動階段系統(tǒng)控制原理圖；
[0033]圖6為發(fā)電階段系統(tǒng)控制原理圖；
[0034]圖7為系統(tǒng)控制流程圖；
[0035]圖8為發(fā)動機(jī)起動過程電機(jī)及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]本發(fā)明提供的混合勵(lì)磁變頻交流起動發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法，為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0037]圖1為本發(fā)明的混合勵(lì)磁變頻交流起動發(fā)電系統(tǒng)實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)圖，由混合勵(lì)磁變頻交流起動發(fā)電機(jī)，用于檢測勵(lì)磁電流的第一電流傳感器，用于檢測電樞電流的第二、三電流傳感器，三個(gè)電壓傳感器，位置傳感器，轉(zhuǎn)換開關(guān)，起動開關(guān)及起動發(fā)電控制器構(gòu)成。所述混合勵(lì)磁變頻交流起動發(fā)電機(jī)由勵(lì)磁機(jī)與混合勵(lì)磁電機(jī)共同構(gòu)成，并由發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動。所述轉(zhuǎn)換開關(guān)初始擲于觸點(diǎn)S1組。
[0038]所述起動發(fā)電控制器包括:采樣調(diào)理電路、位置轉(zhuǎn)速調(diào)理電路、兩路驅(qū)動放大隔離電路、勵(lì)磁繼電器、整流濾波器、勵(lì)磁功率電路、三相全橋逆變器、防反二極管D、母線電容C、內(nèi)部輔助電源以及數(shù)字信號處理器。所述勵(lì)磁繼電器初始為斷開狀態(tài)。
[0039]起動電源接通后經(jīng)起動發(fā)電控制器內(nèi)部母線電容C濾波后與三相全橋逆變器的輸入端相連，三相全橋逆變器的輸出為混合勵(lì)磁變頻交流起動發(fā)電機(jī)三相電樞繞組供電。勵(lì)磁機(jī)的三相輸出經(jīng)順序連接的勵(lì)磁繼電器、整流濾波器后接勵(lì)磁功率電路的輸入端，勵(lì)磁功率電路的輸出與電機(jī)勵(lì)磁繞組相連為其提供勵(lì)磁，起動階段電機(jī)的勵(lì)磁首先由外部控制電源提供；起動發(fā)電控制器內(nèi)部輔助電源為兩路驅(qū)動放大隔離電路、采樣調(diào)理電路、位置轉(zhuǎn)速調(diào)理電路及數(shù)字信號處理器供電。起動發(fā)電控制器在系統(tǒng)工作過程中通過采樣調(diào)理電路檢測電機(jī)的兩相電流ia、ib，三相電壓ua、ub、u。及其勵(lì)磁電流I ^通過位置轉(zhuǎn)速調(diào)理電路檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)速η和轉(zhuǎn)子位置。
[0040]圖3為所述三相全橋逆變器結(jié)構(gòu)，包括Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6六個(gè)功率開關(guān)管和D1、D2、D3、D4、D5、D6六個(gè)二極管，三相全橋逆變器的輸入電壓Ude由外部起動電源經(jīng)母線電容C濾波后提供，正常工作時(shí)，數(shù)字信號處理器輸出的空間矢量脈寬調(diào)制波(SVPWM)信號經(jīng)過第一驅(qū)動放大隔離電路給出驅(qū)動信號?\?T 6，驅(qū)動功率開關(guān)管Ql、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6。
[0041]圖4所示為整流濾波器與勵(lì)磁功率電路，整流濾波器部分由D7、D8、D9、D10、Dll和D12六個(gè)二極管及濾波電容C1組成，勵(lì)磁功率電路由Q7、Q8、Q9、QlO四個(gè)功率開關(guān)管和D13、D14、D15、D16四個(gè)二極管組成，功率開關(guān)管Q7、Q10的驅(qū)動信號為T1，功率開關(guān)管Q8、Q9的驅(qū)動信號為T2。起動階段，勵(lì)磁功率電路的輸入U(xiǎn)f首先由外部控制電源提供；正常發(fā)電時(shí)，勵(lì)磁機(jī)的三相輸出經(jīng)順序連接的勵(lì)磁繼電器、整流濾波器后接勵(lì)磁功率電路的輸入端，數(shù)字信號處理器輸出的脈寬調(diào)制波(PWM)信號經(jīng)過第二驅(qū)動放大隔離電路給出勵(lì)磁功率電路的驅(qū)動信號！\、T2，驅(qū)動信號的占空比影響勵(lì)磁正負(fù)性，當(dāng)驅(qū)動信號T1占空比大于0.5時(shí)，為正向勵(lì)磁，電機(jī)主氣隙磁密增強(qiáng)；當(dāng)驅(qū)動信號T2占空比大于0.5時(shí)為負(fù)向勵(lì)磁，電機(jī)主氣隙磁密被削弱。
[0042]混合勵(lì)磁變頻交流起動發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組電流和電樞繞組電流分別通過第一電流傳感器和第二、三電流傳感器檢測，電樞繞組電壓通過第一、二和三電壓傳感器檢測，將檢測得到的電流、電壓信號經(jīng)起動發(fā)電控制器內(nèi)部采樣調(diào)理電路變成可接受的輸入電壓范圍，送至數(shù)字信號處理器的ADC采樣模塊。電機(jī)的位置傳感器輸出的信號經(jīng)過位置轉(zhuǎn)速調(diào)理后，送至數(shù)字信號處理器的ADC采樣模塊。經(jīng)量化后，電機(jī)的勵(lì)磁電流、電樞電流、三相電壓以及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速位置信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
[0043]本發(fā)明的混合勵(lì)磁變頻交流起動發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過程可分為三個(gè)階段:起動階段、起動向發(fā)電切換的階段以及發(fā)電階段。
[0044]步驟1、接通起動開關(guān)，系統(tǒng)進(jìn)入起動階段。
[0045]步驟2、起動發(fā)電控制器內(nèi)部采樣調(diào)理電路及位置轉(zhuǎn)速調(diào)理電路接收由電壓、電流及位置傳感器輸出的混合勵(lì)磁變頻交流起動發(fā)電機(jī)三相電壓、電樞電流、勵(lì)磁電流及轉(zhuǎn)子位置信號，并對其進(jìn)行處理后輸入至數(shù)字信號處理器。數(shù)字信號處理器輸出相應(yīng)的控制信號分別控制三相全橋逆變器及勵(lì)磁功率電路的輸出。
[0046]步驟3、起動發(fā)電控制器通過位置傳感器對混合勵(lì)磁變頻交流起動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。若混合勵(lì)磁變頻交流起動發(fā)電機(jī)帶動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到閾值np，則發(fā)動機(jī)點(diǎn)火；若在預(yù)設(shè)的完全起動時(shí)間^內(nèi)，混合勵(lì)磁變頻交流起動發(fā)電機(jī)帶動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到第二閾值H2，則起動成功，數(shù)字信號處理器輸出信號斷開外部起動開關(guān)，數(shù)字信號處理器還輸出控制信號使外部轉(zhuǎn)換開關(guān)擲于觸點(diǎn)S2組，轉(zhuǎn)步驟4 ;若在預(yù)設(shè)的完全起動時(shí)間t i內(nèi)，混合勵(lì)磁變頻交流起動發(fā)電機(jī)帶動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速未達(dá)到第二閾值n2，則起動失敗，數(shù)字信號處理器輸出信號斷開外部起動開關(guān)，數(shù)字信號處理器還輸出控制信號使外部轉(zhuǎn)換開關(guān)擲于觸點(diǎn)&組，轉(zhuǎn)步驟5。
[0047]圖5為起動階段系統(tǒng)控制原理圖。采用基于逆變器電壓補(bǔ)償?shù)氖噶靠刂品椒ǎ⒏鶕?jù)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)控制勵(lì)磁電流。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入起動階段時(shí)，勵(lì)磁電流首先由外部控制器電源提供。根據(jù)位置傳感器檢測混合勵(lì)磁變頻交流起動發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，在達(dá)到轉(zhuǎn)速第一閾值H1之前，數(shù)字信號處理器輸出勵(lì)磁功率的驅(qū)動信號使所施加的勵(lì)磁電流保持于預(yù)設(shè)的完全起動勵(lì)磁電流給定值，電機(jī)輸出恒定轉(zhuǎn)矩；在達(dá)到第一閾值!^之后，數(shù)字信號處理器輸出控制信號接通勵(lì)磁繼電器，根據(jù)電機(jī)電樞電流、實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小，直到電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到第二閾值n2。具體方法是將給定基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速ω*與反饋的實(shí)際轉(zhuǎn)速ω比較后經(jīng)過第一PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行計(jì)算后輸出交軸電流給定值i<j*，根據(jù)檢測到的兩相電樞電流ia、ib計(jì)算出三相電樞電流ia、ib、i。并經(jīng)坐標(biāo)變換得到交軸電流的反饋值i q和直軸電流的反饋值i d，將交軸電流給定值iq*及直軸電流給定值id* = O分別和其反饋值i,、id進(jìn)行比較后經(jīng)第二、第三PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行計(jì)算后輸出交軸電壓調(diào)節(jié)量u,和直軸電壓調(diào)節(jié)量Ud，將交軸電壓調(diào)節(jié)量Uq和直軸電壓調(diào)節(jié)量u ,進(jìn)行坐標(biāo)變換得到電壓調(diào)節(jié)量u、u，數(shù)字信號處理器根據(jù)電壓調(diào)節(jié)量u、u及所需的電壓補(bǔ)償生成空間矢量脈寬調(diào)制波(SVPWM)經(jīng)第一驅(qū)動放大隔離電路后驅(qū)動三相全橋逆變電路中的功率開關(guān)管(Ql?Q6)。對于勵(lì)磁的控制方法具體來說:在檢測到電機(jī)未達(dá)到第一閾值叫時(shí)，由ω和If的關(guān)系if=f(w，iq)可得到完全起動勵(lì)磁電流給定值If*，將由實(shí)際檢測得到的勵(lì)磁電流If與該給定值I f*比較后經(jīng)PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行計(jì)算后得到占空比D的大小，數(shù)字信號處理器根據(jù)占空比D輸出對應(yīng)的PWM信號經(jīng)第二驅(qū)動放大隔離電路后控制勵(lì)磁功率變換電路中的功率開關(guān)管；當(dāng)位置傳感器檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到第二閾值112之后，根據(jù)電機(jī)電樞電流、實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小。具體方法是根據(jù)采樣得到的電機(jī)轉(zhuǎn)速ω及其交軸電流i,，由If= f (ω，i q)可得到所需要的勵(lì)磁電流給定值If*，將由實(shí)際檢測得到的勵(lì)磁電流If與該給定值I f*比較后經(jīng)PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行計(jì)算后得到占空比D的大小，數(shù)字信號處理器根據(jù)占空比D輸出對應(yīng)的PWM信號經(jīng)第二驅(qū)動放大隔離電路后控制勵(lì)磁功率變換電路中的功率開關(guān)管。
[0048]為了保證前后名稱一致性，nl我都用第一閾值作為名稱，請注意。
[0049]步驟4、起動發(fā)電控制器通過位置傳感器檢測混合勵(lì)磁變頻交流起動發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，若轉(zhuǎn)速達(dá)到第三閾值n3，起動發(fā)電控制器調(diào)節(jié)輸出電壓穩(wěn)定在基準(zhǔn)值，此后數(shù)字信號處理器輸出控制信號使外部轉(zhuǎn)換開關(guān)擲于觸點(diǎn)&組，系統(tǒng)進(jìn)入正常發(fā)電狀態(tài)。
[0050]起動向發(fā)電切換階段從起動開關(guān)斷開開始到轉(zhuǎn)換開關(guān)擲于觸點(diǎn)&組為止。當(dāng)檢測到起混合勵(lì)磁變頻交流起動發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速達(dá)到第二閾值112后，數(shù)字信號處理器不再輸出三相全橋逆變器與勵(lì)磁功率電路的驅(qū)動信號，同時(shí)數(shù)字信號處理器輸出外部起動開關(guān)與轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制信號，斷開起動開關(guān)并將轉(zhuǎn)換開關(guān)擲于觸點(diǎn)S2組。電機(jī)在發(fā)動機(jī)的帶動下繼續(xù)加速，當(dāng)位置傳感器檢測到電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到第三閾值113時(shí)，數(shù)字信號處理器將采樣得到的實(shí)際電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并控制輸出PWM信號經(jīng)第二驅(qū)動放大隔離電路后作為勵(lì)磁功率電路的驅(qū)動，以調(diào)節(jié)輸出電壓至所要求的基準(zhǔn)值，在檢測到輸出電壓達(dá)到基準(zhǔn)值時(shí)，數(shù)字信號處理器輸出控制信號使外部轉(zhuǎn)換開關(guān)擲于觸點(diǎn)&組，完成起動向發(fā)電的轉(zhuǎn)換。
[0051]圖6所示為發(fā)電