多电发动机内装式高速起动发电机研究与实践

多电发动机是多电飞机的核心,内装式高速起动发电机是多电发动机的关键性支撑技术。该文论述多电发动机基本概念,结合内装式高速起动发电机集成位置和运行环境特点,系统总结了多电发动机高速起动发电机系统发展现状,并提出内装式高速双凸极起动发电技术;分析铁心材料对电机运行性能的影响规律,研究转子应力分布和并列结构转子动力学特性,结合关键参数敏感度分析,提出基于铁心材料特性与转子稳定性约束的高速双凸极起动发电机优化设计方法;研制高速油冷双凸极起动发电机原理样机,完成起动与发电实验验证。电励磁双凸极电机兼具结构坚固可靠和发电控制简单的优势,在多电发动机内装式起动发电系统中具有重要的应用价值。     

双定子电励磁双凸极电机的起动控制

研究双定子电励磁双凸极电机的起动控制,改进电机结构,降低了起动时的转矩脉动。在理论分析的基础上利用基于转速变化的阶段性角度控制方法:低速采用标准角度控制;中高速采用角度随转速变化的提前角度控制,可提高电机在该速段的输出转矩。完成了18kW电励磁双凸极起动/发电系统的样机制作,对系统进行了相关的前期实验及配套航空发动机对发动机进行冷热开车实验。实验表明:该系统的起动控制策略正确有效,起动转矩平滑,所需电源容量小,效率高,具有良好的起动性能。     

基于磁通恒定的多相感应电动机起动过程分析

传统的V/f控制方式在低、中频条件下对多相感应电机进行起动时,由于定子电阻和漏感压降不能忽略,起动过程中的起动电流波动较大,致使多相感应电动机在起动过程中的稳定性能较差。本文以三套三相绕组在空间上互差π/9电角度构成的九相感应电动机为研究对象,对传统的V/f控制方式在低、中频条件下进行了优化。基于DSP+FPGA芯片编程,采用探测线圈反馈九相感应电动机的真实电动势,通过直接控制电动势,并根据电动势与频率的比值为常数的原则,保持电机磁通恒定,以此来起动九相感应电动机。通过实验证明,采用该控制方式起动的九相感应电动机具有更好的稳定性能,优化了九相感应电动机的起动过程。     

一种两级式起动/发电电源系统的起动方式研究

多电飞机、全电飞机的快速发展以及机载用电设备的不断增加,对电源系统提出了更高的要求。在传统的三级式同步电机的基础上提出的两级式混合励磁同步电机,在实现无刷化励磁的同时,兼顾了永磁电机的高功率密度和电励磁电机磁场可调的优点,在机载电源系统中应用前景广阔。基于一台用于两级式起动/发电电源系统的切向/径向磁路并联结构混合励磁同步电机,针对在转子静止时采用直流励磁方式主发电机无法获得励磁电流的问题,经过理论推导和实际测试总结出一种起动励磁控制策略,结合空间矢量算法,有效提高了起动过程的响应速度和带载能力,分别通过仿真和实验证明了该方案的正确性和可行性。     

基于开关磁阻电机的车用起动-发电-助力一体化系统研究

针对基于开关磁阻电机的车用起动-发电-助力一体化(ISAD)系统,分析其主要工况(起动,助力,发电)状态下控制策略并给出仿真波形。同时采用TMS320F240型数字信号处理器和EPM7128S型复杂可编程逻辑门阵列构成核心控制器。最后以1kW三相6/4开关磁阻电机为样机完成起动-助力-发电实验,给出了实验波形和分析结论。实验结果表明,该控制器及其控制策略是有效的,基于开关磁阻电机的车用IS-AD系统在工程实践上是可行的。     

六相开关磁阻起动/发电机系统的起动特性理论仿真与实验

本文以自行设计和研制的结构新颖的12／10开关磁阻电机为研究对象,根据所选发动机（长安奥拓小型客车三缸汽油发动机）对电机起动、发电及助动的要求,设计了一台2．5kW飞轮式开关磁阻起动／发电机原理样机,采用36／42V直流电源系统,建立了该电机的有限元仿真分析模型,对该电机进行了两维电磁场的有限元分析,得到电机较为精确的模型,结合该电机系统的功率变换电路和控制单元,进行了系统仿真,同时着重对该电机系统的起动过程和起动特性进行了研究和分析,对样机进行了测试并取得了满意的结果,理论分析实测结果基本吻合,表明该电机的设计方法、系统建模和控制策略是合理和可行的。     

混合励磁爪极电机起动发电系统控制策略研究

随着汽车用电需求的增大,汽车爪极发电机功率有了很大提高,就可以利用爪极电机增加电动功能构建起动/发电系统以减小汽车怠速时燃油消耗和污染物排放。针对爪极电机漏磁大、起动转矩小等问题,提出在电机爪极间隙增加永磁体搭建混合励磁爪极电机起动/发电系统。分析了该电机电动、发电驱动原理,给出了电动、发电控制策略。对起动/发电系统运行过程进行了仿真分析,仿真结果表明混合励磁爪极电机起动/发电系统能够提供较大转矩带动发动机起动,发电运行时有很好的调压控制性能以及较宽的转速范围。     

双凸极起动/发电机系统一体化设计与实现

起动/发电技术是当今航空电气技术发展的重要方向,基于DSP控制的电励磁双凸极起动/发电机系统具有良好的应用前景。分析了电机结构与起动/发电一体化工作原理。为了使系统的体积、重量减少,使控制电路简化,该文对主功率变换器、励磁功率电路和硬软件控制电路进行了一体化设计,并以DSP芯片为基础,实现了起动、起动/发电切换与发电工作的全数字控制。实验验证了起动/发电一体化设计方案的可行性,表明电励磁双凸极起动/发电机系统能可靠起动,起动/发电切换控制简单,发电电压稳定且可实现故障发电。     

基于开关磁阻电机的车用起动-发电-助力一体化系统研究

针对基于开关磁阻电机的车用起动-发电-助力一体化（ISAD）系统，分析其主要工况（起动，助力，发电）状态下控制策略并给出仿真波形。同时采用TMS320F240型数字信号处理器和EPM7128S型复杂可编程逻辑门阵列构成核心控制器。最后以1kW三相6／4开关磁阻电机为样机完成起动-助力-发电实验，给出了实验波形和分析结论。实验结果表明，该控制器及其控制策略是有效的，基于开关磁阻电机的车用ISAD系统在工程实践上是可行的。     

一体化起动/发电机起动控制器设计

设计了一种航空发动机用一体化起动/发电机起动控制器。针对一体化起动/发电机的工作原理及起动过程的特点,分析了一体化起动/发电机的起动控制原理及控制策略。通过控制器软硬件的一体化设计,实现对一体化起动/发电机内部的主发电机和励磁机的协同控制,并简化了起动控制器结构。系统采用DSP及CPLD的最小系统设计,通过对电机转子位置、转速和电压电流实时检测,用单DSP实现主发电机电动工作状态的转速/电流双闭环控制及励磁机动态变励磁控制。给出了主要接口电路设计、原理图及控制软件流程框图,并进行了系统实验验证。实验结果表明,起动控制器能实现一体化起动/发电机在预定负载条件下安全可靠的起动。     

基于开关磁阻电机的车用集成起动交流制动系统研究

针对基于开关磁阻电机的车用集成起动交流制动(ISAD)系统,分析主要工况起动助力发电,提出了各工况状态下的控制策略,并给出仿真波形,同时采用TMS320F240和EPM7128S可编程逻辑装置(CPLD)构成核心控制器,最后以1 kW三相6/4极开关磁阻电机样机完成起动助力发电实验,给出了实验波形和分析结论。实验结果表明,提出的控制器及其控制策略是有效的,其ISAD控制系统在工程实践上是可行的。     

考虑电磁暂态过程的大功率异步电机全压起动方法

针对目前大功率异步电机的起动问题,提出了一种考虑电磁暂态过程的大功率异步电机全压起动方法,该方法通过动态平衡感应电机起动过程中的机电磁物理量,使得大功率异步电机能够兼顾起动转矩、起动电流和热力熵等指标而快速平稳全压起动。叙述了动态无功平衡全压起动方法的原理和控制策略,在分析了感应电机起动过程机电磁暂态特性的基础上,建立了考虑电磁暂态过程的大功率异步电机全压起动系统数学模型。基于Mat-lab/Simulink平台进行了三相大功率异步电动机全压起动的数值仿真实验,实验结果表明:该方法在抑制异步电机起动冲击电流和母线电压波动的同时,保证了足够大的起动电磁转矩,从而能够拖动负载快速平稳起动,与软起动方法相比,起动时间和定子绕组热力熵增量减少约90%,具有兼顾起动电流、起动转矩和起动能耗的优良起动特性。     

一种新型双凸极起动发电系统电压调节器设计

对新颖的无刷电机-电励磁双凸极电机起动发电系统进行了研究,用它取代有刷直流起动发电系统有重要意义。讨论了双凸极起动发电系统的构成及原理,并为所研制的QFW-18样机设计出一种简便可靠、控制灵活的电压调节器。实验结果表明,调压器实现了良好的调压、保护性能,而且在电机电动状态运行时可有效地控制电机的励磁,使其获得更好的起动性能。     

异步起动永磁同步电动机起动特性研究

异步起动永磁同步电动机具有较高的功率因数和效率,同时具有异步起动能力.异步起动永磁同步电动机在起动过程中受到诸如异步转矩、发电机制动转矩、磁阻负序转矩等多个转矩的合成作用,使得电机的起动过程同感应电机相比更为复杂.本文在感应电机的基础上,通过改进其转子设计异步起动永磁同步电动机,并采用有限元法计算和分析其起动过程,最后通过实验对感应电机和异步起动永磁同步电动机进行了比较.     

开关磁阻起动/发电系统起动性能研究

根据开关磁阻起动/发电系统的特点,对其起动特性进行了分析,主要对起动转矩最大和起动转矩脉动最小两种情况进行了研究。在建立开关磁阻起动/发电系统仿真模型的基础上,对两种起动要求下主开关的开通角和关断角进行了不同转速下的仿真优化。然后对由静止到运动时的起动PWM占空比进行模糊算法估测,对两种起动要求下的不同控制算法分别进行了滑模+PI控制策略的设计。最后,利用开关磁阻起动/发电系统样机平台,验证了所设计起动控制方法的正确性。     

无刷直流起动/发电系统的设计与实现

针对2 kW、270 V无刷直流电机,研究设计了直流电机起动/发电系统的综合设计方案,通过一路三相逆变器功率开关的通断,实现了电机的起动/发电运行,重点研究了无刷直流电机发电过程的转矩控制策略,解决了起动电压低、发电电压高的矛盾,并经仿真和实验结果验证了该设计的正确性和可行性.     

双凸极无刷直流起动发电机研究

电励磁双凸极无刷直流发电机配以起动功率变换器就构成了起动发电机，与开关磁阻起动发电机一样均具有可在高温高速下工作的能力。本文分析了该起动发动机的基本原理，标准和换相提前控制时的机械特性和机械特性的合成方法，减小转矩脉动和输出电压脉动的方法，比较了有刷与无刷两种电机起动航空发动机的试验结果。试验表明：电励磁双凸极电机是一种性能较好的航空用起动/发电机。     

无刷励磁同步电机无位置传感器起动控制

针对无刷励磁同步电机应用于飞机变频交流电源起动控制时,需要安装位置传感器带来了系统结构复杂、可靠性降低并且该传感器利用率低等问题,提出一种适用于无刷励磁同步电机的无位置传感器起动控制技术。通过向主电机注入旋转高频电压信号,判定转子位置信息,结合反电势极性判定法对位置角进行校正。起动阶段根据旋转高频电压信号产生的高频电流响应中的位置信息,解析转子位置信号,结合矢量控制策略起动无刷励磁同步电机。仿真和实验结果表明,该方法具有良好的位置估计精度,能够满足无刷励磁同步电机起动控制系统的要求,实现电机顺利平稳起动。     

基于航空高压直流电源系统的永磁同步电机起动发电系统设计

提出了基于270 V航空高压直流电源系统的永磁同步电机起动发电系统的设计方案,建立了永磁同步电机一体化模型,采用矢量控制及最大转矩/电流比控制方式实现电动机与发电机的控制,采用空间矢量脉宽调制控制的双向变流器完成电源变换,实现了航空发动机快速起动、永磁电机起动到发电的平稳转换以及270 V高压直流电源输出。仿真研究表明系统的起动时间短、动态过程性能好,且高压直流电源的纹波在2%之内,达到了航空高压直流电源的技术要求。     

BSG微混系统电机控制策略的研究

针对BSG微混动力汽车系统的要求,采用混合励磁爪极同步电机作为系统电机。结合起动-发电一体化工作模式,介绍了基于空间电压矢量控制的控制策略。起动部分的控制策略为电动运行策略,根据运行工况分别进行增磁和弱磁控制,在增磁控制策略下,励磁电流作用为增磁以提高转矩;弱磁控制策略下,采用励磁电流和直轴电流协调控制以抵消永磁体磁场,提高转速。发电策略采用电压电流双闭环的控制策略,励磁电流作用为调节磁场来满足可控整流的要求,从而实现母线电压稳定。根据电机的数学模型对控制策略进行了仿真分析和样机测试,仿真和实验结果表明:在起动状态下,该控制策略具有在增磁区大转矩、在弱磁区宽调速范围的特性;在发电状态下,该控制策略可以使母线电压在宽转速范围内维持稳定,具有优良的调磁调压能力。