[发明专利]一种三级式同步起动发电机的转子初始位置估计方法

说明书

本发明公开了一种三级式同步起动发电机的转子初始位置估计方法，静止状态下给三级式同步电机的主励磁机励磁绕组施加频率恒定的单相交流电励磁，转子侧感应出交流电经旋转整流器产生的高频谐波，为主发电机励磁绕组注入高频信号；通过带通滤波器提取主发电机电枢绕组中感应的高频响应电流信号，经一阶全通滤波器获得与高频响应信号正交的信号，对高频响应信号及正交信号一次进行平方和与开方运算，得到转子初始位置角的正余弦值绝对值，结合在主发电机定子侧检测出的感应电流还原初始位置角正余弦值的极性，由反正切函数计算出转子初始位置角；本发明能够快速准确地估计出转子初始位置，无需额外注入信号，不依赖电机参数，硬件结构简单，易于实现。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，主要涉及一种三级式同步起动发电机的转子初始位置估计方法。

背景技术

三级式同步电机是航空交流电源系统中应用最为广泛的航空发电机，是实现起动/发电一体化系统的首选电机。三级式同步电机由永磁副励磁机、主励磁机以及主发电机组成，其中主励磁机输出经旋转整流器整流为主发电机提供直流励磁。三级式同步电机作起动机运行时，永磁副励磁机不参与工作，主励磁机的励磁绕组通入单相交流电产生脉振磁场，转子上感应出三相交流电经过旋转整流器整流后给主发电机励磁，主发电机的定子绕组通入三相交流电，电机开始起动；作发电机运行时，永磁副励磁机输出三相交流电，经整流器整流后给主励磁机提供直流励磁，主励磁机发出三相交流电，其频率由转速决定。

三级式同步起动发电机的矢量控制，需要准确的转子位置信息。如果转子位置角不够精确，那么施加的电压矢量就会存在偏差进而影响电机的输出转矩，甚至导致电机反转损坏发动机。因此，三级式同步电机的无位置传感器起动控制技术应运而生。其中，能够准确估计出三级式同步起动电机静止时的初始位置是实现无位置传感器起动控制的关键。

同步电机初始位置估计方法主要由以下两种：1)基于电机凸极特性的转子初始位置检测法。通过给电机额外注入高频信号，提取含转子位置信息的高频响应信号。此外，这种方法还需要判断永磁体的磁极方向来获取最终的初始位置。对于三级式同步电机而言，励磁电流不稳定，存在较大波动，该方法准确度不高。2)电压矢量脉冲注入法。该方法利用d轴电感的饱和效应，通过给电机注入一系列的电压脉冲矢量，根据响应电流计算出转子位置。然而该方法对电流采样精度要求高，实施复杂。因此，亟需研究新的三级式同步起动发电机的初始位置估计方法。

发明内容

发明目的：为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种三级式同步起动发电机的转子初始位置估计方法，可以获得准确的转子初始位置估计值，无需额外注入信号，无需增加额外的硬件开销，方法简单，易于实施，检测精度高。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种三级式同步起动发电机的转子初始位置估计方法，所述同步起动发电机包括同轴相连的永磁副励磁机、主励磁机和主发电机；所述主励磁机励磁方式为单相交流励磁，转子侧感应出的三相交流电经旋转整流器整流后为主发电机提供直流励磁；具体位置估计方法包括：

步骤S1、三级式同步起动发电机静止时，给主励磁机施加频率恒定的单相交流电压；转子侧感应出的交流电压经旋转整流器产生二次谐波如下：

其中，ω_f为励磁电流角频率，U_fh为二次谐波电压的幅值，为相位，所述二次谐波信号注入至主发电机励磁绕组；

步骤S2、根据主发电机电枢绕组的电流，通过带通滤波器提取主发电机定子侧高频响应电流信号，使用一阶全通滤波器获得与高频响应电流信号正交的信号；具体地，

采用带通滤波器提取主发电机定子侧高频响应电流信号，在两相静止坐标系下表示为：