【技术实现步骤摘要】
本申请涉及直流电源，尤其是涉及一种通过对发动机转速调整来稳定输出大功率直流电源的技术，适用于负载变化频次高输出功率比较大的直流电源应用。
技术介绍
1、目前国内外柴油机直流发电机组调压稳压技术大多采用定速工作状态，发电机输出电压经过整流后采用开关电源控制输出直流电源或bug降压电路控制输出直流电源，大多应用于小功率需求的直流电源输出。目前所采用的通过开关电源控制输出直流电源或bug降压电路控制输出直流电源，单块电源一般不超过700w，要想实现更大功率(大于1kw)输出，必需要使用多块电源模块并联使用，如果一块或多块电源模块损坏，会带来雪崩效应，这种组合电源模块成本较高，可靠性随组合增加不断降低，组合输出的电源模块管理技术相对要求提升，加上集中散热管理系统，整个电源体积也会变得较大；用定速柴油机发动机驱动的交流发电机组，经过整流后虽然也能输出大功率直流电源，但交流电机体积相对较大，整流块散热问题非常突出，在大电流突加载、突卸载时，浪涌电压无法拟制，这给用电设备带来巨大的欠压、过压损坏风险。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足而提供一种高品质、电压输出稳定的大功率28v直流电源。
2、本专利技术所采用的技术方案在于：一种大功率28v直流电源，包括具有can通讯调速控制功能的发动机、结合发动机输出功率扭矩特性设计的水冷永磁交流发电机、用于通过对发动机转速调整以稳定输出大功率直流电压的发电系统控制器。
3、所述发电系统控制器包括整流电路、输
4、所述发动机、水冷永磁交流发电机同轴连接，实现能量转换；所述水冷永磁交流发电机u/v/w三相输出通过铜排电缆与整流电路输入端电连接，实现交直流转换；所述输出电压反馈电路、数模处理电路、pi运算电路、can通讯电路通过pcb电路与cpu(arm)电路电连接，实现发动机转速目标值指令下发；所述can通讯电路与发动机ecu电连接，传递目标转速指令；所述发动机ecu接收下发的目标转速指令并据此控制发动机转速。
5、所述发动机启动后，带动水冷永磁交流发电机旋转输出，通过整流电路整流，输出的直流电压由输出电压反馈电路进行电压反馈；发电控制cpu(arm)电路将输出电压反馈电路的反馈结果发送给pi运算电路处理得到控制发动机转速的目标值，然后通过can通讯电路发送目标转速值指令对发动机的转速进行控制。
6、所述发动机与水冷永磁交流发电机机械联接。
7、所述整流电路采用5块mos管整流模块分两组三相整流输出，单块mos管最大可提供300a的输出电流。
8、所述结合发动机输出功率扭矩特性设计的水冷永磁交流发电机的数学模型如下：
9、磁链方程：
10、
11、电压方程：
12、
13、电磁转矩方程：
14、
15、机械运动方程：
16、
17、其中，te为电磁转矩；ud为工作电压；id、iq、ld、lq分别为d轴和q轴的电流与电感；ψf为永磁铁磁链；ψd为定子绕组d轴磁链；ψq为定子绕组q轴磁链；rs为定子绕组电阻；为d轴电流对时间偏导数；为q轴电流对时间偏导数；ωe为电角速度；p为极对数；j为转动惯量；ω为机械角速度；b为系统的黏滞摩擦系数；tl为负载转矩；
18、由式(4)可以得到
19、
20、为了提高系统的抗干扰性，考虑转矩受黏滞摩擦系数的影响，对速度环引入一个用功阻尼ba环节，并定义
21、iq＝i′q-saω (6)
22、式中，ba为有功阻尼参数；i′q为考虑黏滞摩擦补偿后的定子电流分量；
23、采用磁场定向控制策略，并假定电机在空载的情况下启动，则由式(3)和式(5)可得
24、
25、则
26、
27、转速环的闭环带宽α表达式为
28、
29、则有
30、
31、采用pi调节器，则转速环控制器的控制关系为
32、
33、其中ki＝αkp。
34、所述水冷永磁交流发电机(2)的额定转速为所述发动机的最大扭矩输出对应的转速。
35、所述发电系统控制器采用的控制模型满足如下公式：
36、u(t)＝kp×e(t)+ki×∫e(t)dt
37、式中：
38、u(t)为目标电压值；
39、e(t)为输出电压反馈电路(4)反馈的实际电压值与目标电压值u(t)之间的差值；
40、kp为比例系数；ki为积分系数；
41、当电流瞬时增大幅度过大，会导致电压下降幅度过大，电压下降到控制阈值时，控制器给发动机提速指令；当电流瞬时减小幅度过大，会导致电压上升幅度过大，电压上升到控制阈值时，控制器给发动机降速指令；通过目标电压与实际电压差值计算发动机转速改变值，发动机转速达到目标值后，再次比较实际电压与目标电压，若实际电压与目标电压值不一致，则继续计算需要调整的发动机转速，并给发动机调速指令，直至实际电压与目标电压值一致，电压控制过程结束。
42、本专利技术还提供一种大功率28v直流电源控制方法，包括用于通过对发动机转速调整以稳定输出大功率直流电压的发电系统控制器；所述发电系统控制器包括整流电路、输出电压反馈电路、数模处理电路、pi运算电路、can通讯电路、cpu(arm)电路；发动机启动后，带动水冷永磁交流发电机旋转输出，通过整流电路整流，输出的直流电压由输出电压反馈电路进行电压反馈；发电控制cpu(arm)电路将输出电压反馈电路的反馈结果发送给pi运算电路处理，得到控制发动机转速的目标值，然后通过can通讯电路发送目标转速值指令对发动机的转速进行控制。
43、与目前国内外现有调压稳压直流电源技术相比，本专利技术通过调速稳压输出大功率28伏的直流电源，发电机的设计结合了发动机最大扭矩转速、最佳的燃油经济点特性，能够以较低的成本实现大功率直流电流输出。另外本专利技术运用中实现小功率输出时发动机低速运转，大功率输出时发动机高速运转，可以在较大的转速范围内实现电压稳定的大功率直流电源输出，同时又能降低柴油机的油耗及噪声。
44、本专利技术所提供的通过调速稳压技术输出大功率28v直流电源的方法具有发电系统结构更加紧凑，发电系统体积小，重量减轻、效率得到提高等优点。
45、本专利技术以较低的成本实现低电压大电流输出，在负载功率高频次变化时，实现宽转速范围内稳定输出28v电源。当发电机负载减小时，发动机不需要提供较大扭矩用来克服发电机输出电磁转矩，这时可以降低发动机转速，实现低噪声、低油耗、低磨损的经济运行状态。该技术运用，在提供高品质的电源时，能降低柴油机的油耗及噪声，延长发动机的保养周期，充分降低电源系统运行成本。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大功率28V直流电源，其特征在于，包括具有CAN通讯调速控制功能的发动机、结合发动机输出功率扭矩特性设计的水冷永磁交流发电机、用于通过对发动机转速调整以稳定输出大功率直流电压的发电系统控制器。
2.根据权利要求1所述的一种大功率28V直流电源，其特征在于，所述发电系统控制器包括整流电路、输出电压反馈电路、数模处理电路、PI运算电路、CAN通讯电路、CPU电路。
3.根据权利要求2所述的一种大功率28V直流电源，其特征在于，所述发动机、水冷永磁交流发电机同轴连接，实现能量转换；所述水冷永磁交流发电机U/V/W三相输出与整流电路输入端电连接，实现交直流转换；所述输出电压反馈电路、数模处理电路、PI运算电路、CAN通讯电路通过PCB电路与CPU电路电连接，实现发动机转速目标值指令下发；所述CAN通讯电路与发动机ECU电连接，传递目标转速指令；所述发动机ECU接收下发的目标转速指令并据此控制发动机转速。
4.根据权利要求3所述的一种大功率28V直流电源，其特征在于，所述发动机启动后，带动水冷永磁交流发电机旋转输出，通过整流电路整流，输出的直流电
5.根据权利要求1所述的一种大功率28V直流电源，其特征在于，所述发动机与水冷永磁交流发电机机械联接。
6.根据权利要求2所述的一种大功率28V直流电源，其特征在于，所述整流电路采用5块MOS管整流模块分两组三相整流输出，单块MOS管最大可提供300A的输出电流。
7.根据权利要求1所述的一种大功率28V直流电源，其特征在于，所述结合发动机输出功率扭矩特性设计的水冷永磁交流发电机的数学模型如下：
8.根据权利要求7所述的一种大功率28V直流电源，其特征在于，所述水冷永磁交流发电机的额定转速为所述发动机的最大扭矩输出对应的转速。
9.根据权利要求1所述的一种大功率28V直流电源，其特征在于，所述发电系统控制器采用的控制模型满足下式：
10.一种大功率28V直流电源控制方法，其特征在于，包括用于通过对发动机转速调整以稳定输出大功率直流电压的发电系统控制器；所述发电系统控制器包括整流电路、输出电压反馈电路、数模处理电路、PI运算电路、CAN通讯电路、CPU电路；发动机启动后，带动水冷永磁交流发电机旋转输出，通过整流电路整流，输出的直流电压由输出电压反馈电路进行电压反馈；发电控制CPU电路将输出电压反馈电路的反馈结果发送给PI运算电路处理，得到控制发动机转速的目标值，然后通过CAN通讯电路发送目标转速值指令对发动机的转速进行控制。
...【技术特征摘要】
1.一种大功率28v直流电源，其特征在于，包括具有can通讯调速控制功能的发动机、结合发动机输出功率扭矩特性设计的水冷永磁交流发电机、用于通过对发动机转速调整以稳定输出大功率直流电压的发电系统控制器。
2.根据权利要求1所述的一种大功率28v直流电源，其特征在于，所述发电系统控制器包括整流电路、输出电压反馈电路、数模处理电路、pi运算电路、can通讯电路、cpu电路。
3.根据权利要求2所述的一种大功率28v直流电源，其特征在于，所述发动机、水冷永磁交流发电机同轴连接，实现能量转换；所述水冷永磁交流发电机u/v/w三相输出与整流电路输入端电连接，实现交直流转换；所述输出电压反馈电路、数模处理电路、pi运算电路、can通讯电路通过pcb电路与cpu电路电连接，实现发动机转速目标值指令下发；所述can通讯电路与发动机ecu电连接，传递目标转速指令；所述发动机ecu接收下发的目标转速指令并据此控制发动机转速。
4.根据权利要求3所述的一种大功率28v直流电源，其特征在于，所述发动机启动后，带动水冷永磁交流发电机旋转输出，通过整流电路整流，输出的直流电压由输出电压反馈电路进行电压反馈；cpu电路将输出电压反馈电路的反馈结果发送给pi运算电路处理得到控制发动机转速的目标值，然后通过can通讯电路发送目标转速值指令对发动机的转速进行控制。
5....
【专利技术属性】
技术研发人员：王长军，易素雯，范超，李蔚超，阮美琪，石艳，
申请(专利权)人：襄阳航力机电技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。