专利名称：航空三级无刷交流同步电机起动过程中的励磁控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种航空三级无刷交流同步电机起动过程中的励磁控制装置，是一种利用单相空间矢量调制解决航空三级无刷交流同步电机在起动过程中的励磁问题的控制装置，属于交流电机传动技术领域。
背景技术：
起动/发电双功能一体化是未来航空交流电源系统的一个重要发展方向。目前，在航空大功率交流电源系统中，广泛采用三级无刷交流同步电机(原理框图见图1)作为发电机，当采用该电机实现航空发动机的起动功能时，主发电机将以电动方式运行，由于该电机为无刷化结构，因此当电机静止时，若励磁机仍然采用发电状态时的直流励磁方式，将无法实现主发电机的转子励磁，导致电机无法起动。在《电工技术杂志》2001年第I期3 8页刊登的“飞机起动/发电双功能系统电动状态单相交流励磁的研究” 一文(作者陈宝林等)中，提出在励磁机定子绕组中通入单相交流电，解决机组处于静止状态时主发电机的励磁问题，该方法的优点在于无需改动电机结构。实验表明，选用合适的励磁频率及控制方法时，励磁机输出的励磁电流能够保证机组在一定堵转矩情况下顺利起动，此处提到的合适励磁频率是指在励磁电压相等的前提下，采用该频率的单相交流励磁时主发电机能够获得最大的励磁电流。但是，励磁机在采用单相交流励磁方式时，仍然面临如下问题1)在合适的励磁频率下，由于励磁机感抗较大，励磁机的定子励磁电流远小于其额定值，无法有效发挥励磁机的励磁输出能力，致使主发电机的转子励磁较弱，影响了主发电机在电动状态时的带载能力；2)相比直流励磁方式，采用单相交流励磁方式时主发电机转子磁链脉动较大，影响主发电机电动状态时的运行平稳性；3)当机组达到一定转速后，励磁机采用直流励磁方式的励磁输出能力将优于采用单相交流励磁方式的励磁输出能力，此时采用直流励磁方式时能够有效提高主发电机的带载运行性能。基于上述原因，当机组达到一定转速后，需要将励磁机由交流励磁方式切换为直流励磁方式，但是由于两种励磁方式的PWM调制方法差异较大，如果采用直接切换的方式，在切换瞬间主发电机转子磁链波动较大，产生的转矩脉动易导致机组起动失败。
发明内容要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种航空三级无刷交流同步电机起动过程励磁控制装置，有效提高三级无刷交流同步电机在起动过程中的带载性能以及机组运行的平稳性。技术方案—种航空三级无刷交流同步电机起动过程励磁控制装置，其特征在于包括整流电路、滤波电路、三相全桥逆变器、单相H桥逆变器、位置传感器、中央控制器、隔离驱动器和电流采集电路；整流电路将输入的三相交流电进行整流后输出至与其连接的滤波电路，滤波电路分别连接三相全桥逆变器和单相H桥逆变器；单相H桥逆变器连接励磁机的定子绕组，驱动励磁机实现主发电机励磁；三相全桥逆变器连接主发电机，控制主发电机的起动运行；位置传感器设置在检测电机转子位置之处，其输出端连接中央控制器；电流采集电路连接在单相H桥逆变器和三相全桥逆变器的输出端，其输出端连接中央控制器；中央控制器的输出端连接隔离驱动器，隔离驱动器的输出端分别连接三相全桥逆变器和单相H桥逆变器。所述位置传感器采用旋转变压器。有益效果本发明提出的一种航空三级无刷交流同步电机起动过程励磁控制装置，在电机静止时，控制器以能够输出的最大交流励磁量给励磁机励磁，当电机达到一定转速时，交流励磁量开始线性减小，同时直流励磁量采用PI调节器调节介入，其调节上限由交流励磁分量的大小及控制器母线电压综合决定，当交流分量减小至O时，励磁机进入直流励磁方式。本发明该方法应用于三级无刷交流同步电机的起动功能时，避免了励磁机在直接切换励磁方式时造成的主发电机转子磁链波动，可有效提高机组在起动过程中进行励磁切换时的运行平稳性。本发明具有以下优点1)在交流励磁方式和直流励磁方式间切换时，交流励磁分量和直流励磁分量均采用渐入渐出的方式实现，切换时无冲击；2)调制算法融合了交流调制和直流调制的特点，在整个励磁过程中无调制算法上的改变；3)采用PI调节器调节直流励磁输出，同时利用交流励磁输出限制直流励磁输出的最大值，可在切换过程中有效利用母线电压，同时有效避免高转速时由于转速变化对励磁机的影响。
图1 :本发明实施例的系统硬件原理图图2 :H桥逆变器原理图图3 :采用本发明方法时电机的带载起动加速曲线图具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述本发明实施例的系统硬件结构如图1所示,包括整流电路、滤波电路、三相全桥逆变器、单相H桥逆变器(图2)，隔离驱动电路、电流和电压检测电路、中央控制器和人机接口电路以及位置传感器，本系统中采用旋转变压器来检测电机转子位置及转速。其中，单相H桥逆变器接励磁机定子绕组，驱动励磁机实现主发电机励磁，三相全桥逆变器接主发电机，通过控制主发电机的起动运行效果观察本发明方法的励磁控制性能。为验证本发明方法，采用MAGTR0L公司的2PT115-T/2PT115-P加载台模拟航空发动机负载，利用一台三级无刷交流同步电机搭建了验证平台。本实施例的如图1所示，交流励磁分量的调制度大小由电机转速夬定，直流励磁分量的调制度由励磁机额定励磁电流Γ和实际的励磁电 流i经PI调节器调节得到，其调节上限Mllmax由交流励磁分量的调制度Ma决定，最终将得到的交/直流励磁输出量按本发明提出的调制算法合成后，得出控制H桥逆变器的变量值，实现励磁机的励磁控制。其中， 交流励磁分量的励磁频率满足ω = 2 31 f0
权利要求1.一种航空三级无刷交流同步电机起动过程励磁控制装置，其特征在于包括整流电路、滤波电路、三相全桥逆变器、单相H桥逆变器、位置传感器、中央控制器、隔离驱动器和电流采集电路；整流电路将输入的三相交流电进行整流后输出至与其连接的滤波电路，滤波电路分别连接三相全桥逆变器和单相H桥逆变器；单相H桥逆变器连接励磁机的定子绕组，驱动励磁机实现主发电机励磁；三相全桥逆变器连接主发电机，控制主发电机的起动运行；位置传感器设置在检测电机转子位置之处，其输出端连接中央控制器；电流采集电路连接在单相H桥逆变器和三相全桥逆变器的输出端，其输出端连接中央控制器；中央控制器的输出端连接隔离驱动器，隔离驱动器的输出端分别连接三相全桥逆变器和单相H桥逆变器。
2.根据权利要求1所述的航空三级无刷交流同步电机起动过程励磁控制装置，其特征在于所述位置传感器采用旋转变压器。
专利摘要本实用新型涉及一种航空三级无刷交流同步电机起动过程励磁控制装置，其特征在于整流电路将输入的三相交流电进行整流后输出至与其连接的滤波电路，滤波电路分别连接三相全桥逆变器和单相H桥逆变器；单相H桥逆变器连接励磁机的定子绕组，三相全桥逆变器连接主发电机；位置传感器设置在检测电机转子位置之处，其输出端连接中央控制器；电流采集电路连接在单相H桥逆变器和三相全桥逆变器的输出端，其输出端连接中央控制器；中央控制器的输出端连接隔离驱动器，隔离驱动器的输出端分别连接三相全桥逆变器和单相H桥逆变器。本实用新型有效提高机组在起动过程中进行励磁切换时的运行平稳性。
文档编号H02P9/08GK202856679SQ20122047305
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者刘卫国, 马鹏, 骆光照, 蒋鸿, 姜宇 申请人:西北工业大学, 陕西航空电气有限责任公司