[发明专利]航空三级无刷交流同步电机起动过程中的励磁控制方法及装置

说明书

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方法及装置，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方法，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1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方法及装置，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

一种航空三级无刷交流同步电机起动过程励磁控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：根据测得的电机当前转速值ω_r以及设定的交流励磁量随转速变化的曲线，得到当前输出交流励磁分量的调制度M_A，同然后得出直流励磁分量调制度的调制上限M_DMAX＝1-M_A；

步骤2：将励磁机的额定电流i^*以及当前励磁机的励磁电流值i之差e_i＝i^*-i进行PI调节，得出直流励磁控制量的调制度其中，K_ps为励磁电流PI控制器的比例系数，K_ps＞0；K_is为励磁电流PI控制器的积分系数，K_is＞0；经限幅处理后输出当前转速下励磁机的直流励磁量的调制度M_D；

步骤3：根据励磁机交流励磁分量的角度积分器得出当前交流励磁分量的电压相角θ＝∫ωdt，其中，ω＝2πf，f为交流励磁分量的频率；

步骤4：计算有效矢量和零矢量的作用时间，具体步骤如下：

步骤a：计算逆变器输出参考电压为V_ref＝M_DV_DC+M_AV_DCcosθ，其中，V_DC为励磁机控制器母线电压；