[发明专利]适用于变频交流发电机的电压调节方法

说明书

技术领域

本发明公开了适用于变频交流发电机的电压调节方法，属于三级式变频交流发电机的技术领域。

背景技术

发电机电压调节器是保持发电机输出电压有效值恒定的装置，是飞机、舰船和车辆上的重要部件，一直为生产部门所重视。大部分恒频发电机调压器系统的控制框图如图1。G₁(s)为电压环PID调节模块，G₂(s)为电流环的PID调节模块，G_PWM(s)为PWM波占空比D的产生模块，V_f(s)为交流励磁机的励磁电压，G_gen(s)为两级式发电机的传递函数，G_f(s)为励磁绕组的传递函数，G_uporf(s)为电压检测电路的传递函数。

变频交流发电系统与恒频交流发电系统本质的区别有两个。

1、变频交流发电机存在两个极端情况：①最低转速时交流励磁机的励磁电压很低，但是此时交流励磁机需要的励磁电流很大，必将会导致调压器上励磁主功率管的占空比过大，甚至会出现不够用的情况，导致发电机无法输出基准电压；②最高转速时交流励磁机的励磁电压很高，但是此时交流励磁机需要的励磁电流很小，必将会导致调压器上励磁主功率管的占空比很小，占空比D受一点外界的干扰，会引起发电机端电压很大的变化，系统的抗干扰能力很差。

2、变频发电机转速的宽范围变化，会导致系统前向通道开环增益也在大范围的变化，系统前向通道的开环增益在系统的控制性能方面起着举足轻重的作用。因此变频情况下存在两个极端情况：①最低转速时系统前向通道的开环增益很小，此时系统的稳定性非常高，但是调压系统动态性能特别差，稳态误差比较大；②最高转速时，系统前向通道的开环增益很大，此时系统的稳定性特别差，而且发电机端电压会震荡的特别厉害，甚至不能够稳定。

根据上面分析的两个本质的区别可知，如果在变频交流发电机中应用图1中所示结构的调压器会带来两个问题：①最低转速时可能会出现励磁主功率管的占空比D不够用的情况，最高转速时励磁主功率管的占空比特别小，导致系统的输出对干扰信号特别敏感。②整个转速范围内调压器只能在某些转速下具有良好的控制性能，其余转速下的控制性能会变差，甚至不能够稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了适用于变频交流发电机的电压调节方法。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

适用于变频交流发电机的电压调节方法，包括如下步骤：

步骤1，在永磁副励磁机和交流励磁机之间加一级DC-DC变换器，根据变频发电机空载特性曲线确定DC-DC变换器的输入输出关系：

其中：V_o为DC-DC变换器输出电压，V_in为永磁副励磁机输出励磁电压，U_ref为变频发电机基准电压，n_额定为变频交流发电机额定转速，k为常数，D为励磁功率管占空比，f^-1为发电机在任意转速下的空载曲线函数的反函数；

步骤2，变频交流发电机在DC-DC变换器输出电压的激励下产生励磁电流，获取励磁电流检测信号；

步骤3，对励磁电流检测信号与励磁电流参考值进行电流环的PID调节得到PWM波调制信号；

步骤4，对PWM波调制信号进行PWM调制得到占空比信号，驱动电路根据占空比信号得到励磁功率管驱动信号。所述适用于变频交流发电机的电压调节方法，步骤1中DC-DC变换器输入输出关系按照如下步骤确定：

步骤1-1，将永磁副励磁机作为变频发电机的一级，将交流励磁机与主发电机作为变频发电机的另一级，测量两级式变频发电机的空载特性曲线；

步骤1-2，由变频发电机电势与转子转速的关系式，得到发电机在不同转速下：励磁电压与空载电势、转速的关系曲线；

步骤1-3，由发电机在额定转速下的空载电势与任意转速的空载电势之比、额定转速与任意转速之比相等，得到DC-DC变换器输入输出曲线，对DC-DC变换器输入输出曲线拟合得到输入输出关系式。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

（1）在任何转速下发电机空载端电压为基准电压时，励磁主功率管的占空比均恒定；

（2）保证调压系统前向通道的开环增益不受发电机转速的影响。

附图说明

图1为恒频发电机调压系统控制框图。

图2为变频发电机调压系统控制框图。