[发明专利]三级式无刷同步电机磁阻式起动控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种三级式无刷同步电机磁阻式起动控制方法及系统，起动发电系统起动时通过起动控制器向主发电机三相电枢绕组通入三相交流电，不提供起动励磁电流，仅依靠磁阻转矩实现起动功能；起动控制器在起动发电系统起动阶段向主发电机电枢绕组通入交流电，主电机由于为转子凸极结构，将产生磁阻转矩，通过磁阻转矩实现系统的起动功能。此种起动控制方法仅需一套三相逆变器即可实现起动功能，简化了起动控制方法，降低了整个系统的复杂程度。

技术领域

本发明涉及航空起动发电系统，尤其涉及一种三级式无刷同步起动发电系统的起动方式，包括系统结构和起动原理，属于航空电机技术领域。

背景技术

目前飞机交流电源系统大都采用三级式无刷同步电机作为发电机，发动机的起动则是由直流起动机、空气涡轮起动机或燃气涡轮起动机等进行起动。但这样的起动系统体积重量大、可靠性低。一种简单可行的起动/发电一体化实现办法是在现有电源系统的基础上，直接省去专用的起动机，根据电机的可逆性原理，将三级式无刷同步发电机运行在电动状态来起动发动机。

然而，三级式无刷同步电机作为发动机的起动机电动运行时存在如下难题：电机静止时，若采用直流励磁，励磁机电枢无法向主电机励磁绕组输送励磁功率；电机低转速运行时，此时可以采用直流励磁为主电机提供励磁，但励磁功率无法满足起动要求。

针对上述问题，专利US7687928公布了一种三级式无刷同步电机励磁结构及控制方法，在励磁机的定子侧额外增加一套三相交流励磁绕组，起动过程中三相交流励磁绕组工作，发电过程中直流励磁绕组工作。三相交流励磁方案能够提供的主电机励磁电流较大，主电机的输出转矩较大，所需逆变器容量较小。但这种方案有明显的缺点，即需要改变主励磁机的结构，包括铁心和绕组的结构，这会使得结构原本就很复杂的三级式同步电机更加复杂。专利US7821145公布了一种采用单独的三相交流励磁绕组实现交、直流励磁双功能，在起动初期采用三相交流励磁，起动后期以及发电阶段通过控制接触器将三相绕组串联成一套绕组，实现直流励磁方式。该方法提高了励磁绕组的利用率，但是三相交流励磁控制与单刀双掷开关的协调控制增加了交、直流励磁切换的复杂性。专利US6906479公布了一种采用励磁机每个定子极上绕制多套励磁绕组的单相交流励磁方式，为了获得起动发电机最优的性能：发电时，通过控制器将励磁绕组串联在一起；而起动时，则并联在一起，从而减小阻抗，降低起动交流电压幅值，减轻逆变器的尺寸、重量等，而且对原有励磁机改动较小，但起动发电切换控制复杂，接触器较多，可靠性低，电机静止和低转速时，单相交流励磁效率较低。专利CN103532454B公布了一种两相无刷励磁机结构及起动发电过程中的控制方法，其励磁机采用励磁绕组是空间差90°电角度的两相对称绕组的无刷励磁机，采用4触点继电器将励磁机两相励磁绕组分别与两相逆变器和发电机控制单元相连。该方案相比单相交流励磁，励磁效率较高，但绕组连接方式复杂，且需要额外的逆变器提供两相对称电源。专利CN102420560公布了一种变频交流起动发电系统励磁结构及交、直流励磁控制方法，将交流励磁定子三相绕组设置为开路型结构，并在绕组两端各设置一组三相全桥变换器，起动阶段通过控制两套变换器实现三相交流励磁，发电阶段切换变换器控制策略，对每相绕组单独控制，等效成直流串联结构，采用直流励磁。该方案设置两组功率变换器提高了励磁绕组利用率，但两组功率变换器使得励磁控制过程较为繁琐，同时增加了系统结构的复杂性。

现已有的三级式无刷同步电机起动控制方法都需要起动励磁控制，同时为了获得零转速和低转速下足够的励磁电流，所使用的起动励磁控制方法都颇为复杂，需要调整主励磁机结构，增加大量功率器件，起动发电切换过程复杂。

发明内容

针对上述技术问题，本发明旨在简化三级式无刷同步电机的起动控制策略，取消起动励磁，简化起动控制器。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：