混合励磁变频交流起动发电控制器设计与研究

摘要

多电/全电飞机技术的发展提高了机上电力容量的需求，使得对于大型航空发动机的电起动成为可能。变频交流电源凭借其结构简单、维护方便、单机容量大且易于实现起动发电技术等特点成为目前乃至未来大中型飞机交流电源系统的发展趋势。新型混合励磁同步电机（Hybrid Excitation Synchronous Machine,HESM）具有起动控制简单、气隙磁场可调节、较高的功率密度及效率等特性，在航空电源系统中具有应用前景，其控制技术的研究对于构建混合励磁变频交流起动发电系统具有重要意义。
　　本文首先分析了混合励磁变频交流起动发电系统的工作原理，讨论了转子磁分路HESM的结构及其励磁电流调节原理，在dq0同步旋转坐标系中建立了转子磁分路HESM的数学模型。通过对励磁磁链与励磁电流关系曲线的拟合，在Matlab/Simulink中建立了混合励磁变频交流起动发电系统仿真模型，通过仿真分析，研究了励磁电流对混合励磁电机起动性能以及发电调压性能的影响。
　　在此基础上进一步开展对转子磁分路HESM变频交流起动发电系统控制策略的研究。讨论了航空发动机起动阻转矩特性，分析了两种发动机电起动方式，探讨了起动发电机一体化设计要求。研究了HESM励磁电流对励磁绕组自感与电枢绕组电感的影响，并由此深入分析了励磁电流对转子磁分路HESM起动控制的影响。针对航空发动机的起动，提出了一种励磁电流、电枢电流协调控制方法，仿真验证了该方法能够提高HESM在高速区的转矩输出能力。
　　研究了一种混合励磁电机控制器，并在起动发电系统原理实验平台上进行实验验证。实验结果表明，励磁电流能够有效改善转子磁分路HESM的起动性能，通过励磁电流与电枢电流的协调控制可以提高转子磁分路HESM在高速区的转矩输出能力，转子磁分路HESM具有应用于航空起动发电系统的潜力。

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注释表

一、缩略词

二、基本符号与名称

第一章 绪论

1.1 航空变频交流发电系统的发展

1.2 混合励磁电机及其控制技术研究现状

1.3 课题研究意义及主要内容

第二章 混合励磁变频交流起动发电系统结构原理与建模分析

2.1 混合励磁变频交流起动发电系统结构和原理

2.2 基于Matlab/Simulink混合励磁变频交流起动发电系统建模

2.3 混合励磁变频交流起动发电系统仿真运行结果分析

2.4 本章小结

第三章 转子磁分路HESM起动控制策略研究与分析

3.1 引言

3.2 航空发动机对起动发电机性能的要求

3.3 转子磁分路HESM励磁电流对起动控制的影响

3.4 转子磁分路HESM起动控制策略

3.5 本章小结

第四章 转子磁分路HESM起动控制实验验证与分析

4.1 引言

4.2 混合励磁变频交流起动发电控制器硬件系统设计

4.3 混合励磁变频交流起动发电控制器软件程序设计

4.4 实验平台构成

4.5 实验验证与分析

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文