[发明专利]基于解耦信号的三级式无刷交流同步电机位置估计方法

说明书

本发明公开了一种基于解耦信号的三级式无刷交流同步电机位置估计方法，所述方法具体为：输入单相交流电源至主励磁机的励磁绕组中，使得主励磁机转子侧感应出三相交流电源，所述旋转整流器将三相交流电源整流成含有偶次谐波高频分量的直流电源，将旋转整流器的输出输入至主发电机中，为主发电机的励磁绕组提供直流励磁，根据在主发电机电枢绕组中检测到的感应电流和提取的高频响应信号，生成与高频响应信号同步的同步解耦信号，采用外差法对同步解耦信号进行解调，实现主发电机转子位置角的估计。本发明无需额外使用滤波器，易于实施，能够获得较为准确的同步解耦信号。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域

背景技术

起动发电一体化系统能够省去专门的起动装置，节省成本，减少系统的体积重量，是多电/全电飞机的核心技术。旋转整流器式三级式无刷交流同步电机去除了电刷滑环结构，主励磁机的输出经旋转整流器整流后为主发电机提供励磁，提高了系统的可靠性。目前，多电飞机B787的主电源系统使用了4台250kVA三级式无刷交流同步电机实现起动发电一体化系统。

现阶段，三级式无刷交流同步电机的发电调压技术较为成熟，起动控制是三级式同步电机实现起动/发电一体化的关键技术。三级式同步电机的起动控制依赖于准确的转子位置角度，通常可通过光电编码器、旋转变压器等位置传感器来获取转子位置信息。然而复杂恶劣的航空环境下，位置传感器的使用受限，因此需开展三级式无刷交流同步电机无位置传感器的起动控制研究。

传统的同步电机低速起动阶段的位置估计通常使用高频信号注入法，在主发电机定子侧注入高频信号，在同一侧提取含转子位置信息的高频响应信号，并通过外差法进行幅值调制，获取电机转子位置。定子侧注入高频信号的方法为提高信噪比，保证位置估计精度，需增大注入的高频信号的幅值，这会引起起动时的转矩脉动。根据三级式同步电机结构的特殊性，可以从主励磁机侧间接向主发电机转子绕组注入高频信号，然而间接注入的高频信号及产生的响应信号相位信息未知，无法直接通过外差法解调计算转子位置。因此，三级式无刷交流同步电机位置估计过程中的同步解耦信号生成方法具有很大的研究意义。

发明内容

发明目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种信号的三级式无刷交流同步电机位置估计方法。

技术方案：本发明提供了一种基于解耦信号的三级式无刷交流同步电机位置估计方法，所述三级式无刷交流同步电机包括依次同轴设置的主励磁机，旋转整流器和主发电机；所述方法具体为：输入单相交流电源至主励磁机的励磁绕组中，使得主励磁机转子侧感应出三相交流电源，所述旋转整流器将三相交流电源整流成含有偶次谐波高频分量的直流电源，将旋转整流器输出的电压输入至主发电机中，为主发电机的励磁绕组提供直流励磁，根据在主发电机电枢绕组中检测到的感应电流和提取的高频响应信号，生成与高频响应信号同步的同步解耦信号，采用外差法对同步解耦信号进行解调，实现主发电机转子位置角的估计。

进一步的，所述主励磁机的励磁绕组中的励磁电流i_ef为：

ω_ex为励磁电流角频率，I_ef为励磁电流有效值，t为时间变量；

所述三相交流电源的感应电势为分别为e_exa,e_exb,e_exc；e_exa,e_exb,e_exc的表达式为：

式中M_ef为主励磁机定转子绕组之间互感的最大值，θ_e0为主励磁机初始位置的电角度；

所述旋转整流器的输出电压u_f为：