蘇州銀邦電子技有限公司：

　　代理功率半導體產品及配套器件，IGBT以及配套驅動網上供應商。公司憑借多年的從業(yè)經驗、不懈的開拓精神及良好的商業(yè)信譽，在電力電子行業(yè)樹立了良好的企業(yè)形象，同時與多家電力電子企業(yè)和上市公司長期保持著穩(wěn)定互信的合作關系，也是眾多電子廠商（富士、三菱、英飛凌、西門康，艾塞斯，尼爾，ABB，西瑪，三社、宏微等）的誠信代理商。通過多年的實戰(zhàn)經驗，公司積累了堅實的功率半導體應用知識，為電力拖動、風力發(fā)電、電焊機、電力機車等行業(yè)提供完善的解決方案，為客戶提供技術支持！ 代理品牌：

　　1、富士、英飛凌、三菱、西門康全系列IGBT產品；

　　2、富士、三菱、英飛凌、西門康、仙童、ABB、三社、IR、IXYS、可控硅、單管、整流橋產品；

　　3、CONCEPT、IDC驅動片及驅動板；

　　4、巴斯曼（BUSSMANN)，西門子，日之出等品牌熔斷器、底座、熔芯等；

引言

　　在船舶電站中需要用到的高質量直流電，是由交流發(fā)電機發(fā)出的交流電通過整流得到。目前，在船舶電站中，廣泛應用的為同步電機發(fā)電系統，若采用異步電機發(fā)電系統整流得到直流電，與同步發(fā)電機相比，具有功率密度高，結構簡單，機械強度高，制造成本低，維護方便等突出的優(yōu)點。但感應電機作為發(fā)電機單機運行時，必須依靠轉子剩磁，通過在感應電機定子端并聯適當的電容器自勵建壓，在加負載時，引起發(fā)電機的端電壓下降，端電壓的降低，導致了勵磁的容性電流減小，使端電壓進一步下降，因此，異步發(fā)電機在突加負載時端電壓會下降很快，在突加重載時可能導致電壓的崩潰。在感應發(fā)電機中，要穩(wěn)定端電壓，就必須對容性勵磁電流加以控制，但異步機不同于同步機，它的容性勵磁電流和產生功率的有功電流是耦合在一起的，這給控制帶來了困難。本文針對帶整流橋負載的雙繞組異步發(fā)電機提出了穩(wěn)定整流橋直流側電壓的一種勵磁控制方法。

2    勵磁控制系統的結構

　　在本文所提的雙繞組發(fā)電機中，有兩套三相定子繞組，一套繞組對負載提供功率，稱為功率繞組，另一套接靜止無功發(fā)生器（bbb）來補償功率繞組所并電容器產生的容性無功勵磁電流的變化，稱為控制繞組。由于共用同一個磁場，在兩套繞組中，感應出的電動勢的頻率是相同的，當負載發(fā)生變化時由于所需的電磁轉矩不同，轉差率必然發(fā)生改變，發(fā)出的交流電的頻率也發(fā)生變化，經過過渡過程穩(wěn)定后，對于一個確定的輸出功率必然對應一個確定的頻率。因此本文所提的控制思路為：檢測控制繞組中基波電壓的頻率作為應補償的勵磁電流的頻率，將功率繞組整流側的實際電壓和參考電壓作比較后，經PI調節(jié)后確定bbb發(fā)出的勵磁電流的幅值大小，這樣就可以實現在負載變化時，對控制繞組中所需的勵磁電流的大小和頻率進行連續(xù)調節(jié)，達到穩(wěn)定直流側電壓的目的，并獲得好的動態(tài)響應過程。

式中：En,θn為各次電壓有效值和初相角，其中θ1=0。

2.1    產生所需的參考勵磁補償電流i＊c1的指令

　　電路采用鎖相環(huán)（PLL）實時跟蹤控制繞組側相電壓eca的基波相位ωt,通過將其相位超前π/2，得到所需的勵磁無功相位；把整流橋直流側的實際電壓udc與參考電壓udc＊作比較后經PI調節(jié)得到所需勵磁電流的幅值Im,這樣就確定了參考勵磁補償電流i＊c1的相位和幅值，也就確定了。

        （2）

2.2    靜止無功發(fā)生器直流側電容電壓Uc的穩(wěn)定

　　要使bbb能正常地工作，就必須維持bbb直流側電容上工作電壓的穩(wěn)定。根據三相電路的瞬時無功理論可知，a，b，c三相的瞬時有功功率分別為

        （3）

式中：

        （4）

由式（3）及式（4）得

　　 pa＋pb＋pc=p；qa＋qb＋qc=0    （5）

　　由以上分析可知，各相的瞬時無功功率之和為0，但在單獨觀察某一相時，其瞬時無功功率不為0，這表明各相瞬時無功功率只是在三相之間交換，其交換的強度由q表征，因此，對于bbb而言，瞬時無功功率不會導致交流側和直流側之間的能量交換。考慮到直流側電路的損耗，不對電容器的電壓加以控制的話，電容器上的工作電壓就不能維持，就必須引入適當的有功電流讓交流和直流側交換一定的能量。在本文提及的控制方案中，采用電容器上電壓的實際值uc與參考值uc＊作比較后，經PI調節(jié)得到所需的有功電流的幅值ip，通過PLL實時跟蹤eca的基波相位ωt,得到控制直流側電容電壓穩(wěn)定所需的有功電流相位，這樣通過確定其相位和幅值就確定了控制bbb直流側電容電壓的指令電流信號。

        （6）

2.3    控制bbb的PWM信號的形成

　　 i＊c=i＊c1＋i＊uc    （7）

　　把i＊c和實測的ic信號通過電流跟蹤控制電路產生PWM信號，再讓PWM信號經過驅動電路控制bbb中主電路的工作。

        （8）

3    穩(wěn)態(tài)實驗結果及仿真試驗結果

3.1    雙繞組異步發(fā)電系統參數

　　在仿真試驗中，電機模型的建立采用圖2所示的發(fā)電機空載曲線，兩套繞組錯開90°，并折算成具有相同的參數。

　　原動機轉速n=1500r/min；

　　發(fā)電機極對數p=2；

　　定子電阻R1=0.665Ω；

　　轉子折算到定子側電阻R2=0.374Ω；

　　定子漏感L11=9mH；

　　轉子折算到定子側漏感L12=9mH；

　　整流橋直流側參考電壓U＊dc=500V；

　　bbb電容電流參考值U＊c=700V；

　　自勵電容C=100μF；

　　bbb直流側電容Cc=100μF；

　　連接bbb和控制繞組之間的工作電感Ls=10mH。

3.2    穩(wěn)態(tài)時的實驗結果與仿真結果

3.3    對發(fā)電機不加控制時的加載和卸載仿真波形

3.3.1    整流橋直流側突加和突卸40Ω負載

　　在3.5s時突加40Ω負載，交流側電壓基波頻率下降，整流橋直流側電壓下掉約20V，當在7s時卸載，頻率能恢復，電壓能在超調約50V恢復。

3.3.2    整流橋直流側突加和突卸20Ω負載

　　頻率能恢復，電壓雖然能恢復，但恢復時間較長。

3.4    對發(fā)電機采用bbb補償容性勵磁無功的加載和卸載仿真波形

　　對發(fā)電機控制繞組采用bbb補償容性勵磁無功電流，在整流橋直流側突加和突卸負載時，從圖9到圖14可以看出，整流橋直流側電壓對負載的大小不敏感，對于突加和突卸40Ω和20Ω負載，都能經過一個較短的過渡時間后保持直流電壓的穩(wěn)定；PLL跟蹤的交流側電壓基波頻率隨著負載的改變而改變，進入穩(wěn)定后，40Ω和20Ω是分別對應了一個確定的頻率；bbb直流側電容除了在電容充電階段有一個過沖外，以后都能穩(wěn)定的700V附近。

4    結語

　　從以上的實驗和仿真結果可以看出，本文提出的采用PLL跟蹤基波頻率，帶bbb的勵磁控制方案對于帶整流橋負載的雙繞組異步發(fā)電機有很好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，有進一步進行研究的價值。這種勵磁方法雖然只針對帶整流橋負載的直流電壓的穩(wěn)定問題進行了研究，也可推廣到其它負載。