一種繞組開路式混合勵磁電機發(fā)電系統(tǒng)及其能量分配方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種繞組開路式混合勵磁電機發(fā)電系統(tǒng)及其能量分配方法。本發(fā)明發(fā)電系統(tǒng)包含勵磁繞組電流控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含蓄電池電流傳感器、勵磁電流控制變換器、勵磁繞組和勵磁繞組電流回環(huán)控制電路；本發(fā)明能量分配方法對較蓄電池輸出電流和蓄電池期望輸出電流的差值作比例積分調(diào)節(jié)，再與勵磁繞組電流比較，產(chǎn)生勵磁電流控制變換器的開關(guān)狀態(tài)，控制勵磁電流，實現(xiàn)蓄電池能量和內(nèi)燃機能量的有效控制，擴大了混合動力汽車高效率區(qū)域運行范圍。本發(fā)明只需要調(diào)節(jié)勵磁電流即可實現(xiàn)蓄電池能量和內(nèi)燃機能量的有效控制，勵磁電流控制變換器承擔的能量損耗為勵磁繞組的銅耗，無功損耗等級小，系統(tǒng)成本低。
【專利說明】一種繞組開路式混合勵磁電機發(fā)電系統(tǒng)及其能量分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種繞組開路式混合勵磁電機發(fā)電系統(tǒng)及其能量分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動力汽車是指車輛驅(qū)動系由兩個或多個能同時運轉(zhuǎn)的單個驅(qū)動系聯(lián)合組成的車輛，車輛的行駛功率依據(jù)實際的車輛行駛狀態(tài)由單個驅(qū)動系單獨或共同提供。因各個組成部件、布置方式和控制策略的不同，形成了多種分類形式?；旌蟿恿囕v的節(jié)能、低排放等特點引起了汽車界的極大關(guān)注并成為目前汽車研究與開發(fā)的一個重點。混合動力汽車優(yōu)點如下:(I)采用復(fù)合動力后可按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。需要大功率內(nèi)燃機功率不足時，由電池來補充；負荷少時，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃機可持續(xù)工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。(2)因為有了電池，可以十分方便地回收制動時、下坡時、怠速時的能量。(3)在繁華市區(qū)，可關(guān)停內(nèi)燃機，由電池單獨驅(qū)動，實現(xiàn)〃零〃排放。(4)有了內(nèi)燃機可以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。(5)可以利用現(xiàn)有的加油站加油，不必再投資。(6)可讓電池保持在良好的工作狀態(tài)，不發(fā)生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本。(7)動力性優(yōu)于同排量的傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車，尤其是在車輛起步加速時，電動機可以有效地彌補內(nèi)燃機低轉(zhuǎn)速扭矩力不足的弱點，而且有效的減少了汽車內(nèi)部的機械的噪音。
[0003]作為混合動力汽車的關(guān)鍵系統(tǒng)，起動發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)具有能量密度高、轉(zhuǎn)速范圍寬、混合動力能量分配易于調(diào)節(jié)的特點。其發(fā)電機的拓撲結(jié)構(gòu)和控制方法對系統(tǒng)性能影響很大。異步電機、開關(guān)磁阻電機、電勵磁同步電機、電勵磁雙凸極電機、電勵磁磁通切換電機具有良好的磁場調(diào)節(jié)能力和電壓調(diào)節(jié)能力，可以作為發(fā)電機來使用。然而在效率和能量密度等指標上，以上電機要遜色于永磁電機。專利《繞組開路型永磁電機車載起動發(fā)電系統(tǒng)及控制方法(20 1010500053.1?)和《一種故障容錯性永磁發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法(201210074758.0?)公布了一種繞組開路型永磁電機車載起動發(fā)電系統(tǒng)及控制方法，所述系統(tǒng)由繞組開路型永磁電機、三相整流橋、三相橋式變換器、切換開關(guān)、濾波電容、蓄電池、控制器、電壓電流檢測電路、驅(qū)動電路及負載組成。所述方法繞組開路型永磁電機繞組端部一側(cè)通過三相整流橋和濾波電容構(gòu)成整流側(cè)給負載供電，另一側(cè)通過三相橋式變換器與蓄電池相連構(gòu)成逆變控制側(cè)，通過切換開關(guān)實現(xiàn)起動、發(fā)電運行狀態(tài)切換，起動控制采用單電流閉環(huán)矢量控制，發(fā)電運行采用整流側(cè)直流電壓、電機相電流雙閉環(huán)控制，實現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定和發(fā)電機高效率運行控制。
[0004]然而，專利《繞組開路型永磁電機車載起動發(fā)電系統(tǒng)及控制方法(201010500053.1?)和《一種故障容錯性永磁發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法(201210074758.0)》公布的系統(tǒng)存在著蓄電池能量不可控的不足。文獻《一種新型繞組開路型永磁電機起動/發(fā)電系統(tǒng)，中國電機工程學(xué)報，2011，Vol.31(36): 86-94》指出發(fā)電機高速運行而發(fā)電系統(tǒng)輕載時，蓄電池一直處于充電狀態(tài)，且充電能量不可控；而發(fā)電機低速運行而發(fā)電系統(tǒng)重載時，蓄電池一直處于放電狀態(tài)，且放電能量不可控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對繞組開路永磁發(fā)電機系統(tǒng)中蓄電池能量和發(fā)動機(內(nèi)燃機)能量的有效調(diào)節(jié)問題，提出了一種繞組開路式混合勵磁電機發(fā)電系統(tǒng)及其能量分配方法。本發(fā)明保持了發(fā)電機系統(tǒng)功率因數(shù)高的優(yōu)點，不增加系統(tǒng)有功功率變換器數(shù)量，實現(xiàn)內(nèi)燃機能量與蓄電池(燃料電池、太陽能電池)能量的有效調(diào)節(jié)，擴大了混合動力汽車高效率區(qū)域運行范圍。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種繞組開路式混合勵磁電機發(fā)電系統(tǒng)，包括繞組開路式混合勵磁電機、三相二極管不控整流橋、三相橋式逆變器、勵磁電流控制變換器、第一濾波電容、第二濾波電容、蓄電池、輸出電壓傳感器、轉(zhuǎn)子位置傳感器；
[0008]所述繞組開路式混合勵磁電機的三相電樞繞組設(shè)置電樞電流傳感器，繞組開路式混合勵磁電機的勵磁繞組設(shè)置勵磁電流傳感器；所述蓄電池的輸出端設(shè)置蓄電池電流傳感器；
[0009]所述繞組開路式混合勵磁電機三相電樞繞組的一端依次串聯(lián)三相二極管不控整流橋、第一濾波電容、負載和輸出電壓傳感器，繞組開路式混合勵磁電機三相電樞繞組的另一端通過三相橋式逆變器分別與第二濾波電容和蓄電池連接；
[0010]所述繞組開路式混合勵磁電機采用單相勵磁繞組，勵磁繞組的兩端分別與勵磁電流控制變換器的兩個橋臂中點連接；所述勵磁電流控制變換器輸入端與蓄電池連接；繞組開路式混合勵磁電機的轉(zhuǎn)子通過發(fā)動機的轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子位置傳感器連接；
[0011]由繞組開路式混合勵磁電機的轉(zhuǎn)子位置信息，獲得每相電樞繞組空載反電勢相位,設(shè)定每相電樞繞組電流的相位與每相電樞繞組空載反電勢相位相同；通過輸出電壓傳感器得到實際輸出電壓數(shù)值，期望輸出電壓與實際輸出電壓相減的差值經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)器后，得到電樞繞組電流的期望幅值，由每相電樞繞組電流的相位和電樞繞組電流的期望幅值得到電樞繞組電流的期望值；比較電樞繞組電流的期望值與電樞電流傳感器測得的電樞繞組電流，得到開關(guān)狀態(tài)，控制三相橋式逆變器，實現(xiàn)電樞電流的閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)實際輸出電壓與期望輸出電壓的無靜差控制。
[0012]一種繞組開路式混合勵磁電機發(fā)電系統(tǒng)的能量分配控制方法，具體過程如下:
[0013]步驟A，蓄電池電流傳感器得到蓄電池輸出電流，根據(jù)蓄電池電壓和能量分配指令確定蓄電池期望輸出電流；
[0014]步驟B，蓄電池期望輸出電流與蓄電池輸出電流的差值經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)器后，得到繞組開路式混合勵磁電機勵磁繞組的期望電流；
[0015]步驟C，通過勵磁電流傳感器獲得勵磁繞組電流，比較勵磁繞組的期望電流和勵磁繞組電流，產(chǎn)生勵磁電流控制變換器的開關(guān)狀態(tài)，實現(xiàn)勵磁電流的閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)繞組開路式混合勵磁電機發(fā)電系統(tǒng)的能量分配控制。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提出了一種繞組開路式混合勵磁電機發(fā)電系統(tǒng)及其能量分配方法。本發(fā)明發(fā)電系統(tǒng)包含勵磁繞組電流控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含蓄電池電流傳感器、勵磁電流控制變換器、勵磁繞組和勵磁繞組電流回環(huán)控制電路；本發(fā)明能量分配方法對較蓄電池輸出電流和蓄電池期望輸出電流的差值作比例積分調(diào)節(jié)，再與勵磁繞組電流比較，產(chǎn)生勵磁電流控制變換器的開關(guān)狀態(tài)，控制勵磁電流，實現(xiàn)蓄電池能量和內(nèi)燃機能量的有效控制，擴大了混合動力汽車高效率區(qū)域運行范圍。本發(fā)明只需要調(diào)節(jié)勵磁電流即可實現(xiàn)蓄電池能量和內(nèi)燃機能量的有效控制，勵磁電流控制變換器承擔的能量損耗為勵磁繞組的銅耗，無功損耗等級小，系統(tǒng)成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明提出的一種繞組開路式混合勵磁電機發(fā)電系統(tǒng)及其能量分配方法進行詳細說明:
[0019]如圖1所示，蓄電池的兩個輸出端并聯(lián)上第二濾波電容C2，第二濾波電容C2的兩端再并聯(lián)在三相全橋逆變器的母線上，三相全橋逆變器的三個橋臂中點分別與繞組開路式混合勵磁電機三相電樞繞組一端連接；三相電樞繞組的另一端分別與三相二極管不控整流電路的三個橋臂中點相連，三相二極管不控整流電路的母線兩端并聯(lián)第一濾波電容C1，第一濾波電容C1兩端分別與發(fā)電系統(tǒng)的負載和輸出電壓傳感器并聯(lián)；利用輸出電壓傳感器獲得輸出電壓的數(shù)值，將期望 輸出電壓與輸出電壓相減，所得差值依次經(jīng)過比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、限幅環(huán)節(jié)，得到繞組開路式混合勵磁電機電樞繞組電流期望幅值 <，繞組開路式混合勵
磁電機三相電樞繞組電流的期望值如式(I)所示:
[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種繞組開路式混合勵磁電機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括繞組開路式混合勵磁電機、三相二極管不控整流橋、三相橋式逆變器、勵磁電流控制變換器、第一濾波電容、第二濾波電容、蓄電池、輸出電壓傳感器、轉(zhuǎn)子位置傳感器；所述繞組開路式混合勵磁電機的三相電樞繞組設(shè)置電樞電流傳感器，繞組開路式混合勵磁電機的勵磁繞組設(shè)置勵磁電流傳感器；所述蓄電池的輸出端設(shè)置蓄電池電流傳感器；所述繞組開路式混合勵磁電機三相電樞繞組的一端依次串聯(lián)三相二極管不控整流橋、第一濾波電容、負載和輸出電壓傳感器，繞組開路式混合勵磁電機三相電樞繞組的另一端通過三相橋式逆變器分別與第二濾波電容和蓄電池連接； 所述繞組開路式混合勵磁電機采用單相勵磁繞組，勵磁繞組的兩端分別與勵磁電流控制變換器的兩個橋臂中點連接；所述勵磁電流控制變換器輸入端與蓄電池連接；繞組開路式混合勵磁電機的轉(zhuǎn)子通過發(fā)動機的轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子位置傳感器連接； 由繞組開路式混合勵磁電機的轉(zhuǎn)子位置信息，獲得每相電樞繞組空載反電勢相位，設(shè)定每相電樞繞組電流的相位與每相電樞繞組空載反電勢相位相同；通過輸出電壓傳感器得到實際輸出電壓數(shù)值，期望輸出電壓與實際輸出電壓相減的差值經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)器后，得到電樞繞組電流的期望幅值，由每相電樞繞組電流的相位和電樞繞組電流的期望幅值得至IJ電樞繞組電流的期望值；比較電樞繞組電流的期望值與電樞電流傳感器測得的電樞繞組電流，得到開關(guān)狀態(tài)，控制三相橋式逆變器，實現(xiàn)電樞電流的閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)實際輸出電壓與期望輸出電壓的無靜差控制。
2.一種如權(quán)利要求1所述繞組開路式混合勵磁電機發(fā)電系統(tǒng)的能量分配控制方法，其特征在于，具體過程如下: 步驟A，蓄電池電流傳感器得到蓄電池輸出電流，根據(jù)蓄電池電壓和能量分配指令確定蓄電池期望輸出電流； 步驟B，蓄電池期望輸出電流與蓄電池輸出電流的差值經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)器后，得到繞組開路式混合勵磁電機勵磁繞組的期望電流； 步驟C，通過勵磁電流傳感器獲得勵磁繞組電流，比較勵磁繞組的期望電流和勵磁繞組電流，產(chǎn)生勵磁電流控制變換器的開關(guān)狀態(tài)，實現(xiàn)勵磁電流的閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)繞組開路式混合勵磁電機發(fā)電系統(tǒng)的能量分配控制。
【文檔編號】H02P9/14GK103427742SQ201310344999
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月8日
【發(fā)明者】王宇, 鄧智泉 申請人:南京航空航天大學(xué)