低压大电流直流电源在舰船、能源以及工业领域有着广泛应用,传统的大电流直流电源以可控整流电源和高频开关电源为主导。可控整流电源器件的功耗较大,系统效率较低,而采用高频同步整流技术实现的低压大电流电源目前则主要依赖进口,且价格特别昂贵。随着电机技术及电力电子技术融合程度逐渐增高,同步发电的一体化系统向高功率密度,高可靠性,高容错能力的方向快速发展,为低压大电流直流输出系统的实现提供更加便捷高效的方式。本文提出一种新型结构每相只有半匝线圈的多三相永磁同步发电机大电流直流发电系统,它主要由12极54槽的同步发电机及两个汇流圆盘构成,在汇流盘表面装有散热导条,散热导条上并联安装整流模块,每三个定子绕组和三相整流支路构成一个独立模块,集成化程度高。首先,对于模块化的三相整流输出系统,设计交流侧电感和直流侧电容参数,使其满足三相整流系统动态和稳态性能要求;为实现多整流模块并联的大功率输出,系统采用分层管理,通过CAN总线完成均流信息传输,实现各模块输出电流均衡。其次,对低压大电流直流发电系统中整流模块采用的PWM整流拓扑进行分析。建立三相静止坐标系下采用开关函数描述的数学模型,对不同开关模式下模型分析,得出开关函数与输出电压之间关系,经坐标变换转换成两相旋转坐标下数学模型。再次,针对如何提高低压大电流电源的效率、性能、可靠性方面的问题,目前主要集中在控制策略上研究。传统的策略是采用线性方法控制非线性系统模型,本文在深入研究李雅普诺夫非线性算法原理的基础上,对李雅普诺夫直接法在PWM整流控制上的应用进行优化,增加均流环控制,形成电压、总线均流双闭环控制,保证输出电压稳定同时确保各整流模块输出电流均衡。由于李雅普诺夫稳定性定理求解出的两个控制变量之间相互耦合,不能保证李雅普诺夫导函数负定,所以本文在此基础上提出一种简单的解耦方法,对控制变量解耦从而保证李雅普诺夫导函数负定,确保控制低压大电流系统在平衡点的稳定。最后,为了验证提出的李亚普诺夫优化算法整流控制策略理论有效性,在Matlab/Simulink软件中搭建了仿真模型进行验证,仿真结果表明,采用李雅普诺夫算法控制的各整流模块具有良好的动态性能,当负载发生突变时,系统仅用0.02s就能重新恢复稳态,且暂态时输出电压、电流超调量低。采用最大均流法,各整流模块电流基本均衡。实验搭建1/6绕组覆盖360度电角度的同步发电机一体化直流输出系统平台,并进行了单模块动态性能测试和多模块并联扰动实验,实验结果基本与仿真一致,验证提出的控制策略具有实际可行性。