三级无刷交流发电机调压系统的建模及仿真分析

李蔚超 吴颜飞

【摘 要】对当前发电机的调压系统进行稳定性的研究测试，主要是通过一种自动控制的理论，分析当前系统受到一些干扰以及受到影响之后的稳定性大小，以及调压系统当中，每一个环节形成的参数，对当前系统性能的影响。

【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.

【关键词】无刷交流发电机;调压器;建模

【Keywords】 brushless alternator; voltage regulator; modeling

【中图分类号】TP391.9                                      【文獻标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）08-0187-02

1 引言

论文主要分析交流发电机当中的调压系统在幅频方面的特性，并对其建模。这种三级式无刷交流同步发电机主要是由主发电机以及励磁机还有副励磁机组成，在这其中，主发电机作为一种旋转式的磁极式发电机，交流励磁机则是一种电枢式的发电机，副励磁机则是作为一种永磁发电机而存在。在交流式的励磁机上，有一种旋转的整流器。发电机在运转的过程当中，就会从励磁机的电枢当中产生一种交流电，这种交流电在经过整流器时直接整合为电流发送给主电机，从而达到供电的效果。而副励磁机主要是帮助调压器进行电压的调控，从而控制电流大小，对电路进行保护。这样一种发电机能够避免出现故障的现象，因此，使用过程当中具有实用性，而且不需要人工进行维护。在电压调节器当中，通过对励磁机的电流进行调节，这样就能够达到调节输出电压的目的。并且在对调压系统的稳定性进行研究分析时，主要就是将这样一种操作的流程用控制的理论知识进行分析，特别是对其中的稳定性进行分析，在受到一些外界的干扰之后，其流动的电压是否稳定。论文主要是通过物理建模来对发电机调压系统进行分析，分别使用了一些新的分析方法对系统当中的电压、电流的稳定性进行全面的分析。通过对这些影响进行分析研究，从而促进系统更加完善。

2 发电机调压系统的发展背景

以前发电机系统在进行研制的过程当中，为了确定调压器和整个发电机的设计参数，需要先研制一个发电系统，并且进行长期的运行试验，完善系统当中的参数设计，最终才能够确立最合理的调压模型。因此，在整个过程当中的研制成本特别高，并且试验的时间也很长。如果通过仿真的技术来进行模拟运作，通过模拟这样的发电机与调压器，最终模拟出一个特别合理的参数，这样就能够减少在研制过程当中的成本，也可以缩短研究的周期[1]。

随着这些年的计算机技术的不断发展，在仿真方面的技术也开始逐渐发展，特别是当前的仿真软件已经运用到了各个行业当中。1998年开始提供电气系统模块库Power System Blockset（PSB），模块库中有特别多的电力系统以及一些专门用于电力驱动的元件。利用模块库的功能能够较好地对发电系统中各个元件进行仿真模型的建立，适用于一些系统建设中的仿真分析。

3 发电机调压系统的建模

3.1 三级发电机建模

对于恒速的发电系统，忽略了当前发电机当中存在的一些阻挠作用以及运行当中的变压器出现电势变化的状况。励磁式的同步发电机也可以形成一种等效的惯性环节，将这样的线性函数表述为G（S）-，其中，K是发电机当中为电压增益的一个常数，t则是发电机的使用时间，这个时间与整体负载的大小有很大的关系。

3.2 调压器建模

在利用仿真软件对调压器进行建模的过程当中，可以将模块分为1：1的等效环节，简单来说，硬件的主要目的就是加快这种调压系统对时间的响应。在进行模块调制的过程当中，主要是由三角波和放大补偿的信号进行交割，最终输出一种PWM信号，这些措施都能够体现将仿真软件与硬件相结合的特性，因此，这一类方法都是可行的。通过对仿真模型图进行分析之后可以发现，副励磁机的整流输出与励磁机之间如果放置一个变换器，就能够将主发电机当中反馈过来的电压与基准的电压进行比较，最终产生一种脉宽可变的PWM波形。通过对励磁机当中的电流变化进行调节与稳定，使得最终输出电压能够维持稳定。

4 调压系统的特性分析

对系统的幅频特性曲线进行分析之后可以看出，如果不进行任何的校正环节，发电机系统在整个系统稳定的情况下就会出现低频增益低的现象。同时，系统当中高频衰减特性差，容易受到一些信号的干扰，如果出现突然的负载变化时，就容易凸显出这样的缺陷。为了使得这个系统能有更大的增益性，在系统当中可以进行一系列的校正环节来进行系统的改善，而PID串联校正正好可以满足这样的系统需求。通过对主发电机的波形输出进行分析研究可以发现，发电机当中的调压系统有特别良好的动态性能，其励磁电流脉动小，在输出电压的过程当中非常平稳。在出现了复杂变化的情况之下，主发电机在电压输出的30秒当中就能够恢复正常的值。

5 结语

通过对三级发电机的调压系统进行幅频特性的分析之后，采取一种带有低通滤波器的PID策略。增加调压系统的增益，特别是提高了当前系统的一种截止频率，能够促进系统在响应方面的速度。通过对发电机与调压器进行建模仿真，最终模拟出一个特别合理的参数，可以减少研制过程当中的成本，缩短研制的周期。

【参考文献】

【1】廖颖熙，穆新华，葛红娟.三级无刷交流发电机调压系统的建模及仿真分析[J].电源世界，2006（5）：47-49.