[發明專利]一種永磁發電機的復合勵磁控制系統

在審

• 申請號: 202011505556.8
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112564562A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 鄧方雄;任航;楊敏;郭睿希
• 申請（專利權）人: 湖北科技學院
• 主分類號: H02P9/14
• 分類號: H02P9/14
• 代理公司: 咸寧鴻信專利代理事務所(普通合伙) 42249
• 代理人: 汪彩彩

1.一種永磁發電機的復合勵磁控制系統，其特征在于，包括發電機主體、定子調壓電路(6)、勵磁機和轉子調壓電路(7)，所述發電機主體包括發電機定子繞組(1)、發電機永磁體(2)和發電機輔助勵磁繞組(3)，所述勵磁機包括勵磁機定子繞組(4)和勵磁機轉子繞組(5)，所述轉子調壓電路(7)固定在轉子上；所述發電機定子繞組(1)輸出工頻交流電供負載和定子調壓電路(6)用；

所述定子調壓電路(6)包括保險絲(F1)、二極管一(D1)、二極管二(D2)、降壓電阻一(R1)、降壓電阻二(R2)、降壓電阻三(R3)、全控型開關管一(Q1)、MCU控制電路一(W1)和輔助源電路一(L1)；

所述轉子調壓電路(7)包括三相整流橋(D3)、降壓電阻四(R4)、降壓電阻五(R5)、降壓電阻六(R6)、全控型開關管二(Q2)、全控型開關管三(Q3)、全控型開關管四(Q4)、全控型開關管五(Q5)、MCU控制電路二(W2)和輔助源電路二(L2)；

所述定子調壓電路(6)的輸入端連接單相發電機的輸出或三相發電機三相輸出中的一相，經保險絲(F1)和二極管半波整流為脈動直流，所述定子調壓電路(6)的信號輸入端和信號輸出端均接勵磁機定子繞組(4)，當全控型開關管一(Q1)接通時，定子調壓電路(6)為勵磁機定子繞組提供電流；當全控型開關管一(Q1)關閉時，勵磁機定子繞組中的電感經二極管二(D2)續流；

MCU控制電路一(W1)對經降壓電阻一(R1)和降壓電阻二(R2)降壓的發電機電壓進行采樣，MCU控制電路一(W1)將發電機電壓與參考值進行比較，并獲得差值，經MCU控制電路一(W1)進行PID運算后，調節全控型開關管一(Q1)的占空比，進而控制勵磁機定子繞組(4)的電流；

輔助源電路一(L1)對輸入電壓進行處理，獲得MCU控制電路一(W1)所需要的直流電壓；

MCU控制電路一(W1)對勵磁機定子繞組(4)中的電流進行采樣，通過電流采樣確保勵磁機定子繞組(4)工作在正常狀態下，當勵磁電流大于設定的保護值時，切斷勵磁機定子繞組(4)中的電流；

定子調壓電路(6)對發電機的輸出電壓進行采樣，并根據輸出電壓與設定值的偏差調節勵磁機的電流以調整勵磁機的磁場強度；

勵磁機轉子繞組(5)輸出的交流電經不可控整流后得到平滑的直流電壓，形成為轉子調壓電路(7)供電的直流電源一；

轉子調壓電路(7)讀取直流電源一的電壓值，所述電壓值包括發電機輔助勵磁繞組的勵磁方向和勵磁強度；

定子調壓電路(6)從發電機定子繞組(1)的電壓中獲取勵磁所需要的能量，同時獲取當前發電機的電壓值，MCU控制電路一(W1)將當前輸出電壓值與設定值進行比較；

發電機定子繞組(1)輸出電壓高于設定值時，降低供給勵磁機定子繞組(4)的電流；發電機定子繞組輸出電壓低于設定值時，增加供給勵磁機定子繞組(4)的電流；

定子調壓電路(6)會限制輸出電流的最大值和最小值，以保證勵磁機轉子繞組(5)的輸出電壓在合理范圍內；

勵磁機定子繞組(4)電流的變化將改變勵磁機轉子繞組(5)的輸出電壓，該電壓除了為勵磁機轉子繞組(5)提供能量外，還包含勵磁強度和勵磁向；

勵磁機轉子繞組(5)輸出的三相交流電經三相整流橋(D3)進行整流后變為直流電源二，直流電源二經輔助源電路二(L2)獲得MCU控制電路二(W2)所需直流電壓，所述直流電源二同時為轉子調壓電路(7)的輸入提供勵磁能量、勵磁方向和勵磁強度信息；

MCU控制電路二(W2)對經降壓電阻四(R4)和降壓電阻五(R5)降壓的勵磁機轉子電壓進行采樣，MCU控制電路二(W2)計算勵磁機電壓和參考值的偏差；偏差為正時，對發電機勵磁系統進行滅磁，偏差的絕對值越大，滅磁強度越大；偏差為負時，對發電機勵磁系統進行增磁，偏差的絕對值越大，增磁強度越大；

由全控型開關管二(Q2)、全控型開關管三(Q3)、全控型開關管四(Q4)和全控型開關管五(Q5)組成的H橋驅動電路的兩個輸出端接發電機輔助勵磁繞組(3)；增磁控制時，全控型開關管五(Q5)常開，全控型開關管三(Q3)常閉，全控型開關管二(Q2)和全控型開關管四(Q4)互補導通；MCU控制電路二(W2)對偏差的絕對值進行PID運算后，調節全控型開關管二(Q2)的占空比，全控型開關管二(Q2)的占空比越大，增磁強度越大；

滅磁控制時，全控型開關管四(Q4)常開，全控型開關管二(Q2)常閉，全控型開關管三(Q3)和全控型開關管五(Q5)互補導通；

MCU控制電路二(W2)對偏差的絕對值進行PID運算后，調節全控型開關管三(Q3)的占空比，全控型開關管三(Q3)的占空比越大，滅磁強度越大；

MCU控制電路二(W2)對發電機輔助勵磁繞組的電流進行采樣，通過電流采樣確保發電機輔助勵磁繞組(3)工作在正常狀態下，當勵磁電流大于設定的保護值時，切斷勵磁電流輸出；

轉子調壓電路(7)將勵磁機轉子繞組(5)的輸出電壓進行不可控整流變為直流電壓，通過AD轉換器對該直流電壓進行采樣，獲取勵磁的方向和勵磁的強度信息；通過控制H橋驅動電路的導通通道，改變施加到發電機輔助勵磁繞組(3)的電流強度和電流流動的方向；通過控制勵磁電流的大小和方向，改變發電機的總體磁場強度，進而調整發電機的輸出電壓大小。