发明内容
本发明解决的问题是现有基于永磁同步发电机的行车自发电***的输出电压范围过大。
为解决上述问题,本发明提供一种行车自发电控制方法,用于控制励磁同步发电机,包括:
在所述励磁同步发电机运行后,根据所述励磁同步发电机的目标输出电压确定转子的目标转子磁通;
根据所述目标转子磁通确定所述转子的目标励磁电流;
根据所述目标励磁电流对所述转子励磁组电流进行闭环控制。
这样,对所述励磁同步发电机的输出电压进行控制,将其限定在一定范围内,从而避免其输出的电压过高或过低;这样,整流器、DC/DC转换器就无需适配宽电压范围,从而降低成本,而且避免在低压或高压时效率低工作。
可选的,所述在所述励磁同步发电机运行后,根据所述励磁同步发电机的目标输出电压确定转子的目标转子磁通包括:
在所述励磁同步发电机运行后,读取所述励磁同步发电机转子的转子转速;
获取所述励磁同步发电机的目标输出电压;
根据所述转子转速和所述目标输出电压确定转子的目标转子磁通。
可选的,所述根据所述目标转子磁通确定所述转子的目标励磁电流,包括:
获取转子的励磁电感;
根据所述目标转子磁通和所述励磁电感确定转子的目标励磁电流。
可选的,所述根据所述目标励磁电流对所述转子励磁组电流进行闭环控制,包括:
获取所述励磁同步发电机的当前励磁电流;
通过PI控制器所述当前励磁电流和所述目标励磁电流进行闭环控制。
可选的,所述根据所述转子转速和所述目标输出电压确定转子的目标转子磁通中,所述目标转子磁通通过实验标定法确定。
可选的,所述根据所述转子转速和所述目标输出电压确定转子的目标转子磁通中,所述目标转子磁通通过所述目标输出电压与所述转子转速的关系公式计算得到。
可选的,所述目标输出电压与所述转子转速的关系公式为:
其中,Vll,RMS是目标输出电压,Rph是发电机相电阻,Ld,Lq是发电机相电感,和/>是D、Q轴电流,Ωre是发电机转子角速度,Λf是目标转子磁通。
其次,提供一种行车自发电控制装置,其包括:
磁通确定单元,其用于在所述励磁同步发电机运行后,根据所述励磁同步发电机的目标输出电压确定转子的目标转子磁通;
电流确定单元,其用于根据所述目标转子磁通确定所述转子的目标励磁电流;
闭环控制单元,其用于根据所述目标励磁电流对所述转子励磁组电流进行闭环控制。
这样,对所述励磁同步发电机的输出电压进行控制,将其限定在一定范围内,从而避免其输出的电压过高或过低;这样,整流器、DC/DC转换器就无需适配宽电压范围,从而降低成本,而且避免在低压或高压时效率低工作。
最后,提供一种行车自发电***,其包括上述所述的行车自发电控制装置。
这样,对所述励磁同步发电机的输出电压进行控制,将其限定在一定范围内,从而避免其输出的电压过高或过低;这样,整流器、DC/DC转换器就无需适配宽电压范围,从而降低成本,而且避免在低压或高压时效率低工作。
可选的,还包括发动机、励磁同步发电机、励磁调节DC/DC;所述发动机与所述励磁同步发电机机械连接,所述励磁调节DC/DC与所述行车自发电控制装置、所述励磁同步发电机电连接。
具体实施方式
行车自发电***通过配备发动机取力装置、发电机、电力电子变换器,可以为车载设备提供充足、稳定的直流、交流电源。目前行车自发电***大多数应用在特种车辆中,为计算机、通讯、传感器等设备功能。
永磁同步发电机的特性是永磁体可以一直产生恒定的磁场,该恒定磁场是永磁体的特性,无能量损耗,更加节能;同时,也会使得转子的磁场恒定不变化,无法进行磁场的调节。这样,就使得永磁同步发电机的输出电压与转速正相关,发动机在低转速时发电机输出电压低,高转速时电压高。
普通行车自发电***采用发动机->三相永磁同步发电机->整流器->DC/DC->逆变器->交流负载的***构型。行车时发动机转速变化范围大,因此永磁同步发电机的输出电压从极低到极高的变化也非常大;因此连接的整流器、DC/DC转换器必须适配宽电压范围,不仅成本高,而且在低压或高压工作时效率低。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本公开实施例提供了一种行车自发电控制方法,该方法可以由行车自发电控制装置来执行,该行车自发电控制装置可以集成在行车***、车辆等电子设备中。如图1所示,其为根据本发明实施例的行车自发电控制方法的流程图;其中,所述行车自发电控制方法,用于控制励磁同步发电机,包括:
S100,在所述励磁同步发电机运行后,根据所述励磁同步发电机的目标输出电压确定转子的目标转子磁通;
S200,根据所述目标转子磁通确定所述转子的目标励磁电流;
S300,根据所述目标励磁电流对所述转子励磁组电流进行闭环控制。
这样,通过对转子励磁电流进行控制,使得其改变所述励磁同步发电机的磁通,使其与目标输出电压相对应,从而使得所述励磁同步发电机最终输出的电压为所述目标输出电压。这样,对所述励磁同步发电机的输出电压进行控制,将其限定在一定范围内,从而避免其输出的电压过高或过低;这样,整流器、DC/DC转换器就无需适配宽电压范围,从而降低成本,而且避免在低压或高压时效率低工作。
其中,所述行车自发电控制方法,用于控制励磁同步发电机,该励磁同步发电机,是一种转子上安装有励磁线圈的同步发电机。其转子上的励磁绕组通过电刷与外置的励磁调节DC/DC连接。通过控制DC/DC的输出电压,对转子励磁绕组的电流进行动态控制,进而改变发电机输出电压,以及下游的整流器输入电压、整流器输出电压、DC/DC输入电压,将DC/DC输入电压稳定在一个较小的范围内,避免在低压或高压时工作,达到最高效率。
可选的,如图2所示,所述S100,在所述励磁同步发电机运行后,根据所述励磁同步发电机的目标输出电压确定转子的目标转子磁通包括:
S110,在所述励磁同步发电机运行后,读取所述励磁同步发电机转子的转子转速;
S120,获取所述励磁同步发电机的目标输出电压;
S130,根据所述转子转速和所述目标输出电压确定转子的目标转子磁通。
这样,通过目标输出电压反向确定目标转子磁通,则控制转子的转子磁通运行目标转子磁通之后,即可使得可变磁通永磁同步发电机的输出电压为该目标输出电压。
可选的,通过电磁有限元仿真进行确定目标转子磁通。
若使用电磁有限元仿真,可以使用理论计算(如电磁有限元仿真),针对给定转速、转矩,求解最优工作点,建立数据库。具体求解方法再次不再赘述。
需要说明的是,励磁同步发电机中,负载为用电设备,通过公式转换等可以得出对应的转矩。
可选的,所述S130,根据所述转子转速和所述目标输出电压确定转子的目标转子磁通中,所述目标转子磁通通过实验标定法确定。
采用实验标定法。将发电机运行转速范围从最低转速到最高转速等分为x份(rpm_1,rpm_2,…rpm_x),转子磁通从最低值到最高值等分为y份(Λ_pm_1,Λ_pm_2,…Λ_pm_y),将发电机安装在测试台架上,输入轴与原动机连接,原动机工作在恒定转速控制模式,将发电机转速控制在每一转速(rpm_i)上。在给定转速上,使用磁通调节DC/DC将转子磁通调节到每一转子磁通(Λ_pm_j)。之后测量开路线电压(即输出电压),得到实验标定的“转速-转子磁通-输出电压数据库”。
需要说明的是,实验标定时,可以将转子的转速、转子磁通划分为多个数值,分别对每个转速-转子磁通的组合一一进行测定,从而得到对应的数据库。
另外,由于是将转子的转速、转子磁通划分为多个独立的数值,因此,在进行数据库的读取时,当前的转速、转子磁通数据在数据库中可能不存在,而仅存在相近的数据;此时,可以将转速、转子磁通通过遍历的数值来形成网格,通过插值近似的方式来确定当前的转速、转子磁通数据应当与数据库的哪一个数据相对应。
可选的,所述S130,根据所述转子转速和所述目标输出电压确定转子的目标转子磁通中,所述目标转子磁通通过所述目标输出电压与所述转子转速的关系公式计算得到。
这样,通过计算公式,则可以根据已知参数直接计算出对应的目标转子磁通,简单方便快捷,且无需预先设置对应的数据库,大大减少了工作量,提高了工作效率。
可选的,所述目标输出电压与所述转子转速的关系公式为:
其中,Vll,RMS是目标输出电压,Rph是发电机相电阻,Ld,Lq是发电机相电感,和/>是D、Q轴电流,Ωre是发电机转子角速度,Λf是目标转子磁通。
可选的,如图3所示,所述S200,根据所述目标转子磁通确定所述转子的目标励磁电流,包括:
S210,获取转子的励磁电感;
S220,根据所述目标转子磁通和所述励磁电感确定转子的目标励磁电流。
这样,通过励磁电感和目标转子磁通确定目标励磁电流,该目标励磁电流控制转子形成转子的旋转磁场,该旋转磁场的磁通为目标转子磁通;在该目标转子磁通下,所述励磁同步发电机的输出电压为所述目标输出电压,从而将励磁同步发电机的输出电压稳定在很小的范围内。
可选的,通过实验标定法或电磁有限元仿真根据所述目标转子磁通和所述励磁电感确定转子的目标励磁电流。
这样,仅通过实验条件即可确定所述目标转子磁通、所述励磁电感和所述转子的目标励磁电流之间的联系,提高判断的精确度。
可选的,所述转子转速与所述励磁电流的关系公式为:
Λf=LfIf
其中,Lf是转子励磁电感,If是转子励磁电流,Λf是目标转子磁通。
这样,通过计算公式,则可以根据已知参数直接计算出对应的目标励磁电流,简单方便快捷,且无需预先设置对应的数据库,大大减少了工作量,提高了工作效率。
可选的,如图4所示,所述S300,根据所述目标励磁电流对所述转子励磁组电流进行闭环控制,包括:
S310,获取所述励磁同步发电机的当前励磁电流;
S320,通过PI控制器所述当前励磁电流和所述目标励磁电流进行闭环控制。
这样,以所述目标励磁电流为电流指令,根据当前励磁电流进行闭环控制,从而使得PI控制器控制励磁电流按照电流指令进行工作。将当前励磁电流控制更改为目标励磁电流,励磁电流按照目标励磁电流工作时,产生的转子旋转磁场会使得所述可变磁通永磁同步发电机输出所述目标输出电压。
其中,所述励磁同步发电机的当前励磁电流可以通过读取电流传感器获得。
这样,通过动态调节转子励磁绕组的励磁电流,将发电机输出电压、DC/DC输入电压稳定在较小的范围内,以降低各零部件的性能要求和成本,并同时提高整个行车自发电***的效率。
本公开实施例提供了一种行车自发电控制装置,用于执行本发明上述内容所述的行车自发电控制方法,以下对所述行车自发电控制装置进行详细描述。
如图5所示,一种行车自发电控制装置,其包括:
磁通确定单元1,其用于在所述励磁同步发电机运行后,根据所述励磁同步发电机的目标输出电压确定转子的目标转子磁通;
电流确定单元2,其用于根据所述目标转子磁通确定所述转子的目标励磁电流;
闭环控制单元3,其用于根据所述目标励磁电流对所述转子励磁组电流进行闭环控制。
这样,通过动态调节转子励磁绕组的励磁电流,将发电机输出电压、DC/DC输入电压稳定在较小的范围内,以降低各零部件的性能要求和成本,并同时提高整个行车自发电***的效率。
所述磁通确定单元还用于:在所述励磁同步发电机运行后,读取所述励磁同步发电机转子的转子转速;获取所述励磁同步发电机的目标输出电压;根据所述转子转速和所述目标输出电压确定转子的目标转子磁通。
所述电流确定单元还用于:获取转子的励磁电感;根据所述目标转子磁通和所述励磁电感确定转子的目标励磁电流。
所述闭环控制单元,其还用于:获取所述励磁同步发电机的当前励磁电流;通过PI控制器所述当前励磁电流和所述目标励磁电流进行闭环控制。
可选的,所述根据所述转子转速和所述目标输出电压确定转子的目标转子磁通中,所述目标转子磁通通过实验标定法确定。
可选的,所述根据所述转子转速和所述目标输出电压确定转子的目标转子磁通中,所述目标转子磁通通过所述目标输出电压与所述转子转速的关系公式计算得到。
可选的,所述目标输出电压与所述转子转速的关系公式为:
其中,Vll,RMS是目标输出电压,Rph是发电机相电阻,Ld,Lq是发电机相电感,和/>是D、Q轴电流,Ωre是发电机转子角速度,Λf是目标转子磁通。
本公开实施例提供了一种行车自发电***,用于执行本发明上述内容所述的行车自发电控制方法,以下对所述行车自发电***进行详细描述。
如图6所示,一种行车自发电***,其包括上述所述的行车自发电控制装置。
这样,对所述励磁同步发电机的输出电压进行控制,将其限定在一定范围内,从而避免其输出的电压过高或过低;这样,整流器、DC/DC转换器就无需适配宽电压范围,从而降低成本,而且避免在低压或高压时效率低工作。
可选的,还包括发动机4、励磁同步发电机5、励磁调节DC/DC6;所述发动机4与所述励磁同步发电机5机械连接,所述励磁调节DC/DC6与所述行车自发电控制装置7、所述励磁同步发电机5电连接。
这样,所述发动机带动所述可变磁通永磁同步发电机转动;所述行车自发电控制装置采集所述可变磁通永磁同步发电机的运行状态,产生对应的控制信号;所述励磁调节DC/DC接收控制信号后,控制转子的励磁电流,按照目标励磁电流运行,从而产生与目标转子磁通对应的转子旋转磁场。
可选的,还包括依次连接的整流器、DC/DC、逆变器和交流负载;通过整流器将励磁同步电机产生的三相交流电转换为直流电;所述DC/DC对所述直流电转换为直流电源;所述逆变器将所述直流电源转换为交流电,以驱动所述交流负载。
这样,对所述励磁同步发电机的输出电压进行控制,将其限定在一定范围内,从而避免其输出的电压过高或过低;这样,整流器、DC/DC转换器就无需适配宽电压范围,从而降低成本,而且避免在低压或高压时效率低工作。
虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。