一种基于辅助绕组的永磁起动发电机位置检测系统技术方案

本实用新型专利技术提供的一种基于辅助绕组的永磁起动发电机位置检测系统包括电流检测电路、辅助绕组、频率锁定电路、相位锁定电路和控制电路。通过添加辅助位置传感器及构成仿真电路来标定不同起动发电复用电源变换器工作模式、转速、电流幅值下辅助绕组的相位锁定信号与电机位置参考信号间的偏差；在正常工作时，移出辅助位置传感器，控制电路根据起动发电复用电源变换器和工作模式、转速、电流幅值，通过标定获得的位置偏差来对相位锁定信号进行补偿，获得永磁起动发电机的位置信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于辅助绕组的永磁起动发电机位置检测系统
本技术涉及一种种永磁起动发电机的位置检测系统，尤其是适用于航空航天器中对位置传感器的体积和重量要求严格、电机工作环境恶劣、永磁电机采用表贴式转子结构、直流母线电压为270V的应用领域。
技术介绍
起动发电机可分时工作于电动和发电两种状态，具有一机两用功能。起动发电机工作于电动状态时，电源变换器作为源动力，能量先由电源变换器流向起动发电机，再由起动发电机将电能转化为机械能，带动发动机；电源变换器通过对起动发电机进行转矩控制，使发动机由零转速上升到正常自稳定工作转速。起动发电机工作于发电状态时，发动机作为源动机，能量先经过起动发电机将机械能转化为交流电能，再经过电源变换器将交流电能转化为直流电能。电源变换器通过对起动发电机进行发电稳压控制，使发动机在转速变化时，保证输出直流电压稳定。起动发电机采用永磁电机时，其起动转矩控制和发电稳压控制，均需要电机的位置信息。位置信息可以通过位置传感器直接检测得到，也可在无位置传感器的情况下通过无位置控制算法估算实现。对于永磁起动发电机的无位置控制算法，通常利用起动发电机电流来估算电机的位置信息，然而，电源变换器工作于不同的工作模式时，起动发电机的电流特征会有所不同，此时，需要考虑电源变换器工作模式对位置估算的影响。对于表贴式永磁起动发电机，其交直轴电感相差不大，通常可以认为相电感不随电机位置变化。航空航天领域对搭载设备的体积和重要求较为严格，而位置传感器会增加电机的体积和重量，需要加以考虑；航空航天领域为了减小起动发电机的重量，通常起动发电机工作转速高，对位置传感器的耐高速性有一定要求，对位置检测算法的快速性也有一定要求；另外，起动发电机与发动机临近安装，工作环境恶劣，需要位置传感器具有一定的环境适应性，可在高振动、极限温度、高油污的环境下工作。对于表贴式永磁同步电机的位置检测，目前主要的实现策略有以下几种：1)采用光电编码位置传感器实现位置检测。光电编码位置传感器与电机转子轴同轴安装，沿圆周方向分布着若干条光栅。在转子转动时，通过对光栅进行检测与计数，进而确定电机转子的位置。由于光栅可以制作得很精细，光电编码传感器的角度可以细分到极高的精度，故采用光电编码位置器的位置检测精度极高。2)采用霍尔位置传感器实现位置检测。霍尔位置传感器的感应端安装在电机定子上，霍尔位置传感器的磁性端安装在电机转子上，当磁性端随电机旋转时会在霍尔位置传感器的感应端产生相应的位置信号，利用该位置信号，匹配合适的检测算法可以实现电机位置检测。由于霍尔元器件目前可以做得很小，故采有霍尔位置传感器实现的位置检测具有附加体积小的优点。3)采用磁阻式旋转变压器实现位置检测。磁阻式旋转变压器分为定子和转子两部分，转子与定子间的气隙随着角度变化有宽有窄，具有变化的磁阻特性。磁阻式旋转变压器的定子和转子分别安装在电机的定子和转子上。通过旋转变压器的激磁绕组注入激磁电流，在电机转子带动旋转变压器转子旋转时，会在旋转变压器的定子感应绕组上感应出带有电机位置信息的信号，通过相应的解调算法，可以获得电机的位置信息。由于磁阻式旋转变压器安装在电机上部分不具有半导体器件，转子为实心导磁体，故采有磁阻式旋转变压器实现的位置检测具有环境性强的优点。4)采用无位置控制算法实现位置检测。无位置控制算法通过检测起动发电复用电源变换器三相交流侧电压、三相交流侧电流，并根据电机的电感和电阻参数来实现位置估算。典型无位置检测算法有反电势直接估算法、滑模观测器法、卡尔曼滤波法、模型参数自适应法和高频率注入法等。由于无位置检测算法不需要位置传感器，故具有体积小和不需要考虑位置传感器环境适应性的优点。方案1)所述的光电编码位置传感器耐高速、振动、油污的环境适应性较差，且需要较大的附加体积，不能满足起动发电机的位置检测要求；方案2)所述的霍尔位置传感器由于嵌入定子的感应端具有半导体电路，而半导体电路的耐温特性较差，无法应用于起动发电机极限温度的恶劣环境。方案3)所述的磁阻式旋转变压器为一台小电机，其会明显增加电机的轴向长度，具有附加体积过大的缺点。方案4)所述的无位置控制算法属于间接测量方法，需要起动发电复用电源变换器工作于正弦线性控制模式，且运算量较大。间接测量降低了位置检测的可靠性；正弦线性控制模式限制了起动发电复用电源变换器使用相控整流、部分开关整流等非线性控制策略；运算量较大，增大了控制器的硬件需求，降低了对高速起动发电系统的适应性。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术提供了一种永磁起动发电机位置检测系统。本技术通过以下技术方案得以实现。本技术提供的一种基于辅助绕组的永磁起动发电机位置检测系统，包括电流检测电路、辅助绕组、频率锁定电路、相位锁定电路和控制电路；所述电流检测电路与永磁起动发电机的三相交流端连接，电流检测电路的三相交流端与起动发电复用电源变换器的三相交流端连接，起动发电复用电源变换器的直流端正极和负极分别与直流母线正极和负极连接，辅助绕组输出分别与频率锁定电路和相位锁定电路的输入端连接，频率锁定电路输出分别与相位锁定电路和控制电路连接，相位锁定电路输出与控制电路连接，电流检测电路输出与控制电路连接，直流母线正极和负极经电压检测电路与控制电路连接，控制电路与起动发电复用电源变换器连接,辅助绕组与永磁起动发电机A相电枢绕组并联。所述频率锁定电路包括低通滤波器、正值比较电路、锁相环、分频移相电路，所述辅助绕组通过低通滤波器、正值比较电路与锁相环输入端连接，锁相环输出通过分频移相电路与锁相环的反馈输入端连接，分频移相电路输出与相位锁定电路和控制电路连接。所述相位锁定电路包括反向器、带控制端单刀双掷开关S、低通滤器1、三角波调制PWM波发生器、低通滤器2、比较器、正脉冲计数器、负脉冲计数器、减法器和移相累加器，所述开关S的“H”输入端与辅助绕组输出端连接，辅助绕组输出端通过反向器与开关S的“L”输入端连接，开关S的控制端与移相累加器的输出端连接，开关S的输出端通过低通滤波器1与比较器的同相输出端连接，三角波调制PWM波发生器通过低通滤波器2与比较器的反相输出端连接，比较器输出端分别与正脉冲计数器和负脉冲计数器连接，正脉冲计数器和负脉冲计数器的输出端分别与减法器的正极性和负极性输入端连接，减法器输出端与移相累加器的偏移量控制端连接，移相累加器的输入端与频率锁定电路连接。所述起动发电复用电源变换器包括全控全桥和相控全桥，全控全桥包括功率管V1～V7，所述功率管V1的源极和功率管V2的漏极与永磁起动发电机的a相连接，永磁起动发电机的b相与功率管V3的源极和功率管V4的漏极连接，永磁起动发电机的c相与功率管V5的源极和功率管V6的漏极连接，功率管V1、V3和V5的漏极与功率管V7的漏极连接，功率管V2、V4和V6的源极与直流母线负极连接，功率管V7的源极与直流母线正极连接，功率管V1～V7的栅极与控制电路连接构成；所述相控全桥包括SCR管Q1～Q6和薄膜电容C1，是由永磁起动发电机的a相与SCR管Q1的阳极和SCR管Q4的阴极连接，永磁起动发电机的b相与SCR管Q3的阳极和SCR管Q6的阴极连接，永磁起动发电机的c相与SCR管Q5的阳极和SCR管Q2的阴极连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于辅助绕组的永磁起动发电机位置检测系统，其特征在于：包括电流检测电路、辅助绕组、频率锁定电路、相位锁定电路和控制电路；所述电流检测电路与永磁起动发电机的三相交流端连接，电流检测电路的三相交流端与起动发电复用电源变换器的三相交流端连接，起动发电复用电源变换器的直流端正极和负极分别与直流母线正极和负极连接，辅助绕组输出分别与频率锁定电路和相位锁定电路的输入端连接，频率锁定电路输出分别与相位锁定电路和控制电路连接，相位锁定电路输出与控制电路连接，电流检测电路输出与控制电路连接，直流母线正极和负极经电压检测电路与控制电路连接，控制电路与起动发电复用电源变换器连接,辅助绕组与永磁起动发电机A相电枢绕组并联。

【技术特征摘要】
1.一种基于辅助绕组的永磁起动发电机位置检测系统，其特征在于：包括电流检测电路、辅助绕组、频率锁定电路、相位锁定电路和控制电路；所述电流检测电路与永磁起动发电机的三相交流端连接，电流检测电路的三相交流端与起动发电复用电源变换器的三相交流端连接，起动发电复用电源变换器的直流端正极和负极分别与直流母线正极和负极连接，辅助绕组输出分别与频率锁定电路和相位锁定电路的输入端连接，频率锁定电路输出分别与相位锁定电路和控制电路连接，相位锁定电路输出与控制电路连接，电流检测电路输出与控制电路连接，直流母线正极和负极经电压检测电路与控制电路连接，控制电路与起动发电复用电源变换器连接,辅助绕组与永磁起动发电机A相电枢绕组并联。2.如权利要求1所述的基于辅助绕组的永磁起动发电机位置检测系统，其特征在于：所述频率锁定电路包括低通滤波器、正值比较电路、锁相环、分频移相电路，所述辅助绕组通过低通滤波器、正值比较电路与锁相环输入端连接，锁相环输出通过分频移相电路与锁相环的反馈输入端连接，分频移相电路输出与相位锁定电路和控制电路连接。3.如权利要求1所述的基于辅助绕组的永磁起动发电机位置检测系统，其特征在于：所述相位锁定电路包括反向器、带控制端单刀双掷开关S、低通滤器1、三角波调制PWM波发生器、低通滤器2、比较器、正脉冲计数器、负脉冲计数器、减法器和移相累加器，所述开关S的“H”输入端与辅助绕组输出端连接，辅助绕组输出端通过反向器与开关S的“L”输入端连接，开关S的控制端与移相累加器的输出端连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛开昶，罗宗鑫，祝冠宇，施道龙，
申请(专利权)人：贵州航天林泉电机有限公司，
类型：新型
国别省市：贵州,52