[发明专利]三级式起/发电机两相励磁恒转差交流起动模型及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于三级式起/发电机交流起动控制技术领域，具体涉及一种三级式起/发电机两相励磁恒转差交流起动的控制模型及控制方法。

背景技术

目前，三级式无刷发电机广泛应用于航空交流电源系统、电动汽车以及风力发电系统领域，该类电机作为发电机使用技术成熟，但是该种类电机无自起动能力，需要专门的起动电机对其进行起动，使得其起动变得复杂。如能在原有三级式无刷发电机基础上通过改进及控制使其工作在电动状态，即实现起动/发电一体化，就可以省去相应的起动配套设备，从而减轻系统体积重量。

三级式起/发电机主要由主发电机、励磁机、副励磁机(永磁机)和旋转整流器构成。在电机静止起动阶段，若给励磁机定子绕组通以直流电，励磁机转子绕组上不会产生感应电势，则主发电机转子绕组中没有励磁电流，主发电机将无法电动运行。所以实现三级式起/发电机起动的关键在于解决起动时的励磁问题。

为了解决三级式起/发电机的励磁问题，国内外相关学者提出了单相交流励磁与三相交流励磁方案，其中单相交流励磁因为受到励磁机本体容量及供电电压幅值限制，励磁效率不高，定转子能量传输较差。三相交流励磁则需要大幅度改变电机本体结构设计，绕组利用率较差，且交直流励磁切换方式复杂。

在上述相关研究的基础上，中国专利CN103457427A，名称为“一种用于三级式起动/发电系统的励磁机结构及控制方法”，CN103532454A，名称为“两相无刷励磁机在三级式起动/发电系统起动发电过程中的控制方法”，公开了一种不需要较大幅度改动电机结构同时又能够提高励磁绕组利用率的新型励磁结构及方式，即采用励磁绕组为两相对称绕组的两相励磁方式，当电机处于起动状态下时，励磁机采用相差90°的两相交流电进行励磁；电机处于发电状态下时，将两相励磁绕组反向串联后通入直流电进行励磁。

CN103532454A所述的励磁方式只是描述了三级式起/发电机起动状态下两相励磁绕组通入两相交流电的方式，并未提出一种具体的控制方法，也没有说明励磁电流的控制特点，使得两相交流励磁方法的具体实现变得困难。

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，本发明提出一种三级式起/发电机两相励磁恒转差交流起动的控制模型及控制方法，实现采用两相励磁结构的三级式起/发电机起动时励磁电流的稳定控制。

技术方案

一种三级式起/发电机两相励磁恒转差交流起动的控制模型，其特征在于三级式起/发电机两相励磁机控制模型为：

其中：U_a、U_b、U_c分别为转子a、b、c相绕组电压，θ为励磁角速度，θ_r为转子角速度，K_r为电压转换系数，为定子绕组阻抗角；

所述θ＝ω₁t，ω₁为励磁电压角频率，t为励磁机运行时间；

所述θ_r＝ω_rt，ω_r为转子电角速度；

所述R_s为定子绕组内阻，L_m为定转子绕组互感，L_s为定子绕组自感，U_m为励磁电压最大值；

所述

一种利用所述的控制模型实现三级式起/发电机两相励磁恒转差交流起动的控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：给两相励磁机定子通入初始励磁电压频率为f₁，最大交流电压幅值为U_m的两相对称交流电，其中，初始f₁即为转差给定(f₁-f_r)^*，且4Hz≤f₁≤10Hz；

步骤2：由主发电机的位置传感器得到主发电机的转速n，主发电机与励磁机同轴安装，则励磁机转子感应磁势频率为f_r＝p·n/60，p为主发电机极对数；

步骤3：将f₁与f_r进行做差相减，得到的差值f₁-f_r作为反馈量与转差给定(f₁-f_r)^*进行比较，经过PI运算得到新的励磁机励磁电压频率f₁'；