[发明专利]基于原动机调速的恒直流母线电压永磁发电机组

说明书

技术领域

本发明属于电气工程领域，涉及一种基于原动机调速的恒直流母线电压永磁发电机组。

背景技术

本专利受国家863项目(2012AA061303）及国家重大科学仪器设备开发专项（2012YQ05024207）资助。近年来，由于经济发展和资源分布不均衡而造成的电力紧缺现象突出，使独立电源在国民经济发展中的作用更为明显。独立电源作为主电源或备用电源在船舶、航空、通信、军事、医院、应急、救灾等众多领域得到了广泛的应用。与大电网配合，独立电源可大大的提高供电可靠性，可在电网崩溃和意外灾害情况下，维持重要用户供电，可避免一些灾难性后果。

目前这种独立电源，都是由原动机-电励磁同步电机组成的恒频恒压电源。系统通过调节原动机的转速实现恒频，调节发电机的励磁维持恒压，增加了系统的复杂性。另外，占发电机额定容量(3-5)%的励磁功率,也以热的形式消耗在电机的转子上,降低了系统的效率，增加了系统的故障因素。

永磁发电机因其功率因数高、效率高、结构简单、功率密度高等诸多显著优点，得到了越来越多的关注和应用。但永磁发电机不能同电励磁同步发电机一样通过调节励磁的方法调节输出电压，很难维持发电机的输出端电压恒定，绕组和永磁体的温度系数的存在，加剧了发电机输出端电压随负载变化的程度。电压幅值的不可控在一定程度上限制了永磁发电机的应用。

为了改变独立电源存在的弊端，一些专利提出了不同方法。实用新型专利“调速节油柴油发电机组供电轮胎式龙门集装箱起重机”（200920108181.4）是针对可调速运行的柴油发电机组，根据负载功率的变化调节柴油发电机组的运行速度，实现节能运行，但依旧采用电励磁同步发电机，且柴油机的转速可变范围较大，很难维持发电机的输出电压在一定的范围内，以满足变频器输入电压变化范围的要求；发明专利“一种变速永磁交流发电机系统及其双端口稳压控制方法”（201210205337.7）是在现有发电机系统的直流输出端电压稳定的前提下，当发电机转速显著变化时能够克服交流输出端电压亦显著变化的问题，实现永磁交流发电机系统的双端口稳压，重点在于发电机转速变化时，如何通过对电机交直轴电流的控制实现交流输出端的稳压，需要转子位置、转速、交流电压检测模块以及复杂的控制器，且在原动机转速变化范围较大时很难维持发电机的端电压恒定；发明专利“一种通信基站的变频节能柴油发电机组”（201110344828.5）是将永磁发电机输出的交流电转换成一个稳定的直流电直接供给直流负载，柴油发动机的转速和永磁发电机的输出电压变化范围大，需采用可控不可控整流模块；实用新型专利“逆变式交流永磁发电机组”（200620163948.X）采用的是机械式调速器，介绍了发电机组的构成及工作原理，但没有对其可行性进行说明；实用新型专利“一种永磁发电机组稳压装置”（201220575418.1）是在原发动机转速反馈信号的基础上，增加了发电机电压反馈信号，目标是维持发电机的电压、频率均在规定范围之内，由于永磁发电机的电压调整率在10%左右，变化范围较大，实现这一目标较为困难。虽然这些专利对传统的电励磁发电机组或永磁发电机组进行了不同改进，但都存在一定的局限性，且控制较为复杂。

发明内容

发明目的：

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于原动机调速的恒直流母线电压永磁发电机组，永磁发电机在原动机的驱动下发出的三相交流电经整流滤波电路得到电压幅值恒定的直流电给负载供电。通过电压反馈及PI调节实现发电机输出电压的无静差调节，此过程中燃料控制阀随负载变化而变化，实现了原动机输出功率与负载功率相匹配的目的。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案实施的：

一种基于原动机调速的恒直流母线电压永磁发电机组，包括原动机、永磁发电机、不可控整流模块、电压传感器、PI调节器、电容组、直流母线、燃料调节机构和逆变器，其特征在于：永磁发电机由原动机驱动，永磁发电机的输出端连接交流电抗器，交流电抗器连接不可控整流模块的输入端，不可控整流模块的正极输出端通过直流电抗器和直流母线连接逆变器的正极输入端，不可控整流模块的负极输出端通过预充电回路连接逆变器的负极输入端，制动电阻与电容组并联，电容组并联在逆变器输入端的正极与负极之间；逆变器的输出端连接负载；永磁发电机连接电压传感器，通过电压反馈的PI调节器连接燃料调节机构，燃料调节机构调节原动机的转速。

以永磁发电机端电压作为反馈信号实现发电机组的单闭环控制，通过电压反馈的PI调节器实现发电机端电压的无静差调节，负载变化时，通过调节原动机转速维持发电机端电压恒定。