一種繞組開路式混合勵(lì)磁電機(jī)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(lì)磁電機(jī)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(lì)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(lì)磁電流控制變換器、勵(lì)磁繞組和勵(lì)磁繞組電流回環(huán)控制電路；本發(fā)明能量分配方法對(duì)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(lì)磁繞組電流比較，產(chǎn)生勵(lì)磁電流控制變換器的開關(guān)狀態(tài)，控制勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)蓄電池能量和內(nèi)燃機(jī)能量的有效控制，擴(kuò)大了混合動(dòng)力汽車高效率區(qū)域運(yùn)行范圍。本發(fā)明只需要調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流即可實(shí)現(xiàn)蓄電池能量和內(nèi)燃機(jī)能量的有效控制，勵(lì)磁電流控制變換器承擔(dān)的能量損耗為勵(lì)磁繞組的銅耗，無功損耗等級(jí)小，系統(tǒng)成本低。
【專利說明】一種繞組開路式混合勵(lì)磁電機(jī)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(jī)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種繞組開路式混合勵(lì)磁電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)及其能量分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動(dòng)力汽車是指車輛驅(qū)動(dòng)系由兩個(gè)或多個(gè)能同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的單個(gè)驅(qū)動(dòng)系聯(lián)合組成的車輛，車輛的行駛功率依據(jù)實(shí)際的車輛行駛狀態(tài)由單個(gè)驅(qū)動(dòng)系單獨(dú)或共同提供。因各個(gè)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。混合動(dòng)力車輛的節(jié)能、低排放等特點(diǎn)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(gè)重點(diǎn)?；旌蟿?dòng)力汽車優(yōu)點(diǎn)如下:(I)采用復(fù)合動(dòng)力后可按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機(jī)的最大功率，此時(shí)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(jī)功率不足時(shí)，由電池來補(bǔ)充；負(fù)荷少時(shí)，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃機(jī)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?yàn)橛辛穗姵?，可以十分方便地回收制?dòng)時(shí)、下坡時(shí)、怠速時(shí)的能量。(3)在繁華市區(qū)，可關(guān)停內(nèi)燃機(jī)，由電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)〃零〃排放。(4)有了內(nèi)燃機(jī)可以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、取暖、除霜等純電動(dòng)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(zhǎng)其使用壽命，降低成本。(7)動(dòng)力性優(yōu)于同排量的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，尤其是在車輛起步加速時(shí)，電動(dòng)機(jī)可以有效地彌補(bǔ)內(nèi)燃機(jī)低轉(zhuǎn)速扭矩力不足的弱點(diǎn)，而且有效的減少了汽車內(nèi)部的機(jī)械的噪音。
[0003]作為混合動(dòng)力汽車的關(guān)鍵系統(tǒng)，起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)具有能量密度高、轉(zhuǎn)速范圍寬、混合動(dòng)力能量分配易于調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。其發(fā)電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法對(duì)系統(tǒng)性能影響很大。異步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、電勵(lì)磁同步電機(jī)、電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)、電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)具有良好的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)能力和電壓調(diào)節(jié)能力，可以作為發(fā)電機(jī)來使用。然而在效率和能量密度等指標(biāo)上，以上電機(jī)要遜色于永磁電機(jī)。專利《繞組開路型永磁電機(jī)車載起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)及控制方法(20 1010500053.1?)和《一種故障容錯(cuò)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(jī)車載起動(dòng)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(jī)、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(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路及負(fù)載組成。所述方法繞組開路型永磁電機(jī)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(fù)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(shí)現(xiàn)起動(dòng)、發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)切換，起動(dòng)控制采用單電流閉環(huán)矢量控制，發(fā)電運(yùn)行采用整流側(cè)直流電壓、電機(jī)相電流雙閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定和發(fā)電機(jī)高效率運(yùn)行控制。
[0004]然而，專利《繞組開路型永磁電機(jī)車載起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)及控制方法(201010500053.1?)和《一種故障容錯(cuò)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(xiàn)《一種新型繞組開路型永磁電機(jī)起動(dòng)/發(fā)電系統(tǒng)，中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，Vol.31(36): 86-94》指出發(fā)電機(jī)高速運(yùn)行而發(fā)電系統(tǒng)輕載時(shí)，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(jī)低速運(yùn)行而發(fā)電系統(tǒng)重載時(shí)，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(duì)繞組開路永磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中蓄電池能量和發(fā)動(dòng)機(jī)(內(nèi)燃機(jī))能量的有效調(diào)節(jié)問題，提出了一種繞組開路式混合勵(lì)磁電機(jī)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(jī)系統(tǒng)功率因數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，不增加系統(tǒng)有功功率變換器數(shù)量，實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)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(kuò)大了混合動(dòng)力汽車高效率區(qū)域運(yùn)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(lì)磁電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，包括繞組開路式混合勵(lì)磁電機(jī)、三相二極管不控整流橋、三相橋式逆變器、勵(lì)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(lì)磁電機(jī)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(lì)磁電機(jī)的勵(lì)磁繞組設(shè)置勵(lì)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(lì)磁電機(jī)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(fù)載和輸出電壓傳感器，繞組開路式混合勵(lì)磁電機(jī)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(lì)磁電機(jī)采用單相勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞組的兩端分別與勵(lì)磁電流控制變換器的兩個(gè)橋臂中點(diǎn)連接；所述勵(lì)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(lì)磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過發(fā)動(dòng)機(jī)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(lì)磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息，獲得每相電樞繞組空載反電勢(shì)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(shì)相位相同；通過輸出電壓傳感器得到實(shí)際輸出電壓數(shù)值，期望輸出電壓與實(shí)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(cè)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(shí)現(xiàn)電樞電流的閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)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(lì)磁電機(jī)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(lì)磁電機(jī)勵(lì)磁繞組的期望電流；
[0015]步驟C，通過勵(lì)磁電流傳感器獲得勵(lì)磁繞組電流，比較勵(lì)磁繞組的期望電流和勵(lì)磁繞組電流，產(chǎn)生勵(lì)磁電流控制變換器的開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流的閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)繞組開路式混合勵(lì)磁電機(jī)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(lì)磁電機(jī)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(lì)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(lì)磁電流控制變換器、勵(lì)磁繞組和勵(lì)磁繞組電流回環(huán)控制電路；本發(fā)明能量分配方法對(duì)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(lì)磁繞組電流比較，產(chǎn)生勵(lì)磁電流控制變換器的開關(guān)狀態(tài)，控制勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)蓄電池能量和內(nèi)燃機(jī)能量的有效控制，擴(kuò)大了混合動(dòng)力汽車高效率區(qū)域運(yùn)行范圍。本發(fā)明只需要調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流即可實(shí)現(xiàn)蓄電池能量和內(nèi)燃機(jī)能量的有效控制，勵(lì)磁電流控制變換器承擔(dān)的能量損耗為勵(lì)磁繞組的銅耗，無功損耗等級(jí)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(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明提出的一種繞組開路式混合勵(lì)磁電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)及其能量分配方法進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0019]如圖1所示，蓄電池的兩個(gè)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(gè)橋臂中點(diǎn)分別與繞組開路式混合勵(lì)磁電機(jī)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(gè)橋臂中點(diǎn)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(fù)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(lì)磁電機(jī)電樞繞組電流期望幅值 <，繞組開路式混合勵(lì)
磁電機(jī)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(lì)磁電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括繞組開路式混合勵(lì)磁電機(jī)、三相二極管不控整流橋、三相橋式逆變器、勵(lì)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(lì)磁電機(jī)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(lì)磁電機(jī)的勵(lì)磁繞組設(shè)置勵(lì)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(lì)磁電機(jī)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(fù)載和輸出電壓傳感器，繞組開路式混合勵(lì)磁電機(jī)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(lì)磁電機(jī)采用單相勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞組的兩端分別與勵(lì)磁電流控制變換器的兩個(gè)橋臂中點(diǎn)連接；所述勵(lì)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(lì)磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子位置傳感器連接； 由繞組開路式混合勵(lì)磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息，獲得每相電樞繞組空載反電勢(shì)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(shì)相位相同；通過輸出電壓傳感器得到實(shí)際輸出電壓數(shù)值，期望輸出電壓與實(shí)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(cè)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(shí)現(xiàn)電樞電流的閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)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(lì)磁電機(jī)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(lì)磁電機(jī)勵(lì)磁繞組的期望電流； 步驟C，通過勵(lì)磁電流傳感器獲得勵(lì)磁繞組電流，比較勵(lì)磁繞組的期望電流和勵(lì)磁繞組電流，產(chǎn)生勵(lì)磁電流控制變換器的開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流的閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)繞組開路式混合勵(lì)磁電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的能量分配控制。
【文檔編號(hào)】H02P9/14GK103427742SQ201310344999
【公開日】2013年12月4日 申請(qǐng)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(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)