【摘 要】
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随着多电飞机和全电飞机技术的不断发展,起动/发电系统一体化成为航空电源系统的一个重要发展方向。同步磁阻电机具有结构可靠和转矩密度高等优势,可为航空起动发电一体化系统提供新的应用方案。本文以航空低压直流起动发电系统为背景,针对双向功率拓扑设计、高速复杂服役环境下的结构稳定性与控制等基础科学问题,围绕双向DC/DC变换器拓扑设计与控制策略、双向DC/AC变换器拓扑设计与控制策略、同步磁阻电机起动发电控
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随着多电飞机和全电飞机技术的不断发展,起动/发电系统一体化成为航空电源系统的一个重要发展方向。同步磁阻电机具有结构可靠和转矩密度高等优势,可为航空起动发电一体化系统提供新的应用方案。本文以航空低压直流起动发电系统为背景,针对双向功率拓扑设计、高速复杂服役环境下的结构稳定性与控制等基础科学问题,围绕双向DC/DC变换器拓扑设计与控制策略、双向DC/AC变换器拓扑设计与控制策略、同步磁阻电机起动发电控制策略等关键技术开展研究。本文以低压同步磁阻起动/发电机系统为主要研究内容,研究了由双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器构成的两级式双向功率拓扑及其控制方案,提出了同步磁阻电机在起动/发电系统中的控制策略,并详细对比同步磁阻起动/发电系统的优缺点。首先,介绍了无相移双三相同步磁阻起发电机的结构和工作原理,分析了同步磁阻电机磁路饱和特性对电机电感参数的影响,在考虑饱和特性影响下优化了最大转矩/电流比（Maximum Torque Per Ampere,MTPA）控制策略,从而提高同步磁阻电机的性能。其次,基于低压大电流工况,选取了四相交错并联Buck/Boost功率拓扑,分析了电压纹波、电流纹波与功率桥臂的占空比的函数关系,研究了四相交错并联Buck/Boost功率拓扑的电压与电流的闭环控制,为系统在起动和发电工况下分别提供稳定的高压侧和低压侧的直流母线电压,确保了两级式功率拓扑的稳定性。再次,研究了低压同步磁阻起动/发电系统的整体控制策略,针对同步磁阻电机转子无励磁的特性,提出了对同步磁阻电机使用恒励磁电流控制方式进行起动工况到发电工况的平滑切换并最终在自励磁模式下稳定工作的控制策略。最后,在MATLAB/Simulink搭建了低压同步磁阻电机起动/发电系统模型,基于特定的起动工况和起动/发电切换策略进行了仿真验证。然后完成了30V/12k VA同步磁阻起动发电一体化系统的设计与研制,并对这套系统在额定功率下进行了起动与发电工况的实验,证明了同步磁阻电机起动/发电系统在未来航空电源上的应用潜力。
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