航空三級式同步電機轉(zhuǎn)子初始位置估計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種航空三級式同步電機轉(zhuǎn)子初始位置估計方法，利用電極的磁路飽和特性，通過施加旋轉(zhuǎn)電壓矢量，來檢測響應(yīng)電流的方式來檢測轉(zhuǎn)子初始位置，方法簡單易于實現(xiàn)并且無額外的硬件開銷；通過信號濾波以及全波傅里葉分析等處理方法，去除噪聲和高次諧波精確定位轉(zhuǎn)子位置，定位值準確。
【專利說明】 航空三級式同步電機轉(zhuǎn)子初始位置估計方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于交流電機傳動【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種航空三級式同步電機轉(zhuǎn)子初始位置估計方法。

【背景技術(shù)】
[0002]航空三級式無刷同步電機在航空交流電源系統(tǒng)中作為發(fā)電機已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。起動/發(fā)電一體化系統(tǒng)，使用三級式電機依次工作在電動和發(fā)電兩種運行狀態(tài)，能夠省去一臺專用的起動電機，極大的減少了機載重量，符合現(xiàn)代電源系統(tǒng)小型化、簡單化的發(fā)展原則，是未來航空電源系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。起動/發(fā)電一體化系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)外航空電源中得到了較為廣泛的應(yīng)用，例如美國波音787客機搭載了 4臺起動/發(fā)電系統(tǒng)。在我國三級式電機作為航空電源系統(tǒng)也已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。
[0003]三級式電機(原理框圖見圖1)包括永磁機、勵磁機以及主發(fā)電機三部分組成，勵磁機通過旋轉(zhuǎn)整流器為主發(fā)電機提供直流勵磁電流。三級式電機在作為電動機運行時，在勵磁機中通入單項交流勵磁電產(chǎn)生一個脈振磁場，通過分解轉(zhuǎn)化為兩個轉(zhuǎn)向相反轉(zhuǎn)速相同的旋轉(zhuǎn)磁場，勵磁機轉(zhuǎn)子感應(yīng)出三相交流電通過旋轉(zhuǎn)整流器為主發(fā)電機提供勵磁，之后主發(fā)電機通入三相交流電完成電機啟動。三級式電機在作為發(fā)電機運行時，永磁機為勵磁機供電，勵磁機工作在直流勵磁模式下，主發(fā)電機發(fā)出頻率與電機轉(zhuǎn)速相關(guān)的三相交流電。
[0004]在三級式同步起動/發(fā)電一體化系統(tǒng)中，由于較高的穩(wěn)定性要求多采用旋轉(zhuǎn)變壓器作為系統(tǒng)的速度傳感器，但是旋轉(zhuǎn)變壓器在安裝的過程中存在零位誤差，啟動時無法獲得精準的轉(zhuǎn)子位置。轉(zhuǎn)子位置定位的偏差又會導(dǎo)致系統(tǒng)起動的失敗，所以如何在靜止狀態(tài)下精確地定位轉(zhuǎn)子的初始位置是系統(tǒng)能否成功起動的關(guān)鍵。
[0005]三級式電機在靜止狀態(tài)下只能選擇交流勵磁的方式進行勵磁，而交流勵磁所產(chǎn)生的主發(fā)電機勵磁電流脈動較大。相對于研究較為深入的永磁同步電機，其勵磁電流的脈動增加了精確定位的難度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]要解決的技術(shù)問題
[0007]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種航空三級式同步電機轉(zhuǎn)子初始位置估計方法，通過對檢測得到的信號進行后期的分析和處理去除噪聲，實現(xiàn)較為準確的轉(zhuǎn)子位置估計。
[0008]技術(shù)方案
[0009]一種航空三級式同步電機轉(zhuǎn)子初始位置估計方法，其特征在于步驟如下:
[0010]步驟1:對勵磁機定子通入單相交流電，產(chǎn)生主發(fā)勵磁電流；
[0011]步驟2:在主發(fā)電機的定子的任意位置開始施加一個電壓矢量，當響應(yīng)電流衰減到O時，在與任意位置間隔180度電角度的位置上施加與第一次幅值相等的電壓矢量；
[0012]步驟3:在第一次的任意位置上以η度電角度為步長的位置上為任意位置，重復(fù)(360/2n)-l次步驟2 ;所述η為I?90之間的整數(shù)，且被360除為偶數(shù)；
[0013]在(360/2η)次測量中，得到(360/η)個瞬態(tài)響應(yīng)電流最大點位置上的響應(yīng)電流；
[0014]步驟4:使用傅里葉級數(shù)，對(360/η)個響應(yīng)電流值進行擬合，得到響應(yīng)電流曲線，擬合曲線的最大值位置，為估計的轉(zhuǎn)子初始位置。
[0015]有益效果
[0016]本發(fā)明提出的一種航空三級式同步電機轉(zhuǎn)子初始位置估計方法，利用電極的磁路飽和特性，通過施加旋轉(zhuǎn)電壓矢量，來檢測響應(yīng)電流的方式來檢測轉(zhuǎn)子初始位置，方法簡單易于實現(xiàn)并且無額外的硬件開銷；通過信號濾波以及全波傅里葉分析等處理方法，去除噪聲和高次諧波精確定位轉(zhuǎn)子位置，定位值準確。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1:三級式無刷同步起動/發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
[0018]圖2:實例硬件結(jié)構(gòu)圖
[0019]圖3:施加電壓矢量示意圖
[0020]圖4:濾波之后的響應(yīng)電流曲線
[0021]圖5:做差后的響應(yīng)電流曲線
[0022]圖6:使用傅里葉級數(shù)擬合之后的擬合曲線
[0023]圖7:單次發(fā)波示波器波形
[0024]圖8:連續(xù)發(fā)波示波器波形

【具體實施方式】
[0025]現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述:
[0026]本發(fā)明主要針對直交軸磁路飽和程度的不同，通過施加旋轉(zhuǎn)的電壓矢量檢測響應(yīng)電流，進而確定轉(zhuǎn)子位置。依次含有以下步驟:
[0027](I)對勵磁機定子通入單相交流電，產(chǎn)生主發(fā)勵磁電流；
[0028](2)以A軸為起始位置，以30電角度為步長，連續(xù)一周施加幅值相等的電壓矢量，尋找瞬態(tài)響應(yīng)電流最大點位置，記錄響應(yīng)電流。為防止電機震動，電壓矢量采用正發(fā)發(fā)波的方式，即施加一個電壓矢量之后，在施加一個相差180電角度的電壓；
[0029](3)當所施加的電壓矢量靠近真實轉(zhuǎn)子位置的時候，由于互感增大，直軸磁路飽和程度增高，磁阻最大，對應(yīng)的電感值最小，施加幅值相等的電壓矢量時，該位置處響應(yīng)的電流值最大；
[0030](4)在最大響應(yīng)電流位置處，以5電角度為步長，提高電壓矢量幅值施加旋轉(zhuǎn)電壓矢量，記錄響應(yīng)電流；
[0031](5)將得到的響應(yīng)電流曲線以最大響應(yīng)電流點為中心，前90電角度為起始位置，與相差180電角度位置處響應(yīng)電流值做差，繪制新角度電流曲線；
[0032](6)使用傅里葉級數(shù)擬合響應(yīng)電流曲線，求取擬合曲線的最大值位置，該位置極為估計的轉(zhuǎn)子初始位置。
[0033]具體實例的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括:整流電路、濾波電路、三相全橋逆變器、單相H橋逆變器，隔離驅(qū)動電路、電流采集電流、中央控制器和人機接口電路。本系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)變壓器進行轉(zhuǎn)子位置的檢測，同時驗證所估計轉(zhuǎn)子位置的正確性，為便于分析假設(shè)電機為一對級結(jié)構(gòu)。為驗證本發(fā)明方法，采用MAGTROL公司的2PT115-T/2PT15-P加載臺和一臺三級式同步電機搭建了實驗平臺。
[0034]依次含有以下步驟:
[0035]對勵磁機定子通入單相交流電，產(chǎn)生主發(fā)勵磁電流；
[0036]以0.2為調(diào)制度，通過SVPWM，發(fā)出以30電角度為步長的旋轉(zhuǎn)電壓矢量，發(fā)波方式采用正反發(fā)波，防止轉(zhuǎn)子震動，如圖3所示。得出電流最大點位置在90°處。
[0037]以90°為中心，將調(diào)制度提高到0.3，以5°為步長，施加旋轉(zhuǎn)的電壓矢量。
[0038]重復(fù)步驟(3)，采集20次，進行均值濾波，去除毛刺得到電流角度曲線圖4。
[0039]為了排除噪聲信號的影響，將上述電流響應(yīng)曲線，與180°之后的電流響應(yīng)值做差，得到電流角度曲線圖5。
[0040]使用傅里葉級數(shù)擬合該電流響應(yīng)曲線，得到擬合曲線圖6。
[0041]對該擬合曲線求一次導(dǎo)數(shù)，可以看出其導(dǎo)數(shù)值在84.2°處為0，那么擬合曲線在84.2°取得最大值。
【權(quán)利要求】
1.一種航空三級式同步電機轉(zhuǎn)子初始位置估計方法，其特征在于步驟如下: 步驟1:對勵磁機定子通入單相交流電，產(chǎn)生主發(fā)勵磁電流； 步驟2:在主發(fā)電機的定子的任意位置開始施加一個電壓矢量，當響應(yīng)電流衰減到O時，在與任意位置間隔180度電角度的位置上施加與第一次幅值相等的電壓矢量； 步驟3:在第一次的任意位置上以η度電角度為步長的位置上為任意位置，重復(fù)(360/2η)-1次步驟2 ;所述η為I?90之間的整數(shù)，且被360除為偶數(shù)； 在(360/2η)次測量中，得到(360/η)個瞬態(tài)響應(yīng)電流最大點位置上的響應(yīng)電流； 步驟4:使用傅里葉級數(shù)，對(360/η)個響應(yīng)電流值進行擬合，得到響應(yīng)電流曲線，擬合曲線的最大值位置，為估計的轉(zhuǎn)子初始位置。
【文檔編號】H02P21/14GK104300868SQ201410542526
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】彭紀昌, 劉衛(wèi)國, 馬鵬, 毛帥 申請人:西北工業(yè)大學