带整流负载的多相同步发电机稳定装置

摘要

本发明涉及带整流负载的多相同步发电机稳定装置，其目的在于保证多相同步发电机(特别是无刷励磁同步发电机)在单机整流带反电动势负载或多机整流后并联带任意负载时，能消除由于发电机参数设计不当而产生的系统固有振荡，实现稳定运行。本发明的目的是以如下方式来实现的：稳定装置输出直接控制励磁发电机的磁场电流；采用单台发电机整流输出电压ud和负载电流id作反馈信号，经过自适应的比例—积分—微分(PID)电路运算放大，去控制稳定装置的输出功率放大器。

说明书

本发明涉及带整流负载的多相（指三相、六相、十二相等）同步发电机稳定装置。

现代电力机车牵引、石油钻井平台、邮电通信、坑道电站、舰船电力推进等方面需求的直流电源功率越来越大，以带桥式整流输出的多相同步发电机替代传统的换向器式直流发电机作为直流电源越来越多。八十年代以来，国内外先后多次发现：多相同步发电机，特别是多相无刷励磁的同步发电机，在单机整流带反电动势负载（指直流电动机、蓄电池等）或多机整流后并联带任意负载的系统中，可能产生大幅度的固有的低频功率振荡。（例如，日本富士日报（Vol.56.No.2，1983）报导日本“白濑”号破冰船电力推进系统研制过程中就遇到这样的问题。）本发明人研究发现：采用特殊结构适当控制发电机的电磁参数可以使系统避免这种振荡（见待批准的发明专利92102441.X）。对于一般结构的多相发电机（特别是无刷励磁多相同步发电机）由于励磁调节装置可以直接控制的对象不是主发电机磁场，而是同轴励磁发电机的磁场，励磁机惯性环节使得带整流负载的多相发电机系统阶数增高，调节装置时间常数匹配困难，所以通常的励磁调节装置很难消除系统的这种固有振荡。

本发明的目的是要提供一种带整流负载的多相同步发电机稳定装置，以保证多相同步发电机（特别是无刷励磁同步发电机）在单机整流带反电动势负载或多机整流后并联带任意负载时，能消除由于发电机参数设计不当而产生的系统固有振荡，实现稳定运行。

本发明的目的是以如下方式来实现的：稳定装置是一种多相发电机特殊的励磁调节装置，见附图1、2：（1）该励磁调节装置输出控制不是通常调节器控制的励磁发电机的磁场电压，而是直接控制励磁发电机的磁场电流，从而使励磁机磁场回路等效时间常数大大减小，提高了无刷励磁系统的响应速度;（2）该励磁调节装置输入的反馈信号，采用单台发电机整流输出电压u_d和负载电流i_d。（a）在多相发电机整流输出为恒压状态时，经过比例积分电路运算的电压反馈信号与经自适应微分电路运算的电流反馈信号相结合，去直接控制励磁发电机的磁场电流;（b）在多相发电机整流输出为恒流状态时，单独用电流反馈信号，经过自适应的比例-积分-微分电路运算后，直接控制励磁发电机的磁场电流。（c）该励磁装置的自适应控制是指电流反馈的放大倍数能自动适应发电机负载电流的变化。（3）该装置采用电压/频率变换器（V/F）和频率/电压变换器（F/V）与高速光耦相结合的电路，解决了直流电压隔离电路的抗干扰问题，提高了电压反馈信号的运算精度。这些措施有效地解决了多相同步发电机整流系统制约条件多、性能要求高、系统复杂带来的技术难点，保证了该装置能消除由于发电机参数不当而引起的系统固有振荡，实现在全部负载范围内稳定运行，且保证系统的其它静态和动态性能不受影响。

下面结合附图对本发明作进一步的描述。附图1（多相发电机整流系统简图）和附图2（稳定装置原理图）是本发明的一个实施例。附图2中：（1）线性功率放大器T3、T4是串联在励磁发电机磁场回路中的，相当于励磁发电机励磁由受控电流源供电。其回路时间常数大大减小，由电压并联控制时的L/R变为电流串联控制的L/（R_ce+R），R_ce为T3、T4串联后等效集电极-发射极的动态电阻，通常为几百KΩ。（2）在多相发电机恒压输出工作状态时，连动开关K1、K2、K3、K4均合向位置“1”，通过分压器（R1、W1）取出整流输出电压信号u_d，先经V/F-F/V隔离电路，加到放大器A4输入端与基准信号V_ee4比较后经比例积分运算;同时负载电流信号i_d由霍尔传感器CMPA1取样，经自适应微分电路运算后加到放大器A输入端，两路信号综合，经放大后，去控制输出功率放大器T3、T4。（3）在多相发电机恒流输出工作状态时，K1、K2、K3、K4均合向位置“2”，电流信号i_d经CMPA2取样后，由A4和A组成的自适应比例-积分-微分（PID）运算电路运算，经放大后单独控制功率放大器T3、T4。（4）CMPA3与CMPA4分别对电流信号i_d取样，经光电耦合电路去改变放大器A1和A的放大倍数，以保证发电机在不同状态下，稳定装置能随负载电流id的变化自动改变信号放大倍数。