專利名稱：航空三級電勵磁式同步電機起動控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種航空三級電勵磁式同步電機的起動控制裝置，是一種利用空間矢量調制實現航空三級電勵磁式同步電機起動功能的控制裝置，屬于交流電機傳動技術領域。
背景技術：
起動/發(fā)電雙功能一體化是未來航空交流電源系統的一個重要發(fā)展方向。目前，在航空大功率交流電源系統中，廣泛采用三級電勵磁式同步電機(原理框圖見圖1)作為發(fā)電機，如能用該電機完成航空發(fā)動機的起動，可有效降低航空電源系統的復雜程度、減輕重量、提高可靠性。但是，該電機主要為滿足發(fā)電功能設計，在電動狀態(tài)時存在如下問題1)靜止/低速狀態(tài)時，勵磁機輸出電壓較低、主發(fā)電機勵磁電流較小，嚴重影響主發(fā)電機的帶載起動能力，難以適應航空發(fā)動機在起動過程中低轉速大轉矩的負載特性；2)三級電勵磁式同步電機的主發(fā)電機與勵磁機之間存在較強的電磁耦合，而電機的無刷化結構使其在旋轉狀態(tài)下的準確數學模型難以獲取，因此無法將采集到的主發(fā)電機三相電流準確解耦。目前，國內已開展的針對三級電勵磁式同步電機起動控制方法的相關研究工作，均基于傳統的矢量控制方法和直接轉矩控制方法，且多為仿真研究，部分實驗采用普通的電勵磁同步電機進行驗證。經采用一臺三級電勵磁式同步電機和MAGTR0L公司的2PT115-T/2PT115-P加載臺模擬航空發(fā)動機的起動過程實驗發(fā)現，由于該電機在電動狀態(tài)時存在上文所述的兩個問題，不論是矢量控制方法還是直接轉矩控制方法，由于控制量較多且無法準確解耦，均難以達到較好的控制效果，無法有效發(fā)揮電機的帶載能力。
發(fā)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(fā)明提出一種應用于三級電勵磁式同步電機的起動控制裝置，通過直接控制電壓矢量的模值及電壓矢量與主發(fā)電機轉子夾角的方式確定控制器輸出電壓矢量，再以空間矢量調制(SVM)發(fā)生器的方式發(fā)出三相全橋逆變器的開關信號，控制逆變器驅動主發(fā)電機，以實現三級電勵磁式同步電機起動功能的方法。技術方案一種航空三級電勵磁式同步電機的起動控制裝置，其特征在于包括整流電路、濾波電路、三相全橋逆變器、單相H橋逆變器、中央控制器、隔離驅動電路、電流采集電路和位置傳感器；位置傳感器與三級電勵磁式同步電機連接，位置傳感器測得當前主發(fā)電機的轉子位置Θ和轉速ω ;電流采集電路從交流供電的逆變器電路中測得主發(fā)電機三相電流iA、iB、;整流電路的輸入端連接三相交流供電，其輸出端連接濾波電路，濾波電路的輸出連接三相全橋逆變器和單相H橋逆變器；單相H橋逆變器的輸出端接入勵磁機的定子單相繞組，控制三級電勵磁式同步電機以實現主發(fā)電機的轉子勵磁，三相全橋逆變器輸出端接入三級電勵磁式同步電機的主發(fā)電機定子三相繞組，在主發(fā)電機轉子實現勵磁后，控制主發(fā)電機實現三級電勵磁式同步電機的電動運行。有益效果本發(fā)明所述的三級電勵磁式同步電機起動控制裝置，通過轉速閉環(huán)PI調節(jié)器直接控制輸出電壓矢量的大小，通過電流閉環(huán)PI調節(jié)器調整電壓矢量與轉子的相對位置，控制主發(fā)電機的轉矩角，以調節(jié)主發(fā)電機d軸電流id達到當前轉速下的理想d軸電流ζ。本方法不需要分別控制主發(fā)電機d軸電流id以及q軸電流iq的給定值，也不需要分別控制d軸電壓Ud以及q軸電壓Uq的輸出，由于控制量的減少，勵磁機I禹合在主發(fā)電機三相電流中的分量對系統控制性能的影響降低，采用相同濾波技術的前提下，可獲得更好的起動控制效果。本發(fā)明具有以下優(yōu)點I)控制環(huán)節(jié)較少，速度環(huán)PI調節(jié)器和電流環(huán)PI調節(jié)器相互獨立，參數調整方便；2)不需系統的實時狀態(tài)信息，可以采用較為復雜的濾波算法對采集到的主發(fā)電機原始信息進行處理，對瞬態(tài)干擾具有一定的魯棒性，可有效提高系統控制性能；3 )控制目標量少，可有效降低勵磁機對主發(fā)電機的電磁干擾所造成的綜合控制誤差。

圖1 :系統硬件電路結構框圖。圖2 :采用本控制方法時45N · m堵轉矩情況下的主發(fā)電機起動波形。圖3 :采用本控制方法時600 (r/min), 70N · m負載主發(fā)電機穩(wěn)速運行波形。圖4 :采用本控制方法時1200 (r/min),80N · m負載主發(fā)電機穩(wěn)速運行波形。圖5 :采用 本控制方法時2000 (r/min),80N · m負載主發(fā)電機穩(wěn)速運行波形。
具體實施方式
現結合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述本發(fā)明實施例的系統硬件結構如圖5所示，包括整流電路、濾波電路、三相全橋逆變器、單相H橋逆變器，隔離驅動電路、電流采集電路、中央控制器和人機接口電路。本系統采用旋轉變壓器來檢測電機轉速，構成三級電勵磁式同步電機起動控制系統。為驗證本發(fā)明方法，采用MAGTR0L公司的2PT115-T/2PT115-P加載臺模擬航空發(fā)動機負載，利用一臺三級電勵磁式同步電機搭建了驗證平臺。通過位置傳感器測得當前主發(fā)電機的轉子位置Θ和轉速ω ;通過電流采集電路從交流供電的逆變器電路中測得主發(fā)電機三相電流iA、iB、ic ;中央控制器計算主發(fā)電機理想乃值計算當前勵磁機轉子感應電勢，其中，A相感應電勢可表示為- Ν」 χ_Φ⑴sincojcoscof + iyGos^l/sin(οι)其中，Co1 = 2 Ji Ad1為勵磁機定子勵磁頻率，N2為勵磁機轉子每相串聯繞組匝數， 為繞組系數，為勵磁機脈振磁勢產生的每極磁通的幅值；由于主發(fā)電機通過勵磁機經旋轉變壓器三相全橋整流實現轉子勵磁，因此主發(fā)勵磁電流if可近似表示為if = Kuc*eA/Rzr其中，Kic為勵磁機輸出電壓與主發(fā)電機轉子端電壓的對應系數，Rzr為主發(fā)轉子電阻。計算主發(fā)電機d軸電流的理想控制目標量為
權利要求1.ー種航空三級電勵磁式同步電機起動控制裝置，其特征在于包括整流電路、濾波電路、三相全橋逆變器、単相H橋逆變器、中央控制器、隔離驅動電路、電流采集電路和位置傳感器；位置傳感器與三級電勵磁式同步電機連接，位置傳感器測得當前主發(fā)電機的轉子位置0和轉速CO ;電流采集電路從交流供電的逆變器電路中測得主發(fā)電機三相電流iA、iB、ic ;整流電路的輸入端連接三相交流供電，其輸出端連接濾波電路，濾波電路的輸出連接三相全橋逆變器和単相H橋逆變器；單相H橋逆變器的輸出端接入勵磁機的定子單相繞組，控制三級電勵磁式同步電機以實現主發(fā)電機的轉子勵磁，三相全橋逆變器輸出端接入三級電勵磁式同步電機的主發(fā)電機定子三相繞組，在主發(fā)電機轉子實現勵磁后，控制主發(fā)電機實現三級電勵磁式同步電機的電動運行。
專利摘要本實用新型涉及一種航空三級電勵磁式同步電機起動控制裝置，其特征在于位置傳感器與三級電勵磁式同步電機連接，位置傳感器測得當前主發(fā)電機的轉子位置θ和轉速ω；電流采集電路從交流供電的逆變器電路中測得主發(fā)電機三相電流iA、iB、iC；整流電路的輸入端連接三相交流供電，其輸出端連接濾波電路，濾波電路的輸出連接三相全橋逆變器和單相H橋逆變器；單相H橋逆變器的輸出端接入勵磁機的定子單相繞組，控制三級電勵磁式同步電機以實現主發(fā)電機的轉子勵磁，三相全橋逆變器輸出端接入三級電勵磁式同步電機的主發(fā)電機定子三相繞組，在主發(fā)電機轉子實現勵磁后，控制主發(fā)電機實現三級電勵磁式同步電機的電動運行。本實用新型控制環(huán)節(jié)較少，速度環(huán)PI調節(jié)器和電流環(huán)PI調節(jié)器相互獨立，參數調整方便。
文檔編號H02P21/00GK202889280SQ20122040212
公開日2013年4月17日 申請日期2012年8月14日 優(yōu)先權日2012年8月14日
發(fā)明者馬鵬, 劉衛(wèi)國, 駱光照, 朱志宏 申請人:西北工業(yè)大學, 陜西航空電氣有限責任公司