内置式永磁容错电机起动发电系统研究

摘要

近年来，多电及全电飞机发展迅速，使得航空电源系统在功率水平、电能品质及可靠性等方面的要求越来越高，内置式整体起动发电系统则日益成为多电航空系统中的研究热点。起动发电系统是基于电机的可逆工作原理，电机在电动运行时作为发动机的起动机，在发电运行时作为发动机的负载，给其他电气类负载提供电源。永磁容错电机兼备高功率密度及高可靠性的特点，是内置式起动发电机的有力竞争者。
　　本文介绍了内置式永磁容错电机起动发电系统的整体结构，并根据永磁容错电机本体的特性建立了其数学模型；针对航空发动机的起动转矩特性，给出了电动运行时的恒转矩起动方案；利用电机大电感的特点，在分析了发电控制原理的基础上，提出了直轴电流(Id)解析法弱磁控制以实现宽转速范围内的弱磁恒压发电；基于电机磁隔离的特点和三相四桥臂的电路拓扑，以保证故障后的电机定子磁场为幅值不变的圆形旋转磁场为目的，结合SVPWM算法提出了单相故障后利用第四桥臂补偿的容错控制策略。在理论分析的基础之上，利用仿真分析软件MATLAB建立了永磁容错电机起动发电系统的仿真模型，对各控制算法进行仿真分析及验证。
　　本文设计并搭建了内置式永磁容错电机起动发电系统的模拟实验平台。该实验平台的硬件主要包含控制电路及主功率电路两个部分。控制电路的核心芯片采用TI公司的数字信号处理器TMS320F2812，主功率电路的功率器件采用三菱公司的IPM模块。系统软件算法设计采用C语言，主要编写了恒转矩起动程序段、弱磁发电控制算法程序段、容错控制算法程序段等。在软硬件兼具的基础上，对永磁容错电机起动发电系统进行软硬件联调。实验结果与仿真结果及理论分析相符，验证了系统控制策略的有效性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

注释表

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 内置式整体起动发电系统的研究现状

1.3 课题的研究意义

1.4 本文主要研究内容与结构安排

第二章 永磁容错电机起动发电技术研究

2.1 引言

2.2 永磁容错电机的起动发电系统设计

2.3 航空发动机的工作特性

2.4 永磁容错电机的数学模型

2.5 永磁容错电机的起动控制

2.6 永磁容错电机的弱磁发电控制

2.7 本章总结

第三章 永磁容错电机起动发电系统的容错技术研究

3.1 引言

3.2 永磁容错电机起动发电系统的故障分析

3.3 永磁容错电机起动发电系统的容错控制

3.4 本章总结

第四章 永磁容错电机起动发电系统仿真

4.1 引言

4.2 永磁容错起动发电系统的建模

4.3 起动控制的仿真

4.4 弱磁发电控制的仿真

4.5 单相故障容错控制仿真

4.6 本章总结

第五章 永磁容错电机起动发电系统实验

5.1 引言

5.2 模拟实验平台简介

5.3 起动控制实验

5.4 弱磁发电实验

5.5 单相故障实验

5.6 本章总结

第六章 系统硬软件设计

6.1 引言

6.2 硬件电路设计

6.3 软件设计

6.4 本章总结

第七章 总结与展望

7.1 全文工作总结

7.2 进一步工作展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及研究成果