本發明專利技術公開一種三級式無刷交流同步電機的轉子初始位置估計方法，步驟是：采用脈振高頻電壓注入法獲取轉子初始位置估計值，采用反電勢極性判斷法獲取轉子扇區信息；根據反電勢極性判斷法獲取的轉子扇區信息對脈振高頻電壓注入法獲取的轉子位置估計值進行扇區修正，得到最終的轉子初始位置估計值。此種位置估計方法可解決現有研究中存在的問題，獲得準確的轉子初始位置估計值，結構簡單，易于實現，估算精度高，無需對起動/發電系統的拓撲結構進行更改，無需增加額外的硬件開銷。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種三級式無刷交流同步電機，特別涉及該電機的轉子初始位置估計方法。
技術介紹
飛機起動/發電系統的高速化、集成化、高可靠性和高功率密度是現代飛機電源系統的發展趨勢。起動/發電系統使發電機與起動機實現了統一，從而革除了傳統的起動機，有效簡化了發動機附件，減輕了重量，提高了機動性和可靠性。 變頻交流電源系統是民用飛機領域的研發重點和熱點。新型變頻交流電源系統多采用三級式無刷交流同步電機，該電機包括主電機、交流勵磁機和永磁副勵磁機，借助旋轉整流器實現了整個電機的無刷化。三級式無刷交流同步電機作為電動機運行時，向交流勵磁機的勵磁繞組中通入單相交流電,交流勵磁機的轉子三相繞組中產生變化的感應電勢，經過旋轉整流器整流后為主電機提供勵磁，同時主電機的定子三相繞組中通入三相交流電，兩者產生的磁勢相互作用可使機組起動；作為發電機運行時，永磁發電機輸出三相交流電，經外接整流器整流后為交流勵磁機提供直流勵磁，根據機組轉速的變化，主電機將輸出不同頻率的三相交流電。三級式無刷交流同步電機在航空電源系統中的發電控制技術已非常成熟，近年來國內外學者針對三級式無刷交流起動/發電機的起動控制技術展開了研究。為了實現三級式無刷交流同步電機的起動控制，通常采用光電式和霍爾式位置傳感器獲取轉子位置信息。然而，在航空應用中，惡劣的環境(如高溫、低溫、化學制品和震動)易引起位置傳感器連接器、電纜或傳感器零件等器件的故障，降低了轉子位置信息的精度以及系統的機械魯棒性；此外，電機體積的嚴格要求限制了傳感器的安裝空間，并且位置傳感器的信號傳輸易引入干擾。為解決這些問題，三級式無刷交流同步電機的無位置傳感器控制技術應運而生。三級式無刷交流同步電機采用矢量控制實現無位置傳感器起動時，轉子初始位置檢測直接影響電機能否順利起動，因此，三級式無刷交流同步電機的初始位置估計方法是無位置傳感器起動控制技術的關鍵。常規的電勵磁同步電機初始位置估計方法主要包括1)定子側不通電，轉子側投入直流勵磁，在轉子電流從零增大到穩態值過程中檢測定子繞組中感應電壓，計算磁通的幅值和相位，獲取轉子磁極位置；2)在靜止轉子繞組中通入交流電流或直流脈動電流方法，檢測定子三相短路繞組中產生的感應電流及轉子電流，構造出一種初始轉子位置估計器。然而，三級式無刷交流同步電機處于靜止狀態時，交流勵磁機若采用恒定的直流勵磁，交流勵磁機的轉子三相繞組中無法產生感應電勢，主電機無法獲得勵磁電流，故主電機定子三相繞組中亦不能產生感應電勢；交流勵磁機若采用單相交流勵磁，則主電機電樞繞組的感應電勢是帶有缺口的饅頭波，并且主電機的轉子勵磁電流不可直接測取。綜上，三級式無刷交流同步電機不能直接沿用常規的電勵磁同步電機的轉子初始位置估計方法。目前，國內外對三級式無刷交流同步電機的初始位置估計技術的研究甚少，文獻[I] [3]提出了基于擴展卡爾曼濾波器的三級式無刷交流同步電機的無傳感器控制策略，低速時采用信號注入法預估電機轉子位置信息，中高速時采用擴展卡爾曼濾波器預估電機的轉子位置信息，但未提及電機靜止時轉子初始位置估計方法；專利[4]中亦提出了一種新型的三級式無刷交流同步電機的無位置傳感器的控制方法，靜止及低速時采用旋轉高頻信號注入法，中、高速時采用電壓模式的位置估計方法，但是低速時存在N、S極判斷的問題，而該專利中并未闡述N、S極的判斷方法。其中提到的參考文獻分別是[1]L. Idkhajine, E. Monmasson, A. Maalouf. FPGA-based Sensorless controllerfor Synchronous Machine using an Extended Kalman Filter[C]. EPE' 09 13th EuropeanConference on,2009.[2]A. Maalouf, L Idkhajine, S. Le Balloisj E. Monmasson. Field programmablegate array-based sensorless control of a brushless synchronous starter generator for aircraft application[J]. Electric Power Applications, IET. 2011 (5):18Γ192.[3] A. Maalouf, S. Le Balloisj L. Idkhajine，E. Monmasson, J. Y. Midy,F.Biais.Sensorless control of brushless exciter synchronous startergenerator using Extended Kalman Filter[C]. IECONi 09. 35thAnnual Conference ofIEEE, 2009:258Γ2586.[4]KandiI A. Magdy，Magnus R. Keith, Baker Don. Aircraft Starter Generatorfor Variable Frequency Electrical System[P]. United States Patent :6838779,2005.
技術實現思路
本專利技術的目的，在于提供一種，其可解決現有研究中存在的以上問題，獲得準確的轉子初始位置估計值，結構簡單，易于實現，估算精度高，無需對起動/發電系統的拓撲結構進行更改，無需增加額外的硬件開銷。為了達成上述目的，本專利技術的解決方案是一種，包括如下步驟(I)采用脈振高頻電壓注入法獲取轉子初始位置估計值交流勵磁機不通電，將脈振高頻電壓信號注入到三級式無刷交流同步電機的主電機中，并從主電機的高頻響應電流中提取出轉子初始位置的估計值；采用反電勢極性判斷法獲取轉子扇區信息主電機電樞回路不通電，在交流勵磁機勵磁繞組中通入直流勵磁，待直流勵磁穩定后，切斷直流勵磁，并檢測主電機電樞繞組三相感應電壓，根據三相感應電壓極性獲得轉子扇區信息；(2)根據反電勢極性判斷法獲取的轉子扇區信息對脈振高頻電壓注入法獲取的轉子位置估計值進行扇區修正，得到最終的轉子初始位置估計值。上述步驟(I)中，脈振高頻電壓注入法的具體內容是Ca)三級式無刷交流同步電機的交流勵磁機不通電，向三級式無刷交流同步電機的主電機中注入脈振高頻電壓信號；在估計的旋轉坐標系中，直軸電壓給定值為=Fcos( ￥0，交軸電壓給定值為4 =O，轉子初始位置估計值纟的初始值為0，其中，ωω表示高頻電壓信號角頻率；利用轉子初始位置估計值#對給定值&.和&進行Park—1和Clarke—1坐標變換得到三相電壓值給定信號Vsa、Vsb和Nsc,給三級式無刷交流同步電機的主電機電樞繞組中注入給定的脈振高頻電壓信號；(b)檢測三級式無刷交流同步電機的主電機電樞繞組的相電流isa和isb，利用轉子初始位置估計值#對isa和isb進行Clarke和Park坐標變換,計算得到主電機交軸高頻電流響應4 5(c)將$與Sin(Cohft)相乘，經過低通濾波器濾除其中的高頻分量，從而得到僅包含轉子位置誤差的低頻信號￡(△ Θ), f本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種三級式無刷交流同步電機的轉子初始位置估計方法，其特征在于包括如下步驟：（1）采用脈振高頻電壓注入法獲取轉子初始位置估計值：交流勵磁機不通電，將脈振高頻電壓信號注入到三級式無刷交流同步電機的主電機中，并從主電機的高頻響應電流中提取出轉子初始位置的估計值；采用反電勢極性判斷法獲取轉子扇區信息：主電機電樞回路不通電，在交流勵磁機勵磁繞組中通入直流勵磁，待直流勵磁穩定后，切斷直流勵磁，并檢測主電機電樞繞組三相感應電壓，根據三相感應電壓極性獲得轉子扇區信息；（2）根據反電勢極性判斷法獲取的轉子扇區信息對脈振高頻電壓注入法獲取的轉子位置估計值進行扇區修正，得到最終的轉子初始位置估計值。
【技術特征摘要】
1.一種三級式無刷交流同步電機的轉子初始位置估計方法，其特征在于包括如下步驟 (1)采用脈振高頻電壓注入法獲取轉子初始位置估計值交流勵磁機不通電，將脈振高頻電壓信號注入到三級式無刷交流同步電機的主電機中，并從主電機的高頻響應電流中提取出轉子初始位置的估計值； 采用反電勢極性判斷法獲取轉子扇區信息主電機電樞回路不通電，在交流勵磁機勵磁繞組中通入直流勵磁，待直流勵磁穩定后，切斷直流勵磁，并檢測主電機電樞繞組三相感應電壓，根據三相感應電壓極性獲得轉子扇區信息； (2)根據反電勢極性判斷法獲取的轉子扇區信息對脈振高頻電壓注入法獲取的轉子位置估計值進行扇區修正，得到最終的轉子初始位置估計值。2.如權利要求I所述的三級式無刷交流同步電機的轉子初始位置估計方法，其特征在于所述步驟(I)中，脈振高頻電壓注入法的具體內容是 Ca)三級式無刷交流同步電機的交流勵磁機不通電，向三級式無刷交流同步電機的主電機中注入脈振聞頻電壓彳目號；在估計的旋轉坐標系中，直軸電壓給定值為Frf = VCOs(O)kf )，交軸電壓給定值為(=O，轉子初始位置估計值彡的初始值為O，其中，ωω表示高頻電壓信號角頻率；利用轉子初始位置估計值I對給定值&和^進行Park—1和Clarke—1坐標變換得到三相電壓值給定信號Vsa、Vsb和Vs。，給三級式無刷交流同步電機的主電機電樞繞組中注入給定的脈振高頻電壓信號； (b)檢測三級式無刷交流同步電機的主電機電樞繞組的相電流isa和isb，利用轉子初始位置估計值#對isa和isb進行Clarke和Park坐標變換,計算得到主電機交軸高頻電流響應Λi￥ ·lsq · (C)將I與Sin(COhft)相乘，經過低通濾波器濾除其中的高頻分量，從而得到僅包含轉子位置誤差的低頻信號f( Λ θ), (Δ Θ)經過位置調節器后得到轉子初始位置估計值(d)重復上述步驟(a)、(b)和(C)，直到轉子初始位置估計值#一直保持不變。3.如權利要求I所述的三級式無刷交流同步電...
【專利技術屬性】
技術研發人員：唐國芬，周波，魏佳丹，秦顯慧，楊溢煒，張坤，錢東祥，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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