【摘要】：隨著多電飛機(jī)(MEA)的發(fā)展,航空起動發(fā)電機(jī)(SG)技術(shù)成為航空電源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。電勵磁雙凸極電機(jī)(DSEM)定轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子上無永磁體及繞組,結(jié)構(gòu)簡單可靠,適合高溫高速運(yùn)行;此外,DSEM通過改變勵磁電流即可實(shí)現(xiàn)發(fā)電輸出電壓調(diào)節(jié),而且故障時通過切除勵磁電流即可實(shí)現(xiàn)滅磁。因此,DSEM可構(gòu)成一種極具競爭力的航空起動發(fā)電機(jī)。DSEM起動階段電動運(yùn)行的換相需要準(zhǔn)確的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息,發(fā)電階段發(fā)電運(yùn)行的速度檢測也可通過轉(zhuǎn)子位置信息獲取。傳統(tǒng)電機(jī)系統(tǒng)中機(jī)械位置傳感器的安裝一方面增大了體積、成本,另一方面位置傳感器是脆弱部件,易受高溫、振動等環(huán)境因素的影響,降低了系統(tǒng)可靠性。因此,研究DSEM無位置傳感器控制技術(shù)具有重要意義。本文針對DSEM電動運(yùn)行的全速度范圍無位置傳感器控制技術(shù)展開研究,采用理論分析、仿真研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,重點(diǎn)對DSEM轉(zhuǎn)子初始位置估計及初始無反轉(zhuǎn)起動方法、低速無位置傳感器起動技術(shù)、低速階段電機(jī)起動性能的提升及中高速DSEM無位置傳感器控制技術(shù)進(jìn)行研究。轉(zhuǎn)子初始位置估計是實(shí)現(xiàn)電機(jī)無位置傳感器運(yùn)行的基礎(chǔ)。根據(jù)DSEM自感隨轉(zhuǎn)子位置變化的特性,本文首先研究了基于檢測脈沖注入的轉(zhuǎn)子初始位置估計方法,并分析了檢測脈沖寬度的選取準(zhǔn)則。針對DSEM采用電勵磁的特點(diǎn),提出了一種基于勵磁建壓過程的轉(zhuǎn)子初始位置估計技術(shù),其利用DSEM三相電樞繞組與勵磁繞組之間互感曲線的幾何相似關(guān)系推導(dǎo)得到了轉(zhuǎn)子初始位置角估計表達(dá)式。基于估計得到的轉(zhuǎn)子初始位置角,本文提出DSEM邊界扇區(qū)的概念,并研究了確保電機(jī)初始無反轉(zhuǎn)起動的第一個加速脈沖選取方法。低速階段無位置傳感器起動技術(shù)是電機(jī)無位置傳感器運(yùn)行的難點(diǎn)。本文研究了“三段式”無位置傳感器起動方法在DSEM的應(yīng)用,詳細(xì)分析了DSEM轉(zhuǎn)子預(yù)定位位置,并在此基礎(chǔ)上提出一種簡化的DSEM“三段式”無位置傳感器起動技術(shù)。根據(jù)DSEM自感隨轉(zhuǎn)子位置變化的特點(diǎn),重點(diǎn)研究了基于脈沖注入的DSEM無位置傳感器起動技術(shù),提出了三種方法:(1)基于兩相串聯(lián)自感比較的無位置傳感器起動技術(shù);(2)基于當(dāng)前導(dǎo)通相與換相導(dǎo)通相串聯(lián)自感比較的無位置傳感器起動技術(shù);(3)基于兩相自感比較的無位置傳感器起動技術(shù);并從轉(zhuǎn)子位置估計精度、起動階段輸出電磁轉(zhuǎn)矩、魯棒性三個角度對所提起動方法進(jìn)行了對比分析。現(xiàn)有基于脈沖注入的無位置傳感器起動方法中一個脈沖注入周期僅進(jìn)行一次轉(zhuǎn)子扇區(qū)估計,存在一定換相延遲,獲取DSEM實(shí)時轉(zhuǎn)子位置角是消除上述換相延遲的有效途徑。本文對起動階段的DSEM轉(zhuǎn)子位置角估計方法進(jìn)行研究,根據(jù)DSEM三相電樞繞組自感曲線的幾何相似關(guān)系推導(dǎo)得到了轉(zhuǎn)子位置角的估計表達(dá)式,并研究了起動階段DSEM繞組自感的測量方法。此外,本文還對DSEM非理想線性自感引起的轉(zhuǎn)子位置角估計誤差進(jìn)行了分析,提出了一種基于DSEM邊界扇區(qū)的補(bǔ)償策略。在此基礎(chǔ)上,為提高電機(jī)起動性能,本文對轉(zhuǎn)子位置估計所需注入檢測脈沖產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了分析,提出了一種不產(chǎn)生負(fù)電磁轉(zhuǎn)矩的檢測脈沖優(yōu)化選取方法。起動完成后,電機(jī)將長期運(yùn)行于中高速階段,該轉(zhuǎn)速范圍的無位置傳感器控制對系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。根據(jù)DSEM反電勢隨轉(zhuǎn)子位置變化的特性,本文提出一種基于非導(dǎo)通相電壓檢測的中高速DSEM無位置傳感器控制技術(shù),其通過比較非導(dǎo)通相電壓與換相閥值的大小關(guān)系進(jìn)行換相位置估計,并對該無位置傳感器控制模式下的DSEM提前角度換相控制進(jìn)行了研究。由于DSEM最佳提前換相角的選取與電機(jī)參數(shù)、直流母線電壓等多個參數(shù)相關(guān),實(shí)際系統(tǒng)難以直接計算獲得,根據(jù)最佳提前換相角下系統(tǒng)給定電流達(dá)到其最小值的特點(diǎn),本文提出一種無需電機(jī)參數(shù)的DSEM提前換相角自優(yōu)化控制方法。此外,考慮到電機(jī)中性點(diǎn)一般不引出,本文提出一種基于線電壓差的DSEM中高速無位置傳感器控制技術(shù),并對磁阻反電勢、低通濾波器引起的換相誤差進(jìn)行了分析,提出一種基于調(diào)節(jié)換相閥值的統(tǒng)一相位補(bǔ)償策略。本文在一套基于RT-LAB半實(shí)物仿真系統(tǒng)的12/8極三相DSEM實(shí)驗(yàn)平臺上驗(yàn)證了上述研究內(nèi)容的正確性,為實(shí)現(xiàn)DSEM航空起動發(fā)電系統(tǒng)的無位置傳感器控制奠定理論與技術(shù)基礎(chǔ)。
【圖文】：

表示 A、B 或 C）相為例，，單相輸出轉(zhuǎn)矩為2p pfp p p fpr pf12dL dLT i i id dT T 磁阻轉(zhuǎn)矩分量2ppr p12dLT id 及勵磁轉(zhuǎn)矩分量pfpf p fdLT i id ，一般情況下，D比磁阻轉(zhuǎn)矩大得多。動方程e LdT T B Jdt L為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，B 為摩擦系數(shù)，J 為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量。SEM 的工作原理EM 勵磁繞組中通入一直流電時，電機(jī)內(nèi)部主磁場建立，如圖 2.2 所示，其過定子軛、定子極、轉(zhuǎn)子極和轉(zhuǎn)子軛構(gòu)成閉合回路。若按照一定的導(dǎo)通順通電，電機(jī)產(chǎn)生一定的電磁轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動。

圖 2.18 實(shí)驗(yàn)平臺照片A B CDSEM BLDCUdcUf驅(qū)動電路采樣調(diào)理ia、ibif示波器主功率電路勵磁功率電路ua、ub、uc圖 2.19 實(shí)驗(yàn)平臺結(jié)構(gòu)框圖注入的轉(zhuǎn)子初始位置估計實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行基于檢測脈沖注入的轉(zhuǎn)子初始位置估計實(shí)子初始位置估計實(shí)驗(yàn)結(jié)果。子初始位于扇區(qū) 1 的實(shí)驗(yàn)波形，下面以此為例
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V242;TM31

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2658068