航空电励磁双凸极无刷直流起动发电机系统控制关键技术综述

电励磁双凸极电机具有结构简单可靠、容错性能好、控制灵活等优势,可构成一种具有竞争力的新型航空无刷直流起动发电机系统。简述了电励磁双凸极起动发电机系统的构成及其工作原理。针对航空电源这一特殊应用领域的要求,对电励磁双凸极起动发电机高可靠性控制、高效率高功率密度控制、集成化控制等关键技术进行了归纳总结。讨论了电励磁双凸极起动发电机控制关键技术的未来发展趋势。     

双凸极起动/发电机系统一体化设计与实现

起动/发电技术是当今航空电气技术发展的重要方向,基于DSP控制的电励磁双凸极起动/发电机系统具有良好的应用前景。分析了电机结构与起动/发电一体化工作原理。为了使系统的体积、重量减少,使控制电路简化,该文对主功率变换器、励磁功率电路和硬软件控制电路进行了一体化设计,并以DSP芯片为基础,实现了起动、起动/发电切换与发电工作的全数字控制。实验验证了起动/发电一体化设计方案的可行性,表明电励磁双凸极起动/发电机系统能可靠起动,起动/发电切换控制简单,发电电压稳定且可实现故障发电。     

双定子电励磁双凸极电机的起动控制

研究双定子电励磁双凸极电机的起动控制,改进电机结构,降低了起动时的转矩脉动。在理论分析的基础上利用基于转速变化的阶段性角度控制方法:低速采用标准角度控制;中高速采用角度随转速变化的提前角度控制,可提高电机在该速段的输出转矩。完成了18kW电励磁双凸极起动/发电系统的样机制作,对系统进行了相关的前期实验及配套航空发动机对发动机进行冷热开车实验。实验表明:该系统的起动控制策略正确有效,起动转矩平滑,所需电源容量小,效率高,具有良好的起动性能。     

多电发动机内装式高速起动发电机研究与实践

多电发动机是多电飞机的核心,内装式高速起动发电机是多电发动机的关键性支撑技术。该文论述多电发动机基本概念,结合内装式高速起动发电机集成位置和运行环境特点,系统总结了多电发动机高速起动发电机系统发展现状,并提出内装式高速双凸极起动发电技术;分析铁心材料对电机运行性能的影响规律,研究转子应力分布和并列结构转子动力学特性,结合关键参数敏感度分析,提出基于铁心材料特性与转子稳定性约束的高速双凸极起动发电机优化设计方法;研制高速油冷双凸极起动发电机原理样机,完成起动与发电实验验证。电励磁双凸极电机兼具结构坚固可靠和发电控制简单的优势,在多电发动机内装式起动发电系统中具有重要的应用价值。     

双凸极起动/发电机的全数字起动控制

为了研究双凸极电机的起动过程,采用了电机转速PI调节与斩单管电流调节的双环控制方法,结合数字控制技术,研究了双凸极电机的全数字起动过程,给出了基于DSP控制的起动系统的硬件与软件设计。通过电机起动过程的转速响应曲线与相电流变化规律的试验结果,验证了双凸极电机的全数字起动控制具有起动时间短、转速响应快、电机性能稳定的优点,对于双凸极电机应用于航空起动／发电系统提供了理论与实践支持。     

电励磁双凸极电机电动和发电功率的比较

根据双凸极电机的机电能量转换过程,从磁能变换的角度分析了电励磁双凸极电机电动及发电时的工作原理。借助有限元仿真软件,针对同一台12/8极电励磁双凸极电机,分析了电枢反应对双凸极电机电动及发电功率的不同影响,比较了提前角度控制和不控全桥整流发电方式下电机的功率密度,给出了不同励磁电流下电机电动及发电功率特性曲线。对原理样机进行了试验,验证了仿真分析的准确性。分析结果表明:电励磁双凸极电机电动和发电最大功率点随励磁电流的增加不断增大,而相同转速、励磁电流条件下,双凸极电机电动功率大于发电功率。     

伪微分反馈控制的电励磁双凸极直流发电系统

传统电励磁双凸极无刷直流发电系统的调压器大多采用PI控制算法。为优化发电系统的建压过程与增强鲁棒性,引入一种新的闭环调压策略——伪微分反馈(PDF)控制。首先对电励磁双凸极电机(WFDSM)发电系统进行了阐述,并且构建了对应的传递函数,继而对采用PI调压器与PDF调压器的发电系统动态性能与抗扰动性能进行了理论分析。基于一台四相电励磁双凸极发电机,在MATLAB/Simulink中搭建了发电系统模型,对两种控制策略进行了仿真对比。采用PDF控制有助于改善发电系统的动态性能,建压响应过程迅速且平稳,超调得到明显抑制;应对负载与转速扰动的抗扰性能好,具备优良的鲁棒性。     

能自起动的抽水蓄能电站用双速同步发电─电动机，第二部分──模拟样机试验研究

本文针对新型自起动双速凸极同步发电─电动机的模拟电机的各种运行特性进行了实验研究和分析，结果显示了该种电机励磁绕组具有很强的阻尼作用，当该种电机作为电动机起动时，具有良好的起动性能。同时符合发电机运行性能的要求。从而证实了这种新型电机及其自起动方法的现实性。     

双凸极直流起动发电系统模拟调压器设计

电励磁双凸极电机(DSEM)是一种新型的无刷直流电机。它结构简单、可靠性高,在电动运行时起、制动性能好,功率密度大;在发电运行时只需简单的整流电路就能输出直流电。用它来取代有刷直流电机以实现飞机起动/发电机的增容和无刷化具有重大意义。本文介绍了双凸极起动/发电系统QFW-18的构成和基本原理,并且设计和详细介绍了一套基于PWM控制的模拟调压器。实验结果表明,调压器在不同负载下都能稳定可靠地工作,具有良好的调压和保护性能。     

双凸极无刷直流起动发电机研究

电励磁双凸极无刷直流发电机配以起动功率变换器就构成了起动发电机，与开关磁阻起动发电机一样均具有可在高温高速下工作的能力。本文分析了该起动发动机的基本原理，标准和换相提前控制时的机械特性和机械特性的合成方法，减小转矩脉动和输出电压脉动的方法，比较了有刷与无刷两种电机起动航空发动机的试验结果。试验表明：电励磁双凸极电机是一种性能较好的航空用起动/发电机。     

基于C-dump双向变换器的新型无刷直流起动/发电机工作特性的理论分析与仿真研究

介绍了一种由全波升压式Ｃ－ｄｕｍｐ双向变换器和同步电机构成的新型无刷直流起动／发电机的工作原理,对起动工作特性和发电工作的外特性、调节特性,输出电压脉动及系统效率进行了详细的分析,最后以Ｃ－ｄｕｍｐ双向变换器和某型飞机电机构成的无刷直流起动／发电机为例进行了仿真研究,研究结果可为新型航空起动／发电机提供设计依据。     

Self-Excitation of Autonomous Generators. Part 2. Study of Self-Excitation of an Asynchronous Generator Inclusive of the Starter in the Form of Residual Voltage on Excitation Capacitors

This paper presents the results of simulations of the process of self-excitation of the asynchronous generator by using a starter in the form of residual voltage on excitation capacitors. A generator model that was developed in the three-phase inhibited coordinate system and implemented in MATLAB Simulink is described. The results of simulations have shown that the use of the starter in the form of residual voltage on excitation capacitors is initially accompanied by a high-frequency decaying oscillatory process that proceeds smoothly in an increasing oscillation process with the frequency of the EMF generator. The role of the starter in the launch of a self-excitation process is considered. It was found that, during self-maintained conditions, i.e., the presence of positive feedback, it is sufficient to have an arbitrarily small starter to start the process of self-excitation. In addition, the time of self-excitation of the generator can increase to “arbitrarily large” values. It is shown that, in the case of a violation of self-maintained conditions, a powerful starter can change the parameters of the generator up to the establishment of self-maintained conditions followed by the launch of an asynchronous self-excitation.     

电励磁双凸极无刷直流发电机非线性PI调压技术的研究

针对12/8极电励磁式双凸极（EMDS）无刷直流发电机的非线性特性，提出了一种新的非线性PI调压控制方法，该算法中比例和积分参数随调压误差的变化而非线性变化。设计了以 DSP为核心的数字调压器，利用实验离线辨识的方法建立发电机系统的数学模型，在此基础上设计了算法参数，与传统PI算法做了实验对比，结果表明其抗干扰能力比常规PI调节器强。为了进一步提高系统的动态性能，在非线性PI算法中加入了负载电流前馈补偿控制。实验结果表明，在系统突加和突卸负载两种情况下，采用具有负载电流前馈补偿的非线性PI控制后，发电机电压不仅恢复时间明显缩短，而且电压波动幅值也大大减小，系统的动态性能得到了明显的提高，而且具有高的稳态精度。     

双凸极起动/发电机系统建模与瞬态特性分析

现有的电磁式双凸极电机的建模与特性分析分别单独从起动状态和发电状态两个方面进行,而独立的起动机和发电机模型难以完整、准确的反映起动/发电整个过程,尤其是起动/发电切换瞬态过程。在MATLAB软件中将SIMULINK和SimPowerSystems相结合,提出了非线性电感下起动/发电机一体化建模的方法,建立了电磁式双凸极起动/发电机系统的一体化模型,分析了起动/发电各个阶段特性,重点分析了起动/发电切换过程瞬态特性。仿真与实验结果验证了电磁式双凸极起动/发电机系统一体化模型和特性分析的正确性。     

船舶电站同步发电机状态反馈H∞调压器

船舶电力系统电压的稳定性主要取决于船舶电站同步发电机调压系统的响应特性.船舶电站同步发电机调压系统是一个非线性控制系统,为了分析系统的动态特性,首先建立同步发电机调压系统的非线性数学模型,然后以此为基础设计状态反馈H∞调压器.将H∞控制理论应用于同步发电机调压器的设计,把系统的性能要求转化为标准H∞控制问题,通过解Ri...     

基于多环调压控制的混合励磁航空变频交流发电系统

变频交流发电系统在航空电源上越来越受到重视。发电机转速的变化带来了发电机参数的变化,对发电机调节技术带来了挑战,现有的适合恒频发电系统的调压技术不能满足变频发电系统的需要。本文将发电机电压、励磁电流、发电机频率和负载电流四个量作为反馈量,构成多环反馈,用于新型的混合励磁无刷交流发电系统中,分析了混合励磁无刷交流发电机的特性。对发电系统进行了变频调压实验,实验结果表明,设计的发电机调压器减小了动态调节时间,适合于变频交流发电系统。     

同步发电机自调节AVR控制器的研究

提出一种新的关于同步发电机在起动后加速过程中实现快速励磁的自动控制理论，即变频变阻抗理论。基于该理论，成功地设计出用于控制同步发电机的电压快速达到同步条件的自调AVR控制器。采用该控制器，同步发电机在起动后加速过程中，其输出端定子端电压能在最短的时间内达到系统要求的电压值。该理论在奥尔堡大学实验室的发电机系统已得到了证实。     

同步发电机-电力电子变压器组的最优协调控制

电力电子变压器(PET)是一种通过电力电子变换实现电力系统电压变换和能量传递的新型变压器.文章研究了电力系统中发电机-PET组的协调控制问题,首先建立了由发电机-PET组构成的电力系统数学模型,然后应用最优控制理论,提出了一种发电机-PET组的最优协调控制器.该控制器中的控制量分别为发电机励磁电压、PET一次侧和二次侧的电压源变换器中的脉宽调制的调制度和相角,反馈量则为发电机的功角、角速度、机端电压以及PET的直流环节电压.仿真结果表明,与由常规发变组构成的系统相比,该最优协调控制器有效地提高了扰动条件下的系统阻尼,同时改善了系统的电压特性.     

同步发电机励磁对稳定性影响的研究

本文采用了典型的发电机及其励磁系统数学模型,介绍励磁系统的基本原理和主要任务,分析了同步发电机励磁对电力系统稳定性的影响,在Matlab的Simulink环境下设计了基于机端电压的励磁调节器,在电力系统模块(PSB)下将其用于单机无穷大系统三相短路故障试验,在仿真中对励磁系统作了不同的设定,即应用不同控制结构的电力系统稳定器(PSS),实现对同步发电机励磁的调节.