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带整流桥负载的双绕组异步发电机励磁控制方法研究 摘要：针对双绕组异步发电机所带不可控整流桥直流侧电压的稳定问题，提出了一种在控制绕组侧补偿异步发电机所需无功励磁电流的新方法。该方法通过锁相环（PLL）检测出控制绕组中基波电压相位并超前90°作为实际应补偿的励磁无功电流的相位，再根据检测出的功率绕组整流桥直流侧的实际电压与参考电压作比较后，经PI调节确定静止无功发生器（SVG）发出的励磁电流的幅值大小，实现在负载变化时，对控制绕组中所需的励磁电流的大小和频率进行连续调节，达到稳定直流侧电压的目的。并用实验和仿真试验验证了该方法的有效性。 关键词：双绕组异步发电机；锁相环；静止无功发生器
1 引言 在船舶电站中需要用到的高质量直流电，是由交流发电机发出的交流电通过整流得到。目前，在船舶电站中，广泛应用的为同步电机发电系统，若采用异步电机发电系统整流得到直流电，与同步发电机相比，具有功率密度高，结构简单，机械强度高，制造成本低，维护方便等突出的优点。但感应电机作为发电机单机运行时，必须依靠转子剩磁，通过在感应电机定子端并联适当的电容器自励建压，在加负载时，引起发电机的端电压下降，端电压的降低，导致了励磁的容性电流减小，使端电压进一步下降，因此，异步发电机在突加负载时端电压会下降很快，在突加重载时可能导致电压的崩溃。在感应发电机中，要稳定端电压，就必须对容性励磁电流加以控制，但异步机不同于同步机，它的容性励磁电流和产生功率的有功电流是耦合在一起的，这给控制带来了困难。本文针对带整流桥负载的双绕组异步发电机提出了稳定整流桥直流侧电压的一种励磁控制方法。 2 励磁控制系统的结构 在本文所提的双绕组发电机中，有两套三相定子绕组，一套绕组对负载提供功率，称为功率绕组，另一套接静止无功发生器（SVG）来补偿功率绕组所并电容器产生的容性无功励磁电流的变化，称为控制绕组。由于共用同一个磁场，在两套绕组中，感应出的电动势的频率是相同的，当负载发生变化时由于所需的电磁转矩不同，转差率必然发生改变，发出的交流电的频率也发生变化，经过过渡过程稳定后，对于一个确定的输出功率必然对应一个确定的频率。因此本文所提的控制思路为：检测控制绕组中基波电压的频率作为应补偿的励磁电流的频率，将功率绕组整流侧的实际电压和参考电压作比较后，经PI调节后确定SVG发出的励磁电流的幅值大小，这样就可以实现在负载变化时，对控制绕组中所需的励磁电流的大小和频率进行连续调节，达到稳定直流侧电压的目的，并获得好的动态响应过程。 整个控制方案如图1所示，具体控制过程如下文所述。
图1 异步发电系统结构框图 在图1中设畸变的控制绕组端电压为 式中：En,θn为各次电压有效值和初相角，其中θ1=0。 2.1 产生所需的参考励磁补偿电流i＊c1的指令 电路采用锁相环（PLL）实时跟踪控制绕组侧相电压eca的基波相位ωt,通过将其相位超前π/2，得到所需的励磁无功相位；把整流桥直流侧的实际电压udc与参考指定电压udc＊作比较后经PI调节得到所需励磁电流的幅值Im,这样就确定了参考励磁补偿电流i＊c1的相位和幅值，也就确定了 2.2 静止无功发生器直流侧电容电压Uc的稳定 要使SVG能正常地工作，就必须维持SVG直流侧电容上工作电压的稳定。根据三相电路的瞬时无功理论可知，a，b，c三相的瞬时有功功率分别为 式中： 由式（3）及式（4）得 pa＋pb＋pc=p；qa＋qb＋qc=0 （5） 由以上分析可知，各相的瞬时无功功率之和为0，但在单独观察某一相时，其瞬时无功功率不为0，这表明各相瞬时无功功率只是在三相之间交换，其交换的强度由q表征，因此，对于SVG而言，瞬时无功功率不会导致交流侧和直流侧之间的能量交换。考虑到直流侧电路的损耗，不对电容器的电压加以控制的话，电容器上的工作电压就不能维持，就必须引入适当的有功电流让交流和直流侧交换一定的能量。在本文提及的控制方案中，采用电容器上电压的实际值uc与参考值uc＊作比较后，经PI调节得到所需的有功电流的幅值ip，通过PLL实时跟踪eca的基波相位ωt,得到控制直流侧电容电压稳定所需的有功电流相位，这样通过确定其相位和幅值就确定了控制SVG直流侧电容电压的指令电流信号 2.3 控制SVG的PWM信号的形成 在图1中SVG需要产生电流的参考信号i＊c为 i＊c=i＊c1＋i＊uc （7） 把i＊c和实测的ic信号通过电流跟踪控制电路产生PWM信号，再让PWM信号经过驱动电路控制SVG中主电路的工作。 3 稳态实验结果及仿真试验结果 3.1 双绕组异步发电系统参数 发电机空载特性如图2所示。
图2 发电机空载特生 在仿真试验中，电机模型的建立采用图2所示的发电机空载曲线，两套绕组错开90°，并折算成具有相同的参数。 原动机转速n=1500r/min； 发电机极对数p=2； 定子电阻R1=0.665Ω； 转子折算到定子侧电阻R2=0.374Ω； 定子漏感L11=9mH； 转子折算到定子侧漏感L12=9mH； 整流桥直流侧参考电压U＊dc=500V； SVG电容电流参考值U＊c=700V； 自励电容C=100μF； SVG直流侧电容Cc=100μF； 连接SVG和控制绕组之间的工作电感Ls=10mH。 3.2 稳态时的实验结果与仿真结果 图3表示了稳态时整流桥直流侧电压与电流的仿真和实验的对比曲线;图4表示了稳态时发电机交流侧基波频率与整流桥直流侧电流的仿真和实验对比曲线。从图3与图4可以看到实验曲线和仿真曲线很吻合，这就验证了所建仿真模型的稳态正确性。
图3 整流桥负载特性图
图4 直流电流与系统频率关系图 3.3 对发电机不加控制时的加载和卸载仿真波形 3.3.1 整流桥直流侧突加和突卸40Ω负载 对发电机不加控制时，从图5与图6可以看出在3.5s时突加40Ω负载，交流侧电压基波频率下降，整流桥直流侧电压下掉约20V，当在7s时卸载，频率能恢复，电压能在超调约50V恢复。
图5 PLL跟踪的交流侧电压基波频率输出
图6整流桥直流侧电压 3.3.2 整流桥直流侧突加和突卸20Ω负载 对发电机不加控制时，从图7与图8可以看出在3.5s时突加20Ω负载，交流侧电压基波频率下降，整流桥直流侧电压下掉约170V,当在7s时卸载，频率能恢复，电压虽然能恢复，但恢复时间较长。
图7 PLL跟踪的交流侧电压基波频率输出
图8 整流桥直流侧电压 3.4 对发电机采用SVG补偿容性励磁无功的加载和卸载仿真波形 对发电机控制绕组采用SVG补偿容性励磁无功电流，在整流桥直流侧突加和突卸负载时，从图9到图14可以看出，整流桥直流侧电压对负载的大小不敏感，对于突加和突卸40Ω和20Ω负载，都能经过一个较短的过渡时间后保持直流电压的稳定；PLL跟踪的交流侧电压基波频率随着负载的改变而改变，进入稳定后，40Ω和20Ω是分别对应了一个确定的频率；SVG直流侧电容除了在电容充电阶段有一个过冲外，以后都能稳定在指定的700V附近。
图9 PLL跟踪的交流侧电压基波频率输出（突加与突卸40Ω负载）
图10 PLL跟踪的交流侧电压基波频率输出（突加与突卸20Ω负载）
图11 整流桥直流侧电压（突加与突卸40Ω负载）
图12 整流桥直流侧电压（突加与突卸20Ω负载）
图13 SVG直流侧电容电压（突加与突卸40Ω负载）
图14 SVG直流侧电容电压（突加与突卸20Ω负载） 4 结语 从以上的实验和仿真结果可以看出，本文提出的采用PLL跟踪基波频率，带SVG的励磁控制方案对于带整流桥负载的双绕组异步发电机有很好的动态和稳态性能，有进一步进行研究的价值。这种励磁方法虽然只针对带整流桥负载的直流电压的稳定问题进行了研究，也可推广到其它负载。 |
带整流桥负载的双绕组异步发电机励磁控制方法研究
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2009-08-04 16:08:43
降低汽车整体式发电机输出电流中的纹波值的方法
，Ucp是平均电压。电压调节器工作原理的逻辑框图如图3所示。发电机负载和转速等的变化都会引起输出电动势的变化，电压调节器便是通过通断励磁绕组、调节励磁磁通来补偿其变动，使之能维持在额定值允许波动的范围内
2020-06-25 07:00:00
自激异步发电机带阻抗性负载恒压运行分析
自激异步发电机带阻抗性负载恒压运行分析:为了保证自激异步发电机在阻抗性负载变化时定子电压稳定，采用改变电机转速或者机端电容的方法，本文以异步发电机带电阻性负载稳
2009-06-11 15:12:13
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20基于dSPACE的发电机实时控制系统研究
采用dSPACE单板系统DS1104试验平台的离散事件励磁变换器系统与连续时间双绕组发电机系统解耦的实时仿真方法，建立基于DS1104平台的双绕组感应发电机的实时控制模型，对一台双
2010-12-14 16:58:1092
92带整流负载异步发电机技术研究
【导读】 由于带整流负载异步发动机具有可靠性高，成本低，功率密度高等优点，在电力系统直流供电模块中有重要应用。本文介绍了异步发电机带线性负载稳态和暂态的研究方法，同时也讨论了异步发电机带整流负载外特性研究方法。最后，对于异步发电机带整流负载谐波进行相关分析。一、异步发电机带线性负载稳态研究方法
2017-04-06 10:50:31
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399发电机逆功率是什么意思 发电机逆功率原因及解决方法
发电机逆功率是指发电机在运行时，输出的功率为负值，也就是电流从发电机的绕组中流出，而不是流入发电机绕组中，这个过程通常称为发电机的反向运行。逆功率一般出现在发电机承受不了外部负载的情况下，这种情况下发电机会被外部负载驱动运转，而不是自己驱动外部负载。
2023-03-04 16:20:0213395
13395同步发电机和异步发电机的区别
控制方式不同：同步发电机的转速是固定的，与电网的频率相等，通过控制功率因数来调节输出功率；而异步发电机的转速可以调节，通过改变附加阻抗或改变转子电流来控制。
2023-03-25 10:11:468221
822112/3相双绕组异步发电机定子槽漏感的计算
为计算 12/3 相双绕组异步发电机多达上百的相间槽
漏感，在槽比漏磁导求取和绕组与线圈边连接关系确定方面
采用了新的分析方法。通过对定子圆底槽各层的分片处理，
由数值方法推导
2023-04-17 16:15:590
0万用表怎么测整流桥的好坏 三相发电机整流桥坏了还会发电吗
如果三相发电机的整流桥坏了，一般情况下将会导致发电功能无法正常运行，因为整流桥是将交流电转换为直流电的关键部件。整流桥的主要作用是将三相交流电转换为直流电，在发电机的转子上产生一个稳定的直流电源来供应电力系统或充电电池。
2023-08-08 14:32:542785
2785整流桥堆的作用是什么？发电机整流桥的作用是什么？
整流桥堆的作用是什么？发电机整流桥的作用是什么？ 整流桥堆的作用是在电路中改变交流电为直流电。整流桥堆由四个二极管组成，这些二极管被连接成一个桥形，使得交流电源输入到桥的两个不同的端口，输出直流电
2023-08-24 15:18:001565
1565什么是发电机的异步运行？
发电机的异步运行是指发电机与电力系统中的负载或其他发电机之间的运行方式。在异步运行中，发电机的转速与电力系统中的频率不匹配，导致发电机产生的电压和电流与电力系统中的电压和电流存在差异。
2023-10-17 10:26:51416
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