一种电励磁双凸极发电系统的不对称电流控制方法技术方案

本申请公开了一种电励磁双凸极发电系统的不对称电流控制方法，涉及电励磁双凸极发电机领域，按照该方法进行控制时，对于一个电周期的每个扇区，在扇区的扇区起始位置开始之前、提前γ电角度控制可控整流器中与在扇区内自感上升的相绕组相连的上桥臂开关管导通，并持续导通至与扇区的扇区起始位置之后的β电角度处关断；在扇区的扇区起始位置处控制可控整流器中与在扇区内自感下降的相绕组相连的下桥臂开关管导通，并持续导通至扇区的扇区起始位置之后的α电角度处关断，且默认情况下α>β，因此充分增加流过正向电流的下桥臂开关管的导通区间，增加正向电流，能够进一步提升电励磁双凸极发电机的发电能力，实现发电机输出电能与功率密度的提高。出电能与功率密度的提高。出电能与功率密度的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种电励磁双凸极发电系统的不对称电流控制方法


[0001]本申请涉及电励磁双凸极发电机领域，尤其是一种电励磁双凸极发电系统的不对称电流控制方法。

技术介绍

[0002]电励磁双凸极发电机是一种可变磁阻电机，其转子上既没有绕组也没有永磁体，通过调节励磁绕组上的电流可以实现电机磁场的调节。这种特殊的构造使得电励磁双凸极发电机具有结构简单、可靠性强、适应高转速与恶劣工况和故障下可灭磁等优点。
[0003]电励磁双凸极发电机通常采用不控整流器进行发电，但传统的电励磁双凸极发电机的不控整流发电系统输出功率较低，因此促进了电励磁双凸极发电机的可控整流发电系统的发展。由于电励磁双凸极发电机特殊的凸极结构，电机的感应电势是非正弦的，因此传统的矢量控制和磁场定向控制都不适用。
[0004]电励磁双凸极发电机的发电系统控制策略的原理是根据简化后的电励磁双凸极发电机的相绕组电感变化特征，将一个360
°
的电周期均分为三个120
°
的扇区，每扇区内三相绕组根据电感的变化特性会分别处于电感上升区、电感下降区、电感不变区，且随扇区变化进行交替，在每个扇区导通对应桥臂的开关管一定角度后关闭。现有的电励磁双凸极发电机的可控整流发电系统控制策略主要包括了标准角度位置控制策略、提前角度位置控制策略、六状态角度位置控制策略与三相六拍控制策略等。在标准角度位置控制策略下，在扇区切换点同时导通处于电感上升区的相绕组所连的上桥臂开关管与处于电感下降区的相绕组所连的下桥臂开关管，电感不变区不导通开关管。提前角度位置控制策略即在标准角的基础上，提前于扇区切换点一定角度同时导通所需导通的上下桥臂开关管。比如申请号为202210296399.7、专利名称为“一种电励磁双凸极发电系统三相六拍控制方法”的专利技术专利提供了一种在提前角的基础上，将上下桥臂开关管的开通角提前不同的角度的方法。
[0005]但是现有的这些可控整流发电系统的控制策略都存在如下问题：流过负向电流的上桥臂开关管导通区间过长，负向相电流值过大，延长了扇区切换时电流由负到正的换向时间，加剧了发电机的换相重叠问题，缩短了发电能力更强的正向电流的出力范围。每扇区对应上下桥臂的开关管同时关断，下桥臂过早关断，出力更大的正向电流幅值较小，未能充分提升电励磁双凸极发电机的输出电能与功率密度。

技术实现思路

[0006]本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种电励磁双凸极发电系统的不对称电流控制方法，本申请的技术方案如下：
[0007]一种电励磁双凸极发电系统的不对称电流控制方法，在该电励磁双凸极发电系统中，励磁电压源U
f
通过不对称半桥连接电励磁双凸极发电机的励磁绕组L
f
，电励磁双凸极发电机的三相绕组的一端星型连接、另一端通过可控整流器连接负载，负载两端还并联直流侧滤波电容C
dc
；控制模块连接并控制不对称半桥中的开关管以及可控整流器中的开关管，
的发射极连接励磁电压源U
f
的负极；开关管T7和开关管T8的两端分别并联反接二极管；开关管T7的发射极通过励磁电阻R
f
连接励磁绕组L
f
的一端，励磁绕组L
f
的另一端连接开关管T8的集电极；
[0025]控制不对称半桥中的开关管的占空比以对励磁绕组上的励磁电流进行闭环控制的方法包括：
[0026]获取开关管T7的发射极连接至励磁电阻R
f
的线路上的励磁电流i
f
，以给定电流i
fref
和励磁电流i
f
的差值作为PI控制器的输入，按照PI控制器的输出对应的占空比控制开关管T7和开关管T8的通断。
[0027]其进一步的技术方案为，可控整流器采用三相桥式整流器，开关管T1的集电极、开关管T3的集电极和开关管T5的集电极均相连并连接负载的一端，开关管T1的发射极连接开关管T2的集电极，开关管T3的发射极连接开关管T4的集电极，开关管T5的发射极连接开关管T6的集电极，开关管T2的发射极、开关管T4的发射极和开关管T6的发射极均相连并连接负载的另一端；
[0028]开关管T1的发射极连接电励磁双凸极发电机的A相绕组，开关管T3的发射极连接电励磁双凸极发电机的B相绕组，开关管T5的发射极连接电励磁双凸极发电机的C相绕组；开关管T1、开关管T2、开关管T3、开关管T4、开关管T5和开关管T6的两端分别并联反接二极管；
[0029]一个[0
°
,360
°
)电周期包括[0
°
,120
°
)电角度区间内的第一扇区、[120
°
,240
°
)电角度区间内的第二扇区以及[240
°
,360
°
)电角度区间内的第三扇区；第一扇区的扇区起始位置为0
°
，第二扇区的扇区起始位置为120
°
，第三扇区的扇区起始位置为240
°
；
[0030]在第一扇区内，A相绕组的自感上升，B相绕组的自感不变，C相绕组的自感下降，与在第一扇区内自感上升的相绕组相连的上桥臂开关管为开关管T1，与在第一扇区内自感下降的相绕组相连的下桥臂开关管为开关管T6；
[0031]在第二扇区内，B相绕组的自感上升，C相绕组的自感不变，A相绕组的自感下降，与在第二扇区内自感上升的相绕组相连的上桥臂开关管为开关管T3，与在第二扇区内自感下降的相绕组相连的下桥臂开关管为开关管T2；
[0032]在第三扇区内，C相绕组的自感上升，A相绕组的自感不变，B相绕组的自感下降，与在第三扇区内自感上升的相绕组相连的上桥臂开关管为开关管T5，与在第三扇区内自感下降的相绕组相连的下桥臂开关管为开关管T4。
[0033]其进一步的技术方案为，
[0034]在[0
°
,β)电角度区间内时，控制开关管T1和开关管T6均导通，A相绕组和C相绕组与直流侧滤波电容C
dc
相连；
[0035]在[β,120
°‑
γ)电角度区间内时，控制开关管T1关闭，仅导通开关管T6，A相绕组和C相绕组通过开关管T6与开关管T2两端的反接二极管D2相连；
[0036]在[120
°‑
γ,120
°‑
α)电角度区间内时，控制开关管T3和开关管T6均导通，B相绕组和C相绕组与直流侧滤波电容C
dc
相连；
[0037]在[120
°‑
α,120
°
)电角度区间内时，控制开关管T6关闭、仅导通开关管T3，B相绕组和C相绕组通过开关管T3和开关管T5两端的反接二极管D5相连；
[0038]在[120
°
,120
°
+β)电角度区间内时，控制开关管T2和开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发电系统的不对称电流控制方法，其特征在于，在电励磁双凸极发电系统中，励磁电压源U
f
通过不对称半桥连接电励磁双凸极发电机的励磁绕组L
f
，所述电励磁双凸极发电机的三相绕组的一端星型连接、另一端通过可控整流器连接负载，所述负载两端还并联直流侧滤波电容C
dc
；控制模块连接并控制所述不对称半桥中的开关管以及所述可控整流器中的开关管，所述控制模块执行的不对称电流控制方法包括：控制所述不对称半桥中的开关管的占空比以对所述励磁绕组上的励磁电流进行闭环控制，并根据转子电角度θ
e
控制所述可控整流器中的开关管的通断，使得对于一个电周期的每个扇区：在所述扇区的扇区起始位置开始之前、提前γ电角度控制所述可控整流器中与在所述扇区内自感上升的相绕组相连的上桥臂开关管导通，并持续导通至所述扇区的扇区起始位置之后β电角度处关断；在所述扇区的扇区起始位置处控制所述可控整流器中与在所述扇区内自感下降的相绕组相连的下桥臂开关管导通，并持续导通至所述扇区的扇区起始位置之后的α电角度处关断；控制所述可控整流器中其余的开关管均持续保持关断，α、β、γ均为导通角参数且α>β。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定导通角参数α、β、γ的方法包括：确定所述电励磁双凸极发电系统的工况信息，并确定导通角度表中与所述工况信息对应的导通角组合，所述导通角组合包括α、β、γ的取值；其中，导通角度表中包含不同工况信息与导通角组合的对应关系，每个工况信息对应的导通角组合是当所述电励磁双凸极发电系统在所述工况信息对应的运行工况下运行时，使得所述电励磁双凸极发电系统的输出功率最大的导通角组合。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述负载为阻性可变负载，所述电励磁双凸极发电系统的工况信息包括所述负载R的阻值以及所述电励磁双凸极发电机的转子转速n。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所述电励磁双凸极发电系统的工况信息的方法包括：采集所述负载两端的直流母线电压U
dc
以及所述负载上的负载电流i
dc
，按照R＝U
dc
i
dc
计算得到所述负载的阻值R，以及，根据转子电角度θ
e
相对于时间的变化率计算得到所述电励磁双凸极发电机的转子转速n。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，建立所述导通角度表的方法包括：控制所述电励磁双凸极发电系统在一组工况信息对应的运行工况下运行，改变导通角组合，并确定所述电励磁双凸极发电系统在每一种导通角组合下的输出功率，记录使得所述电励磁双凸极发电系统的输出功率最大的导通角组合与当前的工况信息之间的对应关系；改变工况信息并再次执行所述控制所述电励磁双凸极发电系统在一组工况信息对应的运行工况下运行的步骤，直到构建得到各组工况信息及其对应的导通角组合之间的对应关系，建立得到所述导通角度表。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，导通角参数α在(0
°
,120
°
]的电角度区间内取值，导通角参数β在[0
°
,α)的电角度区间内取值，且α与β的差值达到差值阈值。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，改变导通角组合的方法包括：
选定导通角参数γ的取值；在(0
°
,120
°
]的电角度区间内按照第一步进依次遍历选取导通角参数α的多个不同的取值；在导通角参数γ的取值和每个导通角参数α的取值不变的基础上，在[0
°
,α)的电角度区间内按照第二步进依次遍历选取导通角参数β的多个不同取值。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不对称半桥中，开关管T7的集电极连接所述励磁电压源U
f
的正极，开关管T7的发射极连接二极管D7的阴极，二极管D7的阳极连接所述励磁电压源U
f
的负极；二极管D8的阴极连接所述励磁电压源U
f
的正极，二极管D8的阳极连接开关管T8的集电极，开关管T8的发射极连接所述励磁电压源U
f
的负极；开关管T7和开关管T8的两端分别并联反接二极管；开关管T7的发射极通过励磁电阻R
f
连接所述励磁绕组L
f
的一端，所述励磁绕组L
f
的另一端连接开关管T8的集电极；控制所述不对称半桥中的开关管的占空比以对所述励磁绕组上的励磁电流进行闭环控制的方法包括：获取开关管T7的发射极连接至励磁电阻R
f
的线路上的励磁电流i
f
，以给定电流i
fref
和励磁电流i
f
的差值作为PI控制器的输入，按照所述PI控制器的输出对应的占空比控制开关管T7和开关管T8的通断。9.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐旸，周波，王开淼，熊磊，史宏俊，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：