本發(fā)明涉及航空三級式起動/發(fā)電系統(tǒng)，特別涉及一種包含主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的磁導(dǎo)調(diào)制式勵磁發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：

1、自全電飛機(jī)的概念提出以來，飛機(jī)電氣化發(fā)展愈加顯著。機(jī)上用電負(fù)載比例顯著增多，供電容量增長至1450kva。航空三級式起動/發(fā)電機(jī)(以下簡稱“tssg”)由副勵磁機(jī)、主勵磁發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器及主電機(jī)組成，因其無刷化和高可靠性的優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于飛機(jī)起發(fā)系統(tǒng)中。但是準(zhǔn)確的主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息是實現(xiàn)起動的首要條件，而傳統(tǒng)的機(jī)械位置傳感器會占用額外的航空電源系統(tǒng)體積和重量，且易受電磁干擾，降低航空電源系統(tǒng)的可靠性。另一方面，一般電機(jī)中常用的基于反電勢模型的轉(zhuǎn)子位置檢測方法會因為轉(zhuǎn)速過低導(dǎo)致含有轉(zhuǎn)子位置信息的反電勢信號弱，對檢測精度影響大。

2、現(xiàn)有的對于tssg轉(zhuǎn)子位置檢測通常利用多級結(jié)構(gòu)特性，采用從勵磁發(fā)電機(jī)/主電機(jī)定子側(cè)注入信號，對應(yīng)的主電機(jī)/主勵磁發(fā)電機(jī)定子側(cè)提取信號的方法。然而，此類基于正向/逆向信號傳遞機(jī)理所傳遞的轉(zhuǎn)子位置信號都會受到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、非線性旋轉(zhuǎn)整流器及主電機(jī)阻尼繞組的影響，導(dǎo)致信號傳遞不穩(wěn)定，靈敏度低等影響檢測精度的問題；其中，利用電機(jī)自身產(chǎn)生的諧波信號的檢測方法會因為提取的諧波信號衰減，與主發(fā)電機(jī)起動控制器諧波互相干擾而增加轉(zhuǎn)子位置估算誤差。再者，一般三級式航空起動/發(fā)電機(jī)的功率較大，在必要的信噪比下需要注入的高頻電壓信號幅值高，容易引起較大的起動輸出轉(zhuǎn)矩脈動。

3、因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待改進(jìn)和提高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種包含主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的磁導(dǎo)調(diào)制式勵磁發(fā)電機(jī)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中航空三級式起動/發(fā)電機(jī)低速段轉(zhuǎn)子位置檢測反電勢信號弱和信號注入法提取信號衰減且提取復(fù)雜的問題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

3、第一方面，一種包含主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的磁導(dǎo)調(diào)制式勵磁發(fā)電機(jī)，勵磁發(fā)電機(jī)為旋轉(zhuǎn)電樞式結(jié)構(gòu)，且勵磁發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子為隱極式的齒槽結(jié)構(gòu)，槽中安放有三相對稱電樞繞組；勵磁發(fā)電機(jī)電樞繞組與旋轉(zhuǎn)整流器相連，為主電機(jī)提供脈動直流電，二者(勵磁發(fā)電機(jī)和主電機(jī))同軸連接，機(jī)械轉(zhuǎn)速一致；

4、所述勵磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的輪廓采用偏心圓的方式構(gòu)造凸極磁導(dǎo)調(diào)制結(jié)構(gòu)，具有pλ個凸極，以使定子和轉(zhuǎn)子間形成不均勻氣隙。

5、進(jìn)一步地，所述勵磁發(fā)電機(jī)的凸極磁導(dǎo)調(diào)制結(jié)構(gòu)的數(shù)量與所述勵磁發(fā)電機(jī)的極數(shù)不等。

6、進(jìn)一步地，所述勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與主電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝，主電機(jī)為電勵磁凸極同步電機(jī)，勵磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的凸極磁導(dǎo)調(diào)制結(jié)構(gòu)數(shù)pλ為主電機(jī)極數(shù)pm的一半，以通過提取勵磁發(fā)電機(jī)定子電流響應(yīng)解調(diào)出轉(zhuǎn)子位置信息。

7、進(jìn)一步地，所述勵磁發(fā)電機(jī)的定子為凸極結(jié)構(gòu)，槽中嵌放有兩相對稱集中式繞組α相和β相，二者(α相和β相)軸線空間上相位差為90°電角度；。

8、5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的包含主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的磁導(dǎo)調(diào)制式勵磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，兩相對稱的勵磁繞組的各相采用多條支路并聯(lián)連接，當(dāng)并聯(lián)支路數(shù)為勵磁機(jī)極對數(shù)的4倍時，轉(zhuǎn)子凸極磁導(dǎo)調(diào)制結(jié)構(gòu)引起的磁路磁導(dǎo)變化體現(xiàn)在勵磁發(fā)電機(jī)定子側(cè)的電流信號中。

9、第二方面、一種包含主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的磁導(dǎo)調(diào)制式勵磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息調(diào)解方法，包括：

10、步驟1、提取所述包含主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的磁導(dǎo)調(diào)制式勵磁發(fā)電機(jī)的一條支路的勵磁電流，采用幅值解調(diào)方法，解調(diào)出含有轉(zhuǎn)子位置信息的包絡(luò)線；

11、步驟2、利用三角函數(shù)反變換獲得勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁導(dǎo)調(diào)制結(jié)構(gòu)的位置角，解算出主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息。

12、進(jìn)一步地，所述步驟1包括：

13、勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子凸極輪廓對應(yīng)的氣隙長度可以表示為：

14、

15、其中，rs——定子內(nèi)表面半徑；

16、h——為偏心距；

17、rp——偏心圓半徑；

18、θλ——轉(zhuǎn)子表面一點a在極坐標(biāo)系下角位置

19、r——轉(zhuǎn)子表面一點a在極坐標(biāo)系下的半徑；

20、當(dāng)勵磁發(fā)電機(jī)勵磁繞組通入交流電壓時，會在勵磁繞組中感應(yīng)勵磁電流，取一條支路電流可以反應(yīng)出磁導(dǎo)變化的電流響應(yīng)；給定α相繞組的勵磁電壓表示為

21、

22、其中，urms——勵磁電壓有效值；

23、ωexf——勵磁發(fā)電機(jī)勵磁角頻率；

24、t——時間；

25、由于勵磁頻率足夠高，勵磁發(fā)電機(jī)電抗遠(yuǎn)大于勵磁電阻，即ωexflf＞＞rf，在電流響應(yīng)表達(dá)式中可忽略勵磁電阻部分，故勵磁繞組一條支路的勵磁響應(yīng)電流iα1可以表示為

26、

27、其中，uα——α相繞組的勵磁電壓；

28、xf——高頻勵磁電抗；

29、lf——勵磁電感；

30、又因為勵磁發(fā)電機(jī)勵磁繞組電感可以表示為

31、

32、其中，nf——勵磁機(jī)勵磁繞組匝數(shù)；

33、λf——勵磁發(fā)電機(jī)磁路磁導(dǎo)；

34、因此可以說明磁導(dǎo)越大，勵磁電感越小，進(jìn)而說明勵磁電流響應(yīng)幅值越小，故勵磁電流響應(yīng)幅值會隨著磁導(dǎo)變化而變化；

35、磁路磁導(dǎo)可以表示為

36、λf＝μ/δ(θλ)

37、其中，μ——磁導(dǎo)率，為常值；

38、可以表明磁路磁導(dǎo)與氣隙長度呈負(fù)相關(guān)，將此式帶入電流響應(yīng)表達(dá)式可以表示出電流響應(yīng)與勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角的直接關(guān)系；

39、

40、上式可以簡化為

41、

42、其中，kh——勵磁電流幅值。

43、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案具有以下有益效果：

44、1、相比于需要信號傳遞的多級式電機(jī)低速段無位置控制方法，設(shè)計包含主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的磁導(dǎo)調(diào)制式勵磁發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的同時利用三級式同步電機(jī)結(jié)構(gòu)特性，采用提取經(jīng)凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)磁導(dǎo)調(diào)制后的勵磁發(fā)電機(jī)定子勵磁電流的調(diào)制波進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置檢測的響應(yīng)速度快、諧波干擾少、信號提取便捷。

45、2、本發(fā)明能夠使航空三級式起動/發(fā)電機(jī)的起動過程在低速段具有良好的位置估算精度，能夠滿足主電機(jī)的起動要求，為航空三級式起動/發(fā)電機(jī)無位置控制技術(shù)提供了新方法。

技術(shù)特征：

1.一種包含主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的磁導(dǎo)調(diào)制式勵磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，勵磁發(fā)電機(jī)為旋轉(zhuǎn)電樞式結(jié)構(gòu)，且勵磁發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子為隱極式的齒槽結(jié)構(gòu)，槽中安放有三相對稱電樞繞組；勵磁發(fā)電機(jī)電樞繞組與旋轉(zhuǎn)整流器相連，為主電機(jī)提供脈動直流電，勵磁發(fā)電機(jī)和主電機(jī)同軸連接，機(jī)械轉(zhuǎn)速一致；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包含主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的磁導(dǎo)調(diào)制式勵磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述勵磁發(fā)電機(jī)的凸極磁導(dǎo)調(diào)制結(jié)構(gòu)的數(shù)量與所述勵磁發(fā)電機(jī)的極數(shù)不等。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包含主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的磁導(dǎo)調(diào)制式勵磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與主電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝，主電機(jī)為電勵磁凸極同步電機(jī)，勵磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的凸極磁導(dǎo)調(diào)制結(jié)構(gòu)數(shù)pλ為主電機(jī)極數(shù)pm的一半，以通過提取勵磁發(fā)電機(jī)定子電流響應(yīng)解調(diào)出轉(zhuǎn)子位置信息。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包含主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的磁導(dǎo)調(diào)制式勵磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述勵磁發(fā)電機(jī)的定子為凸極結(jié)構(gòu)，槽中嵌放有兩相對稱集中式繞組α相和β相，α相和β相軸線空間上相位差為90°電角度。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的包含主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的磁導(dǎo)調(diào)制式勵磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，兩相對稱的勵磁繞組的各相采用多條支路并聯(lián)連接，當(dāng)并聯(lián)支路數(shù)為勵磁機(jī)極對數(shù)的4倍時，轉(zhuǎn)子凸極磁導(dǎo)調(diào)制結(jié)構(gòu)引起的磁路磁導(dǎo)變化體現(xiàn)在勵磁發(fā)電機(jī)定子側(cè)的電流信號中。

6.一種如權(quán)利要求1所述的包含主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的磁導(dǎo)調(diào)制式勵磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息調(diào)解方法，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的包含主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的磁導(dǎo)調(diào)制式勵磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息調(diào)解方法，其特征在于，所述步驟1包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種包含主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的磁導(dǎo)調(diào)制式勵磁發(fā)電機(jī)，勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計成不等極凸極磁導(dǎo)調(diào)制結(jié)構(gòu)，在電機(jī)低速段運(yùn)行期間，不等極磁導(dǎo)調(diào)制式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，可以引起磁路磁導(dǎo)變化，進(jìn)而使得勵磁發(fā)電機(jī)定子側(cè)并聯(lián)支路中的勵磁電流幅值成周期性變化，并且在一個機(jī)械周期內(nèi)，幅值變化與轉(zhuǎn)子凸極結(jié)構(gòu)數(shù)一致。通過幅值解調(diào)方法，可以利用勵磁電流幅值變化形成的包絡(luò)線，解調(diào)出包含在其中的勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角信息。進(jìn)而，根據(jù)主電機(jī)與主勵磁機(jī)同軸安裝的三級式起動/發(fā)電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)，可以直接檢測出對應(yīng)的主電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息，進(jìn)而將信息反饋至控制環(huán)節(jié)，使電機(jī)順利起動，以減小信號提取時間，并保證轉(zhuǎn)子位置檢測精度。

技術(shù)研發(fā)人員：夏加寬,趙蕓琦,戴朝輝,齊美鈞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：沈陽工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10