[發明專利]三級式無刷同步電機起動過程交直流勵磁平滑切換方法

有效

• 申請號: 202011412694.1
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112653365B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 魏佳丹;魯恒;沈煜洋;王俊杰;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: 姜慧勤

1.三級式無刷同步電機起動過程交直流勵磁平滑切換方法，其特征在于，所述三級式無刷同步電機的主勵磁機采用三相勵磁繞組，在起動過程的初始階段采用三相交流勵磁控制方法，使得轉子側電樞繞組感應輸出交流電壓恒定；當起動轉速超過切換點之后，采用基于切換點尋找法的交直流勵磁切換技術，實現三相交流勵磁控制到三相直流勵磁控制的平滑切換，經過旋轉整流器之后為主發電機勵磁繞組提供恒定直流勵磁，滿足三級式同步電機起動過程的轉矩控制需求；

所述當起動轉速超過切換點之后，采用基于切換點尋找法的交直流勵磁切換技術，實現三相交流勵磁控制到三相直流勵磁控制的平滑切換，具體為：

主勵磁機勵磁控制的三相橋式逆變器給三相勵磁繞組提供恒定電壓，從而產生六個恒定勵磁電壓矢量，恒定勵磁電壓矢量角度為n*π/3，n＝1～6，相鄰兩個恒定勵磁電壓矢量間相差π/3，當逆變器輸出的合成電壓矢量旋轉頻率f_s增大到設定值f₀后開始進行切換點的尋找，當三相交流勵磁產生的旋轉電壓矢量旋轉至與六個恒定勵磁電壓矢量中的一個重合時，切換到該恒定勵磁電壓矢量，實現交直流勵磁切換；

其中，逆變器輸出的合成電壓矢量旋轉頻率f_s為：

f_s＝f_ref+n_rp/60

設定值f₀為：

其中，f_ref為轉差頻率，n_r為轉子轉速，p為主勵磁機的極對數，k為加速度。

2.根據權利要求1所述三級式無刷同步電機起動過程交直流勵磁平滑切換方法，其特征在于，所述在起動過程的初始階段采用三相交流勵磁控制方法，具體為：

采用電壓空間矢量調制方式對主勵磁機勵磁控制的三相橋式逆變器進行控制，實現三相交流勵磁控制；逆變器電壓空間矢量調制控制模塊使空間矢量的旋轉方向與電機的旋轉方向相反，并且控制逆變器輸出的合成電壓矢量旋轉頻率與電機轉速頻率的頻率差保持恒定，使得轉子以恒定速度切割磁場，轉子側感應出恒定幅值電壓，經過旋轉整流器之后為主發電機的勵磁繞組提供恒定勵磁電流，從而保證起動轉矩穩定。

3.根據權利要求2所述三級式無刷同步電機起動過程交直流勵磁平滑切換方法，其特征在于，所述恒定幅值電壓的公式為：

其中，U_acm為恒定幅值電壓，R_s和L_s分別為主勵磁機三相勵磁繞組的電阻和電感，L_m為主勵磁機定轉子繞組間的互感，U_m和ω₁分別為主勵磁機交流勵磁電壓的幅值和頻率，ω_r為主勵磁機轉子角頻率。

4.根據權利要求1所述三級式無刷同步電機起動過程交直流勵磁平滑切換方法，其特征在于，所述逆變器輸出的合成電壓矢量旋轉頻率f_s從f₀增大到0的過程中，旋轉電壓矢量停留位置有兩個相鄰的恒定勵磁電壓矢量，并且這兩個相鄰的恒定勵磁電壓矢量之間相差π/3；根據旋轉電壓矢量的旋轉方向，定義所述兩個相鄰的恒定勵磁電壓矢量中，旋轉電壓矢量先經過的恒定勵磁電壓矢量為上一個恒定勵磁電壓矢量，旋轉電壓矢量后經過的恒定勵磁電壓矢量為下一個恒定勵磁電壓矢量；若旋轉電壓矢量在開始進行切換點尋找時更靠近下一個恒定勵磁電壓矢量，則其距離下一個恒定勵磁電壓矢量的角度小于π/6，旋轉電壓矢量將在勵磁頻率增大到0之前旋轉到該恒定勵磁電壓矢量；若旋轉電壓矢量更靠近上一個恒定勵磁電壓矢量，則其在開始進行切換點尋找時距離下一個恒定勵磁電壓矢量的角度大于π/6，旋轉電壓矢量在勵磁頻率增大到0后反向旋轉到上一個恒定勵磁電壓矢量，保證在進行切換點尋找后，旋轉電壓矢量第一次與恒定勵磁電壓矢量重合時，所重合的電壓矢量為開始進行切換點尋找時最靠近的恒定勵磁電壓矢量。

5.根據權利要求1所述三級式無刷同步電機起動過程交直流勵磁平滑切換方法，其特征在于，所述三相直流勵磁控制的具體方式為：

采用電壓空間矢量調制方式對主勵磁機勵磁控制的三相橋式逆變器進行控制，將測到的主勵磁機定子三相繞組中的A相電流、B相電流、C相電流經Clark變換后，分別與α軸下的給定電流、β軸下的給定電流、0軸下的給定電流作比較，經PI控制后得到α軸給定電壓u_α、β軸給定電壓u_β和0軸給定電壓u₀，u_α、u_β與u₀通過直流勵磁控制模塊輸出PWM信號；根據切換時的勵磁電流產生磁場的方向與大小對α、β、0軸下的給定電流進行設置，使得切換前后的勵磁磁場方向與大小不改變。