开绕组五相永磁同步电机起动/发电状态切换控制方法与流程

1.本发明属于电气工程领域，涉及一种开绕组五相永磁同步电机从拖动液氧发动机起动到达一定转速后切换至发电状态工作的状态切换控制方法。


背景技术：

2.在航空航天等领域，液氧起动/发电系统具有较高的应用价值和发展潜力。根据电机的可逆性工作原理，起动阶段电机由电池组供电作电动机运行，拖动发动机加速到一定转速。发动机成功起动后作为原动机拖动电机旋转，此时电机切换为发电机状态运行为其它用电设备供电。
3.现有的起动发电系统采用的电机形式包括开关磁阻电机、无刷励磁电机、永磁同步电机等。开绕组五相永磁同步电机的特点在于，其绕组并不形成中性点，各相绕组在电路上相互独立。采用开绕组的结构拥有更加灵活的控制方式，有利于提高电机的容错性能和运行可靠性，并在多相电机的基础上进一步提高直流母线电压的利用率。


技术实现要素：

4.本发明的目的是：提供一种开绕组五相永磁同步电机起动/发电状态切换控制方法。即开始时由电池组供电，开绕组五相永磁同步电机作为电动机拖动液氧发动机起动，液氧发动机起动后在液氧的推动下加速，当转速升高到一定程度再由液氧发动机拖动开绕组五相永磁同步电机进入发电工作状态中的起动/发电状态切换控制方法。
5.一种开绕组五相永磁同步电机起动/发电状态切换控制方法，其特征在于：开始时，由电池组为控制系统供电，开绕组五相永磁同步电机作电动机拖动液氧发动机起动，液氧发动机的转速升高，控制器实时检测开绕组五相永磁同步电机的转速，当转速高于转速n1后，控制器封锁驱动开绕组五相永磁同步电机所连接的5个h桥式全控逆变/整流器工作的pwm脉冲，开绕组五相永磁同步电机处于待机状态，液氧发动机在液氧的驱动下转速不断升高；之后控制器仍然实时检测开绕组五相永磁同步电机的转速，当转速高于转速n2后，控制器开放驱动开绕组五相永磁同步电机所连接的5个h桥式全控逆变/整流器工作的pwm脉冲，控制开绕组五相永磁同步电机运行于发电机工作状态，通过dc/dc降压变换器为电池组充电，为用电负载供电。
附图说明
6.图1是开绕组五相永磁同步电机起动/发电一体化系统框图。
7.图2是开绕组五相永磁同步电机与五相h桥式全控逆变/整流器主电路拓扑图。
8.图3是开绕组五相永磁同步电机起动/发电状态切换控制流程图。
具体实施方式
9.下面结合图1～图3对本发明提出的开绕组五相永磁同步电机起动/发电状态切换
控制方法的具体实施过程进行详细说明。
10.图1和图2分别为开绕组五相永磁同步电机起动/发电一体化系统框图、开绕组五相永磁同步电机与五相h桥式全控逆变/整流器主电路拓扑图。图3为开绕组五相永磁同步电机起动/发电状态切换控制流程图。
11.开绕组五相永磁同步电机起动/发电系统，主要包括开绕组五相永磁同步电机、五个h桥式全控逆变/整流器、控制器、五个电流传感器、电压传感器、旋转变压器、滤波电容、dc/dc降压变换器、二极管、电池组和用电负载。其中，开绕组五相永磁同步电机与液氧发动机同轴连接，开绕组五相永磁同步电机每一相绕组的两个出线端子分别引出，每一相绕组的两个出线端子分别连接一个h桥式全控逆变/整流器的一个桥臂。五个h桥式全控逆变/整流器的直流母线正端同时与滤波电容的正端、dc/dc降压变换器输入端的正端以及二极管的阴极端连接；五个h桥式全控逆变/整流器的直流母线负端同时与滤波电容的负端、dc/dc降压变换器输入端的负端、dc/dc降压变换器输出端的负端、电池组的负端以及用电负载的负端连接；五相h桥式全控逆变/整流器形成共直流母线型结构；二极管的阳极端同时与dc/dc降压变换器输出端的正端、电池组的正端以及用电负载的正端连接。
12.系统开始工作时，电池组通过导通的二极管为五相h桥式全控逆变/整流器供电，控制器通过五相h桥式全控逆变/整流器控制开绕组五相永磁同步电机工作于电动机运行状态，拖动液氧发动机由静止开始起动加速，起动过程中，控制器通过旋转变压器采集电机的转子位置并计算电机的实时转速n，通过五个电流传感器采集五相绕组的电流信号；控制器经过采集端口接收这些信号，利用这些信号计算后生成驱动开绕组五相永磁同步电机所连接的5个h桥式全控逆变/整流器工作的pwm脉冲信号，以使开绕组五相永磁同步电机能拖动发动机起动加速运转。
13.发动机起动加速运转过程中，控制器还实时地将电机转速n与允许液氧发动机起动的转速n1进行比较，一旦电机转速高于液氧发动机的起动转速为n1，控制器封锁驱动开绕组五相永磁同步电机所连接的5个h桥式全控逆变/整流器工作的pwm脉冲，使开绕组五相永磁同步电机处于自由状态，不再作为电动机运行。液氧发动机起动后在液氧的驱动下转速不断升高，同轴连接的开绕组五相永磁同步电机在液氧发动机的带动下不断加速。
14.开绕组五相永磁同步电机在液氧发动机的带动下不断加速工程中，控制器实时检测开绕组五相永磁同步电机的转速n与允许液氧发动机发电的转速n2进行比较，一旦电机转速高于发电转速为n2，控制器开放驱动开绕组五相永磁同步电机所连接的5个h桥式全控逆变/整流器工作的pwm脉冲，调节输出侧的直流母线电压，使直流母线电压能稳定跟踪给定的直流侧电压参考信号。此过程中，转子位置信号、各相电流信号仍然继续采集，另外通过电压传感器采集直流母线上的电压信号，控制器仍沿用起动阶段生成pwm脉冲信号的方法，控制开绕组五相永磁同步电机运行于发电机工作状态，通过dc/dc降压变换器为电池组充电，为用电负载供电。此后开绕组五相永磁同步电机将一直工作在发电状态。
15.开绕组五相永磁同步电机工作在发电运行状态时，五相h桥式全控逆变/整流器所连接的直流母线电压高于电池组电压，二极管截止。开绕组五相永磁同步电机通过五相h桥式全控逆变/整流器所发出的电压高于电池组电压的电能通过dc/dc降压变换器降压后为电池组充电，同时为用电负载供电。


技术特征：
1.一种开绕组五相永磁同步电机起动/发电状态切换控制方法，其特征在于：开始时，由电池组为控制系统供电，开绕组五相永磁同步电机作电动机拖动液氧发动机起动，液氧发动机的转速升高，控制器实时检测开绕组五相永磁同步电机的转速，当转速高于转速n1后，控制器封锁驱动开绕组五相永磁同步电机所连接的5个h桥式全控逆变/整流器工作的pwm脉冲，开绕组五相永磁同步电机处于待机状态，液氧发动机在液氧的驱动下转速不断升高；之后控制器仍然实时检测开绕组五相永磁同步电机的转速，当转速高于转速n2后，控制器开放驱动开绕组五相永磁同步电机所连接的5个h桥式全控逆变/整流器工作的pwm脉冲，控制开绕组五相永磁同步电机运行于发电机工作状态，通过dc/dc降压变换器为电池组充电，为用电负载供电。

技术总结
本发明公开了一种开绕组五相永磁同步电机起动/发电状态切换控制方法，系统主要由液氧发动机、开绕组五相永磁同步电机、五相H桥式全控逆变/整流器、控制器、DC/DC变换器、电池组和负载组成。开始的起动阶段，电池组供电，开绕组五相永磁同步电机工作于电动机状态，拖动液氧发动机加速到起动转速；液氧发动机成功起动后拖动电机加速运行，电机进入发电机工作状态。制定了一种开绕组五相永磁同步电机起动发电系统从起动到发电状态的切换控制方法，通过实时检测电机转速并分别与液氧发动机起动工作转速n1、投入发电运行转速n2做比较，判断电机当前是否已经起动完毕或能否投入发电状态。机当前是否已经起动完毕或能否投入发电状态。机当前是否已经起动完毕或能否投入发电状态。


技术研发人员：陈益广 郝伟杰
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2021.08.30
技术公布日：2021/11/28