交错磁极混合励磁同步发电机数学模型研究

交错磁极混合励磁同步发电机的导磁套筒、转子为实心结构,为准确计算发电机暂态性能,必须考虑实心结构的涡流效应。类似于电励磁发电机,该文将导磁套筒、转子的涡流效应集中等效为d轴与q轴阻尼绕组,建立考虑涡流效应的混合励磁发电机数学模型;然后,利用三维有限元法对该发电机频率特性进行分析,揭示该发电机瞬态参数L’d与L"d标幺值较大(分别为0.49与0.32),且L’d与Ld标幺值比较接近(Ld的标幺值为0.53)的特点,并从理论上分析得出,该发电机带整流负载时能够稳定运行;最后,通过试验验证了该发电机数学模型的正确性。

隐极整流同步发电机负载气隙磁密分布解析计算

针对隐极整流同步发电机负载气隙磁场解析计算问题,应用分布磁路法,建立交流负载工况下的气隙磁路解析模型,可考虑磁路饱和的影响;应用保角变换法,建立定、转子开槽下的气隙相对比磁导函数,可考虑齿槽效应、绕组槽型结构的影响。通过将解析结果与有限元仿真结果对比表明,考虑齿槽效应后的气隙磁密解析计算波形与有限元仿真得到的结果吻合较好,其中解析计算得到的基波磁密幅值准确度较高,相对误差小于1%,同时采用解析方法的计算时间仅需几十秒,相较于有限元法1个小时以上的计算时长,实现了对负载气隙磁密分布的快速解析计算,从而验证了分布磁路法计算负载工况下气隙磁场的有效性和效率,对该类电机的磁路精确设计和电磁性能分析具有一定的理论指导意义。

变频驱动三相感应电机系统稳定性的数学推导与分析

变频驱动感应电机系统在低转速、轻载下容易出现低频振荡现象。以变频驱动的三相电机系统为例,由电机小扰动模型及逆变系统开关模型入手,推导出全系统小扰动数学模型。利用现代控制理论赫尔维兹判据分析了系统的稳定性并绘制出三维不稳定区域,详细分析了不同运行工况下电机参数、直流滤波电感电容、变频器死区时间、调制频率、调制比等参数变化时对系统稳定性的影响规律并得到了仿真及实验验证。此推导与分析过程可以推广至变频驱动的多相感应电机系统中,结论有助于此类系统参数合理设计与稳定运行。

多相混联式整流发电机系统直流侧短路电流

针对多相混联式整流发电机系统直流侧突然短路的问题,以十二相整流发电机系统为例,分析了十二相整流输出端不同联接方式,并推导了交流侧短路电流的解析表达式和不同串并混联方式下的多相整流系统直流侧短路电流,进而获得了各种联接方式下直流侧短路电流的解析表达式,总结归纳出了相应联接方式下的直流侧和交流侧短路电流比值范围,结果表明,即使均采用"两并两串"方式,但不同串并组合时的直流侧短路电流峰值是不同的;通过有限元仿真和样机试验验证了理论分析结果的正确性,为舰船电力系统开关保护装置的合理选择和设计提供了指导,研究方法可推广至其他多相整流发电机在任意混联拓扑输出方式下的直流侧短路电流分析。

变频驱动电机系统的参数匹配性及静态稳定性分析

基于变频驱动异步电机系统小扰动下的数学模型,采用Hurwitz判据及根轨迹法分析了异步电机参数、变频器参数、滤波器参数以及不同运行工况等对系统稳定性的影响规律,并通过仿真和实验证明了理论分析的正确性,最后基于Middlebrook输入输出阻抗判据对该类级联系统的静态稳定性进行了研究,即从物理上对系统失稳进行了分析,结果表明:滤波环节的引入是导致系统静态稳定性下降的主要因素。

基于改进磁链估计法的PMSM无位置传感器控制

目前,永磁同步电机的中高速区无位置传感器辨识算法中,磁链估计法的应用最为广泛、技术最为成熟,在中高速时对转子位置和转速的估计准确度最高。但传统的磁链估计法普遍存在直流偏置问题和准确估算转子位置问题,为了提高辨识精度,论文提出一种基于二阶高通滤波器的磁链估计法优化策略,二阶高通滤波器由两个相同的一阶高通滤波器串联而成,对于定子磁链的滤波效果更好。最后,通过仿真验证该方法的有效性。

发电机可靠性寿命模拟试验的设计

结合使用中发电机出现的故障机理,提出了模拟舰船环境的可靠性寿命试验的设计方法,为进行该型发电机的寿命评估提供试验数据。试验的设计方法对进行类似机电产品可靠性寿命实验具有指导意义。

非正弦供电十五相感应电机气隙磁势分析

根据非正弦供电十五相感应电机不同次谐波电流可以产生同速气隙磁势的特点,说明利用3次谐波磁势降低基波磁势幅值以改善电机性能指标的理论根据,并确定叠加磁势峰值达到最小时的3次谐波激磁电流表达式。对感应电机中的非正弦电流进行傅里叶分解,通过计算各次谐波电流产生的不同次谐波磁势,揭示了谐波电流产生同次谐波磁势时、其转速为同步速之规律。以叠加磁势数学表达式为基础,通过求导计算叠加磁势峰值,再由优化方法中的直接法确定出叠加磁势最小峰值以及相应3次谐波激磁电流有效值和相位角。分析了磁势峰值降低后电机性能指标改善及功率密度提高的原因,为十五相感应电机优化提供了理论基础。

非正弦供电十五相感应电机磁路计算方法

鉴于电机气隙磁势为非正弦分布磁势,提出分布磁路法对非正弦供电十五相感应电机进行磁路计算并求出激磁电抗。分布磁路法从基波和3次谐波合成磁势出发,在电机半个极范围内进行等间隔周向分块,通过迭代计算得到沿圆周各节点气隙磁密,并由傅里叶分解得到基波和3次谐波磁密。以等值电路为基础同时结合分布磁路法,迭代计算给定电压下基波激磁电抗与3次谐波激磁电抗。对非正弦供电十五相感应电机样机进行空载实验,得到基波激磁电抗与3次谐波激磁电抗实测值。激磁电抗计算值与实测值相互吻合,说明了分布磁路法的有效性和准确性。

非正弦供电十五相感应电机定子漏抗计算

为获得非正弦供电十五相感应电机基波和3次谐波等值电路中的定子漏抗参数,提出了基波和3次谐波定子槽漏抗、谐波漏抗和端部漏抗的分析方法并进行了计算。从槽比漏磁导公式出发求出了基波与3次谐波下的定子槽漏抗。考虑了十五相感应电机定子绕组基波电流与3次谐波电流产生磁势之不同特点,由各自谐波比漏磁导求出相应的谐波漏抗。通过引入气隙电流和镜像电流,用数值法计算线圈间端部电感作为求取基波和3次谐波端部漏抗的基础。分析计算表明,定子整距集中绕组的3次谐波槽漏抗为基波槽漏抗的3倍,但对谐波漏抗和端部漏抗无此比例关系成立。在基波电压下对十五相感应电机样机进行了堵转实验,短路电抗实测值与定转子漏抗计算值相互吻合,间接验证了该文所用计算方法的正确性。

多相电机定子绕组组合模式对磁动势与参数的影响

多相绕组不同于三相绕组之处是其具有绕组组合的灵活性,确定多相电机定子绕组组合模式则为电磁设计的前提条件。根据多相电机的运行要求,选择对称三相绕组为多相整流发电机定子绕组的基本组成单元,对称四相或五相绕组为变频器供电多相电动机定子绕组的基本组成单元。针对多相电机相数为偶数或奇数、定子绕组半对称与全对称结构4种组合模式,分别进行磁动势分析与定子参数分析。结果表明,在电机相数为偶数时,半对称组合模式比全对称组合模式更有利于消除空间谐波磁动势;而在电机相数为奇数时,半对称组合模式与全对称组合模式在消除空间谐波磁动势方面没有区别,两种模式下稳态定子参数也相等。分析结果为多相定子绕组组合模式的选定提供了依据。

非正弦供电十五相感应电机谐波电压确定

通过确定非正弦供电十五相感应电机的3次谐波注入电压,为电机PWM调制提供理论依据。把注入3次谐波电压的十五相感应电机气隙磁动势峰值下降幅度最大作为电机理想运行准则,得到基波磁动势与3次谐波磁动势之间空间位置关系与磁动势幅值间数值关系。以十五相感应电机基波等值电路与3次谐波等值电路为基础并从相应的激磁电流出发,计算基波电压与3次谐波电压有效值,求出3次谐波负幅值点与基波正幅值点间相位差,并通过电机空载实验对计算方法的准确性进行了验证。在额定基波电压下,计算了对应于不同给定转差率的基波激磁电流与3次谐波激磁电流,进而得到3次谐波电压有效值及磁动势波形间相位差,最终通过线性插值来获得任意转差率下的3次谐波电压。

十二相同步发电机整流系统直流极间短路电流的解析计算方法

十二相同步发电机整流系统是将十二相同步发电机与十二相不控整流器集成于一体的新型直流发电系统,具有高功率密度、高供电品质等特点。其中,十二相不控整流器的二极管导通模式多且切换频繁,导致该发电系统直流极间短路特性难以解析计算。为此,在介绍十二相发电机结构和数学模型基础上,分析十二相不控整流器在极间短路过程中二极管的导通模式规律,得出十二相不控整流器直流极间短路可等效为交流侧十二相同时短路,并建立平均值数学模型;利用十二相发电机数学模型及其定子4套三相绕组对称性,建立十二相发电机整流系统的等效三相模型,推导极间短路时短路电流的解析表达式,并通过仿真和物理试验验证了解析计算的有效性。

脉宽调制激励下材料铁损自动测量系统研制

随着供电方式的变革,越来越多的电工设备工作在脉宽调制模式(PWM)的激励下,而通常铁心材料生产厂家只提供基于正弦磁密激励的铁损曲线,参考价值有限,另外商用的铁损测量仪均是基于正弦磁密模式。针对此情况,提出了一种铁损自动测试系统的硬、软件实现方案,详细阐述了其测量原理,推导了铁损测量误差的解析表达式,指出信号的相位差是影响测量精度的关键;对比实验表明,引入隔离变压器可以有效地解决测量过程中的直流偏磁问题。最后,研制了PWM工作方式下的铁损自动测试系统,经校准后,测量重复性在3%以内,试运行后的初步结果表明,PWM工作方式下的铁损值较同等基波磁密条件下的铁损值大,母线电压越高,调制比越低,铁损越大。

交流发电机定转子三维流体场和温度场仿真

利用一些简化处理方法,建立了某型交流发电机定子和转子三维流体场和温度场的耦合仿真模型,并在Fluent仿真软件平台上对电机定转子的流体场和温度场进行了仿真计算,然后将仿真结果与试验数据进行了对比和分析,结果表明:仿真结果具有较高的计算精度,满足工程设计要求;所提出的仿真计算方法能够为电机温度场的仿真研究提供一定的参考作用。

汽轮发电机定转子三维温度场仿真计算

在Fluent仿真软件平台上,利用一些简化处理方法,建立了某型汽轮发电机定子和转子的三维温度场流固耦合仿真模型,并对电机定转子的温度场进行了仿真计算。将仿真结果与试验数据进行了对比和分析,仿真结果具有较高的计算精度,满足工程设计要求,提出的仿真计算方法能够为电机温度场的仿真研究提供一定的参考作用。

中压直流综合电力系统发电机并联控制策略

针对中压直流综合电力系统多相整流发电机采用传统直流侧电压—功率下垂励磁控制策略,在轻载工况存在功率分配不均的问题,建立了多相整流发电机等效数学模型,理论分析了功率分配不均问题的产生机理,研究了一种按发电机负载率选择电压反馈输入源的改进控制策略,并构建了并联整流发电机短路测试平台,开展了并联机组直流侧短路电流的理论推导、仿真计算与试验测试。对比结果表明,通过轻载时引入交流侧输入电压作为励磁控制器的电压反馈源,可实现并联发电机组轻载正常建压,短路电流峰值按比例分配,验证了所采用策略的有效性。

大容量空冷感应电动机通风系统优化计算

为了求解电机在额定空气流量下的风压值、完成优化冷却风机的选型,分别使用等效风路法和数值计算法计算了电机风压,结果发现两种方法计算精度相近。在此基础上,利用等效风路法推导出定子铁芯背部通风面积与电机风压降的关系式,结果表明:对于某型大容量空冷感应电动机,定子铁芯背部通风面积大于某值后,继续增加通风面积对降低电机风压作用不明显,反而会导致进入定转子径向通风沟的冷却空气流量减少,影响电机的冷却效果。

转子空内冷励磁绕组的损耗和漏感计算

转子空内冷汽轮发电机中的励磁绕组导条开有轴、径向通风孔,导条轴向截面突变导致电流分布不均匀,这使得以截面电流均匀分布为前提的传统方法计算出的导条损耗精确度不高,且径向开孔后导条的槽漏感无法用传统方法计算。本文采用有限元法计算了导条的损耗和槽漏电感,并与传统方法进行了比较,说明了采用有限元法进行计算的必要性。

交错磁极混合励磁同步发电机径向电磁力波分析

对交错磁极混合励磁同步发电机的径向电磁力波进行分析,首先介绍该发电机的基本结构,并对全永磁部分的径向电磁力波进行解析分析,考虑环形励磁绕组直流偏磁效应,定性得到对永磁同步发电机电磁振动影响较大的力波分量的来源、频率以及阶次;然后利用三维有限元法对该发电机的径向电磁力波仿真计算,通过对全永磁部分、辅助励磁部分的径向电磁力波定量分析,揭示了全永磁部分与辅助励磁部分都具有奇数倍频径向电磁力波的特点,并对各自的原因进行分析,以及总结了该发电机沿轴向方向径向电磁力波变化的规律;最后,通过测量发电机机脚振动加速度验证了径向电磁力波仿真分析的正确性。