一种双绕组磁悬浮开关磁阻发电机的控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106059425A(43)申请公布日2016.10.26(21)申请号201610087195.7(22)申请日2016.02.16(71)申请人国家电网公司地址100031北京市西城区西长安街86号申请人国网河南省电力公司开封供电公司(72)发明人陈鹏郭夫然徐晓波(51)Int.Cl.H02P21/12(2016.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种双绕组磁悬浮开关磁阻发电机的控制方法(57)摘要本发明公开一种双绕组磁悬浮开关磁阻发电机的控制方法，通过对给定悬浮力方向的判别，确定相应悬浮极上的悬浮绕组导通，通过单独控制各个悬浮绕组电流大小以获得所需悬浮力；通过控制两相激励绕组的轮流导通以及激励电流的大小，即可在发电绕组内获得期望的发电电压。本发明解决了传统磁悬浮开关磁阻电机发电控制方法中存在的如下技术问题：1.悬浮力和发电电压之间的强耦合；2.在主绕组的励磁区间内无电能输出而仅在负半周期内向外输出电能，发电功率密度低；3.悬浮力随转子位置角变化，并且在定、转子完全对齐的位置处不能有效产生悬浮力。CN106059425ACN106059425A权利要求书1/2页1.一种双绕组磁悬浮开关磁阻发电机的控制方法，其特征在于：通过单独控制悬浮极的悬浮力绕组电流以产生所需悬浮力；通过控制发电极的激励绕组电流以提供合适的励磁，从而使发电极的发电绕组输出所需的发电电压。2.根据权利要求1所述双绕组磁悬浮开关磁阻发电机的控制方法，其悬浮控制包括如下步骤：1).根据现有理论建立径向悬浮力表达式(1)、(2)、(3)、(4)式中，Fx1是沿x轴正方向的径向悬浮力，Fx2是沿x轴负方向的径向悬浮力，Fy1是沿y轴正方向的径向悬浮力，Fy2是沿y轴负方向的径向悬浮力，μ0是真空磁导率，Nf是悬浮力绕组的匝数，x是发电机转子在x轴正方向的偏心，y是发电机转子在y轴正方向的偏心，l0是平均气隙长度，h是定子叠片长度，βr是转子极宽，ix1是x轴正方向悬浮极x1上的悬浮绕组电流，ix2是x轴负方向悬浮极x2上的悬浮绕组电流，iy1是y轴正方向悬浮极y1上的悬浮绕组电流，iy2是y轴负方向悬浮极y2上的悬浮绕组电流；2).采用x轴的径向位移传感器检测得到所述双绕组磁悬浮开关磁阻发电机转子沿x轴方向的实时径向位移信号x；将所述实时径向位移信号x与给定的双绕组磁悬浮开关磁阻电机转子的x轴方向参考径向位移信号xφ经过x轴方向的径向位移环得到沿x轴方向的位移差Δχ；将沿x轴方向的位移差Δχ；经过PID控制器1调节后，输出给定悬浮力Fxφ；判断给定悬浮力是否大于0；φφφ若Fx﹥0，则根据公式(1)计算x1极悬浮力绕组的给定电流ix1；若Fx＜0，则根据公式φ(2)计算x2极悬浮力绕组的给定电流ix2；3).采用y轴的径向位移传感器检测得到所述双绕组磁悬浮开关磁阻发电机转子沿y轴方向的实时径向位移信号y；将所述实时径向位移信号x与给定的双绕组磁悬浮开关磁阻电机转子的y轴方向参考径向位移信号yφ经过y轴方向的径向位移环得到沿y轴方向的位移差Δy；将沿y轴方向的位移差Δy；经过PID控制器2调节后，输出给定悬浮力Fyφ；判断给定悬浮力是否大于0；φφφ若Fy﹥0，则根据公式(3)计算y1极悬浮力绕组的给定电流iy1；若Fy＜0，则根据公式2CN106059425A权利要求书2/2页φ(4)计算y2极悬浮力绕组的给定电流iy2；φφ4).利用滞环比较器，让x1和x2极悬浮力绕组电流跟踪步骤2)所述的ix1、ix2；然后再经过x轴悬浮绕组逆变器后，得到所述双绕组磁悬浮开关磁阻电机x1和x2极悬浮绕组的控制电流；φφ5).利用滞环比较器，让y1和y2极悬浮力绕组电流跟踪步骤3)所述的iy1、iy2；然后再经过y轴悬浮绕组逆变器后，得到所述双绕组磁悬浮开关磁阻电机y1和y2极悬浮绕组的控制电流。3.根据权利要求1所述双绕组磁悬浮开关磁阻发电机的控制方法，其发电控制包括如下步骤：1).根据现有理论建立发电电压方程(5)；式中，Rg为发电绕组电阻值，ug为发电绕组端电压，is为激励绕组电流，ig为发电绕组电流，ω为转子转速，θ为转子位置角；2).将发电绕组电压经过整流设备后，通过电压传感器检测得到实际发电电压Ug；*将所述实际发电电压Ug与给定的参考发电电压Ug经过发电电压环得到发电电压偏差ΔUg；*将所述发电电压偏差ΔUg经过PI调节器得到给定的励磁电流is；3).根据双绕组磁悬浮开关磁阻发电机的磁链有限元分析结果，按列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt，简称L-M)算法拟合得到发电绕组磁链的分段线性化公式ψg＝λkgis+ψλg、ψg＝λδgθ+ψδg，δ,