【摘要】：隨著多電飛機(MEA)的發(fā)展,航空起動發(fā)電機(SG)技術成為航空電源系統(tǒng)的關鍵技術。電勵磁雙凸極電機(DSEM)定轉子均為凸極結構,轉子上無永磁體及繞組,結構簡單可靠,適合高溫高速運行;此外,DSEM通過改變勵磁電流即可實現(xiàn)發(fā)電輸出電壓調節(jié),而且故障時通過切除勵磁電流即可實現(xiàn)滅磁。因此,DSEM可構成一種極具競爭力的航空起動發(fā)電機。DSEM起動階段電動運行的換相需要準確的電機轉子位置信息,發(fā)電階段發(fā)電運行的速度檢測也可通過轉子位置信息獲取。傳統(tǒng)電機系統(tǒng)中機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具有重要意義。本文針對DSEM電動運行的全速度范圍無位置傳感器控制技術展開研究,采用理論分析、仿真研究和實驗驗證相結合的方法,重點對DSEM轉子初始位置估計及初始無反轉起動方法、低速無位置傳感器起動技術、低速階段電機起動性能的提升及中高速DSEM無位置傳感器控制技術進行研究。轉子初始位置估計是實現(xiàn)電機無位置傳感器運行的基礎。根據(jù)DSEM自感隨轉子位置變化的特性,本文首先研究了基于檢測脈沖注入的轉子初始位置估計方法,并分析了檢測脈沖寬度的選取準則。針對DSEM采用電勵磁的特點,提出了一種基于勵磁建壓過程的轉子初始位置估計技術,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系推導得到了轉子初始位置角估計表達式�；诠烙嫷玫降霓D子初始位置角,本文提出DSEM邊界扇區(qū)的概念,并研究了確保電機初始無反轉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是電機無位置傳感器運行的難點。本文研究了“三段式”無位置傳感器起動方法在DSEM的應用,詳細分析了DSEM轉子預定位位置,并在此基礎上提出一種簡化的DSEM“三段式”無位置傳感器起動技術。根據(jù)DSEM自感隨轉子位置變化的特點,重點研究了基于脈沖注入的DSEM無位置傳感器起動技術,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;(2)基于當前導通相與換相導通相串聯(lián)自感比較的無位置傳感器起動技術;(3)基于兩相自感比較的無位置傳感器起動技術;并從轉子位置估計精度、起動階段輸出電磁轉矩、魯棒性三個角度對所提起動方法進行了對比分析�，F(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行一次轉子扇區(qū)估計,存在一定換相延遲,獲取DSEM實時轉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轉子位置角估計方法進行研究,根據(jù)DSEM三相電樞繞組自感曲線的幾何相似關系推導得到了轉子位置角的估計表達式,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子位置角估計誤差進行了分析,提出了一種基于DSEM邊界扇區(qū)的補償策略。在此基礎上,為提高電機起動性能,本文對轉子位置估計所需注入檢測脈沖產(chǎn)生的電磁轉矩進行了分析,提出了一種不產(chǎn)生負電磁轉矩的檢測脈沖優(yōu)化選取方法。起動完成后,電機將長期運行于中高速階段,該轉速范圍的無位置傳感器控制對系統(tǒng)穩(wěn)定運行至關重要。根據(jù)DSEM反電勢隨轉子位置變化的特性,本文提出一種基于非導通相電壓檢測的中高速DSEM無位置傳感器控制技術,其通過比較非導通相電壓與換相閥值的大小關系進行換相位置估計,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行了研究。由于DSEM最佳提前換相角的選取與電機參數(shù)、直流母線電壓等多個參數(shù)相關,實際系統(tǒng)難以直接計算獲得,根據(jù)最佳提前換相角下系統(tǒng)給定電流達到其最小值的特點,本文提出一種無需電機參數(shù)的DSEM提前換相角自優(yōu)化控制方法。此外,考慮到電機中性點一般不引出,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,并對磁阻反電勢、低通濾波器引起的換相誤差進行了分析,提出一種基于調節(jié)換相閥值的統(tǒng)一相位補償策略。本文在一套基于RT-LAB半實物仿真系統(tǒng)的12/8極三相DSEM實驗平臺上驗證了上述研究內(nèi)容的正確性,為實現(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基礎。
【圖文】：

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

圖 2.18 實驗平臺照片A B CDSEM BLDCUdcUf驅動電路采樣調理ia、ibif示波器主功率電路勵磁功率電路ua、ub、uc圖 2.19 實驗平臺結構框圖注入的轉子初始位置估計實驗結果進行基于檢測脈沖注入的轉子初始位置估計實子初始位置估計實驗結果。子初始位于扇區(qū) 1 的實驗波形，下面以此為例
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V242;TM31

【參考文獻】

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本文編號：2658068