā)動機帶動下轉子旋轉，在主發(fā)電機的定子繞組內產生感應電勢，輸出電能給飛機上各電氣負載供電。在起動模式下，主發(fā)電機運行在電動狀態(tài)下，需要從靜止起動。由于勵磁機處于靜止狀態(tài)，無法在勵磁機電樞繞組產生感應電勢，也就無法給主發(fā)電機提供勵磁電流，導致主發(fā)電機勵磁困難無法從靜止起動的問題。因此，為實現(xiàn)三級式同步電機起動運行功能，需要在主勵磁機定子繞組通入三相交流電，產生的旋轉磁場在勵磁機電樞繞組產生感應電勢經旋轉整流器整流后為主發(fā)電機提供勵磁。

隨著電機轉速的上升，主勵磁機的三相交流勵磁效果逐漸減弱。因此，在一段轉速范圍內主勵磁機可采用三相交流勵磁方式使電機從靜止起動，而當電機轉速達到一定值時三相交流勵磁已不能滿足起動要求，此時需切換至直流勵磁方式以保證主發(fā)電機繼續(xù)運行。當進行交直流勵磁切換時，要保證切換前后的勵磁效果要一樣，還有轉子的感應電壓相位一樣，即保證切換前后主勵磁機定子電流產生的磁場大小與方向要相同，否則交直流勵磁切換會存在過渡過程，無法實現(xiàn)平滑切換。因此，三級式同步電機起動過程交直流勵磁平滑切換方法具有很大的研究意義。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，提供一種三級式同步電機起動過程交直流勵磁自然切換方法，起動初期，三級式同步電機主勵磁機采用三相交流勵磁，隨著轉速上升，交流勵磁效果減弱，達到一定轉速后通過自然切換法平滑切換為直流勵磁，該方法無需改變電機的繞組結構，且交流勵磁和直流勵磁的逆變器調制方式保持不變，控制方式基本不變，并且保證交直流勵磁切換前后主勵磁機勵磁繞組電流產生的磁場大小與方向不變，保證主發(fā)電機勵磁繞組的電流基本恒定，消除勵磁切換產生的轉矩脈動，實現(xiàn)平滑切換。

技術方案：為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種三級式同步電機起動過程交直流勵磁自然切換方法，包括三相交流勵磁控制、三相直流勵磁控制和交直流勵磁的自然切換控制，在起動過程之初采用三相交流勵磁控制，電機轉速上升后通過自然切換法進行交直流勵磁切換，切換為三相直流勵磁控制。

所述的三相交流勵磁控制，具體為：