[发明专利]三级式同步电机起动过程交直流励磁自然切换方法

说明书

本发明公开一种三级式同步电机起动过程交直流励磁自然切换方法，起动之初，主励磁机定子侧三相励磁绕组注入幅值恒定的三相交流电，控制三相交流电的相序产生与三级式同步电机起动转向相反的旋转励磁磁场，并结合起动过程的电机转速控制旋转励磁磁场与主励磁机转速的频率差恒定，使得主励磁机转子侧电枢绕组在三相交流励磁方式下产生不随转速变化的恒定输出电压，随着电机转速上升，主励磁机三相交流励磁的频率下降，当频率下降到0后，保持该时刻三相励磁控制方式，使得主励磁机自然切换为直流励磁，在交直流励磁切换过程中不会出现励磁电流突变导致转矩波动，在三级式同步电机起动全过程的交流励磁和直流励磁过程中无需改变控制方式，易于实施。

技术领域

本发明涉及一种三级式同步电机起动过程交直流励磁自然切换方法，属于电机控制技术领域。

背景技术

在多电飞机与全电飞机成为将来先进飞机的发展方向的大趋势下，变频交流电源越来越受到重视。同其他类型的飞机交流主电源相比，变频交流电源具有以下特点：①可靠性高，取消了恒装和电力电子变换装置；②效率高、体积重量小；③容易实现起动发电；④单机容量更大。目前空客公司的先进飞机A380选用变频交流电源作为变频交流电源系统主电机，全机四通道供电，总容量达到600kVA，B787飞机采用了总容量达1000kVA的大功率变频交流起动发电系统。

三级式无刷同步电机作为航空发电机已经广泛运用于变频交流供电系统中，目前最先进的民用飞机B787变频交流电源系统就使用了三级式同步电机作为起动发电机，实现了起动发电一体化。三级式同步电机由永磁副励磁机、主励磁机、旋转整流器和主发电机构成。在发电模式下，副励磁机经发电机控制单元为主励磁机提供直流电励磁，主励磁机电枢绕组感应电势经旋转整流器为主发电机励磁绕组供电，在航空发动机带动下转子旋转，在主发电机的定子绕组内产生感应电势，输出电能给飞机上各电气负载供电。在起动模式下，主发电机运行在电动状态下，需要从静止起动。由于励磁机处于静止状态，无法在励磁机电枢绕组产生感应电势，也就无法给主发电机提供励磁电流，导致主发电机励磁困难无法从静止起动的问题。因此，为实现三级式同步电机起动运行功能，需要在主励磁机定子绕组通入三相交流电，产生的旋转磁场在励磁机电枢绕组产生感应电势经旋转整流器整流后为主发电机提供励磁。

随着电机转速的上升，主励磁机的三相交流励磁效果逐渐减弱。因此，在一段转速范围内主励磁机可采用三相交流励磁方式使电机从静止起动，而当电机转速达到一定值时三相交流励磁已不能满足起动要求，此时需切换至直流励磁方式以保证主发电机继续运行。当进行交直流励磁切换时，要保证切换前后的励磁效果要一样，还有转子的感应电压相位一样，即保证切换前后主励磁机定子电流产生的磁场大小与方向要相同，否则交直流励磁切换会存在过渡过程，无法实现平滑切换。因此，三级式同步电机起动过程交直流励磁平滑切换方法具有很大的研究意义。

发明内容

发明目的：本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种三级式同步电机起动过程交直流励磁自然切换方法，起动初期，三级式同步电机主励磁机采用三相交流励磁，随着转速上升，交流励磁效果减弱，达到一定转速后通过自然切换法平滑切换为直流励磁，该方法无需改变电机的绕组结构，且交流励磁和直流励磁的逆变器调制方式保持不变，控制方式基本不变，并且保证交直流励磁切换前后主励磁机励磁绕组电流产生的磁场大小与方向不变，保证主发电机励磁绕组的电流基本恒定，消除励磁切换产生的转矩脉动，实现平滑切换。

技术方案：为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种三级式同步电机起动过程交直流励磁自然切换方法，包括三相交流励磁控制、三相直流励磁控制和交直流励磁的自然切换控制，在起动过程之初采用三相交流励磁控制，电机转速上升后通过自然切换法进行交直流励磁切换，切换为三相直流励磁控制。

所述的三相交流励磁控制，具体为：