十二相同步发电机由于具有功率密度高、输出电压脉动小以及容错性强等优点,广泛应用于船舰直流发电系统中。船舰直流发电系统对功率等级和可靠性要求较高,需多个整流单元并联以提高输出功率,同时需加入电源监控系统监测十二相同步发电机整流系统的工作状态。本文主要针对十二相同步发电机设计了一套大功率电能变换与电源监控系统。电能变换主电路由4组三相桥式晶闸管整流电路组成,将发电机发出的交流电变为直流电,为直流微网供电。电源监控系统采集电压、电流以及温度等信号,实现主电路的闭环控制,同时监测系统运行状况。本文对主电路的运行特性进行了简要的分析,给出了晶闸管和滤波器的参数设计,并校验了主电路功耗。设计了硬件电路,包括触发电路、辅助电源、整流单元控制器及外围电路。触发电路采用脉冲链的触发形式,减小了触发板的功率损耗。辅助电源利用固态继电器和多路冗余供电模式,提高了系统的可靠性。为了获取十二相发电机输出交流电压的相位,首先分析了单同步参考坐标系锁相法的锁相原理,分析出三相电压不对称时锁相环输出的正序分量的幅值和相位受到负序分量的扰动,不能准确跟踪正序分量。为了分离正、负序分量,引入正序和负序双同步旋转坐标系,推导出了两坐标系下正、负序分量以及相位角之间的数学关系,据此建立了正、序分量的解耦网络,进而准确获取正序分量的相位信息。针对多组整流单元并联工作功率不均衡的问题,本文采用主从控制策略。主机采用恒压模式,稳定直流母线电压。从机采用恒流模式,用于均衡各组整流单元输出电流。为了提高负载突变时直流母线电压的动态响应速度,引入输出电流前馈控制,只需增加一个输出电流传感器就可以有效提高系统的动态性能。同时进行了系统软件设计,包括主程序、闭环控制程序、锁相环程序和辅助电源程序。最后搭建了主电路和锁相环的仿真模型和实验样机,进行了仿真和实验验证。实验结果表明:主电路输出电压幅值与理论分析一致,输出电压脉动小,工作稳定可靠;主从均流控制均流效果好,各组整流单元输出电流趋于一致;输出直流电流前馈控制提高了直流母线电压的动态响应速度。锁相环在三相电压不对称、含高次谐波、频率偏移以及突变时,双同步参考坐标系锁相法均能准确锁相。