混合励磁直流发电机电压调节装置及其电压调节方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种混合励磁直流发电机电压调节装置及电压调节方法，装置包括混合励磁发电机、交直流转换电路、双向励磁调节器以及负载电路；混合励磁发电机的A、B、C三相电压输出端与交直流转换电路的输入端电连接，交直流转换电路的直流输出接入负载电路中，交直流转换电路中的三相整流桥的输出端和滤波电容Co与励磁调节器相应的连接端电连接，混合励磁发电机的励磁绕组连接端与励磁调节器相应的连接端电连接。本发明专利技术电路结构简单，生产成本比较低，其具有很快的动态响应，能得到较好的动态性能，降低了发电时的输出电压静差。

【技术实现步骤摘要】
一种利用混合励磁直流发电机电压调节装置的调节方法
本专利技术具体涉及混合励磁直流发电机电压调节装置及其电压调节方法。
技术介绍
近年来，为了兼具永磁电机高效和电励磁电机易于实现磁场调节的优点，众多电机专家提出了混合励磁式电机，即电机有两个磁势源，分别为永磁体和电励磁磁势。混合励磁电机作发电机时，在效率下降不多的情况下，使发电机获得了更宽的发电运行转速范围和灭磁保护能力。然而，作为新型的混合励磁发电机，其励磁调节器需具备励磁电流双向调节能力，即励磁电流既可以正向调节，又可进行负向调节。同时，纵观以往发电机的励磁调节器控制大多采用普通的输出电压反馈加励磁电流前馈等控制方式，其控制环调节仍然为PI控制，动态性能较差。同时，这种控制方式并不能改变发电机由于环境温度等因素变化而引起发电机参数变化所造成的发电机性能下降。因此，需要一种强鲁棒性，并对外界环境具有抗扰性的新型控制方法来作为励磁调节器的控制策略，以实现发电机的快速动态调节，并获得良好的稳态与动态性能。
技术实现思路
本专利技术的目的：为混合励磁发电机提供一种双向励磁调节器，并配以能自动适应环境和发电机参数结构变化的控制策略，以实现发电机的快速励磁调节，并使发电机获得优良的稳态和动态性能，以克服传统技术的不足。为了达到上述目的，采用的技术方案是：一种混合励磁直流发电机装置，包括混合励磁发电机(1)、交直流转换电路(2)、双向励磁调节器(3)以及负载电路(4)；所述混合励磁发电机(1)的A、B、C三相电压输出端与交直流转换电路(2)的输入端电连接，所述交直流转换电路(2)的直流输出接入负载电路(4)中，所述交直流转换电路(2)中的三相整流桥的输出端和滤波电容Co与励磁调节器(3)相应的连接端电连接，所述混合励磁发电机(1)的励磁绕组连接端与励磁调节器(3)相应的连接端电连接。上述交直流转换电路(2)包括三相整流桥、电流传感器LEM1、电阻R5以及滤波电容，所述混合励磁发电机(1)的A、B、C三相电压输出端与三相整流桥的三个桥臂中点电连接；所述滤波电容Co的负极引出端经铜导体与三相整流桥的共阴极端进行电连接；所述滤波电容Co的负极引出端通过铜导体经电流传感器LEM1串接后与三相整流桥的共阳极端电连接；所述电流传感器LEM1的检测端与电阻R5的一端以及双向励磁调节器(3)相应的输入端电连接，所述电阻R5的另一端接地，所述电流传感器LEM1的电源端接电源；所述交直流转换电路(2)具有与负载电路(4)电连接的连接端子E和F，所述连接端子E和F输出端串接负载电阻RL。上述励磁调节器(3)包括电容电流检测电路(3-1)、输出电压检测电路(3-2)、DSP微处理器(3-3)、励磁电流检测电路(3-4)和双向励磁功率变换器(3-5)；所述混合励磁发电机(1)的励磁绕组连接端与双向励磁功率变换器(3-5)相应的连接端电连接；所述交直流转换电路(2)的连接端子E、F同时和负载电路(4)输入端及输出电压检测电路(3-2)的输入端电连接；所述电容电流检测电路(3-1)的输入端与电流传感器LEM1的检测端与电阻R5的一端电连接，所述电容电流检测电路(3-1)的输出端和输出电压检测电路(3-2)的输出端分别与DSP微处理器(3-3)相应的连接端电连接，所述DSP微处理器(3-3)相应的输出端与双向励磁功率变换器(3-5)相应的输入端电连接，所述混合励磁发电机(1)的励磁绕组连接端、DSP微处理器(3-3)和双向励磁功率变换器(3-5)分别与励磁电流检测电路(3-4)相应的连接端电连接。上述双向励磁功率变换器(3-5)包括励磁电源Uf，四个功率开关管，四个二极管；所述功率开关管分别为开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4，所述二极管分别为d11、d12、d13、d14；所述开关管Q1的漏极与二极管d11的阴极以及励磁电源Uf的正极电连接，所述开关管Q1的源极与二极管的d11的阳极、d14的阴极、开关管Q4的漏极以及混合励磁发电机(1)的励磁绕组连接输入端电连接；所述开关管Q2的源极与d12的阳极以及励磁电源Uf的负极电连接；所述开关管Q3的源极与二极管d13的阳极、d12的阴极、开关管Q2的漏极电连接并经励磁电流检测电路(3-4)与混合励磁发电机(1)的励磁绕组连接输出端电连接；所述开关管Q1的栅极和开关管Q2的栅极与DSP微处理器(3-3)的PWM1输出端电连接；所述开关管Q3的栅极和开关管Q4的栅极与DSP微处理器(3-3)的PWM2输出端电连接。上述励磁电流检测电路(3-4)包括电阻R9和检测混合励磁发电机(1)励磁绕组电流的电流传感器LEM2，所述混合励磁发电机(1)的励磁绕组输出端通过电流传感器LEM2与励磁功率变换器(3-5)相应的连接端电连接，电阻R9的一端与电流传感器LEM2的检测端以及DSP微处理器(3-3)相应的连接端电连接，电阻R9的另一端接地。上述电容电流检测电路(3-1)包括运算放大器U1，二极管d1、d2，电阻R6、R7、R8；所述输出电压检测电路(3-2)是运算放大器构成差动式电压检测电路，包括运算放大器U2、U3，二极管d3、d4，电阻R1、R2、R3、R4；所述电阻R2的一端、电阻R3的一端同时与运算放大器U3的同相端电连接，而电阻R3的另一端接地，电阻R2的另一端与交直流转换电路(2)的连接端子E电连接；所述交直流转换电路(2)的连接端子F经电阻R1与运算放大器U3的反相端电连接，电阻R4跨接在运算放大器U3的输出端和反相端之间，并与电阻R1构成电压缩放比例模块；所述运算放大器U3的输出端与运算放大器U2的同相端电连接，而运算放大器U2的反相端与运算放大器U2的输出端电连接，并构成电压跟随模块；所述运算放大器U2的输出端同时与二极管d3的阳极以及二极管d4的阴极电连接，并与DSP微处理器(3-3)相应的连接端电连接，二极管d3的阴极与电源电连接，二极管d4的阳极接地；所述运算放大器U1的同相端经电阻R6与电流传感器LEM1的输出检测端进行电连接；电阻R8跨接于运算放大器U1的同相端和输出端，并与电阻R6构成电压比例模块；运算放大器U1的输出端电同时与二极管d1的阳极以及二极管d2的阴极电连接，以及与DSP微处理器(3-3)相应的连接端电连接，二极管d1的阴极与电源电连接，二极管d2的阳极接地。一种混合励磁发电机电压调节方法，利用上述的装置，其调节步骤如下：步骤a、建立终端滑模控制器的滑模方程S以及控制率u，表达式如下：式中，α表示的滑模系数，uo为发电机输出瞬时电压，β/Co表示的是经电容电流检测电路处理后输出的电压缩放比例，β为经过输出电压检测电路处理后输出电压的缩放比例系数，RL为负载电阻的阻值，iCo为负载电路中滤波电容上流过的充放电电流，Ur为混合励磁发电机(1)通过交直流转换电路(2)输出直流电压的参考值，Uo为混合励磁发电机(1)通过交直流转换电路(2)的直流输出电压经过直流输出电压检测电路后的当前采样值，ICo为电容电流经过电容电流检测电路后的当前时刻采样值，ek为混合励磁发电机(1)通过交直流转换电路(2)的直流输出电压在当前时刻的输出电压误差值；x1为设定的输出电压参考值与发电机输出电压检测值之差；x2为x1的微分，为滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合励磁直流发电机电压调节装置，其特征在于：包括混合励磁发电机(1)、交直流转换电路(2)、双向励磁调节器(3)以及负载电路(4)；所述混合励磁发电机(1)的A、B、C三相电压输出端与交直流转换电路(2)的输入端电连接，所述交直流转换电路(2)的直流输出接入负载电路(4)中，所述交直流转换电路(2)中的三相整流桥的输出端和滤波电容Co与励磁调节器(3)相应的连接端电连接，所述混合励磁发电机(1)的励磁绕组连接端与励磁调节器(3)相应的连接端电连接。

【技术特征摘要】
1.一种利用混合励磁直流发电机电压调节装置的调节方法，所述调节装置包括混合励磁发电机(1)、交直流转换电路(2)、双向励磁调节器(3)以及负载电路(4)；所述混合励磁发电机(1)的A、B、C三相电压输出端与交直流转换电路(2)的输入端电连接，所述交直流转换电路(2)的直流输出接入负载电路(4)中，所述交直流转换电路(2)中的三相整流桥的输出端和滤波电容Co与励磁调节器(3)相应的连接端电连接，所述混合励磁发电机(1)的励磁绕组连接端与励磁调节器(3)相应的连接端电连接；所述交直流转换电路(2)包括三相整流桥、电流传感器LEM1、电阻R5以及滤波电容，所述混合励磁发电机(1)的A、B、C三相电压输出端与三相整流桥的三个桥臂中点电连接；所述滤波电容Co的负极引出端经铜导体与三相整流桥的共阴极端进行电连接；所述滤波电容Co的负极引出端通过铜导体经电流传感器LEM1串接后与三相整流桥的共阳极端电连接；所述电流传感器LEM1的检测端与电阻R5的一端以及双向励磁调节器(3)相应的输入端电连接，所述电阻R5的另一端接地，所述电流传感器LEM1的电源端接电源；所述交直流转换电路(2)具有与负载电路(4)电连接的连接端子E和F，所述连接端子E和F输出端串接负载电阻RL；所述励磁调节器(3)包括电容电流检测电路(3-1)、输出电压检测电路(3-2)、DSP微处理器(3-3)、励磁电流检测电路(3-4)和双向励磁功率变换器(3-5)；所述混合励磁发电机(1)的励磁绕组连接端与双向励磁功率变换器(3-5)相应的连接端电连接；所述交直流转换电路(2)的连接端子E、F同时和负载电路(4)输入端及输出电压检测电路(3-2)的输入端电连接；所述电容电流检测电路(3-1)的输入端与电流传感器LEM1的检测端与电阻R5的一端电连接，所述电容电流检测电路(3-1)的输出端和输出电压检测电路(3-2)的输出端分别与DSP微处理器(3-3)相应的连接端电连接，所述DSP微处理器(3-3)相应的输出端与双向励磁功率变换器(3-5)相应的输入端电连接，所述混合励磁发电机(1)的励磁绕组连接端、DSP微处理器(3-3)和双向励磁功率变换器(3-5)分别与励磁电流检测电路(3-4)相应的连接端电连接；所述双向励磁功率变换器(3-5)包括励磁电源Uf，四个功率开关管，四个二极管；所述功率开关管分别为开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4，所述二极管分别为d11、d12、d13、d14；所述开关管Q1的漏极与二极管d11的阴极以及励磁电源Uf的正极电连接，所述开关管Q1的源极与二极管的d11的阳极、d14的阴极、开关管Q4的漏极以及混合励磁发电机(1)的励磁绕组连接输入端电连接；所述开关管Q2的源极与d12的阳极以及励磁电源Uf的负极电连接；所述开关管Q3的源极与二极管d13的阳极、d12的阴极、开关管Q2的漏极电连接并经励磁电流检测电路(3-4)与混合励磁发电机(1)的励磁绕组连接输出端电连接；所述开关管Q1的栅极和开关管Q2的栅极与DSP微处理器(3-3)的PWM1输出端电连接；所述开关管Q3的栅极和开关管Q4的栅极与DSP微处理器(3-3)的PWM2输出端电连接；所述励磁电流检测电路(3-4)包括电阻R9和检测混合励磁发电机(1)励磁绕组电流的电流传感器LEM2，所述混合励磁发电机(1)的励磁绕组输出端通过电流传感器LEM2与励磁功率变换器(3-5)相应的连接端电连接，电阻R9的一端与电流传感器LEM2的检测端以及DSP微处理器(3-3)相应的连接端电连接，电阻R9的另一端接地；所述电容电流检测电路(3-1)包括运算放大器U1，二极管d1、d2，电阻R6、R7、R8；所述输出电压检测电路(3-2)是运算放大器构成差动式电压检测电路，包括运算放大器U2、U3，二极管d3、d4，电阻R1、R2、R3、R4；所述电阻R2的一端、电阻R3的一端同时与运算放大器U3的同相端电连接，而电阻R3的另一端接地，电阻R2的另一端与交直流转换电路(2)的连接端子E电连接；所述交直流转换电路(2)的连接端子F经电阻R1与运算放大器U3的反相端电连接，电阻R4跨接在运算放大器U3的输出端和反相端之间，并与电阻R1构成电压缩放比例模块；所述运算放大器U3的输出端与运算放大器U2的同相端电连接，而运算放大器U2的反相端与运算放大器U2的输出端电连接，并构成电压跟随模块；所述运算放大器U2的输出端同时与二极管d3的阳极以及二极管d4的阴极电连接，并与DSP微处理器(3-3)相应的连接端电连接，二极管d3的阴极与电源电连接，二极管d4的阳极接地；所述运算放大器U1的同相端经电阻R6与电流传感器LEM1的输出检测端进行电连接；电阻R8跨接于运算放大器U1的同相端和输出端，并与电阻R6构成电压比例模块；运算放大器U1的输出端电同时与二极管d1的阳极以及二极管d2的阴极电连接，以及与DSP微处理器(3-3)相应的连接端电连接，二极管d1的阴极与电源电连接，二极管d2的阳极接地；其特征在于：调节步骤如下：步骤a、建立终端滑模控制器的滑模方程S以及控制率u，表达式如下：x1＝Ur-βuo＝Ur-Uo[k]＝e[k]式中，α表示的滑模系数，uo为发电机输出瞬时电压，β/Co表示的是经电容电流检测电路处理后输出的电压缩放比例，β为经过输出电压检测电路处理后输出电压的缩放比例系...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴卫力，丁骏，田浩，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32