刘卫国 祝宇杰 彭纪昌 孟涛 焦宁飞

Abstract：Aiming at the problems that， possibility of rotor rotating during estimation process， high demand for hardware and poor estimation precision of present initial rotor position estimation methods for three-stage synchronous starter/generator， according to the working principle of rotory transformer， an initial rotor position estimation method which is based on “injecting at main machine， detecting at main exciter” was analyzed， and the derivation process was given.By injecting rotating high frequency voltage into main machines stator， the initial rotor position was derived from main exciters stator current after filtering， coordinate transformation and phase-locked loop tracking. Experimental results show that the proposed method can keep rotor standstill， machine parameters and extra hardwares are not needed.The estimation error is below 2° electrical angle， which satisfies three-stage synchronous machines need for smooth startup.

Keywords：three-stage synchronous machines; initial rotor position estimation; high frequency voltage signal injection; rotory transformer; excitation current pulsating

0 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發动机，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。由于三级式同步电机在起动过程中以航空发动机为负载，负载转矩很大且不允许反转，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。因此，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。近年来，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，取得了一定的成果。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。

一类是基于电机凸极特性的转子初始位置检测方法。通过给电机注入旋转高频电压、脉振高频电压或高频方波电压，然后从高频响应电流中提取转子位置信息。由于转子凸极具有对称性，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。……