混合励磁直流发电机电压调节装置及其电压调节方法
【技术领域】
[0001] 本发明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。
【背景技术】
[0002] 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。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的：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。
[0004] 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C。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。
[0005] 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R 5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C。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C。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的检测端与电阻馬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R 5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
[0006] 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。
[0007] 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％、开关管Q 2、开关管Q3、开关管Q4，所述二极管分别为dn、 d 12、d13、d14;所述开关管Q啲漏极与二极管d n的阴极以及励磁电源U f的正极电连接，所述 开关管％的源极与二极管的d n的阳极、d 14的阴极、开关管Q 4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92的源极与d 12的阳极以及励磁电源U 4勺 负极电连接；所述开关管93的源极与二极管d 13的阳极、d 12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％的栅极和开关管Q 2的栅极与DSP微处理器（3-3)的PWM1输出端电连接；所述开 关管93的栅极和开关管Q 4的栅极与DSP微处理器（3-3)的PWM2输出端电连接。
[0008] 上述励磁电流检测电路（3-4)包括电阻馬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R 9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，电阻馬的另一端接地。
[0009] 上述电容电流检测电路（3-1)包括运算放大器％，二极管屯乂，电阻R 6、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U 2、 U3,二极管d3、d4,电阻&、1? 2為、1?4;所述电阻1?2的一端、电阻1?3的一端同时与运算放大器1 的同相端电连接，而电阻馬的另一端接地，电阻R 2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&与运算放大器1的反相端 电连接，电阻R 4跨接在运算放大器U 3的输出端和反相端之间，并与电阻R :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U 2的同相端电连接，而运算放大器U 2的 反相端与运算放大器％的输出端电连接，并构成电压跟随模块；所述运算放大器U 2的输出 端同时与二极管(13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d 3的阴极与电源电连接，二极管d 4的阳极接地；所述运算放大器U :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R 8跨接于运算放大器 A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U i的输出端电同时与二 极管屯的阳极以及二极管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，二极管屯的阴极与电源电连接，二极管d 2的阳极接地。
[0010] 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：
[0011] 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：
【主权项】
1. 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（I)、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⑴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C。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。
2. 根据权利要求1所述的混合励磁直流发电机电压调节装置，其特征在于：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R 5以及滤波电容，所述混合励磁发 电机⑴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C。 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C。的负极引出 端通过铜导体经电流传感器LEMl串接后与三相整流桥的共阳极端电连接；所述电流传感 器LEMl的检测端与电阻馬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LEMl的电源端接电源；所述交直流转换电路（2)具有与 负载电路⑷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
3. 根据权利要求1所述的混合励磁直流发电机电压调节装置，其特征在于：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LEMl的检测端与电阻R 5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。
4. 根据权利要求3所述的混合励磁直流发电机电压调节装置，其特征在于：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Q 1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4，所述二极管分别为(^、(^、(^、(!^所述开关 管％的