[发明专利]双凸极发电机电压调节装置及其电压调节控制方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种双凸极发电机电压调节装置及其电压调节控制方法。

背景技术

上世纪90年代由美国Lipo教授提出的双凸极电机，经过多年的研究与发展，已在许多领域得到了应用。该电机的转子结构简单，转子上无绕组，无铜损，适合高速运行，因而较适合作高速发电机使用。根据不同的励磁方式，双凸极电机的衍生型——电励磁和混合励磁双凸极电机，由于存在励磁绕组，调节电机磁场方便，尤其适合发电应用场合。另外，当发电机出现故障而使得输出电压过高时，可以通过切断励磁电流进行发电机灭磁，使输出电压为零。尽管针对电励磁和混合励磁双凸极发电机的励磁调节器（即发电机电压调节器）很早就被人提出并加以应用，但其控制方式依然是传统的输出电压反馈PI控制，动态性能较差，后经改进，引入了励磁电流前馈控制，改善了发电机的动态性能。发电机在长期运行状态下，由于温度等环境因素变化，发电机各相绕组的电阻将会增加，为维持既定的输出功率，励磁电流将会增大，以维持输出恒定的电枢电流，发电机的参数将会改变，其发电机输出电压与励磁电流输入间的传递函数结构将会发生改变，原有的固定PI参数就不一定是最佳参数，发电机性能下降，根据实验数据证明，发电机的输出电压跌落低于6.5V，且其励磁电流变化在7.5-15A之间，而输出电压恢复时间在500ms。 

发明内容

本发明的目的是：提供一种能够克服发电机系统由于长期运行，结构参数变化而导致的发电性能下降的缺点，并提高电机的动态响应的双凸极发电机电压调节装置及其电压调节控制方法，以克服现有技术的不足。

为了达到上述目的，本发明的第一个技术方案是：一种双凸极发电机电压调节装置，包括双凸极发电机、交-直流转换电路和励磁调节器，其创新点在于：

a、所述交-直流转换电路包括三相整流桥和滤波电路，所述双凸极发电机的A、B、C三相电压输出端与三相整流桥的输入端电连接，三相整流桥的输出端与滤波电路的输入端电连接，滤波电路具有与负载电路电连接的连接端子E、F；

b、所述励磁调节器包括电容电流检测电路、输出电压检测电路、DSP微处理器、励磁功率变换器和励磁电流检测电路；所述双凸极发电机的励磁绕组连接端与励磁功率变换器相应的连接端电连接，滤波电路的连接端子E、F同时与电容电流检测电路的输入端和输出电压检测电路的输入端电连接，电容电流检测电路的输出端和输出电压检测电路的输出端分别与DSP微处理器相应的连接端电连接，DSP微处理器相应的输出端与励磁功率变换器相应的输入端电连接，所述双凸极发电机的励磁绕组连接端、DSP微处理器和励磁功率变换器分别与励磁电流检测电路相应的连接端电连接。

在上述第一个技术方案中，所述励磁功率变换器包括励磁电源U_f，开关管Q₁、Q₂，二极管D11、D12；所述开关管Q₁的漏极与二极管D11的阴极以及励磁电源U_f的正极电连接，开关管Q₁的源极与二极管D12的阴极以及双凸极发电机的励磁绕组连接输入端电连接；所述开关管Q₂的源极与二极管D12的阳极以及励磁电源U _f的负极电连接，开关管Q₂的漏极与二极管D11的阳极电连接并经励磁电流检测电路与双凸极发电机的励磁绕组连接输出端电连接；开关管Q₁的栅极和开关管Q₂的栅极分别与DSP微处理器相应的连接端电连接。

在上述第一个技术方案中，所述励磁电流检测电路包括电阻R₆、R₈和检测双凸极发电机励磁绕组电流的电流传感器LEM2，所述电阻R₆的一端与双凸极发电机的励磁绕组连接输出端电连接，电阻R₆的另一端通过电流传感器LEM2与励磁功率变换器相应的连接端电连接，电阻R₈的一端与电流传感器LEM2的检测端以及DSP微处理器相应的连接端电连接，电阻R₈的另一端接地。