一种三级式电机转子初始位置估计技术

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一种永磁同步电机的转子初始位置的估算方法及系统[发明专利]

专利名称：一种永磁同步电机的转子初始位置的估算方法及系统
专利类型：发明专利
发明人：陈志杰,李云欢
申请号：CN201910836979.9
申请日：20190905
公开号：CN110601632A
公开日：
20191220
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种永磁同步电机的转子初始位置的估算方法及系统，其中估算方法包括：通过ADC电流采集模块对电机三相的电流进行采样，并计算得出高频旋转电流的模值以及角度；其中，n代表拍数；通过高频电压注入发波模块在电机绕组中产生高频旋转电压；根据相邻三拍的高频旋转电流模值与相角组成的多边形的重心线来估算转子的初始位置。

采用本发明的技术方案，估算的精度高，计算简单，避免了复杂的数字信号处理带来的固有延时。

本发明可用于压缩机或者其他永磁电机的无位置传感控制。

申请人：深圳市振邦智能科技股份有限公司
地址：518000 广东省深圳市光明新区玉塘街道根玉路与南明路交汇处华宏信通工业园4栋国籍：CN
代理机构：深圳市科吉华烽知识产权事务所(普通合伙)
代理人：胡玉
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三级式同步电机转子初始位置在线检测方法

三级式同步电机转子初始位置在线检测方法
马鹏，刘卫国，彭纪昌，毛帅，骆光照
（西北工业大学自动化学院，陕西省西安市７１００７２）
Ａｎｏｎ — ｌｉｎｅＩｎｉｔｉａｌＲｏｔｏｒＰｏｓｉｔｉｏｎＥｓｔｉｍａｉｏｔｎＭｅｔｈｏｄｆｏｒＴｈｒｅｅ－ｓｔａｇｅＢｒｕｓｈｌｅｓｓＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭａｃｈｉｎｅｓ
ｄｕｅｔｏｈｅｔｍａｇｎｅｔｉｃｓａｔｕｒａｔｉｏｎｅｆｅｃｔ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅ
．
实验结果表明，该文所提方法简化了传统电压脉冲注入法先确定转子位置再确定正方向的两步检测方案，多次实验结果
关键词：三级式同步电机；起动／发电一体；转子初始位置；
电压矢量脉冲；电感饱和效应
ｂｙｉｎｊｅｃｔｉｎｇｍｏｄｕｌａｔｅｄｐｕｌｓｅｖｏｌｔａｇｅｖｅｃｔｏｒｓ，ａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｅｄｈｅｔｐｕｌｓｅｖｏｌｔａｇｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅ
ＤＯＩ：１０．１３３３４８．０２５８．８０１３．ｐｃｓｅｅ．２０１５．１８．０２５
文章编号：０２５８ — ８０１３（２０１５）１８－４７７１ — ０８

三级式同步电机的转子初始位置检测方法

第２３卷㊀第５期２０１９年５月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Ｅｌｅｃｔｒｉｃ㊀Ｍａｃｈｉｎｅｓ㊀ａｎｄ㊀Ｃｏｎｔｒｏｌ㊀Ｖｏｌ２３Ｎｏ５Ｍａｙ２０１９㊀㊀㊀㊀㊀㊀三级式同步电机的转子初始位置检测方法刘卫国ꎬ㊀祝宇杰ꎬ㊀彭纪昌ꎬ㊀孟涛ꎬ㊀焦宁飞(西北工业大学自动化学院ꎬ西安７１００７２)摘㊀要:针对现有三级式同步起动/发电机转子初始位置检测方法在检测过程中可能会使转子发生转动ꎬ对硬件要求高ꎬ检测误差大等问题ꎬ依据旋转变压器的理论ꎬ研究了基于主电机注入－主励磁机检测的转子初始位置检测方法ꎬ并给出了推导过程ꎮ该方法在主电机定子侧注入旋转高频电压信号ꎬ检测主励磁机定子侧的高频电流响应信号ꎬ通过对电流信号进行滤波ꎬ坐标变换与锁相环跟踪等处理ꎬ即可获得转子初始位置ꎮ实验结果表明ꎬ该方法不会使转子发生转动ꎬ也不需要知道电机的参数ꎬ硬件结构简单ꎮ检测误差在２ʎ电角度以内ꎬ能够满足三级式同步电机的平稳起动要求ꎮ关键词:三级式同步电机ꎻ转子初始位置检测ꎻ高频电压信号注入ꎻ旋转变压器ꎻ励磁电流脉动ＤＯＩ:１０.１５９３８/ｊ.ｅｍｃ.２０１９.０５.００９中图分类号:ＴＭ３５１文献标志码:Ａ文章编号:１００７－４４９Ｘ(２０１９)０５－００６９－０７㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:２０１７－１１－２９基金项目:国家自然科学基金(５１６７７１５２)作者简介:刘卫国(１９６０ )ꎬ男ꎬ博士ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ研究方向为永磁电机设计理论及驱动控制技术ꎻ祝宇杰(１９９４ )ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为三级式同步电机无位置控制技术ꎻ彭纪昌(１９８８ )ꎬ男ꎬ博士研究生ꎬ研究方向为多级电励磁同步电机无位置控制技术ꎻ孟㊀涛(１９９０ )ꎬ男ꎬ博士研究生ꎬ研究方向为三级式航空无刷电机起动控制技术ꎻ焦宁飞(１９８９ )ꎬ男ꎬ博士研究生ꎬ研究方向为无刷同步起动发电系统分析及控制技术ꎮ通信作者:祝宇杰Ｉｎｉｔｉａｌｒｏｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｒｅｅ￣ｓｔａｇｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍａｃｈｉｎｅｓＬＩＵＷｅｉ￣ｇｕｏꎬ㊀ＺＨＵＹｕ￣ｊｉｅꎬ㊀ＰＥＮＧＪｉ￣ｃｈａｎｇꎬ㊀ＭＥＮＧＴａｏꎬ㊀ＪＩＡＯＮｉｎｇ￣ｆｅｉ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎꎬＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＸｉᶄａｎ７１００７２ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｔｈａｔꎬｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｒｏｔｏｒｒｏｔａｔｉｎｇｄｕｒｉｎｇｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓꎬｈｉｇｈｄｅ￣ｍａｎｄｆｏｒｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｐｏｏｒｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｐｒｅｓｅｎｔｉｎｉｔｉａｌｒｏｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｔｈｒｅｅ￣ｓｔａｇｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｓｔａｒｔｅｒ/ｇｅｎｅｒａｔｏｒꎬａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｒｏｔｏｒｙｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒꎬａｎｉｎ￣ｉｔｉａｌｒｏｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｈｉｃｈｉｓｂａｓｅｄｏｎｉｎｊｅｃｔｉｎｇａｔｍａｉｎｍａｃｈｉｎｅꎬｄｅｔｅｃｔｉｎｇａｔｍａｉｎｅｘ￣ｃｉｔｅｒｗａｓａｎａｌｙｚｅｄꎬａｎｄｔｈｅｄｅｒｉｖａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｇｉｖｅｎ.Ｂｙｉｎｊｅｃｔｉｎｇｒｏｔａｔｉｎｇｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｖｏｌｔａｇｅｉｎ￣ｔｏｍａｉｎｍａｃｈｉｎｅｓｓｔａｔｏｒꎬｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｒｏｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｗａｓｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｍａｉｎｅｘｃｉｔｅｒｓｓｔａｔｏｒｃｕｒｒｅｎｔａｆｔｅｒｆｉｌ￣ｔｅｒｉｎｇꎬｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｐｈａｓｅ￣ｌｏｃｋｅｄｌｏｏｐｔｒａｃｋｉｎｇ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏ￣ｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｃａｎｋｅｅｐｒｏｔｏｒｓｔａｎｄｓｔｉｌｌꎬｍａｃｈｉｎｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｅｘｔｒａｈａｒｄｗａｒｅｓａｒｅｎｏｔｎｅｅｄｅｄ.Ｔｈｅｅｓｔｉ￣ｍａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｉｓｂｅｌｏｗ２ʎｅｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｇｌｅꎬｗｈｉｃｈｓａｔｉｓｆｉｅｓｔｈｒｅｅ￣ｓｔａｇｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍａｃｈｉｎｅｓｎｅｅｄｆｏｒｓｍｏｏｔｈｓｔａｒｔｕｐ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｔｈｒｅｅ￣ｓｔａｇｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍａｃｈｉｎｅｓꎻｉｎｉｔｉａｌｒｏｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｅｓｔｉｍａｔｉｏｎꎻｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｖｏｌｔａｇｅｓｉｇｎａｌｉｎｊｅｃｔｉｏｎꎻｒｏｔｏｒｙｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒꎻｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔｐｕｌｓａｔｉｎｇ０㊀引㊀言起动/发电一体化是未来航空电源系统的一个重要发展趋势ꎮ三级式同步电机具有功率密度高㊁可靠性高㊁维护简单等诸多优势ꎬ目前在航空大功率交流电源系统中得到了广泛应用ꎮ如果能利用发电机的电动状态来起动航空发动机ꎬ则可以省去专用的起动机ꎬ减轻机载重量ꎬ这对于多/全电飞机的发展具有重大意义[１－４]ꎮ能够精确地检测出转子的初始位置是实现三级式同步电机高性能闭环起动控制的前提ꎬ不准确的转子初始位置将影响电机的起动输出转矩ꎬ使得起动性能下降而导致起动失败ꎬ甚至出现反转而损坏航空发动机ꎮ因此ꎬ三级式同步电机的起动控制对转子初始位置的检测精确度要求很高ꎮ由于三级式同步电机在起动过程中以航空发动机为负载ꎬ负载转矩很大且不允许反转ꎬ所以通过使电机转动进行转子初始位置检测的直流定位方法不再适用ꎮ因此ꎬ需要在三级式同步电机保持静止的情况下检测转子的初始位置ꎮ近年来ꎬ众多国内外学者对同步电机的转子初始位置检测算法进行了研究ꎬ取得了一定的成果ꎮ现阶段同步电机转子初始位置检测方法可以分为以下两类ꎮ一类是基于电机凸极特性的转子初始位置检测方法ꎮ通过给电机注入旋转高频电压㊁脉振高频电压或高频方波电压ꎬ然后从高频响应电流中提取转子位置信息ꎮ由于转子凸极具有对称性ꎬ因此还需要结合永磁体的磁极方向来获取正确的转子位置ꎮ使用不同的电压注入方式通过解析电流响应信号都能够准确检测出永磁同步电机的转子初始角度ꎮ然而在主电机励磁过程中ꎬ主电机励磁电流波动较大[５]ꎬ当主励磁机采用两相交流励磁时ꎬ主电机转子励磁绕组的磁链没有永磁同步电机转子的永磁磁链稳定ꎮ所以ꎬ此类方法应用于三级式同步电机时ꎬ会有较大的检测误差ꎮ另一类是基于电感饱和效应的电压矢量脉冲注入法转子位置检测方法ꎮ该类方法是利用ｄ轴电感的饱和特性ꎬ通过给电机注入一系列电压矢量脉冲ꎬ根据电流的响应来搜索电机的转子位置[６－７]ꎮ理论上这种方法可以较为精确地检测出转子位置ꎬ但是在实际应用中ꎬ转子位置检测精确度主要取决于脉冲响应电流的采集精确度ꎬ这对硬件平台提出了很高的要求ꎬ实现起来较为复杂ꎮ针对以上问题ꎬ提出了一种基于主电机注入－主励磁机检测的转子初始位置检测方法ꎮ该方法将主电机与主励磁机看做旋转变压器ꎬ充分利用了定转子之间的互感与转子位置之间的关系ꎮ在主电机定子中注入旋转高频电压信号ꎬ检测主励磁机定子电流并进行滤波㊁坐标变换与锁相环跟踪等处理ꎬ即可获得转子初始位置ꎮ实验结果证明了理论分析的正确性ꎮ１㊀转子初始位置检测原理１.１㊀主电机转子绕组的感应电压采用两相交流励磁方式的三级式同步电机结构如图１所示ꎬ它由副励磁机㊁主励磁机与主电机组成ꎮ图１㊀三级式同步电机结构Ｆｉｇ.１㊀Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｒｅｅ￣ｓｔａｇｅｂｒｕｓｈｌｅｓｓｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍａｃｈｉｎｅ在三级式同步电机的起动过程中ꎬ副励磁机断开ꎬ向主励磁机两相定子绕组通入相位互差９０ʎ的两相交流励磁电压ꎮ由于两相定子绕组在空间上相差的电角度也是９０ʎꎬ于是主励磁机内会产生一个旋转磁场[８－９]ꎮ该旋转磁场在主励磁机的转子三相绕组中产生感应电势ꎬ如式(１)所示ꎮｅａ＝Ｅｓｉｎ(θ＋５６π)ꎬｅｂ＝Ｅｓｉｎ(θ＋π６)ꎬｅｃ＝Ｅｓｉｎ(θ－π２)ꎮüþýïïïïïï(１)式中Ｅ为感应电势的幅值ꎬθ＝ωｔꎬω为感应电势的电角速度ꎮ主励磁机转子绕组上感应得到的三相电压经过旋转整流器整流后输出脉动的直流电ꎬ实现主电机转子励磁ꎮ根据文献[８]可知ꎬ励磁电压的最佳励磁频率为２００Ｈｚꎬ所以该频率被选定为励磁０７电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２３卷㊀电压的频率ꎮ在主电机定子绕组的静止两相坐标系下ꎬ注入幅值为１Ｖꎬ频率为２５０Ｈｚ的旋转高频电压信号ｕｉｎｊｅｃｔꎬ其表达式如下ｕｉｎｊｅｃｔ＝ｃｏｓ５００πｔ＋ｊｓｉｎ５００πｔꎮ(２)从图１所示的主电机基本结构中可以看出ꎬ其定子侧为三相对称分布的定子绕组ꎬ转子上有励磁绕组ꎮ利用无传感器检测的基本思想ꎬ将主电机看做一台旋转变压器ꎬ则其输入绕组为定子绕组ꎬ而输出绕组为转子励磁绕组ꎮ从定子绕组输入高频电压信号ꎬ转子绕组中会感应出高频电压信号[１０]ꎮ根据以上分析ꎬ可得主电机转子绕组上的感应电压为Ｖｄｈ＝ｋｃｏｓ(５００πｔ－θｒ)ꎮ(３)式中:ｋ为主电机转子绕组与定子绕组之间的等效匝比ꎬθｒ为主电机转子位置ꎮ１.２㊀高频信号在旋转整流器中的反向传递主励磁机转子绕组上感应得到的三相电压在每一个周期之内ꎬ可划分为两种状态:非换弧状态与换弧状态ꎮ在非换弧状态ꎬ阴极组(二极管１㊁３和５)与阳极组(二极管２㊁４和６)中均有一元件工作并流过整流全电流ꎻ而在换弧状态ꎬ阴极组或阳极组有两相邻相元件进行换弧ꎬ使整流电流由原工作相转移到相邻相ꎬ而与其组别不同的另一元件则流过整流全电流ꎮ如此轮流有两个元件和三个元件交替工作[１１]ꎮ主励磁机转子绕组三相电流在一个周期内的变化规律如图２所示ꎮ图２㊀主励磁机转子绕组电流Ｆｉｇ.２㊀Ｃｕｒｒｅｎｔｏｆｍａｉｎｅｘｃｉｔｅｒᶄｓｒｏｔｏｒｗｉｎｄｉｎｇ当旋转整流器正常工作时ꎬ旋转整流器中的某几个二极管处于导通状态ꎬＶｄｈ会叠加在主励磁机转子绕组的基波电压之上ꎬ从而穿过旋转整流器反向传递至主励磁机转子绕组中ꎮ由于注入的高频电压信号幅值很小ꎬ在此忽略高频电压信号对旋转整流器工作状态的影响ꎮ三级式同步电机的整流电路由主励磁机转子绕组㊁旋转整流器与主电机转子绕组组成ꎮ下面分析高频电压信号在该整流电路中产生的高频电流响应ꎮ在图２中ꎬ时间段ｔ１内ꎬ二极管１与６导通ꎬ基波电流从主励磁机转子ａ相流出ꎬｂ相流入ꎬ旋转整流器处于非换弧状态ꎬ此时整流电路的等效电路如下:二极管１与６的管压降相对于基波电压ｅａ和ｅｂ来说很小ꎬ可将二极管的管压降合并入ｅａ和ｅｂꎮ二极管的导通电阻可以合并入主电机转子绕组的电阻值中ꎬ于是图３中所示的电路可被看做是线性电路ꎬ该电路满足叠加定理ꎮ在图３所示的电路中ꎬ高频电流响应均由高频电压源Ｖｄｈ产生ꎮ所以可以将电压源ｅａ和ｅｂ关闭ꎬ得到高频电压源Ｖｄｈ单独作用时的等效电路ꎬ如图４所示ꎮ电压源Ｖｄｈ用其相量形式表示ꎮ图３㊀时间段ｔ１内整流电路的等效电路Ｆｉｇ.３㊀Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｏｆｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｄｕｒｉｎｇｔ１图４㊀高频电压源单独作用时的等效电路Ｆｉｇ.４㊀Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｗｈｅｎｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｗｏｒｋｓａｌｏｎｅ在图４所示的电路中ꎬ由于电压源Ｖｄｈ的频率较高ꎬ主电机转子绕组的电感值很大ꎬ所以主电机转子绕组的感抗值占据了该电路总阻抗值的绝大部分ꎬ因此该电路可被近似地看做是纯电感电路ꎮ于是可得主电机转子绕组中的高频电流响应为Ｉｄｈꎮ其中Ｉｄｈ是高频电流的幅值ꎮ对主励磁机转子绕组中的高频电流进行矢量合成ꎬ如图５所示ꎮ１７第５期刘卫国等:三级式同步电机的转子初始位置检测方法图５㊀高频电流矢量合成Ｆｉｇ.５㊀Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｃｕｒｒｅｎｔｖｅｃｔｏｒｓ由图５可知ꎬ该高频电流矢量ｉｒｈ的幅值为３Ｉｄｈꎬ相角为α＝１５０ʎꎮ在图２中ꎬ时间段ｔ２内ꎬ二极管１ꎬ２和６导通ꎬ基波电流从主励磁机转子ａ相流出ꎬｂ相与ｃ相流入ꎬ旋转整流器处于换弧状态ꎬ此时整流电路的等效电路如下:与时间段ｔ１同理ꎬ二极管１ꎬ２与６的管压降相对于基波电压ｅａꎬｅｂ和ｅｃ来说很小ꎬ可将二极管的管压降合并入ｅａꎬｅｂ和ｅｃꎮ二极管的导通电阻可以合并入主电机转子绕组的电阻值中ꎬ于是图６中所示的电路可被看做是线性电路ꎬ该电路满足叠加定理ꎮ在图６所示的电路中ꎬ高频电流响应均由高频电压源Ｖｄｈ产生ꎮ所以可以将电压源ｅａꎬｅｂ和ｅｃ关闭ꎬ得到高频电压源Ｖｄｈ单独作用时的等效电路ꎬ如图７所示ꎮ图６㊀时间段ｔ２内整流电路的等效电路Ｆｉｇ.６㊀Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｏｆｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｄｕｒｉｎｇｔ２在图７中ꎬ主电机转子绕组的感抗值依然占据了该电路总阻抗值的绝大部分ꎬ因此可认为图７与图４中的电路总阻抗值相等ꎬ且都等于主电机转子绕组的感抗值ꎮ于是可得图７中主电机转子绕组中的高频电流响应依然为Ｉｄｈꎮ对主励磁机转子绕组中的高频电流进行矢量合成ꎬ如图８所示ꎮ由图８可知ꎬ该高频电流矢量ｉｒｈ的幅值为１.５Ｉｄｈꎬ相角为α＝１２０ʎꎮ前面分析了在时间段ｔ１与ｔ２内ꎬ主电机转子绕组上感应得到的高频电压信号在该整流电路中产生的高频电流响应ꎬ并对主励磁机转子绕组中的高频电流响应进行了矢量合成ꎮ在图２所示的一个三相电周期中ꎬ旋转整流器一共有１２种导通状态ꎬ前面分析了其中的两种导通状态ꎬ其余１０种导通状态下高频电流响应的推导过程与此同理ꎬ故不再详述ꎮ在一个周期内ꎬ旋转整流器有６种非换弧状态和６种换弧状态交替工作ꎬ主励磁机转子中高频电流矢量ｉｒｈ的幅值以３Ｉｄｈ和１.５Ｉｄｈ的规律交替变化ꎮ旋转整流器的导通状态每变化一次ꎬ高频电流矢量ｉｒｈ的相角就顺时针跳跃３０ʎꎬｉｒｈ形成的轨迹为一个正六边形ꎬ如图９所示ꎮ图７㊀高频电压源单独作用时的等效电路Ｆｉｇ.７㊀Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｗｈｅｎｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｗｏｒｋｓａｌｏｎｅ图８㊀高频电流矢量合成Ｆｉｇ.８㊀Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｃｕｒｒｅｎｔｖｅｃｔｏｒｓ图９㊀高频电流在一个周期内的轨迹Ｆｉｇ.９㊀Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｕｒｒｅｎｔｉｎｏｎｅｐｅｒｉｏｄ２７电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２３卷㊀１.３㊀主励磁机定子绕组的感应电流ｉｒｈ的幅值用Ｉｒｈ表示ꎬＩｒｈ在一个三相电周期内的变化规律如图１０所示ꎮＩｒｈ可以被展开成傅立叶级数的形式ꎬ它可以被看做是直流分量和高频谐波的叠加ꎮ与直流分量相比ꎬ高频谐波的幅值很小ꎬ频率很高ꎬ因此Ｉｒｈ中的高频谐波可以被忽略ꎬ只保留直流分量ꎮ该直流分量的幅值约为１.６ＩｄｈＡꎮ图１０㊀Ｉｒｈ在一个周期内的变化规律Ｆｉｇ.１０㊀ＶａｒｉａｔｉｏｎｏｆＩｒｈｉｎｏｎｅｐｅｒｉｏｄｉｒｈ的相角用θｒｈ表示ꎬθｒｈ的余弦值函数ｃｏｓθｒｈ在一个三相电周期内的变化规律如图１１所示ꎮ图１１㊀ｃｏｓθｒｈ在一个周期内的变化规律Ｆｉｇ.１１㊀Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｃｏｓθｒｈｉｎｏｎｅｐｅｒｉｏｄ由于主励磁机定子绕组的励磁频率为２００Ｈｚꎬ电机保持静止ꎬ所以主励磁机转子绕组上感应得到的三相电频率也为２００Ｈｚꎮ在一个三相电周期内ꎬ高频电流矢量ｉｒｈ的相角θｒｈ顺时针跳过３６０ʎꎬ所以ｃｏｓθｒｈ的周期与三相电周期相等ꎬｃｏｓθｒｈ的频率也为２００Ｈｚꎮｃｏｓθｒｈ可以被展开成傅立叶级数的形式ꎬ它可以被看做是频率为２００Ｈｚ的基波和一系列高次谐波的叠加ꎮ对ｃｏｓθｒｈ进行快速傅里叶变换ꎬ结果如图１２所示ꎮ由图１２可知ꎬ与基波相比ꎬ高次谐波的幅值很小ꎬ频率很高ꎮ因此ｃｏｓθｒｈ中的高次谐波可以被忽略ꎬ只保留基波ꎮ图１２㊀ｃｏｓθｒｈ的快速傅里叶变换结果Ｆｉｇ.１２㊀ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｏｆｃｏｓθｒｈ根据以上分析可知ꎬｉｒｈ可以被看做是幅值保持恒定ꎬ旋转频率也保持２００Ｈｚ恒定的圆形旋转矢量ꎮ与主电机类似ꎬ主励磁机也可以被看做一台旋转变压器ꎬ进而利用旋转变压器的原理ꎬ将主励磁机的转子绕组与定子绕组分别看做旋转变压器的输入绕组与输出绕组[１２]ꎮ从转子绕组输入高频信号ꎬ定子绕组中会感应出高频信号[１０]ꎮ根据以上原理ꎬ可得ｉｒｈ在主励磁机定子绕组α相中产生的高频感应电流为ｉαｈ＝１.６Ｉｄｈˑｃｏｓ(５００πｔ－θｒ－π２)ˑｃｏｓ(４００πｔ)ˑｎ＝０.８ˑｎˑＩｄｈ[ｃｏｓ(１００πｔ－θｒ－π２)＋ｃｏｓ(９００πｔ－θｒ－π２)]ꎮ(４)式中ｎ为主励磁机转子绕组与定子绕组之间的等效匝比ꎮ与此同理ꎬ可得ｉｒｈ在主励磁机定子绕组β相中产生的高频感应电流为ｉβｈ＝１.６Ｉｄｈˑｃｏｓ(５００πｔ－θｒ－π２)ˑｃｏｓ(４００πｔ＋π２)ˑｎ＝０.８ˑｎˑＩｄｈ[ｃｏｓ(１００πｔ－θｒ－π)＋ｃｏｓ(９００πｔ－θｒ)]ꎮ(５)以上得到了主励磁机定子绕组α相与β相中的高频电流响应表达式ꎮ为了便于进行后续的信号处理ꎬ将高频电流响应统一变换到主励磁机定子绕组的静止两相坐标系下ꎬ于是可得主励磁机两相定子绕组中的高频感应电流表达式为ｉαβｈ＝０.８ˑｎˑＩｄｈ[ｅｊ(１００πｔ－θｒ－π２)＋ｅ－ｊ(９００πｔ－θｒ－π２)]ꎮ(６)３７第５期刘卫国等:三级式同步电机的转子初始位置检测方法由式(６)可知ꎬ主励磁机两相定子绕组中分别包含频率为５０Ｈｚ的正序分量和频率为４５０Ｈｚ的负序分量两种感应电流ꎮ这两种感应电流均可用于检测转子初始位置ꎬ然而频率较低的正序分量显然更容易进行信号处理ꎬ故选择正序分量进行转子初始位置检测ꎮ２㊀响应电流信号处理首先利用电流传感器检测主励磁机两相定子绕组电流ꎬ得到ｉα与ｉβꎮｉα与ｉβ中分别包含频率为２００Ｈｚ的励磁电流ꎬ频率为５０Ｈｚ的正序分量和频率为４５０Ｈｚ的负序分量ꎮ为了提取正序分量ꎬ最简单的办法是利用低通滤波器直接滤除励磁电流和负序分量进行提取ꎮ然而正序分量的幅值与励磁电流相比非常小ꎬ且二者频率相差不大ꎬ所以低通滤波器的提取效果不佳ꎮ若要提取出稳定的正序分量ꎬ必须增大在主电机中注入的高频电压幅值ꎬ从而提高信噪比ꎮ但这又会使电机发生抖振ꎬ影响定位精确度ꎮ为了解决上述问题ꎬ可以先利用纯延时滤波滤除励磁电流ꎮ这种方法首先对电流信号ｉα与ｉβ分别进行延迟ꎮ由于励磁电流的正弦度不是很高ꎬ且带有一定的直流量ꎬ若只延迟半个周期ꎬ再将原电流信号ｉα与ｉβ分别加上延时后的电流信号ꎬ励磁电流的滤波效果不佳ꎮ虽然励磁电流的正弦度不高ꎬ但是相隔一个周期的励磁电流形状基本保持一致ꎬ所以可以将延迟时间定为５ｍｓꎬ即励磁电流的一个周期ꎬ再将原电流信号ｉα与ｉβ分别减去延时后的电流信号ꎬ即可滤除励磁电流ꎮｉα与ｉβ的信号处理整体流程图如图１３所示ꎮ图１３㊀ｉα与ｉβ信号处理流程Ｆｉｇ.１３㊀Ｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓｏｆｉαａｎｄｉβ经过纯延时滤波后ꎬ电流信号中只剩余正序分量与负序分量ꎮ接着再进行频率为５０Ｈｚ的坐标变换ꎬ负序分量会变成频率为５００Ｈｚ的负序分量ꎬ而正序分量则会变成直流量ꎮ利用低通滤波器提取出该直流量ꎬ再利用锁相环跟踪技术即可得到转子初始位置ꎮ３㊀实验结果为了验证提出的转子初始位置检测方法的正确性ꎬ用一台三级式同步电机搭建了实验平台ꎬ并进行了转子初始位置检测的实验ꎮ在实验过程中ꎬ主励磁机采用４０Ｖｒｍｓ/２００Ｈｚ两相交流电励磁ꎮ图１４㊀转子初始位置估算实验波形Ｆｉｇ.１４㊀Ｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｉｎｉｔｉａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ实验中使用旋转变压器检测转子位置ꎬ用于验证估算结果的准确性ꎮ在实验中ꎬ使用加载台模拟航空发动机负载ꎬ向主电机定子注入幅值为１Ｖꎬ频率为２５０Ｈｚ的旋转高频电压信号ꎮ检测励磁机定子两相电流ꎬ并进行后续的信号处理ꎬ可得估算的转子位置ꎮ转子初始位置检测实验结果如图１４所示ꎮ图１５为实验平台ꎮ图１５㊀实验平台Ｆｉｇ.１５㊀Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｌａｔｆｏｒｍ４７电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２３卷㊀从图１４中可以看出ꎬ施加旋转高频电压之后ꎬ检测得到的转子位置迅速向真实位置收敛ꎮ本方法的估算速度快ꎬ转子初始位置估算误差稳定在２ʎ电角度之内ꎬ可以满足三级式同步电机起动时对转子位置的精确度要求ꎮ４㊀结㊀论针对三级式同步电机多级组合的结构特点ꎬ提出了一种基于主电机注入主励磁机检测的三级式同步电机转子初始位置检测的新方法ꎮ检测过程中转子保持静止ꎬ向主电机定子注入旋转高频电压ꎬ从主励磁机定子的电流响应中可提取出转子初始位置信息ꎮ本方法简单实用ꎬ不需要知道电机的准确参数ꎬ不需要额外的硬件ꎬ并且检测时间短ꎬ辨识精确度高ꎮ实验结果表明ꎬ该方法的转子初始位置检测误差小于２ʎ电角度ꎬ能够满足三级式同步电机的平稳起动要求ꎬ且易于实现ꎬ适合工程实际应用ꎮ参考文献:[１]㊀沈颂华.航空航天器供电系统[Ｍ].北京航空航天大学出版社ꎬ２００５:１１.[２]㊀ＥＭＡＤＩＡꎬＥＨＳＡＮＩＭ.Ａｉｒｃｒａｆｔｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓ:ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｓｔａｔｅｏｆｔｈｅａｒｔꎬａｎｄｆｕｔｕｒｅｔｒｅｎｄｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＡｅｒｏｓｐａｃｅａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｙｓｔｅｍｓＭａｇａｚｉｎｅꎬ２０００ꎬ１５(１):２８.[３]㊀ＷＥＩＭＥＲＪＡ.Ｔｈｅｒｏｌｅｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｍａｃｈｉｎｅｓａｎｄｄｒｉｖｅｓｉｎｔｈｅｍｏｒｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｉｒｃｒａｆｔ[Ｃ]//ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅｓａｎｄＤｒｉｖｅｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ.ＭａｄｉｓｏｎꎬＷＩꎬＵＳＡ:ＩＥＥＥꎬ２００３:１１. [４]㊀ＥＬＢＵＬＵＫＭＥꎬＫＡＮＫＡＭＭＤ.Ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓｔａｒｔｅｒｇｅｎｅｒａｔｏｒｔｅｃｈ￣ｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｆｕｔｕｒｅａｅｒｏｓｐａｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＡｅｒｏｓｐａｃｅａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＳｙｓｔｅｍＭａｇａｚｉｎｅꎬ１９９６ꎬ１１(１０):１７. [５]㊀王瑾ꎬ严仰光.旋转整流器式无刷交㊁直流发电机谐波电枢反应研究[Ｊ].南京航空航天大学学报ꎬ２０００ꎬ３２(３):２５７.ＷＡＮＧＪｉｎꎬＹＡＮＹａｎｇｇｕａｎｇ.Ｓｔｕｄｙｏｎｈａｒｍｏｎｉｃａｒｍａｔｕｒｅｒｅａｃ￣ｔｉｏｎｏｆｂｒｕｓｈｌｅｓｓＡＣ＆ＤＣｇｅｎｅｒａｔｏｒ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＵｎｉ￣ｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃꎬ２０００ꎬ３２(３):２５７. [６]㊀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:中国ꎬ２０１２１０３２４４０４.７[Ｐ].２０１２－０９－０５. [７]㊀钱东祥ꎬ魏佳丹ꎬ周波ꎬ等.无刷励磁同步电机无位置传感器起动控制[Ｊ].中国电机工程学报ꎬ２０１５ꎬ３５(２):４７７.ＱＩＡＮＤｏｎｇｘｉａｎｇꎬＷＥＩＪｉａｄａｎꎬＺＨＯＵＢｏꎬｅｔａｌ.Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓｃｏｎ￣ｔｒｏｌｏｆｂｒｕｓｈｌｅｓｓｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍａｃｈｉｎｅｓｉｎｔｈｅｓｔａｒｔｉｎｇｍｏｄｅ[Ｊ].ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥꎬ２０１５ꎬ３５(２):４７７.[８]㊀ＪＩＡＯＮꎬＬＩＵＷꎬＭＥＮＧＴꎬｅｔａｌ.Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆａｔｗｏ￣ｐｈａｓｅｂｒｕｓｈｌｅｓｓｅｘｃｉｔｅｒｆｏｒａｉｒｃｒａｆｔｗｏｕｎｄｒｏｔｏｒｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｓｔａｒｔｅｒ/ｇｅｎｅｒａｔｏｒｉｎｔｈｅｓｔａｒｔｉｎｇｍｏｄｅ[Ｊ].ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＩＥＥＥＴｒａｎｓ￣ａｃｔｉｏｎｓｏｎꎬ２０１６ꎬ３１(６):４４５２.[９]㊀ＪＩＡＯＮꎬＬＩＵＷꎬＭＥＮＧＴꎬｅｔａｌ.Ｄｅｔａｉｌｅｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｔｗｏ￣ｐｈａｓｅｂｒｕｓｈｌｅｓｓｅｘｃｉｔｅｒｏｆｔｈｅｗｏｕｎｄｒｏｔｏｒｓｙｎｃｈｒｏ￣ｎｏｕｓｓｔａｒｔｅｒ/ｇｅｎｅｒａｔｏｒｉｎｔｈｅｓｔａｒｔｉｎｇｍｏｄｅ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０１７ꎬ５３(１):１１５.[１０]㊀王磊ꎬ邓先明ꎬ王瑞鲜.同步电机位置及速度的无传感器检测[Ｊ].电机与控制学报ꎬ２０１２ꎬ１６(５):５７.ＷＡＮＧＬｅｉꎬＤＥＮＧＸｉａｎｍｉｎｇꎬＷＡＮＧＲｕｉｘｉａｎ.Ｒｏｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｓｐｅｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｗｉｔｈｏｕｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｅｎ￣ｓｏｒ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌꎬ２０１２ꎬ１６(５):５７. [１１]㊀李基成.现代同步发电机整流器励磁系统[Ｍ].水利电力出版社ꎬ１９８７.:６９.[１２]㊀ＧＲＩＦＦＯＡꎬＷＲＯＢＥＬＲꎬＭＥＬＬＯＲＰＨꎬｅｔａｌ.Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆａｔｈｒｅｅ￣ｐｈａｓｅｂｒｕｓｈｌｅｓｓｅｘｃｉｔｅｒｆｏｒａｉｒｃｒａｆｔｓｔａｒ￣ｔｅｒ/ｇｅｎｅｒａｔｏｒ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０１３ꎬ４９(５):２１０６.(编辑:贾志超)５７第５期刘卫国等:三级式同步电机的转子初始位置检测方法。

一种同步电机的转子初始位置检测方法及装置[发明专利]

专利名称：一种同步电机的转子初始位置检测方法及装置专利类型：发明专利
发明人：李浩源,李官军,杨波,陶以彬,姬联涛,庄俊,陈国伟申请号：CN202011353919.0
申请日：20201126
公开号：CN112701982A
公开日：
20210423
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种同步电机的转子初始位置检测方法及装置，包括：向同步电机的励磁绕组注入既定交流电压信号后获取同步电机的定子绕组的三相线电压信号；基于所述同步电机的定子绕组的三相线电压信号确定含有同步电机的转子位置的交流信号；利用所述含有同步电机的转子位置的交流信号确定同步电机的转子初始位置；本发明提供的技术方案提高了检测结果的精度和可靠性；装置结构简单，易于实现，无需增加额外设备，而且本发明的技术方案适用范围广泛，具有重要的实用价值。

申请人：中国电力科学研究院有限公司,国家电网有限公司
地址：210003 江苏省南京市鼓楼区南瑞路8号
国籍：CN
代理机构：北京安博达知识产权代理有限公司
代理人：徐国文
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三级式无刷同步电机转子初始位置估算方法

三级式无刷同步电机转子初始位置估算方法毛帅;刘卫国;马鹏;彭纪昌【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(047)011【摘要】提出一种三级式无刷同步电机在无位置传感器并且静止的情况下转子初始位置的估算方法。

该方法首先利用三级式无刷同步电机主发电机定子铁心的饱和特性，通过给主发电机定子施加特定方向的电压空间矢量，检测并比较相应的定子电流来预估1个转子的初始位置。

然后，利用预估的转子初始位置对主发电机定子电流进行造型，通过高斯曲线拟合估算转子初始位置。

实验结果表明：转子初始位置的估算精度在0.5°电角度以内。

%A method of estimating the initial rotor position of a three-stage brushless synchronous motor at standstill without any position sensors was presented. Based on the magnetic saturation characteristics of the stator core, the preliminary initial rotor position of the machine was estimated by applying specified voltage vectors to the main generator and comparing the stator current values. Then, the stator current values were modeled using the preliminary initial rotor position information and Gaussian curve fitting was performed. The results show that the standstill rot or position is within 0.5° in electrical angle.【总页数】7页(P3685-3691)【作者】毛帅;刘卫国;马鹏;彭纪昌【作者单位】西北工业大学自动化学院，陕西西安，710072;西北工业大学自动化学院，陕西西安，710072;西北工业大学自动化学院，陕西西安，710072;西北工业大学自动化学院，陕西西安，710072【正文语种】中文【中图分类】TM341【相关文献】1.内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法 [J], 廖晓文;刘桂雄2.基于相电流正负序分量相角差的高精度内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法 [J], 刘景林;鲁家栋3.内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法 [J], 何栋炜;彭侠夫;蒋学程;周结华4.内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法 [J], 刘庆飞5.基于高频信号耦合注入的内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法 [J], 李新旻;陈伟;张国政;王志强;陈炜因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于解耦信号的三级式无刷交流同步电机位置估计方法

基于解耦信号的三级式无刷交流同步电机位置估计方法
本文提出了一种基于解耦信号的三级式无刷交流同步电机位置
估计方法。

该方法通过对电机电压和电流进行采样，然后将采样数据进行解耦，得到电机的转子位置信号。

接着，将转子位置信号输入到一个三级式的估计器中，通过对估计器中的电机模型参数进行优化，得到更加精确的电机转子位置估计值。

该方法具有以下特点：1）采样数据解耦后得到的电机转子位置信号准确度高，能够有效提高估计器的精度；2）估计器采用递推式更新电机转子位置估计值，能够有效降低计算复杂度，适用于实时控制系统；3）估计器采用三级式结构，能够有效避免估计器输出值的震荡现象，提高控制系统的鲁棒性。

通过仿真实验和实际系统实验的结果表明，所提出的基于解耦信号的三级式无刷交流同步电机位置估计方法具有较高的估计精度和
稳定性，能够有效应用于工业控制领域。

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三级式同步电机的转子初始位置检测方法

三级式同步电机的转子初始位置检测方法刘卫国;祝宇杰;彭纪昌;孟涛;焦宁飞【摘要】针对现有三级式同步起动/发电机转子初始位置检测方法在检测过程中可能会使转子发生转动,对硬件要求高,检测误差大等问题,依据旋转变压器的理论,研究了基于\"主电机注入-主励磁机检测\"的转子初始位置检测方法,并给出了推导过程.该方法在主电机定子侧注入旋转高频电压信号,检测主励磁机定子侧的高频电流响应信号,通过对电流信号进行滤波,坐标变换与锁相环跟踪等处理,即可获得转子初始位置.实验结果表明,该方法不会使转子发生转动,也不需要知道电机的参数,硬件结构简单.检测误差在2°电角度以内,能够满足三级式同步电机的平稳起动要求.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2019(023)005【总页数】7页(P69-75)【关键词】三级式同步电机;转子初始位置检测;高频电压信号注入;旋转变压器;励磁电流脉动【作者】刘卫国;祝宇杰;彭纪昌;孟涛;焦宁飞【作者单位】西北工业大学自动化学院,西安710072;西北工业大学自动化学院,西安710072;西北工业大学自动化学院,西安710072;西北工业大学自动化学院,西安710072;西北工业大学自动化学院,西安710072【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言起动/发电一体化是未来航空电源系统的一个重要发展趋势。

三级式同步电机具有功率密度高、可靠性高、维护简单等诸多优势，目前在航空大功率交流电源系统中得到了广泛应用。

如果能利用发电机的电动状态来起动航空发动机，则可以省去专用的起动机，减轻机载重量，这对于多/全电飞机的发展具有重大意义[1-4]。

能够精确地检测出转子的初始位置是实现三级式同步电机高性能闭环起动控制的前提，不准确的转子初始位置将影响电机的起动输出转矩，使得起动性能下降而导致起动失败，甚至出现反转而损坏航空发动机。

因此，三级式同步电机的起动控制对转子初始位置的检测精确度要求很高。