一种双凸极发电机全桥可控发电系统的控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双凸极发电机全桥可控发电系统的控制方法，该方法通过位置传感器实时检测电机转子位置，控制器根据电机转子位置检测值结合六状态角度位置控制方法判断电机所处扇区后，按控制角度给定值对主功率变换器相应功率管进行控制。本发明专利技术公开的可控整流控制方法，通过对主功率变换器的控制提高了电机的输出功率，适合应用于航空、风力发电等行业。风力发电等行业。风力发电等行业。

【技术实现步骤摘要】
一种双凸极发电机全桥可控发电系统的控制方法


[0001]本专利技术涉及电机控制领域，尤其涉及一种双凸极发电机全桥可控发电系统的控制方法。

技术介绍

[0002]电励磁双凸极电机凭借其结构简单，可靠性高，且控制灵活方便的特点，在航空起动/发电领域有着广阔的应用前景。双凸极电机是一种典型的变磁阻电机，其定、转子均为凸极结构，使得磁阻最大值和最小值的比值最大，具有良好的机电能量转换特性。双凸极电机结构工艺简单，转子上不存在绕组，电机运行稳定可靠。电励磁双凸极电机通过调节励磁电流改变气隙磁场，其配合整流拓扑与调压控制器所组成的发电系统，可用于无刷直流发电场合。目前整流拓扑常采用全桥不控整流拓扑，双凸极电机的相绕组做星形连接后与二极管整流拓扑直接相连。调压控制器通过对励磁电流的调节实现宽范围的调压，且具有故障时快速灭磁的保护功能。然而，由于采用不控整流拓扑的电机功率密度较低，仅对励磁电流进行控制无法提升输出功率；励磁绕组通常电感较大，变励磁调压的响应时间较长。
[0003]现有的可控整流技术能在不改变双凸极电机本体结构的前提下进一步提高输出功率。在不控整流拓扑的基础上，增加可控的功率管器件，采取合适的控制方法与控制方式可以提升发电输出功率，并且通过变相电流调节输出电压。然而，目前采用的三状态全桥可控整流的外特性相对较软，电压调整率较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是在不控整流拓扑的基础上，增加可控的功率管器件，采取合适的控制方法与控制方式提升发电输出功率，本专利技术提供了一种双凸极发电机全桥可控发电系统的控制方法，可增加电机的输出功率和对相电流的控制能力。
[0005]本专利技术的一种双凸极发电机全桥可控发电系统的控制方法，所述双凸极发电机是指电励磁双凸极电机，控制器采集转子位置信号和相电流，采取六状态角度位置控制方法对整流功率电路中的功率管进行控制，所述六状态角度位置控制方法是指在自然换相点附近对即将导通的相绕组所在桥臂的功率管进行控制。根据电机特性与实际工作需要设定电流限制值，控制器实时采样各相电流，当检测到实际电流超过电流限制时关断整流功率电路中正在导通的功率管，可以使过大的相电流快速回落到设定的限制内。
[0006]具体为，所述双凸极发电机全桥可控发电系统包括桥式整流电路、驱动电路、位置检测器和控制器；
[0007]所述桥式整流电路包括功率管S1
‑
S6、以及二极管D1
‑
D6；S1和S4串联构成a相桥臂，与a相绕组L
a
连接，S3和S6串联构成b相桥臂，与b相绕组L
b
连接，S5和S2串联构成c相桥臂，与c相绕组L
c
连接；D1并联在功率管S1的栅极和漏极之间，D2并联在功率管S2的栅极和漏极之间，D3并联在功率管S3的栅极和漏极之间，D4并联在功率管S4的栅极和漏极之间，D5并联在功率管S5的栅极和漏极之间，D6并联在功率管S6的栅极和漏极之间；
[0008]所述控制器用于采集各相电流i
a
、i
b
和i
c
、通过位置检测器采集电机转子旋转的电角度θ、以及通过驱动电路控制桥式整流电路中功率管的开关状态；
[0009]控制器通过位置检测器采集电机转子旋转的电角度θ；
[0010]当θ∈[θ
bc
‑
‑
α5,θ
bc
‑
+β5]时，控制器通过驱动电路驱动功率管S5导通，构成短路回路L
c
‑
L
a
‑
D1‑
S5；
[0011]当θ∈[θ
ab+
‑
α6,θ
ab+
+β6]时，控制器通过驱动电路驱动功率管S6导通，构成短路回路L
c
‑
L
b
‑
S6‑
D2；
[0012]当θ∈[θ
ca
‑
‑
α1,θ
ca
‑
+β1]时，控制器通过驱动电路驱动功率管S1导通，构成短路回路L
a
‑
L
b
‑
D3‑
S1；
[0013]当θ∈[θ
bc+
‑
α2,θ
bc+
+β2]时，控制器通过驱动电路驱动功率管S2导通，构成短路回路L
a
‑
L
c
‑
S2‑
D4；
[0014]当θ∈[θ
ab
‑
‑
α3,θ
ab
‑
+β3]时，控制器通过驱动电路驱动功率管S3导通，构成短路回路L
b
‑
L
c
‑
D5‑
S3；
[0015]当θ∈[θ
ca+
‑
α4,θ
ca+
+β4]时，控制器通过驱动电路驱动功率管S4导通，构成短路回路L
b
‑
L
a
‑
S4‑
D6；
[0016]控制器实时采样各相电流i
a
、i
b
和i
c
，当检测到实际相电流超过电流阈值时关断整流功率电路中正在导通的功率管；
[0017]其中，θ
ab+
、θ
ab
‑
、θ
bc+
、θ
bc
‑
、θ
ca+
和θ
ca
‑
为双凸极电机的一个电周期内向反电势的自然换相点，a、b、c分别表示电机三相绕组的相，“+”表示正向导通，
“‑”
表示负向导通，α1、α2、α3、α4、α5、α6分别为S1
‑
S6六个功率管所对应的提前导通角，β1、β2、β3、β4、β5、β6分别为S1
‑
S6六个功率管所对应的滞后导通角，L
a
、L
b
和L
c
分别表示电机三相绕组。
[0018]采用上述方案后，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]1)一次仅控制一个功率管，开关频率低，开关损耗较低，有利于降低器件成本。
[0020]2)将电流斩波技术引入可控发电系统，用于限制各相电流的峰值，既减小相电流的有效值，降低了铜损，又保证系统在安全范围内运行；
[0021]3)可结合励磁调压构成双调压控制系统，有利于拓宽电励磁双凸极电机发电运行转速范围和提高双凸极电机调压系统响应速度。
[0022]4)该发电系统适用于三相的电励磁双凸极直流发电机、混合励磁双凸极直流发电机以及永磁双凸极直流发电机，可应用于航空等对电机功率密度要求较高的场合。
[0023]5)针对电励磁双凸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双凸极发电机全桥可控发电系统的控制方法，其特征在于，所述双凸极发电机全桥可控发电系统包括桥式整流电路、驱动电路、位置检测器和控制器；所述桥式整流电路包括功率管S1
‑
S6、以及二极管D1
‑
D6；S1和S4串联构成a相桥臂，与a相绕组L
a
连接，S3和S6串联构成b相桥臂，与b相绕组L
b
连接，S5和S2串联构成c相桥臂，与c相绕组L
c
连接；D1并联在功率管S1的栅极和漏极之间，D2并联在功率管S2的栅极和漏极之间，D3并联在功率管S3的栅极和漏极之间，D4并联在功率管S4的栅极和漏极之间，D5并联在功率管S5的栅极和漏极之间，D6并联在功率管S6的栅极和漏极之间；所述控制器用于采集各相电流i
a
、i
b
和i
c
、通过位置传感器采集电机转子旋转的电角度θ、以及通过驱动电路控制桥式整流电路中功率管的开关状态；控制器通过位置检测器采集电机转子旋转的电角度θ；当θ∈[θ
bc
‑
‑
α5,θ
bc
‑
+β5]时，控制器通过驱动电路驱动功率管S5导通，构成短路回路L
c
‑
L
a
‑
D1‑
S5；当θ∈[θ
ab+
‑
α6,θ
ab+
+β6]时，控制器通过驱动电路驱动功率管S6导通，构成短路回路L
c
‑
L
b
‑
S6‑
D2；当θ∈[θ
ca
‑
‑
α1,θ
ca
‑
+β1]时，控制器通过驱动电路驱动功率管S1导通，构成短路回路L
a
‑
L
b
‑
D3‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄泽雷，王慧贞，刘伟峰，朱淳涛，李浩伟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：