本發(fā)明屬于電勵磁同步電機控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種三級式同步電機轉(zhuǎn)子位置估算方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的航空發(fā)動機需要專門的起動電機帶動主軸旋轉(zhuǎn)，賦予航空發(fā)動機主軸一定的轉(zhuǎn)速，航空發(fā)動機才能點火。這樣的電源系統(tǒng)包含一套專門的起動機構(gòu)，使得電源系統(tǒng)的體積和重量較大。如果使三級式同步電機同時具備起動航空發(fā)動機的能力，就可以省去專用的起動機構(gòu)，實現(xiàn)系統(tǒng)起動/發(fā)電的一體化。起動/發(fā)電的一體化設(shè)計能夠減輕機載重量，降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度及制造成本，這對于大型飛機的發(fā)展具有重大意義。

航空發(fā)動機負載特性復(fù)雜，這使得主發(fā)電機的電樞電流在起動時變化較大，產(chǎn)生的電樞反應(yīng)會使主發(fā)電機的凸極性消失甚至反轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)的低速段同步電機轉(zhuǎn)子位置估算方法，例如旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法、脈振高頻電壓注入法以及高頻方波電壓注入法等方法普遍依賴于同步電機的凸極性，而起動過程中主發(fā)電機的凸極性會發(fā)生較大變化，故傳統(tǒng)的同步電機轉(zhuǎn)子位置估算方法在該場合適用性較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種三級式同步電機轉(zhuǎn)子位置估算方法，該方法將主勵磁機與主發(fā)電機作為旋轉(zhuǎn)變壓器用以檢測轉(zhuǎn)子位置，本方法不依賴于主發(fā)電機的凸極性，信號注入和信號提取方式都比較簡單，轉(zhuǎn)子位置檢測精度較高。

技術(shù)方案

一種三級式同步電機轉(zhuǎn)子位置估算方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：給三級式同步電機主勵磁機的兩相定子繞組施加頻率為f，相位互差90°的兩相勵磁電壓；向主發(fā)電機三相定子繞組注入高頻電壓uah、ubh、uch；所述注入高頻電壓由頻率為f，相位互差90°的高頻電壓uαh＝v1cos(2πft)，uβh＝v1sin(2πft)經(jīng)過clarke逆變換得到；

步驟2：采樣主勵磁機定子繞組α相與β相的電流，得到iα和iβ，將iα與iβ分別進行一次純延時濾波，以濾除頻率為f的基波勵磁電流，得到iα'與iβ'；

步驟3：以低通濾波器對iα'和iβ'分別進行低通濾波，濾除iα'與iβ'中由注入的高頻電壓產(chǎn)生的高頻電流分量，得到iα”與iβ”；然后求取反正切得到估算的轉(zhuǎn)子位置θest；

步驟4：以誤差θerror對θest的相位延遲給予補償，得到正確的轉(zhuǎn)子位置，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子位置的跟蹤；所述誤差θerror通過離線測試得到估算的轉(zhuǎn)子位置θest與真實轉(zhuǎn)子位置θreal之間的誤差θerror。

當主勵磁機定子繞組采用三相勵磁結(jié)構(gòu)時，可通過clarke變換將主勵磁機定子三相電流ia、ib、ic轉(zhuǎn)換為兩相電流iα與iβ，然后再進行步驟2。

有益效果

本發(fā)明提出的一種三級式同步電機轉(zhuǎn)子位置估算方法，將主勵磁機與主發(fā)電機作為旋轉(zhuǎn)變壓器用以檢測轉(zhuǎn)子位置，本方法不依賴于主發(fā)電機的凸極性，信號注入和信號提取方式都比較簡單，轉(zhuǎn)子位置檢測精度較高。

本發(fā)明方法具有以下有益效果：

(1)本方法將主勵磁機與主發(fā)電機作為旋轉(zhuǎn)變壓器用以檢測轉(zhuǎn)子位置，相比于傳統(tǒng)的同步電機低速段轉(zhuǎn)子位置估算方法，本方法不依賴于主發(fā)電機的凸極率。

(2)本方法的信號注入和信號提取方式都比較簡單，可操作性較強，轉(zhuǎn)子位置檢測精度較高。

附圖說明

圖1：三級式同步電機原理圖

圖2：主發(fā)電機勵磁電壓

圖3：主勵磁機轉(zhuǎn)子繞組電壓

圖4：主勵磁機定子繞組α相、β相電流

圖5：系統(tǒng)估算得到的轉(zhuǎn)子位置與實際的轉(zhuǎn)子位置對比圖

圖6：轉(zhuǎn)子位置估算誤差

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述：

步驟1：三級式同步電機的原理圖如圖1所示。首先對三級式同步電機主發(fā)電機的定子繞組進行勵磁。向主勵磁機的兩相定子繞組通以幅值相同(80v)，頻率相同(200hz)，相位互差90°的兩相交流電。由于兩相定子繞組互差的電角度也是90°，于是就會產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，并且該旋轉(zhuǎn)磁場的頻率與兩相交流電的頻率相同。由于兩相勵磁機轉(zhuǎn)子繞組為互差120°的三相對稱繞組，主勵磁機轉(zhuǎn)子繞組中將會感應(yīng)出三相電動勢，經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流器整流成帶有脈動的直流后供給主發(fā)電機的勵磁繞組勵磁。

步驟2：向主發(fā)電機三相定子繞組注入高頻電壓uah、ubh、uch，，該高頻電壓經(jīng)過clarke變換后可等效為向主發(fā)電機定子α相與β相注入幅值為10v，頻率為200hz，相位互差90°的高頻電壓，uαh＝10cos400πt，uβh＝10sin400πt。

步驟3：對主勵磁機定子繞組α相與β相的電流進行采樣，得到iα與iβ，將iα與iβ分別進行一次純延時濾波，以濾除頻率為200hz的基波勵磁電流，得到iα'與iβ'。

步驟4：利用低通濾波器對iα'與iβ'分別進行低通濾波，以濾除iα'與iβ'中由注入的高頻電壓產(chǎn)生的高頻電流分量，可得iα”與iβ”。然后求取反正切，即并對低通濾波器等環(huán)節(jié)造成的相位延遲加上一定的補償(該補償可通過離線測試得到)，即可得到正確的轉(zhuǎn)子位置，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子位置的跟蹤。為了驗證該方法的可行性，根據(jù)上述原理搭建了仿真模型并進行了仿真。主發(fā)電機勵磁電壓如圖2所示，主勵磁機轉(zhuǎn)子繞組電壓如圖3所示，主勵磁機定子繞組α相、β相電流如圖4所示，系統(tǒng)估算得到的轉(zhuǎn)子位置與實際的轉(zhuǎn)子位置如圖5所示，轉(zhuǎn)子位置估算誤差如圖6所示?？梢钥闯觯痉椒ǖ霓D(zhuǎn)子位置估算誤差在起動過程中始終保持在5°電角度以內(nèi)，檢測精度較高。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種三級式同步電機轉(zhuǎn)子位置估算方法，將主勵磁機與主發(fā)電機作為旋轉(zhuǎn)變壓器用以檢測轉(zhuǎn)子位置，本方法不依賴于主發(fā)電機的凸極性，信號注入和信號提取方式都比較簡單，轉(zhuǎn)子位置檢測精度較高。本發(fā)明方法具有以下有益效果：(1)本方法將主勵磁機與主發(fā)電機作為旋轉(zhuǎn)變壓器用以檢測轉(zhuǎn)子位置，相比于傳統(tǒng)的同步電機低速段轉(zhuǎn)子位置估算方法，本方法不依賴于主發(fā)電機的凸極率。(2)本方法的信號注入和信號提取方式都比較簡單，可操作性較強，轉(zhuǎn)子位置檢測精度較高。

技術(shù)研發(fā)人員：祝宇杰;劉衛(wèi)國;彭紀昌;孟濤;焦寧飛
受保護的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.23
技術(shù)公布日：2017.09.05