[發明專利]基于原動機調速的恒直流母線電壓永磁發電機組

有效

• 申請號: 201410721521.6
• 申請日: 2014-12-03
• 公開（公告）號: CN104467583B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 張炳義;何功飛;馮桂宏;張化光
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H02P9/04
• 分類號: H02P9/04;H02P101/25
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙)21115
• 代理人: 宋鐵軍,周楠

技術領域

本發明屬于電氣工程領域，涉及一種基于原動機調速的恒直流母線電壓永磁發電機組。

背景技術

本專利受國家863項目(2012AA061303）及國家重大科學儀器設備開發專項（2012YQ05024207）資助。近年來，由于經濟發展和資源分布不均衡而造成的電力緊缺現象突出，使獨立電源在國民經濟發展中的作用更為明顯。獨立電源作為主電源或備用電源在船舶、航空、通信、軍事、醫院、應急、救災等眾多領域得到了廣泛的應用。與大電網配合，獨立電源可大大的提高供電可靠性，可在電網崩潰和意外災害情況下，維持重要用戶供電，可避免一些災難性后果。

目前這種獨立電源，都是由原動機-電勵磁同步電機組成的恒頻恒壓電源。系統通過調節原動機的轉速實現恒頻，調節發電機的勵磁維持恒壓，增加了系統的復雜性。另外，占發電機額定容量(3-5)%的勵磁功率,也以熱的形式消耗在電機的轉子上,降低了系統的效率，增加了系統的故障因素。

永磁發電機因其功率因數高、效率高、結構簡單、功率密度高等諸多顯著優點，得到了越來越多的關注和應用。但永磁發電機不能同電勵磁同步發電機一樣通過調節勵磁的方法調節輸出電壓，很難維持發電機的輸出端電壓恒定，繞組和永磁體的溫度系數的存在，加劇了發電機輸出端電壓隨負載變化的程度。電壓幅值的不可控在一定程度上限制了永磁發電機的應用。

為了改變獨立電源存在的弊端，一些專利提出了不同方法。實用新型專利“調速節油柴油發電機組供電輪胎式龍門集裝箱起重機”（200920108181.4）是針對可調速運行的柴油發電機組，根據負載功率的變化調節柴油發電機組的運行速度，實現節能運行，但依舊采用電勵磁同步發電機，且柴油機的轉速可變范圍較大，很難維持發電機的輸出電壓在一定的范圍內，以滿足變頻器輸入電壓變化范圍的要求；發明專利“一種變速永磁交流發電機系統及其雙端口穩壓控制方法”（201210205337.7）是在現有發電機系統的直流輸出端電壓穩定的前提下，當發電機轉速顯著變化時能夠克服交流輸出端電壓亦顯著變化的問題，實現永磁交流發電機系統的雙端口穩壓，重點在于發電機轉速變化時，如何通過對電機交直軸電流的控制實現交流輸出端的穩壓，需要轉子位置、轉速、交流電壓檢測模塊以及復雜的控制器，且在原動機轉速變化范圍較大時很難維持發電機的端電壓恒定；發明專利“一種通信基站的變頻節能柴油發電機組”（201110344828.5）是將永磁發電機輸出的交流電轉換成一個穩定的直流電直接供給直流負載，柴油發動機的轉速和永磁發電機的輸出電壓變化范圍大，需采用可控不可控整流模塊；實用新型專利“逆變式交流永磁發電機組”（200620163948.X）采用的是機械式調速器，介紹了發電機組的構成及工作原理，但沒有對其可行性進行說明；實用新型專利“一種永磁發電機組穩壓裝置”（201220575418.1）是在原發動機轉速反饋信號的基礎上，增加了發電機電壓反饋信號，目標是維持發電機的電壓、頻率均在規定范圍之內，由于永磁發電機的電壓調整率在10%左右，變化范圍較大，實現這一目標較為困難。雖然這些專利對傳統的電勵磁發電機組或永磁發電機組進行了不同改進，但都存在一定的局限性，且控制較為復雜。

發明內容

發明目的：

為了解決上述問題，本發明提出了一種基于原動機調速的恒直流母線電壓永磁發電機組，永磁發電機在原動機的驅動下發出的三相交流電經整流濾波電路得到電壓幅值恒定的直流電給負載供電。通過電壓反饋及PI調節實現發電機輸出電壓的無靜差調節，此過程中燃料控制閥隨負載變化而變化，實現了原動機輸出功率與負載功率相匹配的目的。

技術方案：

本發明是通過以下技術方案實施的：

一種基于原動機調速的恒直流母線電壓永磁發電機組，包括原動機、永磁發電機、不可控整流模塊、電壓傳感器、PI調節器、電容組、直流母線、燃料調節機構和逆變器，其特征在于：永磁發電機由原動機驅動，永磁發電機的輸出端連接交流電抗器，交流電抗器連接不可控整流模塊的輸入端，不可控整流模塊的正極輸出端通過直流電抗器和直流母線連接逆變器的正極輸入端，不可控整流模塊的負極輸出端通過預充電回路連接逆變器的負極輸入端，制動電阻與電容組并聯，電容組并聯在逆變器輸入端的正極與負極之間；逆變器的輸出端連接負載；永磁發電機連接電壓傳感器，通過電壓反饋的PI調節器連接燃料調節機構，燃料調節機構調節原動機的轉速。

以永磁發電機端電壓作為反饋信號實現發電機組的單閉環控制，通過電壓反饋的PI調節器實現發電機端電壓的無靜差調節，負載變化時，通過調節原動機轉速維持發電機端電壓恒定。