一种航空多级式同步电机主电机的励磁电流估算方法

摘要

本发明属于航空交流电机控制技术领域，具体涉及一种航空多级式同步电机主电机的励磁电流估算方法，包括分别采集航空多级式电励磁同步电机主励磁机的定子绕组中的三相相电压与相电流，计算主励磁机在静止坐标系下的定子绕组的α‑β轴电流与α‑β轴磁链、转子绕组的电流矢量、电流矢量模值及电流矢量角θr，重复上述步骤n次，获得n次采样计算后的主励磁机在静止坐标系下的转子绕组的电流矢量、电流矢量模值、电流矢量角，计算主励磁机转子绕组的电流矢量轨迹的内切圆半径，多级式电励磁同步电机主电机的励磁电流的大小等于主励磁机转子绕组的电流矢量轨迹的内切圆半径。本发明无需转子位置信号即可估算出主电机励磁电流，方法简单可靠。

说明书

技术领域

本发明属于航空交流电机控制技术领域，具体涉及一种航空多级式同步电机主电机的励磁电流估算方法。

背景技术

随着大飞机技术的迅猛发展，具有起动/发电一体化功能的高压宽变频发电系统是未来航空交流电源系统的一个重要发展方向。传统飞机交流电源系统大都采用三级式或两级式的无刷同步电机，见图2的原理框图，作为发电机，该类发电机无起动航空发动机的功能，发动机由独立的起动机进行起动。这样的发动机-电源系统包含两套电机，使得其体积和重量较大，且系统复杂，可靠性降低。若能在原有三级式无刷同步发电机的基础上，通过控制使其运行在电动状态来完成发动机的起动，即实现起动/发电一体化，就可以省去专门的起动机，减轻机载重量和系统体积。目前，多家公司将起动/发电一体化系统作为新型多电飞机的重要方向，我国也将此项技术作为支撑全新打飞机的新型多电发动机的一项关键技术。在起动/发电一体化系统中，多级式电机的发电技术已经成熟，多级式电机的起动过程中的控制技术特别是基于无位置传感器的控制技术是起动/发电一体化技术的主要研究方向。

在飞机静止时候，为了保证多级式电励磁同步电机能够正常起动航空发动机，要求主电机的励磁电流必须是可控的。然而，多级式电励磁同步电机采用特殊的无刷励磁结构，主电机的励磁电流无法直接测量只能估算，起动/发电系统利用主电机励磁电流估算值对主电机励磁电流进行控制。目前，多级式电机主电机励磁电流估算方法主要有三种：1、基于主电机定子绕组的端电压大小，对主电机励磁电流进行估算；2、利用航空多级式电励磁同步电机转子位置信息与主励磁机定子绕组磁链方程估算出航空多级式电励磁同步电机主励磁机转子电流，然后利用转子三相绕组电流瞬时绝对值和的二分之一求取主电机励磁电流；3、通过Voltage-Behind-Reactance(VBR)方法与旋转整流器的平均值模型估算出主电机励磁电流。上述三种方法中，由于起动/发电起动过程中主电机定子绕组与变频器相连，因此第一种方法只能在起动/发电系统工作在发电状态下使用，无法在系统起动过程中使用。第二种与第三种方法均依赖航空多级式电励磁同步电机转子位置信息，当起动/发电机位置传感器发生故障或者采用的无位置传感器算法无法有效计算出航空多级式电励磁同步电机转子位置信息时，主电机励磁电流将无法估算，起动/发电系统的控制策略无法实施，航空发动机起动失败。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种航空多级式同步电机主电机的励磁电流估算方法，以解决上述提出的问题。

本发明的技术方案是：

一种航空多级式同步电机主电机的励磁电流估算方法，包括以下步骤：

分别采集航空多级式电励磁同步电机主励磁机的定子绕组中的三相相电压u

利用采集到的航空多级式电励磁同步电机主励磁机的定子绕组的三相相电压N

利用计算出的静止坐标系下的定子绕组的α-β轴电流与α-β轴磁链，计算航空多级式电励磁同步电机主励磁机在静止坐标系下的转子绕组的电流矢量

重复上述步骤n次，获得n次采样计算后的航空多级式电励磁同步电机主励磁机在静止坐标系下的转子绕组的电流矢量模值

航空多级式电励磁同步电机主电机的励磁电流i

优选的，利用式(1)到式(3)计算航空多级式电励磁同步电机主励磁机在静止坐标系下的定子绕组的α-β轴电流与α-β轴磁链：

其中，

R

u

ψ

ψ

i

优选的，利用式(4)到式(6)计算航空多级式电励磁同步电机主励磁机在静止坐标系下的转子绕组的电流矢量

其中，

θ

L

M

ψ

i

优选的，利用式(7)计算航空多级式电励磁同步电机主励磁机的转子绕组的电流矢量轨迹的内切圆半径R：

其中，

R为航空多级式电励磁同步电机主励磁机的转子绕组的电流矢量轨迹的内切圆半径；

n＝1，2，3...，为重复采样次数；

θ

θ

本发明提出一种航空多级式同步电机主电机的励磁电流估算方法，具有以下的有益效果：

无需转子位置信号即可估算出主电机励磁电流，避免了因位置传感器故障或者无位置传感器算法计算出有效位置信息时，主电机励磁电流估算失败，起动/发电系统无法正常工作，方法简单可靠，实用性好，值得推广。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的航空三级式起动/发电一体化系统；

图3为本发明的多级式电励磁电机静止状态下主电机励磁电流估算值与实际值；

图4为本发明的多级式电励磁电机200转/分主电机励磁电流估算值与实际值。

具体实施方式

下面结合附图1到图4对本发明提供的一种航空多级式同步电机主电机的励磁电流估算方法的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

实施例1

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

为验证本发明方法的可行性和有效性，采用Matlab/Simulink进行仿真验证。仿真中，利用Matlab/simscape编程语言建立了航空多级式电励磁同步电机主励磁机与主电机模型如图2所示，利用Matlab/simscape库中的二极管搭建了旋转整流器电路模型。由于本发明中所提出的方法不依赖副航空多级式电励磁同步电机的副励磁机(永磁发电机)，因此仿真中不予考虑。

通过仿真软件自带的电源模块在航空多级式电励磁同步电机主励磁机的定子绕组上施加115V/400Hz的三相对称电压对主励磁机的励磁绕组进行励磁，主电机定子绕组开路(或者保持主电机的直轴电流恒定不变)。

如图1所示，本发明提供的一种航空多级式同步电机主电机的励磁电流估算方法，包括以下步骤：

分别采集航空多级式电励磁同步电机主励磁机的定子绕组中的三相相电压u

利用式(1)到式(3)计算航空多级式电励磁同步电机主励磁机在静止坐标系下的定子绕组的α-β轴电流与α-β轴磁链：

其中，

R

u

ψ

ψ

i

利用式(4)到式(6)计算航空多级式电励磁同步电机主励磁机在静止坐标系下的转子绕组的电流矢量

其中，

θ

L

M

ψ

i

重复上述步骤n次，获得n次采样计算后的航空多级式电励磁同步电机主励磁机在静止坐标系下的转子绕组的电流矢量模值

其中，

R为航空多级式电励磁同步电机主励磁机的转子绕组的电流矢量轨迹的内切圆半径；

n＝1，2，3...，为重复采样次数；

θ

θ

航空多级式电励磁同步电机主电机的励磁电流i

在多级式电励磁电机静止与200转/分下，仿真得到的效果分别如图3与图4所示。

本发明的主电机励磁电流估算方法无需转子位置信号即可估算出主电机励磁电流，避免了因位置传感器故障或者无位置传感器算法计算出有效位置信息时，主电机励磁电流估算失败，起动/发电系统无法正常工作，实用性好，值得推广。

以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。