對消磁脈沖電源勵磁管制系統(tǒng)釋解論文

　　1勵磁控制系統(tǒng)建模分析

　　電機擴大技術(shù)成熟、可靠性高,控制繞組多,是傳統(tǒng)的消磁主電源勵磁裝置的首選。但擴大機作為特殊的直流發(fā)電機,本身時間常數(shù)大,且參數(shù)可調(diào)范圍有限,并不適用于圖2所示工況。研究和實踐表明,針對圖2所示的特殊工況,其勵磁裝置需采用適用于電機控制、參數(shù)可調(diào)范圍大、反應(yīng)迅速的基于數(shù)字控制的整流式勵磁裝置,得到消磁脈沖電源電氣部分物理模型如圖3所示。消磁脈沖電源交流發(fā)電機采用有刷勵磁、勵磁裝置功率部分采用晶閘管整流,通過傳感器將機端強電信號轉(zhuǎn)換成弱電信號作為反饋信號,經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換,與給定信號比較,經(jīng)數(shù)字PID調(diào)節(jié)形成控制信號控制晶閘管的開關(guān),將三相交流電整成6脈波直流電,大小由控制信號決定,通過電刷給發(fā)電機勵磁繞組供電,從而控制消磁電流波形。雖然圖3所示模型中晶閘管整流部分和不控整流部分都是離散的工作模式,但相對于消磁主電源系統(tǒng)的機械時間常數(shù)來說,其間隔時間可忽略,從控制的角度講圖3所示的模型可當(dāng)做連續(xù)系統(tǒng)處理[1]。系統(tǒng)的儲能飛輪重達數(shù)噸,再加上其它機械結(jié)構(gòu),系統(tǒng)有很大的慣性,工作過程中電樞轉(zhuǎn)速可視為恒定:晶閘管整流部分可視為增益為k0、時間常數(shù)為T0的一階慣性環(huán)節(jié);發(fā)電機勵磁繞組的電感為L、電阻為R;發(fā)電機電樞連同負載(包括不控整流裝置和消磁繞組)可視為增益為k1、時間常數(shù)為T1的一階慣性環(huán)節(jié);反饋通道視為增益為k2、時間常數(shù)為T2的一階慣性環(huán)節(jié),則消磁主電源電氣部分?jǐn)?shù)學(xué)模型如圖4所示。圖4所示模型中,勵磁裝置的時間常數(shù)為毫秒級;交流發(fā)電機直接帶整流負載,非對稱工作模式,可認為它總是處于超瞬態(tài),交流電機電樞的超瞬態(tài)電抗很小[3-6],電樞連同負載的時間常數(shù)為0.1s左右;反饋環(huán)節(jié)的時間常數(shù)約為數(shù)十毫秒;交流發(fā)電機勵磁繞組的時間常數(shù)一般可達數(shù)秒,所以消磁主電源電氣部分的慣性主要來自發(fā)電機勵磁繞組,在計算PID控制環(huán)節(jié)參數(shù)時,可先不計其它各環(huán)節(jié)的影響,在不考慮PID環(huán)節(jié)的D參數(shù)時(D參數(shù)在后面考慮),得到簡化的消磁脈沖電源勵磁控制模型如圖5所示。

　　2控制參數(shù)計算

　　消磁脈沖電流最后一個脈沖的幅值很小,這就需要對發(fā)電機輸出的剩磁電壓進行控制。根據(jù)圖6所示的同步發(fā)電機短路特性曲線和圖7所示的空載特性曲線可知,要使最后一個脈沖滿足要求,發(fā)電機空載剩磁電壓須控制在20V以下,而該發(fā)電機的空載剩磁電壓接近100V,故勵磁裝置需產(chǎn)生偏置電流以補償剩磁電壓。補償后實際輸出空載剩磁電壓小于2V。

　　3小結(jié)

　　調(diào)試實踐表明,勵磁裝置的性能決定了基于同步發(fā)電機不控整流的消磁脈沖電源的成敗和輸出脈沖電流波形的品質(zhì),最后得到消磁脈沖電源輸出的單個脈沖的輸出波形(2500A)如圖8所示,連續(xù)脈沖波形(首脈沖5000A)如圖9所示,達到了預(yù)期要求。通過研究發(fā)電機的勵磁控制系統(tǒng),實現(xiàn)了廉價可靠的機遇同步發(fā)電機不控整流的消磁脈沖電源。

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