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06-18
摘要：针对不可控整流桥双绕组感应发电机直流侧电压稳定问题，在控制绕组上设计补偿感应发电机。
方提出。
所需无功励磁电流的新方法。
该方法利用锁相环（PLL）检测控制绕组中基波电压的相位，并将其超前90°作为实际需要补偿的励磁无功电流的相位，然后根据检测到的实际电压在功率绕组整流桥直流侧与参考电压进行比较后，通过PI调节确定静止无功发生器（SVG）发出的励磁电流的幅值，这样当负载变化时，控制绕组中所需的励磁电流的大小和频率可以连续调节，以达到稳定直流侧电压的目的。
通过实验和仿真测试验证了该方法的有效性。
关键词：双绕组异步发电机；锁相环；静态无功发生器 1 简介 船舶电站所需的高质量直流电是交流发电机产生的交流电。
整改即可得到。
目前，在船舶电站中，广泛采用同步电机发电系统。
如果采用异步电动机发电系统对直流电进行整流，与同步发电机相比，其功率密度高、结构简单、机械强度高、制造成本低、维护量少。
方便等突出优点。
然而，当感应电动机作为独立发电机运行时，它必须依靠转子剩磁。
适当的电容器并联到感应电动机的定子端以自励并建立电压。
当增加负载时，发电机的端电压降低，导致端电压下降，导致励磁的容性电流减少，导致端电压进一步下降。
因此，异步发电机的端电压在突加负载时会迅速下降，在突加重负载时可能会导致电压崩溃。
在感应发电机中，为了稳定端电压，必须控制电容励磁电流。
然而，异步电机与同步电机的不同之处在于，其容性励磁电流与发电的有功电流耦合在一起，这给控制带来了困难。
针对带整流桥负载的双绕组异步发电机，提出一种稳定整流桥直流侧电压的励磁控制方法。
2 励磁控制系统结构 在本文提到的双绕组发电机中，有两组三相定子绕组。
一组绕组向负载提供功率，称为功率绕组。
另一组连接到静态无功发生器 (SVG)，以补偿功率绕组的综合影响。
电容器产生的容性无功励磁电流的变化称为控制绕组。
由于它们共享相同的磁场，因此两组绕组中感应出的电动势的频率相同。
当负载变化时，由于所需电磁转矩的不同，转差率必然发生变化，产生的交流电的频率也会发生变化。
通过过渡过程使变化稳定后，一定的输出功率必须对应一定的频率。
因此，本文提出的控制思想是：检测控制绕组中基波电压的频率作为应补偿的励磁电流的频率，将功率绕组整流侧的实际电压与参考电压进行比较，并确定PI调整后的SVG输出。
当负载变化时，可以连续调节励磁电流的幅值，从而达到稳定直流侧电压的目的，并获得良好的动态响应过程。
整个控制方案如图1所示，下面介绍具体的控制过程。
图1异步发电系统结构框图 图1中，畸变控制绕组端电压为 (1) 其中：En、θn为各电压有效值和初始相位角 ，其中 θ1=0。
2.1指令产生所需的参考励磁补偿电流i*c1 电路采用锁相环（PLL）通过超前实时跟踪和控制绕组侧相电压eca的基波相位ωt其相位除π/2，得到所需的励磁无功相位；将整流桥直流侧实际电压udc与参考指定电压udc*进行比较，然后通过PI调节，得到所需的励磁电流幅值Im，从而确定参考励磁补偿电流i*c1的相位和幅值已确定。
(2) 2.2 静态无功发生器直流侧电容电压Uc的稳定性 为了使SVG正常工作，需要保持静态无功发生器直流侧电容工作电压的稳定SVG。
根据三相电路瞬时无功功率理论，三相a、b、c的瞬时有功功率分别为 (3) 其中： (4) 由式（3）和式（4）可得 pa＋pb＋pc=p； qa＋qb＋qc=0 (5) 从上面的分析可以看出，各相的瞬时无功功率之和为0，但单独观察某一相时，其瞬时无功功率不为0，这说明各相的瞬时无功功率仅为三个阶段之间进行交换。
，其交换强度用 q 来表征。
因此，对于SVG来说，瞬时无功功率不会引起交流侧和直流侧之间的能量交换。
考虑到直流侧电路的损耗，如果不控制电容器的电压，则无法维持电容器上的工作电压。
必须引入适当的有功电流，使交、直流侧交换一定的能量。
本文提到的控制方案中，将电容上电压的实际值uc与参考值uc*进行比较后，通过PI调节得到所需的有功电流幅值ip，并跟踪eca的基波相位ωt通过PLL实时获得控制直流侧电容电压稳定所需的有功电流相位，从而通过确定其相位和幅值，从而确定控制SVG直流侧电容电压的指令电流信号。
(6) 2.3 形成PWM信号控制SVG 在图1中，SVG产生电流所需的参考信号i*c为 i*c=i*c1+i* uc (7) 将i*c和测量到的ic信号通过电流跟踪控制电路产生PWM信号，然后让PWM信号通过驱动电路来控制SVG中主电路的工作。
(8) 3 稳态实验结果与仿真测试结果 3.1 双绕组异步发电系统参数 发电机空载特性如图2所示。
图2 发电机空载特性 仿真试验中，采用图2所示发电机空载曲线建立电机模型，两组绕组错开90°，换算为参数相同。
原动机转速n=r/min； 发电机极对数p=2； 定子电阻R1=0.Ω； 转子换算为定子侧电阻R2=0.Ω； 定子漏感L11=9mH； 转子换算成定子侧漏感L12=9mH； 整流桥直流侧参考电压U＊dc=V； SVG电容电流参考值U＊c=V； 自激电容C=μF； SVG直流侧电容Cc=μF； 工作电感Ls=10mH接在SVG与控制绕组之间。
3.2 稳态时的实验结果与仿真结果 图3为稳态时整流桥直流侧电压、电流的仿真与实验对比曲线；图4为稳态时发电机交流侧基波频率和整流桥直流侧电流的仿真与实验对比曲线。
从图3和图4可以看出，实验曲线与仿真曲线吻合较好，验证了所建仿真模型的稳态正确性。
图3 整流桥负载特性 图4 直流电流与系统频率的关系 3.3 发电机不受控时加卸载仿真波形 3.3.1 直流侧突加和突加在不控制发电机的情况下去掉40Ω负载 时，从图5和图6可以看出，3.5s突然加40Ω负载时，交流侧电压基频下降，整流桥直流侧电压下降20V左右。
7s卸载时，频率即可恢复，电压可在超调50V左右恢复。
？控制时，从图7和图8可以看出，3.5s突然加20Ω负载时，交流侧电压基频下降，整流桥直流侧电压下降约V。
7s卸载负载，频率即可恢复，电压虽能恢复，但恢复时间较长。
图 7 PLL 跟踪的交流侧电压基频输出 图 8 整流桥直流侧电压 3.4 采用 SVG 补偿容性励磁无功的发电机加卸载仿真波形 发电机的控制 绕组采用SVG用于补偿容性励磁无功电流。
当整流桥直流侧突然加或卸载负载时，从图9至图14可以看出，整流桥直流侧电压对负载大小并不敏感。
突然卸载40Ω和20Ω负载，可以在短暂的过渡时间后保持直流电压的稳定； PLL跟踪的交流侧电压的基频随着负载的变化而变化。
稳定后，40Ω和20Ω对应的某个频率就确定了；除了电容充电阶段出现过冲外，SVG直流侧电容未来可以稳定在规定V附近。
图 9 PLL 跟踪交流侧电压基频输出（突加、突去 40Ω 负载） 图 10 PLL 跟踪交流侧电压基频输出（突加、突去 20Ω 负载） 图 11 整流桥直流侧电压（突加、突去 40Ω 负载） 图 12 整流桥直流侧电压（突加、突去 20Ω 负载） 图 13 SVG 直流侧电容电压（突加、突去20Ω负载） 突去40Ω负载） 图14 SVG直流侧电容电压（突加、突去20Ω负载） 4 结论 从以上实验和仿真结果可以看出，本文提出的采用PLL跟踪基频并结合SVG的励磁控制方案对于带整流桥负载的双绕组异步发电机具有良好的动态和稳态性能。
，具有进一步开展研究的价值。
虽然这种励磁方法仅针对整流桥负载的直流电压稳定性进行了研究，但它也可以推广到其他负载。
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