[发明专利]变凸极特性的三级电励磁式无刷同步电机转子位置估算方法

说明书

本发明涉及一种变凸极特性的三级电励磁式无刷同步电机转子位置估算方法，是基于不同频率高频信号注入的变凸极特性的三级电励磁式无刷同步电机转子位置估算方法，是一种在主发电机定子绕组注入不同频率的旋转方波，在励磁机定子侧检测含有主发电机转子位置信息的高频响应电流信号的位置估算方法。本发明所述的三级式电机位置估算方法具有以下优点：1)将电励磁式电机看作旋转变压器，电机定、转子绕组相当于变压器的输入和输出绕组，充分利用主发电机电枢绕组和励磁绕组之间的互感随转子位置变化的特性，避免受主发电机凸极性变化的影响，对绕线式电机具有较普遍的适用性；2)。解算过程相对简单且估算精度较高。

技术领域

本发明属于交流电机传动控制技术领域，涉及一种变凸极特性的三级电励磁式无刷同步电机转子位置估算方法。

背景技术

起动/发电一体化系统能省去专门的起动机构，有效减小飞机重量。三级电励磁式无刷同步电机(以下简称三级式电机)作为目前飞机交流电源系统中常用的发电机，由于结构成熟、可靠性高，受到起动/发电一体化技术研究人员的青睐。在起动过程中，转子位置的准确获取是三级式电机作为电动机拖动发动机成功点火的关键。复杂多变航空环境使传统机械式位置传感器的使用受到限制，且需要一定的维护成本。因此需要在无机械位置传感器的条件下，开展三级式电机转子位置精确估算技术的研究。

三级式电机主要有主发电机、励磁机、永磁机及旋转整流器四部分组成，机载电源向励磁机定子供电，此时励磁机转子上感应的三相电经旋转整流器向主发电机提供励磁电流，永磁机不参与起动过程。励磁机定子采用两相绕组结构时三级式电机结构图如图1所示。

由于航空发动机负载特性复杂，起动过程中主发电机励磁电流和电枢电流有较大的变化，上述电流的变化导致主发电机电感参数变化较大，使得主发电机的凸极特性发生显著变化。传统的电机转子位置估算方法主要基于电机的凸极特性，通常在电机定子侧注入高频的旋转电压、方波电压等，然后检测定子电流，经过一系列的解调与滤波处理后得到转子位置信号。

三级式电机本体结构的特殊性导致其机械及电磁耦合比较严重，加之起动过程凸极性变化显著，这就导致传统的转子位置估算方法较难实现三级式电机精确的位置估算。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种变凸极特性的三级电励磁式无刷同步电机转子位置估算方法，解决当前转子位置估算方法较难实现三级式电机精确位置估算的问题。通过向主发电机定子注入不同频率的高频方波信号，在励磁机定子电流中提取主发转子位置信号的方法，该方法不依赖于主发电机的凸极特性，解算过程比较简单，转子位置估算精度较高。

技术方案

一种变凸极特性的三级电励磁式无刷同步电机转子位置估算方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：对励磁机的定子绕组上施加励磁电压，所述励磁机定子绕组为两相励磁结构；

步骤2：在主发电机定子三相绕组上施加高频电压信号U_Ah(t)、U_Bh(t)、U_Ch(t)；所述高频电压信号由αβ坐标系下幅值相同、频率不同的高频方波电压U_αh(t)、U_βh(t)经CLARK反变换至abc坐标系下得到；

所述

其中：T_αh、T_βh为对应αβ坐标系下主发电机α轴和β轴的高频电压周期；

步骤3：三级式电机在给定转速下起动，在励磁机定子侧检测得到两相定子电流i_α和i_β，求得电流矢量I_s幅值

步骤4、提取I_s中两种频率的高频响应信号：