三級(jí)無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)調(diào)壓系統(tǒng)的建模及仿真分析

李蔚超 吳顏飛

【摘 要】對(duì)當(dāng)前發(fā)電機(jī)的調(diào)壓系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性的研究測(cè)試，主要是通過一種自動(dòng)控制的理論，分析當(dāng)前系統(tǒng)受到一些干擾以及受到影響之后的穩(wěn)定性大小，以及調(diào)壓系統(tǒng)當(dāng)中，每一個(gè)環(huán)節(jié)形成的參數(shù)，對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)性能的影響。

【Abstract】The stability research and test of the current voltage regulating system of generator is mainly through an automatic control theory to analyze the stability of the current system after some disturbances and influences， as well as the influence of the parameters formed by each link in the voltage regulating system on the current system performance.

【關(guān)鍵詞】無(wú)刷交流發(fā)電機(jī);調(diào)壓器;建模

【Keywords】 brushless alternator; voltage regulator; modeling

【中圖分類號(hào)】TP391.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）08-0187-02

1 引言

論文主要分析交流發(fā)電機(jī)當(dāng)中的調(diào)壓系統(tǒng)在幅頻方面的特性，并對(duì)其建模。這種三級(jí)式無(wú)刷交流同步發(fā)電機(jī)主要是由主發(fā)電機(jī)以及勵(lì)磁機(jī)還有副勵(lì)磁機(jī)組成，在這其中，主發(fā)電機(jī)作為一種旋轉(zhuǎn)式的磁極式發(fā)電機(jī)，交流勵(lì)磁機(jī)則是一種電樞式的發(fā)電機(jī)，副勵(lì)磁機(jī)則是作為一種永磁發(fā)電機(jī)而存在。在交流式的勵(lì)磁機(jī)上，有一種旋轉(zhuǎn)的整流器。發(fā)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程當(dāng)中，就會(huì)從勵(lì)磁機(jī)的電樞當(dāng)中產(chǎn)生一種交流電，這種交流電在經(jīng)過整流器時(shí)直接整合為電流發(fā)送給主電機(jī)，從而達(dá)到供電的效果。而副勵(lì)磁機(jī)主要是幫助調(diào)壓器進(jìn)行電壓的調(diào)控，從而控制電流大小，對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。這樣一種發(fā)電機(jī)能夠避免出現(xiàn)故障的現(xiàn)象，因此，使用過程當(dāng)中具有實(shí)用性，而且不需要人工進(jìn)行維護(hù)。在電壓調(diào)節(jié)器當(dāng)中，通過對(duì)勵(lì)磁機(jī)的電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣就能夠達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。并且在對(duì)調(diào)壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行研究分析時(shí)，主要就是將這樣一種操作的流程用控制的理論知識(shí)進(jìn)行分析，特別是對(duì)其中的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，在受到一些外界的干擾之后，其流動(dòng)的電壓是否穩(wěn)定。論文主要是通過物理建模來(lái)對(duì)發(fā)電機(jī)調(diào)壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，分別使用了一些新的分析方法對(duì)系統(tǒng)當(dāng)中的電壓、電流的穩(wěn)定性進(jìn)行全面的分析。通過對(duì)這些影響進(jìn)行分析研究，從而促進(jìn)系統(tǒng)更加完善。

2 發(fā)電機(jī)調(diào)壓系統(tǒng)的發(fā)展背景

以前發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在進(jìn)行研制的過程當(dāng)中，為了確定調(diào)壓器和整個(gè)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，需要先研制一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，并且進(jìn)行長(zhǎng)期的運(yùn)行試驗(yàn)，完善系統(tǒng)當(dāng)中的參數(shù)設(shè)計(jì)，最終才能夠確立最合理的調(diào)壓模型。因此，在整個(gè)過程當(dāng)中的研制成本特別高，并且試驗(yàn)的時(shí)間也很長(zhǎng)。如果通過仿真的技術(shù)來(lái)進(jìn)行模擬運(yùn)作，通過模擬這樣的發(fā)電機(jī)與調(diào)壓器，最終模擬出一個(gè)特別合理的參數(shù)，這樣就能夠減少在研制過程當(dāng)中的成本，也可以縮短研究的周期[1]。

隨著這些年的計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在仿真方面的技術(shù)也開始逐漸發(fā)展，特別是當(dāng)前的仿真軟件已經(jīng)運(yùn)用到了各個(gè)行業(yè)當(dāng)中。1998年開始提供電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)Power System Blockset（PSB），模塊庫(kù)中有特別多的電力系統(tǒng)以及一些專門用于電力驅(qū)動(dòng)的元件。利用模塊庫(kù)的功能能夠較好地對(duì)發(fā)電系統(tǒng)中各個(gè)元件進(jìn)行仿真模型的建立，適用于一些系統(tǒng)建設(shè)中的仿真分析。

3 發(fā)電機(jī)調(diào)壓系統(tǒng)的建模

3.1 三級(jí)發(fā)電機(jī)建模

對(duì)于恒速的發(fā)電系統(tǒng)，忽略了當(dāng)前發(fā)電機(jī)當(dāng)中存在的一些阻撓作用以及運(yùn)行當(dāng)中的變壓器出現(xiàn)電勢(shì)變化的狀況。勵(lì)磁式的同步發(fā)電機(jī)也可以形成一種等效的慣性環(huán)節(jié)，將這樣的線性函數(shù)表述為G（S）-，其中，K是發(fā)電機(jī)當(dāng)中為電壓增益的一個(gè)常數(shù)，t則是發(fā)電機(jī)的使用時(shí)間，這個(gè)時(shí)間與整體負(fù)載的大小有很大的關(guān)系。

3.2 調(diào)壓器建模

在利用仿真軟件對(duì)調(diào)壓器進(jìn)行建模的過程當(dāng)中，可以將模塊分為1：1的等效環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，硬件的主要目的就是加快這種調(diào)壓系統(tǒng)對(duì)時(shí)間的響應(yīng)。在進(jìn)行模塊調(diào)制的過程當(dāng)中，主要是由三角波和放大補(bǔ)償?shù)男盘?hào)進(jìn)行交割，最終輸出一種PWM信號(hào)，這些措施都能夠體現(xiàn)將仿真軟件與硬件相結(jié)合的特性，因此，這一類方法都是可行的。通過對(duì)仿真模型圖進(jìn)行分析之后可以發(fā)現(xiàn)，副勵(lì)磁機(jī)的整流輸出與勵(lì)磁機(jī)之間如果放置一個(gè)變換器，就能夠?qū)⒅靼l(fā)電機(jī)當(dāng)中反饋過來(lái)的電壓與基準(zhǔn)的電壓進(jìn)行比較，最終產(chǎn)生一種脈寬可變的PWM波形。通過對(duì)勵(lì)磁機(jī)當(dāng)中的電流變化進(jìn)行調(diào)節(jié)與穩(wěn)定，使得最終輸出電壓能夠維持穩(wěn)定。

4 調(diào)壓系統(tǒng)的特性分析

對(duì)系統(tǒng)的幅頻特性曲線進(jìn)行分析之后可以看出，如果不進(jìn)行任何的校正環(huán)節(jié)，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下就會(huì)出現(xiàn)低頻增益低的現(xiàn)象。同時(shí)，系統(tǒng)當(dāng)中高頻衰減特性差，容易受到一些信號(hào)的干擾，如果出現(xiàn)突然的負(fù)載變化時(shí)，就容易凸顯出這樣的缺陷。為了使得這個(gè)系統(tǒng)能有更大的增益性，在系統(tǒng)當(dāng)中可以進(jìn)行一系列的校正環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的改善，而PID串聯(lián)校正正好可以滿足這樣的系統(tǒng)需求。通過對(duì)主發(fā)電機(jī)的波形輸出進(jìn)行分析研究可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)當(dāng)中的調(diào)壓系統(tǒng)有特別良好的動(dòng)態(tài)性能，其勵(lì)磁電流脈動(dòng)小，在輸出電壓的過程當(dāng)中非常平穩(wěn)。在出現(xiàn)了復(fù)雜變化的情況之下，主發(fā)電機(jī)在電壓輸出的30秒當(dāng)中就能夠恢復(fù)正常的值。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)三級(jí)發(fā)電機(jī)的調(diào)壓系統(tǒng)進(jìn)行幅頻特性的分析之后，采取一種帶有低通濾波器的PID策略。增加調(diào)壓系統(tǒng)的增益，特別是提高了當(dāng)前系統(tǒng)的一種截止頻率，能夠促進(jìn)系統(tǒng)在響應(yīng)方面的速度。通過對(duì)發(fā)電機(jī)與調(diào)壓器進(jìn)行建模仿真，最終模擬出一個(gè)特別合理的參數(shù)，可以減少研制過程當(dāng)中的成本，縮短研制的周期。

【參考文獻(xiàn)】

【1】廖穎熙，穆新華，葛紅娟.三級(jí)無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)調(diào)壓系統(tǒng)的建模及仿真分析[J].電源世界，2006（5）：47-49.