【技术实现步骤摘要】
基于圆筒直线振荡电机的发电系统及其控制方法
本专利技术涉及电力电子技术与电机控制领域,特别涉及一种基于圆筒直线振荡电机的发电系统及其控制方法。
技术介绍
斯特林发动机是一种外燃(或外部加热)式闭式循环活塞式发动机,也称为热气机。各种燃料燃烧装置、太阳能、原子能、蓄热装置以及化学反应生成热装置等均可以成为其外部加热热源。自由活塞式斯特林发动机是斯特林发动机的一个重要分支,其运动输出为往复直线运动,系统结构紧凑,质量小,效率高,性能稳定。自由活塞斯特林发动机设备在新型电源、空间技术、核能应用、太阳能应用、热回收等领域具有很大潜力。圆筒直线振荡电机是一种新型的永磁直线电机,它兼有永磁电机和直线电机的优点。采用直接驱动的方式,相比于传统的“旋转电机+滚珠丝杠”传动方式具有无中间传动环节,高刚性、高推力、响应速度快、优势突出的节能、免维护等优点,因此其在提升系统、高性能的伺服驱动等场合得到广泛的应用。同时,该电机为三相电机,相对于单相电机,具有三线对称绕组,采用不同的电流激励方式产生可控的行波磁场,与永磁磁场相互作用能够形成稳定可控的电磁力,故定子行程可调性高;同样的规格,三相电机的启动电流更小,只有单相电机的1/4,效率更高,输出力更大;三相电机可以通过增加极数而不改变其他尺寸的方式进行功率扩展;三相直线电机的工作原理更接近旋转直线电机,因而用于传统旋转电机的控制器和技术可以拿来借鉴。由于自由活塞斯特林发动机和自由活塞内燃发动机的活塞均为直线往复运动,与直线振荡发电机运动方式相匹配,因此以直线振荡发电机为负载的自由活塞发电机是上述两种发动机的理想发电方式。通过发动 ...
【技术保护点】
1.基于圆筒直线振荡电机的发电系统,其特征在于:包括自由活塞式斯特林发动机、圆筒直线振荡电机、整流电路、无位置传感器、中央控制器和蓄电池组,其中:所述圆筒直线振荡电机,包括动子和定子,动子设于定子内,动子在自由活塞式斯特林发动机带动下做往复的直线运动,从而在定子绕组中感应出相应的电动势,实现发电机功能;所述整流电路,用于将圆筒直线振荡电机产生的三相交流电转换成直流电;所述无位置传感器,包括基于线性霍尔传感器的动子位置检测模块,用于检测电机动子运动方向、电角度信息和动子位置,所述线性霍尔传感器固定安装在圆筒直线振荡电机的定子上;所述中央控制器采用三闭环控制,三闭环控制包括采用参数自整定模糊PI控制器控制的电压环、解耦控制与PI调节空间矢量相结合的电流环和无位置检测算法的速度环;所述线性霍尔传感器将采集与计算好的动子运动方向和电角度信息输入至中央控制器内,得到整流电路所需的驱动信号,并将整流得到的直流电满足发电系统需要并将其作为能量储存在蓄电池组中。
【技术特征摘要】
1.基于圆筒直线振荡电机的发电系统,其特征在于:包括自由活塞式斯特林发动机、圆筒直线振荡电机、整流电路、无位置传感器、中央控制器和蓄电池组,其中:所述圆筒直线振荡电机,包括动子和定子,动子设于定子内,动子在自由活塞式斯特林发动机带动下做往复的直线运动,从而在定子绕组中感应出相应的电动势,实现发电机功能;所述整流电路,用于将圆筒直线振荡电机产生的三相交流电转换成直流电;所述无位置传感器,包括基于线性霍尔传感器的动子位置检测模块,用于检测电机动子运动方向、电角度信息和动子位置,所述线性霍尔传感器固定安装在圆筒直线振荡电机的定子上;所述中央控制器采用三闭环控制,三闭环控制包括采用参数自整定模糊PI控制器控制的电压环、解耦控制与PI调节空间矢量相结合的电流环和无位置检测算法的速度环;所述线性霍尔传感器将采集与计算好的动子运动方向和电角度信息输入至中央控制器内,得到整流电路所需的驱动信号,并将整流得到的直流电满足发电系统需要并将其作为能量储存在蓄电池组中。2.根据权利要求1所述的基于圆筒直线振荡电机的发电系统,其特征在于:所述参数自整定模糊PI控制器,采用模糊规则对PI参数进行自调整,以偏差e和偏差变化率ec作为输入,经过模糊化、模糊推理和解模糊三个步骤,获得PI参数的调整量ΔKp、ΔKi,然后通过下式实现PI控制器的参数自整定:其中,为原来已经整定好的PI控制器参数。3.基于圆筒直线振荡电机的发电系统的控制方法,其特征在于:控制采用参数自整定模糊PI控制的电压环、无位置检测算法的速度环和解耦控制与PI调节空间矢量相结合的电流环;当自由活塞式斯特林发动机开始工作带动圆筒直线振荡电机运动时,首先固定安装在圆筒直线振荡电机内部定子上的线性霍尔传感器将采集与计算好的动子运动方向信息与电角度带入坐标变换公式:其中,θe为电角度,ia、ib、ic分别为电机三相电流值,id、iq为反馈电流值,并根据空间矢量电压的参考值Sabc驱动整流电路使控制系统开始工作;同时给定电压值U*与直流母线反馈电压U的差值输入参数自整定模糊PI控制器,电压环输出值与动子运行速度v的乘积为电流误差参考值输入电流环解耦控制器中,并通过坐标变换与空间矢量调制方式,得到整流电路所需的驱动信号...
【专利技术属性】
技术研发人员:余海涛,王震东,夏涛,郭蓉,王尧,
申请(专利权)人:东南大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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