[发明专利]三级式无刷同步电机起动过程交直流励磁平滑切换方法

说明书

本发明公开了三级式无刷同步电机起动过程交直流励磁平滑切换方法，三级式无刷同步电机的主励磁机采用三相励磁绕组，起动初期采用三相交流励磁，使励磁绕组产生旋转方向与电机转向相反的圆形旋转磁场，并且控制电机起动转速与励磁磁势转速的转速差保持恒定，使得主发电机励磁电流保持稳定。当起动转速超过设定值后，主励磁机控制器采用励磁切换点寻找控制方法，当主励磁机的三相交流励磁电流的磁场方向与三相直流励磁的六个固定方向的其中一个重合时，切换到直流励磁，保证交直流励磁切换前后的主发电机励磁磁场方向与大小保持不变，使得三级式同步电机起动过程在交直流励磁切换过程中不会出现输出转矩明显波动，满足起动控制过程的转矩需求。

技术领域

本发明涉及三级式无刷同步电机起动过程交直流励磁平滑切换方法，属于电机控制技术领域。

背景技术

现代飞机电源系统的一个重要特点就是具有起动和发电两种功能，能够有效的提升飞机的整体性能。利用电机的可逆性原理，使同一台电机具有起动和发电两种功能，可以去除发动机的起动装置，从而减轻飞机的重量，提高飞机运行效率。三级式同步电机是目前航空电源系统中应用最多的发电机，因此可以对旧系统进行改造，采用三级式同步电机实现起动发电一体化功能。三级式同步电机发电技术已经发展得十分成熟，因此国内外近年来主要针对其起动控制技术进行研究。

三级式同步电机实现发电功能时，永磁副励磁机对主励磁机励磁绕组进行直流励磁，在主励磁机电枢绕组中感应出的三相交流电压经过旋转整流器整流后为主发电机提供直流励磁。当三级式同步电机作为起动机工作时，电机在起动初期处于零速或低速状态下，如果给主励磁机提供直流励磁，主励磁机的电枢绕组中的感应电动势为零或者很小，不能给主电机提供足够的励磁，导致电机无法正常起动。针对该问题，主要有两种解决方案：单相交流励磁起动和三相交流励磁起动。但单相交流励磁受限于励磁功率等级，不能应用于大功率系统。因此在航空系统中大多采用三相交流励磁起动。由于转速升高后直流励磁的励磁效果优于交流励磁，所以当电机到达一定转速后，主励磁机还需要从交流励磁切换成直流励磁。因此，三级式无刷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

本发明所要解决的技术问题是：提供三级式无刷同步电机起动过程交直流励磁平滑切换方法，能够在所有转速阶段内为主励磁机提供励磁，并采用切换点寻找的方法保证在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恒定，消除励磁切换产生的转矩脉动，实现平滑切换。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

三级式无刷同步电机起动过程交直流励磁平滑切换方法，所述三级式无刷同步电机的主励磁机采用三相励磁绕组，在起动过程初始阶段采用三相交流励磁控制方式，使得转子侧电枢绕组感应输出交流电压恒定，经过旋转整流器之后为主发电机励磁绕组提供恒定直流励磁，在起动转速超过切换点后，实现三相交流励磁控制到直流励磁控制的平滑切换，为起动过程的主发电机提供恒定励磁电流，满足三级式同步电机起动过程的转矩控制需求。

所述起动过程初始阶段的三相交流励磁控制方式，控制主励磁机三相交流励磁绕组产生的圆形旋转磁场旋转方向与三级式无刷交流同步电机的起动转向相反，主励磁机的转子电枢绕组切割该磁场感应出的三相交流电幅值为：

其中，R_s和L_s分别为主励磁机励磁绕组的电阻和电感，L_m为主励磁机定转子绕组间的互感，U_m和ω₁分别为主励磁机交流励磁电压的幅值和频率，ω_r为主励磁机转子角频率。主励磁机输出电压幅值与ω₁和ω_r相关联，控制主励磁三相交流励磁电压的频率ω₁随着ω_r变化，实现对主励磁机转子电枢绕组输出电压的稳定控制。