CN108429463B - 一种变频三级式发电机数字电压调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽转速范围航空三级式发电机数字电压调节方法，在额定转速范围内，通过电压‑占空比转换方法来实现励磁源电压值的预调整，设计准则是发电机在任何转速下发电机空载端电压为基准电压时，电压调节器输出占空比均恒定，使调压系统前向通道的开环增益不受发电机转速的影响。本发明不需要额外增加DCDC变换器，不增加变频发电机控制器的体积和重量。

Description

一种变频三级式发电机数字电压调节方法

技术领域

本发明公开了一种宽转速范围航空三级式发电机电压调节方法，属于三级式变频发电机的数字调压技术领域。

背景技术

在变频发电机领域，往往需要消除转速因素带来的影响。三级式变频发电机及其发电机控制器具有相关联的开环增益，该增益随着变频发电机的转速变化而变化。变频发电机开环增益是不受控制的，在不同转速下可能会导致闭环稳定性的问题，出现较差的动态响应或稳定性。在永磁副励磁机的设计中，若使发电机在切载获得较好的动态性能，需要考虑最高转速卸载和最低转速加载的情况下的占空比问题。

如果永磁副励磁机整流后的电压直接给主励磁机和控制器供电，无论是发电机增益(输出电压/励磁电流)和发电机控制器控制环路增益随着转速上升而增大。

永磁副励磁机整流后加设一级DCDC变换器，使其在全转速范围内输出恒定的电压值，来控制发电机和发电机控制器的开环增益。该DCDC变换器包含变压器、电感等器件，增加了控制器的重量。专利CN201310354013通过设计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空载端电压为基准电压时，励磁主功率管的占空比均恒定。

可以看出，需要一种改进的方法来调节可在转速发生变化时不需要增加DCDC变换器，通过软件来实现使得发电机在任何转速下发电机空载端电压为基准电压时，电压调节器输出占空比均恒定，通过电压-占空比转换方法来实现励磁源电压值的调整。

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，提供了适用于航空变频发电机的数字电压调节方法，使得发电机在任何转速下发电机空载端电压为基准电压时，电压调节器输出占空比均恒定，通过电压-占空比转换方法来实现励磁源电压值的调整，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。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

航空变频发电机调压方法包括如下步骤：

1.一种航空变频发电机调压方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A.1)，把主励磁机和主发电机看做一个整体，在不同额定转速下测试该两级式发电机的空载特性曲线，E_0n～V_fn曲线；

步骤A.2)，选取一个基准转速n_r，该转速下的励磁电压V_fnr除以占空比d得到电压调节器在转速基准n_r下的励磁源电压值V_nr；

步骤A.3)，计算调节点反馈电压值与参考电压值的偏差，调节点反馈电压值与参考电压值进行电压环的PI调节得到励磁电流参考值；

步骤A.4)，对检测的励磁电流信号与步骤A.3)计算的励磁电流参考值进行励磁电流环的PI调节得到励磁电压值V_d；

步骤A.5)，由永磁副励磁机整流后的电压V_PMG、发电机当前转速n、基准转速n_r、在转速基准n_r下的励磁源电压值V_nr以及该转速下对应的空载励磁电压V_fn，根据电压-占空比转换方法计算得到高频调制信号PWM2；

步骤A.6)，以转速n下的励磁源电压值V_rn作为励磁源，步骤A.4)得到的励磁电压V_d与以V_rn为幅值的三角波交截得到调制信号PWM1；

步骤A.7)，步骤A.5)得到调制信号PWM2与步骤A.6)得到调制信号PWM1相与得到开关管驱动信号PWM，以永磁副励磁机整流后的电压V_PMG作为励磁源，驱动电路根据PWM信号得到励磁功率管。

2.根据权利要求1所述的电压-占空比转换方法，其特征在于，电压-占空比转换方法具体步骤如下：

步骤B.1)，根据发电机在转速基准n_r下的励磁电压V_nr、以及当前转速下对应的空载励磁电压V_fn计算得到，在当前转速n下的励磁源电压值V_rn：

步骤B.2)，根据当前转速n下的励磁源电压值V_rn和永磁副励磁机整流后的电压V_PMG计算得到高频PWM2的占空比D：

步骤B.3)，根据占空比得到调制信号PWM2。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明提出的航空三级式发电机数字电压调节方法不需要额外增加DCDC变换器，可以不增加变频发电机控制器的体积和重量；

2.在额定转速范围内，通过电压-占空比转换方法来实现励磁源电压值的预调整，保证了发电机在任何转速下发电机空载端电压为基准电压时，电压调节器输出占空比均恒定，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为双环控制结构调压系统电路框图；

图2为本发明所提方法调压系统电路框图；

图3为发电机空载特性曲线；

图4为低速情况下调制信号；

图5为高速情况下调制信号；

图中PMG为永磁同步发电机，V_pmg为永磁机整流滤波后的电压，U_port为调节点电压反馈值，U_ref为调节点电压参考值，I_ref为励磁电流参考值，U_if为励磁电流反馈值，V_f为励磁电压值，T1、T2为开关管，VD1、VD2为二极管，n为发电机当前转速，PWM1为电压调节器输出调制信号，PWM2为电压-占空比转换方法得到的高频调制信号，PWM是PWM1与PWM2相与的调制信号，E₀为空载电压。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明公开了一种航空三级式发电机数字电压调节方法，在额定转速范围内，通过电压-占空比转换方法来实现励磁源电压值的调整，保证了发电机在任何转速下发电机空载端电压为基准电压时，电压调节器输出占空比均恒定，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，具体包括如下步骤：

步骤A.1)，把主励磁机和主发电机看做一个整体，在不同额定转速下(n₁，n₂，......，n_n)测试该两级式发电机的空载特性曲线E₀～V_f如图3所示，根据空载特性曲线可以得到在不同转速n_n下达到额定电压时的励磁电压V_fnn；

步骤A.2)，选取一个基准转速n_r，该转速下的励磁电压V_fnr除以占空比d得到电压调节器在转速基准n_r下的励磁源电压值V_nr，其中占空比d一般取0.2左右，这样能获得较好的动态性能；

步骤A.3)，计算调节点反馈电压值与参考电压值的偏差，调节点反馈电压值与参考电压值进行电压环的PI调节得到励磁电流参考值I_ref；

步骤A.4)，对检测的励磁电流信号U_if与步骤A.3)计算的励磁电流参考值I_ref进行励磁电流环的PI调节得到励磁电压值V_d；

步骤A.5)，由永磁副励磁机整流后的电压V_pmg、发电机当前转速n、基准转速n_r、在转速基准n_r下的励磁源电压值V_nr以及该转速下对应的空载励磁电压V_fn，根据电压-占空比转换方法计算得到高频调制信号PWM2；

步骤A.6)，以转速n下的励磁源电压值V_rn作为励磁源，步骤A.4)得到的励磁电压V_d与以V_rn为幅值的三角波交截得到调制信号PWM1；

步骤A.7)，步骤A.5)得到调制信号PWM2与步骤A.6)得到调制信号PWM1相与得到开关管驱动信号PWM，如图4和图5所示。以永磁副励磁机整流后的电压V_pmg作为励磁源，驱动电路根据PWM信号得到励磁功率管。

作为本发明航空变频发电机调压方法进一步的优化方案，电压-占空比转换方法的具体操作步骤如下：

步骤B.1)，根据发电机在转速基准n_r下的励磁电压V_nr、以及当前转速下对应的空载励磁电压V_fn计算得到，在当前转速n下的励磁源电压值V_rn：

根据步骤A.1)中求得的V_fnn求当前转速下对应的空载励磁电压V_fn：

步骤B.2)，根据当前转速n下的励磁源电压值V_rn和永磁副励磁机整流后的电压V_PMG计算得到高频PWM2的占空比D：

步骤B.3)，根据占空比得到调制信号PWM2。

本发明公开了一种航空三级式发电机数字电压调节方法，在额定转速范围内，通过电压-占空比转换方法来实现励磁源电压值的调整，保证了发电机在任何转速下发电机空载端电压为基准电压时，电压调节器输出占空比均恒定，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；不需要额外增加DCDC变换器，可以不增加变频发电机控制器的体积和重量。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种航空变频发电机调压方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A.1)，将主励磁机和主发电机看做一个整体，由此定义为一个两级式发电机，在不同额定转速下测试该两级式发电机的空载特性曲线，E_0n～V_fn曲线；

步骤A.2)，选取一个基准转速n_r，该转速下的励磁电压V_fnr除以占空比d得到电压调节器在转速基准n_r下的励磁源电压值V_nr；

步骤A.3)，计算调节点反馈电压值与参考电压值的偏差，调节点反馈电压值与参考电压值进行电压环的PI调节得到励磁电流参考值；

步骤A.4)，对检测的励磁电流信号与步骤A.3)计算的励磁电流参考值进行励磁电流环的工调节得到励磁电压值V_d；

步骤A.5)，由永磁副励磁机整流后的电压V_pmg、发电机当前转速n、基准转速n_r、在转速基准n_r下的励磁源电压值V_nr以及该转速下对应的空载励磁电压V_fn，根据电压-占空比转换方法计算得到高频调制信号PWM2；

步骤A.6)，以转速n下的励磁源电压值V_rn作为励磁源，步骤A.4)得到的励磁电压V_d与以V_rn为幅值的三角波交截得到调制信号PWM1；

步骤A.7)，步骤A.5)得到调制信号PWM2与步骤A.6)得到调制信号PWM1相与得到开关管驱动信号PWM，以永磁副励磁机整流后的电压V_pmg作为励磁源，驱动电路根据PWM信号得到励磁功率管；

上述步骤A.5)提出的电压-占空比转换方法，其转换方法的具体实现步骤如下：

步骤B.1)，根据发电机在转速基准n_r下的励磁电压V_nr、以及当前转速下对应的空载励磁电压V_fn计算得到，在当前转速n下的励磁源电压值V_rn；

步骤B.2)，根据当前转速n下的励磁源电压值V_rn和永磁副励磁机整流后的电压V_pmg计算得到高频的占空比D；

步骤B.3)，根据占空比得到调制信号PWM2。

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