CN103532454A - 两相无刷励磁机在三级式起动/发电系统起动发电过程中的控制方法 - Google Patents
两相无刷励磁机在三级式起动/发电系统起动发电过程中的控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103532454A CN103532454A CN201310395043.XA CN201310395043A CN103532454A CN 103532454 A CN103532454 A CN 103532454A CN 201310395043 A CN201310395043 A CN 201310395043A CN 103532454 A CN103532454 A CN 103532454A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- exciter
- starting
- excitation
- winding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
本发明主要提出一种用于三级式起动/发电系统的两相无刷励磁机在系统起动发电过程中的控制方法。励磁机采用励磁绕组为两相对称绕组的两相无刷励磁机，采用四触点继电器将励磁机两相励磁绕组（记为α相和β相）分别与两相逆变电路和发电机控制单元（GCU）相连。本发明的有益效果主要有：1）励磁机在电机处于起动和发电状态下时都能为主发电机提供足够的励磁电流，供主发电机起动或发电；2）相比于励磁机励磁绕组采用单相绕组的方法，本方法在交流励磁时励磁效率高，能够满足大功率主发电机实现起动/发电双功能的要求；3）相比于励磁机励磁绕组采用三相绕组的方法，本方法励磁绕组利用率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于三级式无刷起动/发电系统的两相无刷励磁机，是一种两相无刷励磁机在系统起动和发电状态下分别采用两相交流励磁和直流励磁的新型控制方法，属于航空交流电机技术领域。
背景技术
随着大型飞机的迅猛发展，交流电源系统在现代航空技术中的地位越来越重要。目前我国飞机交流电源系统大都采用三级式无刷同步电机作为发电机，该类发电机无起动航空发动机的功能，发动机由独立的起动机进行起动。这样的发动机-电源系统包含两套电机，使得其体积和重量较大，且系统复杂，可靠性降低。若能在原有三级式无刷同步发电机的基础上，通过控制使其运行在电动状态来完成发动机的起动，即实现起动/发电一体化，就可以省去专门的起动机，减轻机载重量和系统体积。
三级式无刷同步电机主要由主发电机、励磁机、副励磁机（永磁机）和旋转整流器构成。发电状态时，永磁机向励磁机提供直流励磁，励磁机转子电枢绕组上感应出三相交流电，经旋转整流器整流后变成直流电供给主发电机转子励磁绕组，主发电机定子绕组上便感应出三相交流电。但电机起动时，在电机静止阶段，若给励磁机定子绕组仍然通以直流电，励磁机转子绕组上不会产生感应电势，则主发电机转子绕组中没有励磁电流，主发电机将无法电动运行。所以实现三级式无刷同步电机起动/发电一体化的关键在于解决起动时的励磁问题。
针对电机起动时的励磁问题，目前的解决方法主要有两种：一种是单相交流励磁起动方法，另一种是三相交流励磁起动方法。单相交流励磁起动方法可在原三级式无刷同步发电机的基础上仅通过励磁控制来实现，无需改变励磁机的冲片和绕组结构。 但受到励磁机本体容量及供电电压幅值的限制，单相交流励磁时励磁机定转子间能量传输较差，励磁效率不高，很难满足大功率主发电机实现起动/发电双功能的要求。三相交流励磁起动方法励磁效率较高，但励磁机的励磁绕组需变为三相绕组，系统处于发电状态下时，三相交流励磁向直流励磁切换较复杂，且励磁机励磁绕组利用率不高。
发明内容
要解决的技术问题
三级式无刷起动/发电系统带动航空发动机起动时，励磁机电枢绕组上需感应出足够的电势才能给主发电机提供足够大的励磁电流。所以在电机起动状态下，尤其是静止和低转速，励磁机励磁绕组需要产生变化的磁场。当系统进入发电状态下时，与传统三级式无刷同步发电机基本原理一致，励磁机需由永磁机三相定子电枢电压经过整流斩波电路进行直流励磁。
为了满足上述对励磁机的要求，同时保证两种励磁方式切换简单，本发明采用励磁绕组为两相对称绕组的两相励磁机。电机处于起动状态下时，励磁机采用相差90°的两相交流电进行励磁；电机处于发电状态下时，将励磁机两相绕组反向串联后通入直流电进行励磁。
技术方案
一种两相无刷励磁机在三级式起动/发电系统起动发电过程中的控制方法，其特征在于：励磁机采用励磁绕组为两相对称绕组的两相无刷励磁机，采用四触点继电器将励磁机两相励磁绕组α相和β相分别与两相逆变电路和发电机控制单元GCU相连；控制方法为：
当系统处于起动状态下时，将励磁机两相励磁绕组与两相逆变电路相连接，控制两相逆变电路的两相调制波为相位差为90°的两相交流电，通过SPWM斩波技术控 制两相逆变电路输出相位差为90°的两相交流电供给励磁机励磁绕组进行励磁；
当起动过程完成时，将励磁机两相励磁绕组反向串联，并与发电机控制单元GCU相连接；
当系统进入发电状态后，发电机控制单元GCU采用直流斩波技术向励磁机励磁绕组中输入直流电进行励磁。
所述的两相逆变电路采用双半桥两相逆变电路、双全桥两相逆变电路或三相全桥逆变电路。
有益效果
本发明主要提出一种用于三级式起动/发电系统的两相无刷励磁机在系统起动发电过程中的控制方法。励磁机采用励磁绕组为两相对称绕组的两相无刷励磁机，采用四触点继电器将励磁机两相励磁绕组（记为α相和β相）分别与两相逆变电路和发电机控制单元（GCU）相连，如图1所示。
本发明的有益效果主要有：1）励磁机在电机处于起动和发电状态下时都能为主发电机提供足够的励磁电流，供主发电机起动或发电；2）相比于励磁机励磁绕组采用单相绕组的方法，本方法在交流励磁时励磁效率高，能够满足大功率主发电机实现起动/发电双功能的要求；3）相比于励磁机励磁绕组采用三相绕组的方法，本方法励磁绕组利用率高。
附图说明
图1：两相无刷励磁机励磁原理示意图
图2：两相无刷励磁机结构示意图
图3：励磁机两相交流励磁电流（相位相差90°）
图4：励磁机两相交流励磁时的主发电机励磁电流波形
图5：励磁机直流励磁时的主发电机励磁电流波形
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步描述：
为验证本发明方法的可行性和有效性，采用MagNet6.0进行有限元仿真验证。
本发明主要提出一种用于三级式起动/发电系统的两相无刷励磁机在系统起动发电过程中的控制方法。励磁机采用励磁绕组为两相对称绕组的两相无刷励磁机，采用四触点继电器将励磁机两相励磁绕组（记为α相和β相）分别与两相逆变电路和发电机控制单元（GCU）相连，如图1所示。
图2所示为在MagNet软件中建立的两相励磁绕组无刷励磁机有限元模型。励磁机为转枢式电机，6对极；转子63槽，电枢绕组三相分布式连接，每相串联匝数为63匝，三相绕组通过全桥整流接阻感性负载（模拟主发电机励磁绕组）；定子72槽，励磁绕组两相分布式连接，两相绕组在空间上相差90°电角度，每极匝数为120匝。
下面分别从电机处于起动和发电两种状态下时励磁机的励磁情况进行说明。
系统处于起动状态下时，励磁机两相励磁绕组经过继电器与两相逆变电路相连接，两相逆变电路输出相位差为90°的两相交流电供励磁机励磁。在本例中，两相交流电流的有效值为5A，频率为400Hz，由两相逆变器经过SPWM控制技术得到，如图4所示。电机静止时，经过有限元仿真计算可得，此时的主发电机励磁电流稳定后的值为42A，如图5所示，能够满足主发电机带载起动要求。在系统起动过程中可根据主发电机的励磁情况对励磁机的励磁电压和频率进行调节。
起动过程完成时，通过上位机给出励磁机两相交流励磁向直流励磁切换的信号，通过控制继电器动作，使得励磁机两相励磁绕组反向串联，并经过继电器与发电机控制单元（GCU）相连接。
系统进入发电状态下后，由GCU向励磁机两相反向串联绕组中输入直流电进行励磁。在本例中，电机发电状态下额定转速为8000rpm，励磁机直流励磁电流为5A。设置励磁机转子转速为8000rpm，经过有限元计算可得，此时主发电机励磁电流稳定后的值为44.5A，如图5所示，能够满足主发电机在额定转速下输出额定功率的要求。在系统发电过程中可通过调节励磁机励磁电压大小来调节主发电机的发电特性。
Claims (2)
1.一种两相无刷励磁机在三级式起动/发电系统起动发电过程中的控制方法，其特征在于：励磁机采用励磁绕组为两相对称绕组的两相无刷励磁机，采用四触点继电器将励磁机两相励磁绕组α相和β相分别与两相逆变电路和发电机控制单元GCU相连；控制方法为：
当系统处于起动状态下时，将励磁机两相励磁绕组与两相逆变电路相连接，控制两相逆变电路的两相调制波为相位差为90°的两相交流电，通过SPWM斩波技术控制两相逆变电路输出相位差为90°的两相交流电供给励磁机励磁绕组进行励磁；
当起动过程完成时，将励磁机两相励磁绕组反向串联，并与发电机控制单元GCU相连接；
当系统进入发电状态后，发电机控制单元GCU采用直流斩波技术向励磁机励磁绕组中输入直流电进行励磁。
2.根据权利要求1所述两相无刷励磁机在三级式起动/发电系统起动发电过程中的控制方法，其特征在于：所述的两相逆变电路采用双半桥两相逆变电路、双全桥两相逆变电路或三相全桥逆变电路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310395043.XA CN103532454B (zh) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | 两相无刷励磁机在三级式起动/发电系统起动发电过程中的控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310395043.XA CN103532454B (zh) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | 两相无刷励磁机在三级式起动/发电系统起动发电过程中的控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103532454A true CN103532454A (zh) | 2014-01-22 |
| CN103532454B CN103532454B (zh) | 2015-09-23 |
Family
ID=49934207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310395043.XA Active CN103532454B (zh) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | 两相无刷励磁机在三级式起动/发电系统起动发电过程中的控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103532454B (zh) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103956949A (zh) * | 2014-05-14 | 2014-07-30 | 西北工业大学 | 三级式起/发电机两相励磁恒转差交流起动模型及控制方法 |
| CN104868808A (zh) * | 2015-05-25 | 2015-08-26 | 西北工业大学 | 两相励磁机的航空三级式无刷发电系统起动励磁控制方法 |
| CN105099304A (zh) * | 2015-08-25 | 2015-11-25 | 南京化学工业园热电有限公司 | 一种励磁滑环母排系统及励磁系统滑环极性调整方法 |
| CN105743401A (zh) * | 2016-03-14 | 2016-07-06 | 陈正有 | 一种电子止动装置 |
| CN106026812A (zh) * | 2016-07-27 | 2016-10-12 | 西安西热节能技术有限公司 | 一种适用于变速发电机的恒磁通励磁控制系统及方法 |
| CN106471730A (zh) * | 2014-07-01 | 2017-03-01 | 西门子公司 | 用励磁电流对同步电机供电 |
| CN108847796A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-20 | 南京航空航天大学 | 三级式无刷同步电机磁阻式起动控制方法及系统 |
| CN108923604A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-30 | 南京航空航天大学 | 一种裂相式两相励磁机及起动控制方法 |
| CN111009992A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-14 | 北京动力机械研究所 | 一种高、低电压兼容内置式无刷直流起发电系统 |
| CN112532128A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-03-19 | 北京曙光航空电气有限责任公司 | 一种航空大功率复合无刷起动发电系统及其控制方法 |
| CN108111073B (zh) * | 2016-11-24 | 2021-03-26 | 陕西航空电气有限责任公司 | 一种两相励磁结构三级式起/发电机直流励磁控制方法 |
| CN113328540A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-08-31 | 陕西航空电气有限责任公司 | 一种无刷电励磁起动发电机励磁机励磁绕组结构及其起动/发电切换方法 |
| CN114531070A (zh) * | 2022-03-03 | 2022-05-24 | 西北工业大学 | 航空三级式起动/发电系统gcu冗余控制结构及方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7514806B2 (en) * | 2007-06-05 | 2009-04-07 | Honeywell International Inc. | Engine start system with quadrature AC excitation |
| CN102832865A (zh) * | 2012-09-05 | 2012-12-19 | 南京航空航天大学 | 三级式无刷交流同步电机的转子初始位置估计方法 |
| CN102857159A (zh) * | 2012-09-20 | 2013-01-02 | 西北工业大学 | 基于二元二次函数拟合的变励磁同步电机mtpa控制方法 |
-
2013
- 2013-09-03 CN CN201310395043.XA patent/CN103532454B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7514806B2 (en) * | 2007-06-05 | 2009-04-07 | Honeywell International Inc. | Engine start system with quadrature AC excitation |
| CN102832865A (zh) * | 2012-09-05 | 2012-12-19 | 南京航空航天大学 | 三级式无刷交流同步电机的转子初始位置估计方法 |
| CN102857159A (zh) * | 2012-09-20 | 2013-01-02 | 西北工业大学 | 基于二元二次函数拟合的变励磁同步电机mtpa控制方法 |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103956949A (zh) * | 2014-05-14 | 2014-07-30 | 西北工业大学 | 三级式起/发电机两相励磁恒转差交流起动模型及控制方法 |
| CN106471730B (zh) * | 2014-07-01 | 2019-08-06 | 西门子公司 | 用励磁电流对同步电机供电 |
| US10320316B2 (en) | 2014-07-01 | 2019-06-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Supplying a synchronous machine with an excitation current |
| CN106471730A (zh) * | 2014-07-01 | 2017-03-01 | 西门子公司 | 用励磁电流对同步电机供电 |
| CN104868808A (zh) * | 2015-05-25 | 2015-08-26 | 西北工业大学 | 两相励磁机的航空三级式无刷发电系统起动励磁控制方法 |
| CN104868808B (zh) * | 2015-05-25 | 2017-05-24 | 西北工业大学 | 两相励磁机的航空三级式无刷发电系统起动励磁控制方法 |
| CN105099304A (zh) * | 2015-08-25 | 2015-11-25 | 南京化学工业园热电有限公司 | 一种励磁滑环母排系统及励磁系统滑环极性调整方法 |
| CN105099304B (zh) * | 2015-08-25 | 2017-11-10 | 南京化学工业园热电有限公司 | 一种励磁滑环母排系统及励磁系统滑环极性调整方法 |
| CN105743401A (zh) * | 2016-03-14 | 2016-07-06 | 陈正有 | 一种电子止动装置 |
| CN105743401B (zh) * | 2016-03-14 | 2018-03-27 | 陈正有 | 一种电子止动装置 |
| CN106026812B (zh) * | 2016-07-27 | 2018-07-24 | 西安西热节能技术有限公司 | 一种适用于变速发电机的恒磁通励磁控制系统及方法 |
| CN106026812A (zh) * | 2016-07-27 | 2016-10-12 | 西安西热节能技术有限公司 | 一种适用于变速发电机的恒磁通励磁控制系统及方法 |
| CN108111073B (zh) * | 2016-11-24 | 2021-03-26 | 陕西航空电气有限责任公司 | 一种两相励磁结构三级式起/发电机直流励磁控制方法 |
| CN108847796A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-20 | 南京航空航天大学 | 三级式无刷同步电机磁阻式起动控制方法及系统 |
| CN108847796B (zh) * | 2018-05-31 | 2022-01-18 | 南京航空航天大学 | 三级式无刷同步电机磁阻式起动控制方法及系统 |
| CN108923604A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-30 | 南京航空航天大学 | 一种裂相式两相励磁机及起动控制方法 |
| CN111009992A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-14 | 北京动力机械研究所 | 一种高、低电压兼容内置式无刷直流起发电系统 |
| CN111009992B (zh) * | 2019-12-05 | 2021-05-28 | 北京动力机械研究所 | 一种高、低电压兼容内置式无刷直流起发电系统 |
| CN112532128A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-03-19 | 北京曙光航空电气有限责任公司 | 一种航空大功率复合无刷起动发电系统及其控制方法 |
| CN113328540A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-08-31 | 陕西航空电气有限责任公司 | 一种无刷电励磁起动发电机励磁机励磁绕组结构及其起动/发电切换方法 |
| CN113328540B (zh) * | 2021-04-30 | 2024-03-01 | 陕西航空电气有限责任公司 | 一种无刷电励磁起动发电机励磁机励磁绕组结构及其起动/发电切换方法 |
| CN114531070A (zh) * | 2022-03-03 | 2022-05-24 | 西北工业大学 | 航空三级式起动/发电系统gcu冗余控制结构及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103532454B (zh) | 2015-09-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103532454B (zh) | 两相无刷励磁机在三级式起动/发电系统起动发电过程中的控制方法 | |
| Jiao et al. | Design and control of a two-phase brushless exciter for aircraft wound-rotor synchronous starter/generator in the starting mode | |
| Jawad et al. | Novel brushless wound rotor synchronous machine with zero-sequence third-harmonic field excitation | |
| Yao et al. | Principle of operation and performance of a synchronous machine employing a new harmonic excitation scheme | |
| CN104218851B (zh) | 三级式无刷起动/发电机交、直流混合励磁系统的拓扑结构及装置 | |
| Jiang et al. | Analysis of a dual-winding fault-tolerant permanent magnet machine drive for aerospace applications | |
| CN104242521B (zh) | 一种双模电动发电机 | |
| CN102428265A (zh) | 飞机发动机起动/发电系统和控制的方法 | |
| CN108964532A (zh) | 三级式无刷同步电机分阶段式起动控制系统及方法 | |
| Jiao et al. | Design and control strategy of a two-phase brushless exciter for three-stage starter/generator | |
| CN109713958A (zh) | 三级式无刷起动/发电机三相交流励磁系统及控制方法 | |
| CN103457427A (zh) | 一种用于三级式起动/发电系统的励磁机结构及控制方法 | |
| CN102420560B (zh) | 变频交流起动发电系统励磁结构及交、直流励磁控制方法 | |
| CN108880363A (zh) | 三级式无刷同步电机异步起动控制方法及系统 | |
| CN108923604A (zh) | 一种裂相式两相励磁机及起动控制方法 | |
| CN108847796B (zh) | 三级式无刷同步电机磁阻式起动控制方法及系统 | |
| CN104218858A (zh) | 三级式无刷起动/发电机三相交流励磁系统的拓扑结构及装置 | |
| Wei et al. | Integrated AC and DC excitation method for brushless synchronous machine | |
| Zhao et al. | Characteristics analysis of five-phase fault-tolerant doubly salient electro-magnetic generators | |
| Yu et al. | Performance comparison of doubly salient reluctance generators for high-voltage DC power system of more electric aircraft | |
| CN103475112A (zh) | 开关磁阻发电机 | |
| CN111313645A (zh) | 一种具有两个独立通道的航空起动/发电系统 | |
| CN106059446A (zh) | 六相永磁同步直线电机单相开路故障的容错控制方法 | |
| CN104038005A (zh) | 可作电动机使用的船舶轴带发电机及其运行状态切换方法 | |
| Chakraborty et al. | A new series of brushless and permanent magnetless synchronous machines |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |