一种三级式电励磁同步发电机的调压系统的制作方法

本发明属于发电机，具体涉及一种三级式电励磁同步发电机的调压系统。

背景技术：

1、现有技术中，在航空大功率交流电源系统中，三级式电励磁同步发电机作为发电机已得到广泛应用。在起动/发电一体化系统中，使用该电机运行在起动和发电模式。由于在高转速或轻负载时，发电机需要的励磁电流较小，因此必然会存在以下两个问题：①低转速时，永磁机输出的电压较低，但是此时励磁机需要的励磁电压很大，必将会导致发电控制器励磁功率管的占空比d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高转速时，永磁机的输出电压较高，此时励磁机需要的励磁电流很小，必将会导致发电控制器励磁功率管的占空比d很小，占空比d受外界一点干扰将会引发发电机端电压振荡，难以稳定，控制较为困难。因此，很有可能导致发电机在高转速和轻载条件下无法正常工作。为解决此类问题，现有技术一采用在永磁副励磁机和交流励磁机之间加一级dc-dc变换器，设计dc-dc变换器的输入输出特性曲线，使得发电机在任何转速下发电机端电压为基准电压时，励磁主功率管的占空比均恒定；同时保证了调压系统前向通道的开环增益不受发电机转速的影响。但由于该方案增加一级dc-dc变换器，该dc-dc变换器包含变压器、电感等器件，不仅会增加发电控制器的体积和重量，还可能会降低其可靠性。因此，亟待研究一种变频三级式发电机的调压系统及方法来解决存在的问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种三级式电励磁同步发电机的调压系统，用于解决现有技术中存在的上述问题。

2、一种三级式电励磁同步发电机的调压系统，包括三级式电励磁同步发电机和发电机控制器，

3、所述三级式电励磁同步发电机包括依次连接的永磁机、励磁机和主电机；

4、所述发电机控制器包括可控整流模块和调压控制模块，其中，所述可控整流模块连接所述永磁机的定子绕组，用于将所述定子绕组输出的电压进行整流处理，得到整流输出电压；

5、所述调压控制模块将所述整流输出电压进行调制，得到励磁电压并输出至所述励磁机；

6、所述励磁机在所述励磁电压的作用下驱动所述主电机进行转动，输出稳定的电压。

7、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述可控整流模块为ac/dc可控整流模块，包括ac/dc变换单元，所述ac/dc变换单元的输入端连接所述永磁机的定子绕组，将所述永磁机的定子绕组输出的电压进行变换得到所述整流输出电压。

8、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，ac/dc可控整流模块还包括电压反馈单元，所述电压反馈单元的输入端连接所述ac/dc变换单元的输出端，输出端连接所述ac/dc变换单元的输入端。

9、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述ac/dc可控整流模块还包括电压给定单元，所述电压反馈单元将所述ac/dc变换单元输出的所述整流输出电压反馈至所述ac/dc变换单元的输入端得到反馈电压，所述ac/dc变换单元根据所述反馈电压与所述电压给定单元输出的参考电压的比较结果调整所述整流输出电压的大小。

10、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述ac/dc可控整流模块还包括电流反馈单元，所述电流反馈单元的输入端连接所述ac/dc变换单元的输出端，输出端连接所述ac/dc变换单元的输入端。

11、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述发电机控制器还包括电源模块，所述电源模块用于给所述可控整流模块和调压控制模块供电。

12、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述调压控制模块包括励磁控制输出模块、电压调理模块和控制保护模块，

13、其中，所述励磁控制输出模块的输入端同时连接所述电压调理模块的输出端和所述可控整流模块的输出端，输出端连接所述励磁机的定子励磁绕组；

14、所述电压调理模块的输入端连接所述主电机的定子电枢绕组。

15、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述励磁控制输出模块将所述整流输出电压采用占空比进行调制，所述占空比由所述电压调理模块的输出端输出。

16、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述调压控制模块还包括控制保护模块，所述控制保护模块与励磁控制输出模块的输入端连接。

17、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述永磁机的定子绕组的输出电压为vpmg≈4.44nkfφ，其中：n为定子绕组的匝数；k取值为1.1-1.25；f为永磁机的频率；φ为定子绕组的磁通量。

18、本发明的有益效果

19、与现有技术相比，本发明有如下有益效果：

20、本发明的三级式电励磁同步发电机的调压系统及方法，具有以下优点和效果：

21、(1)调压精度高、动态特性好。在宽变频发电机整个发电转速范围内，永磁机输出交流电的整流后的直流电压保持恒定不变，励磁功率管占空比位于较优的范围内，从而保证发电机输出电压调节的稳定性。

22、(2)低谐波。本发明中的ac-dc模块采用可控整流单元，输出电流谐波小，输出电压也更稳定。

23、(3)易实现性。本发明采用的ac/dc模块较为成熟，模块转换效率高，实现难度较低，且成本较低。

技术特征：

1.一种三级式电励磁同步发电机的调压系统，其特征在于，包括三级式电励磁同步发电机和发电机控制器，

2.根据权利要求1所述的三级式电励磁同步发电机的调压系统，其特征在于，所述可控整流模块为ac/dc可控整流模块，包括ac/dc变换单元，所述ac/dc变换单元的输入端连接所述永磁机的定子绕组，将所述永磁机的定子绕组输出的电压进行变换得到所述整流输出电压。

3.根据权利要求2所述的三级式电励磁同步发电机的调压系统，其特征在于，ac/dc可控整流模块还包括电压反馈单元，所述电压反馈单元的输入端连接所述ac/dc变换单元的输出端，输出端连接所述ac/dc变换单元的输入端。

4.根据权利要求3所述的三级式电励磁同步发电机的调压系统，其特征在于，所述ac/dc可控整流模块还包括电压给定单元，所述电压反馈单元将所述ac/dc变换单元输出的所述整流输出电压反馈至所述ac/dc变换单元的输入端得到反馈电压，所述ac/dc变换单元根据所述反馈电压与所述电压给定单元输出的参考电压的比较结果调整所述整流输出电压的大小。

5.根据权利要求2所述的三级式电励磁同步发电机的调压系统，其特征在于，所述ac/dc可控整流模块还包括电流反馈单元，所述电流反馈单元的输入端连接所述ac/dc变换单元的输出端，输出端连接所述ac/dc变换单元的输入端。

6.根据权利要求1所述的三级式电励磁同步发电机的调压系统，其特征在于，所述发电机控制器还包括电源模块，所述电源模块用于给所述可控整流模块和调压控制模块供电。

7.根据权利要求1-6任一项所述的三级式电励磁同步发电机的调压系统，其特征在于，所述调压控制模块包括励磁控制输出模块、电压调理模块和控制保护模块，

8.根据权利要求7所述的三级式电励磁同步发电机的调压系统，其特征在于，所述励磁控制输出模块将所述整流输出电压采用占空比进行调制，所述占空比由所述电压调理模块的输出端输出。

9.根据权利要求7所述的三级式电励磁同步发电机的调压系统，其特征在于，所述调压控制模块还包括控制保护模块，所述控制保护模块与励磁控制输出模块的输入端连接。

10.根据权利要求7所述的三级式电励磁同步发电机的调压系统，其特征在于，所述永磁机的定子绕组的输出电压为vpmg≈4.44nkfφ，其中：n为定子绕组的匝数；k取值为1.1-1.25；f为永磁机的频率；φ为定子绕组的磁通量。

技术总结
本发明涉及一种三级式电励磁同步发电机的调压系统，系统包括三级式电励磁同步发电机和发电机控制器，所述三级式电励磁同步发电机包括依次连接的永磁机、励磁机和主电机；发电机控制器包括可控整流模块和调压控制模块，可控整流模块连接永磁机的定子绕组，用于将定子绕组输出的电压进行整流处理，得到整流输出电压；调压控制模块将整流输出电压进行调制，得到励磁电压并输出所述励磁机；励磁机在励磁电压的作用下驱动主电机进行转动，输出稳定的电压。永磁机输出交流电的整流后的直流电压保持恒定不变，励磁功率管占空比位于较优的范围内，从而保证发电机输出电压调节的稳定性，且本发明的调压系统的调压精度高、动态特性好，且系统易实现。

技术研发人员：初文婷,王跃,回彦年
受保护的技术使用者：中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13