[发明专利]一种确定恒速恒频电气系统在负载扰动时电磁响应的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定恒速恒频电气系统在负载扰动时电磁响应的方法，可用于确定 发生负载突变、短路等情况时恒速恒频电气系统的瞬态电磁响应。

背景技术

随着电力电子技术的发展，大量的电力设备被广泛用于飞机中，电力设备的扰动(主 要指接通、断开与故障)会对飞机的安全飞行产生重大的影响，因此研究飞机电气系统 在负载扰动时的电磁响应具有重要的实际意义。目前常用的研究方法有实物模拟和数字 仿真。实物模拟开发周期长，成本高，所以大多数研究人员采用数字仿真作为飞机电气 系统研究的基础。通过数字仿真可以缩短飞机电气系统的设计周期；预判飞机电气系统 的故障，并设置保护装置，提高飞机电气系统的可靠性。

恒速恒频电源是一种常用的飞机电源，它通常由恒速装置、三级无刷交流发电机以 及电压调节器组成。在对飞机电气系统的电磁特性进行数字仿真时需要对三级无刷交流 发电机和电压调节器建模，常用的建模方法有两种：频域法和时域法。

频域法将三级无刷交流发电机等效为二个惯性环节，然后根据电压调节器的电路结 构以及控制理论建立频域模型。这种方法可以用于恒速恒频电气系统的静态稳定性分析 和定性的动态分析。但是由于恒速恒频电气系统含有整流器、同步发电机这样的非线性 器件，频域法只能用于系统工作点不变的情况；因为频域法建立的是传递函数模型，所 以它无法得到当负载状态改变时恒速恒频电气系统的电磁响应。频域法的应用范围有 限。

本发明的原理是：根据电压调节器检测到的输出相电压，得到副励磁机输出电流控 制信号，进而得到主发电机的励磁电压。根据此信号，结合主发电机与负载的电磁状态， 进行时域分析，则可以得到飞机电气系统在负载扰动时的电磁响应。

时域法通过数学方程描述恒速恒频电气系统，得到它的时域模型。这种方法可以得 到恒速恒频电气系统在负载扰动时的瞬态电磁响应。但是由于恒速恒频电气系统的结构 复杂，非线性元件多。在使用时域法时，需要占用大量内存，导致仿真速度慢。而且由 于时域模型对参数要求高，使得时域模型建立困难，尤其是对同步电机这样的多参数复 杂元件，准确地时域建模难度非常高。另外在飞机电气系统数字仿真时，时域法将计算 得到飞机电气系统在各个节点上的电磁响应，但是其中部分电磁响应为非研究对象，如 电压调节器内部元件的电流变化过程，因此这些非必要的电磁响应计算降低了计算效 率。总的来说恒速恒频电气系统的完全时域模型十分复杂，建模难度高，计算时占用大 量资源，效率较低，计算时间长。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种恒速恒频电气系统在负载扰 动时电磁响应的确定方法，通过频域模型和时域模型的结合，可以用于飞机电气系统的电磁 瞬态分析，有利于飞机电气系统的设计与故障诊断；同时简化了恒速恒频电气系统的建模， 提高了飞机电气系统瞬态分析的计算速度。

本发明的解决方案为：结合时域模型与频域模型得到恒速恒频电气系统混合模型，确定 飞机电气系统在负载扰动时的电磁响应，其特征在于利用永磁同步电机、交流励磁机、整流 器、电压调节器的频域模型简化计算，利用主发电机的时域模型并结合负载对恒速恒频电气 系统进行时域分析，其步骤如下：

1、一种确定恒速恒频电气系统在负载扰动时电磁响应的方法，其特征在于步骤如下：

(1)根据恒速恒频电源的硬件结构以及电压调节器的控制方式，画出恒速恒频电 源中不直接接入飞机电气系统的各个模块的框图，根据各个模块之间的连接关系，建立 各个模块的频域模型；

(2)根据主发电机的结构与特性，得到描述主发动机电磁特性的时域模型；