[发明专利]一种双绕组混合励磁无刷直流集成发电系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种双绕组混合励磁无刷直流集成发电系统及其控制方法，系统包括并列式混合励磁无刷直流发电机和集成在同一壳体内的发电机控制器，并列式混合励磁电机包括转子同轴连接的永磁同步电机和电励磁双凸极电机，永磁同步电机有两套电枢绕组，永磁同步电机第一电枢绕组的输出端与电励磁双凸极电机电枢绕组的输入端串联后连接第一整流滤波单元，作为并列式混合励磁无刷直流发电机主功率源；永磁同步电机第二电枢绕组的输出端直接与励磁主电路输入端连接，作为电励磁双凸极电机的励磁源。本发明控制方法采用励磁电流前馈和预测电压保护。本发明简化系统结构，提高了系统功率密度，控制简单灵活，解决了保护动作时间长可能导致的用电设备损坏。

技术领域

本发明涉及一种双绕组混合励磁无刷直流集成发电系统及其控制方法，属于发电系统控制技术领域。

背景技术

无刷直流发电系统在混合动力汽车车载发电系统中具有重要应用价值，传统汽车中的发电机通常采用爪极电机，需要电刷和滑环，可靠性较低，维护性差，爪极电机漏磁严重，效率低，无法满足混合动力汽车大容量、高品质用电需求。永磁同步电机发电系统中的永磁同步电机效率和功率密度高，但是其永磁体价格昂贵，制造成本高，且需外接可控整流单元，控制方法相对复杂。混合励磁电机给混合动力汽车车载发电系统提供了新的方案，仅需要调节励磁电流即可实现调压，系统结构与控制较为简单，而由于存在永磁体，相比于电励磁电机，功率密度和效率较高。授权发明专利ZL 200610166268.8公开了《汽车混合动力系统用的爪极电机》，在传统汽车爪极电机转子的两爪极之间增加永磁体，从而构成混合励磁爪极电机，增强了气隙磁密，提高了效率，然而转子漏磁严重的问题并没有得到有效解决。无刷直流发电系统也是先进飞机直流电源系统重要基础，目前大多数飞机无刷直流发电系统采用电磁式无刷同步电机，虽然实现了无刷化，气隙磁场调节容易，但是结构复杂，旋转整流管的存在降低了可靠性。混合励磁电机无刷直流发电系统具有功率密度高等优势，具备限制短路电流的优势，但是串联磁路与并联磁路的传统混合励磁电机由于永磁磁路与电励磁磁路具有耦合特性，导致调压性能不高。控制器与电机分离的结构导致交流传输线路电磁干扰大，控制器与电机均需要独立冷却系统，体积重量大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种双绕组混合励磁无刷直流集成发电系统及其控制方法，解决电励磁双凸极电机功率密度低、励磁源要引入独立的励磁机，永磁同步电机调磁困难、需要可控整流单元的问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种双绕组混合励磁无刷直流集成发电系统，包括集成在同一壳体内的并列式混合励磁无刷直流发电机和发电机控制器；其中，所述并列式混合励磁无刷直流发电机包括第一整流滤波单元、转子同轴连接的永磁同步电机部分和电励磁双凸极电机部分；所述发电机控制器包括励磁主电路、发电控制单元、励磁电流传感器、母线电流传感器、母线电压传感器、相电压传感器、主接触器，所述励磁主电路包括励磁继电器、第二整流滤波单元和斩波电路；

永磁同步电机部分的定子槽内嵌绕有第一电枢绕组、第二电枢绕组，电励磁双凸极电机部分的定子槽内嵌绕有电枢绕组、励磁绕组，第一电枢绕组的一端采用星形接法连接，另一端与电枢绕组的一端连接，电枢绕组的另一端与第一整流滤波单元的输入端连接，第一整流滤波单元的输出端与主接触器的输入端连接，第二电枢绕组的一端采用星形接法连接，另一端与励磁继电器的输入端连接，励磁继电器的输出端连接第二整流单元的输入端，第二整流单元的输出端连接斩波电路的输入端，斩波电路的输出端连接励磁绕组；励磁电流传感器、母线电流传感器、母线电压传感器、相电压传感器分别与发电控制单元连接，发电控制单元还与励磁继电器、斩波电路的控制端、主接触器连接。