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随着多电、全电飞机的相关研究不断发展,航空变频交流电源越来越受到国内外专家学者的广泛关注,其中三级式同步电机由于结构成熟已经成为航空电源起动/发电一体化系统的首选。在三级式同步电机起动过程中需要加装位置传感器来确定转子位置角度,其带来了体积重量增加和易受环境影响等缺点,为此国内外专家学者开展了三级式同步电机的无位置传感器技术相关研究,由于中高速情况下的反电势检测法等相关技术已相当完善,而电机起动初始阶段由于反电势过小难以检测,成为无位置传感器起动控制技术的难点,因此本文对三级式同步电机在起动过程中低速条件下的无位置传感器控制技术进行研究。
首先,本文简要介绍了三级式同步电机的结构、数学模型和起动/发电原理,针对三级式同步电机无位置传感器起动控制中通过主发电机直接定子侧注入高频信号带来的起动转矩波动和响应信号信噪比低等问题,提出一种基于主励磁机侧注入高频信号,从主发电机定子侧两相静止坐标系下提取高频响应信号的双路计算法来估计转子位置,并在此基础上开展信号处理过程简化研究,提出一种从主发电机定子侧两相旋转坐标系下提取高频响应信号的单路闭环计算方法,结合基于感应电流极性校正转子初始位置的方法,实现三级式同步电机低速阶段无位置传感器起动控制。
针对位置响应信号提取过程中存在的带通滤波器和低通滤波器带来的相位延迟的问题,采用广义二阶积分器来代替传统的滤波器,对其进行适用于本文中提出的位置角度估计方法的参数设计。在理论分析的基础上搭建了MATLAB/Simulink环境下的三级式同步电机无位置传感器起动控制的仿真模型,搭建了硬件控制平台并且设计了起动控制、励磁控制和位置角度估计算法的软件程序,对本文提出的三级式同步电机无位置传感器起动控制技术进行实验验证,从位置估计精度和适用转速范围对两种位置角度估计算法进行对比实验。实验结果表明,两种位置估计方法均具有较高的位置角度估计精度和较宽的转速适应范围。
首先,本文简要介绍了三级式同步电机的结构、数学模型和起动/发电原理,针对三级式同步电机无位置传感器起动控制中通过主发电机直接定子侧注入高频信号带来的起动转矩波动和响应信号信噪比低等问题,提出一种基于主励磁机侧注入高频信号,从主发电机定子侧两相静止坐标系下提取高频响应信号的双路计算法来估计转子位置,并在此基础上开展信号处理过程简化研究,提出一种从主发电机定子侧两相旋转坐标系下提取高频响应信号的单路闭环计算方法,结合基于感应电流极性校正转子初始位置的方法,实现三级式同步电机低速阶段无位置传感器起动控制。
针对位置响应信号提取过程中存在的带通滤波器和低通滤波器带来的相位延迟的问题,采用广义二阶积分器来代替传统的滤波器,对其进行适用于本文中提出的位置角度估计方法的参数设计。在理论分析的基础上搭建了MATLAB/Simulink环境下的三级式同步电机无位置传感器起动控制的仿真模型,搭建了硬件控制平台并且设计了起动控制、励磁控制和位置角度估计算法的软件程序,对本文提出的三级式同步电机无位置传感器起动控制技术进行实验验证,从位置估计精度和适用转速范围对两种位置角度估计算法进行对比实验。实验结果表明,两种位置估计方法均具有较高的位置角度估计精度和较宽的转速适应范围。