电励磁双凸极发电机偏心特性研究

针对电励磁双凸极发电机静态偏心故障,首先对于发电机的气隙长度进行了等效解析建模,并对静偏心程度与磁链、电磁转矩以及气隙磁密等重要特性的关系进行了理论推导。然后,通过Ansys有限元建立12/8三相电励磁双凸极发电机的2D有限元模型,并对电磁信号理论分析结果进行验证。最后,利用Workbench中耦合电磁、模态与谐响应分析模块对发电机的径向振动信号进行有限元仿真。研究结果表明,仿真结果与理论分析结果基本吻合,证明静偏心故障中偏心率对于电励磁双凸极发电机性能具有一定的影响,为后续其静偏心故障诊断提供理论基础。

电励磁双凸极发电机的非线性模型

电励磁双凸极发电机是一种新型的交流无刷电机,结构简单,可靠性高,在汽车和飞机发电领域有着广阔应用前景。但其磁链和电感均为激磁电流、相电流、转子位置的非线性函数无法采用常规的方法建立精确的数学模型。该文采用二维电磁场有限元法对一台12/8极电励磁双凸极发电机进行了精确分析计算,得到了电机的静态特性;利用模糊神经网络的非线性逼近能力,尝试建立了双凸极电励磁发电机的模糊神经网络非线性模型,获得了很高的模型精度,并将仿真分析结果与实验结果进行了对比,验证了所建模型的精确性、有效性及方法的可行性,为飞机直流发电系统的设计、分析建立了基础。

多相电励磁双凸极发电机的极数和极弧系数研究

电励磁双凸极发电机(wound-field doubly salient generator,WFDSG)的极数和极弧系数设计不当会导致电机产生较大的定位转矩和励磁绕组反电势。为了设计容错能力强、电压脉动率小的多相WFDSG,该文对多相WFDSG的极数和极弧系数进行了研究。在分析多相WFDSG原理的基础上,确定了多相WFDSG的设计要求;分析了定转子极数和极弧系数等结构参数对各绕组电感、电动势等性能参数的影响规律,推导了多相WFDSG普遍适用的定子极数、转子极数和定转子极弧系数等结构参数的约束公式,为设计多相双凸极电机提供理论基础。依据上述理论设计了一种12/9极四相WFDSG,利用有限元软件对传统WFDSG和该文设计的新型四相WFDSG样机进行了对比分析,试制了样机并进行了实验。仿真和实验结果验证了所提出的设计方法和电机结构的合理性。

电励磁双凸极发电机转子极宽对输出特性的影响

转子极宽对基于磁阻工作原理的电励磁双凸极发电机输出特性有重要影响。从原理上讨论了电励磁双凸极电机磁链变化范围与输出电压的关系,阐述2类气隙对电机磁链变化范围的影响作用。提出第3气隙概念并给出其定义,推导了第3气隙大小与转子极宽的数学关系,并指出第3气隙的大小对相绕组磁链最小值的影响作用较大。利用2维有限元法分析计算得到不同转子极宽下电机静磁场分布、相绕组磁链以及空载相电势波形;通过瞬态场路耦合分析得到不同转子极宽下电机负载状态相电势波形、整流输出电压平均值和纹波大小。原理样机的实验结果验证了有限元计算和场路耦合分析的正确性。表明定转子极宽相等即第3气隙最大时电励磁双凸极电机输出功率大且输出电压波动小。

基于三维非线性电感模型电励磁双凸极发电机系统建模的研究

电励磁双凸极发电机是一种应用前景看好的新型交流无刷电机,它以其独特的结构和优良的电气性能在飞机、车辆等领域有广阔的应用前景。目前国内外对它的研究大多基于分段线性电感模型,为了更准确地反映双凸极发电机的电磁特性,提出了一种新的构造三维非线性电感模型的方法,并在此基础上建立了整个电机系统的Matlab模型。以30kW、12/8极电励磁双凸极发电机为例,进行了仿真与实验比较,验证了此模型能够较好地反映双凸极电机实际工作特性,为双凸极电机系统的分析与设计提供了有力的工具。

混合励磁双凸极发电机双向励磁调压器的研制

介绍了一种并列式结构的混合励磁双凸极发电机(doubly salient hybrid excitation generator,DSHEG),阐述发电机的结构,建立相应的数学模型,并就混合励磁发电机提出一种能实现励磁电流双向控制的电压调节器,通过调节励磁电流以实现发电机的稳压输出。介绍DSHEG的3种发电方式,分析双极性控制策略调节励磁电流的工作原理和控制环参数对输出电压调节的影响;提出DSHEG的3种发电工作模式,并分析各自的特点。研制的调压器样机的发电调压试验结果表明:研制的调压器实现了双向励磁的控制,具有良好的稳态与动态调压性能,且可推广应用于其他形式的混合励磁发电机。

各相对称的五相电励磁双凸极发电机电磁特性分析

针对传统五相电励磁双凸极发电机(wound-field doubly salient generator,WFDSG)各相磁路的磁阻不完全相等的问题,提出一种解决传统五相WFDSG存在的各相电感不对称问题的方法。将励磁绕组跨3个定子极绕制,实现了五相WFDSG各相电感幅值的相等。建立了包含气隙、定子槽气隙和转子槽气隙的空气磁路长度模型,并利用该模型求解了WFDSG的气隙径向磁密。对新型30/24极五相WFDSG进行了静态电磁特性仿真,验证了上述等效气隙模型可以用来计算径向磁密。对新型五相WFDSG绕组电感、电动势等瞬态电磁特性进行了仿真和实验,仿真结果和实验结果显示该WFDSG电动势幅值大小相等,验证了该文设计方法和理论分析的正确性。

五相容错双凸极发电机单相短路故障分析

对五相容错电励磁双凸极发电机(doubly salient electro-magnet generator,DSEG)的结构特点进行了理论分析。研究了电机空载运行时短路相的自感和电势,分析了短路故障对其他相磁链和电势的影响以及发生短路故障时电机的整流输出电势。对电机在不同励磁电流下加载运行时发生单相绕组短路故障的外特性、功率特性以及短路电流进行了分析。在考虑电枢绕组电阻的情况下,对电机空载运行时在4个不同时刻发生单相短路故障时的磁场、短路相磁链和短路电流进行了有限元分析。分析结果表明:短路故障发生初始时刻,短路相磁链随着电机转子位置的不同而不同;经过54电角度后,短路相磁链的最大、最小值和变化趋势与发生短路的时刻无关。最后通过对一台五相20/16-2结构DSEG样机进行实验,验证了理论分析的正确性。

新型双凸极发电机数字控制原理与实现

电励磁双凸极电机是一种新型交流无刷电机,它具有结构简单、可靠性高、维修方便等优点,用作发电机具有调压控制简单、可故障灭磁等优点。文中首先介绍了电励磁双凸极发电机系统的控制原理,并分析了发电系统的控制规律。为优化控制P I参数,提高系统的动稳态性能,通过M atlab仿真获得根据输出电压与给定电压的偏差的变P I参数组合,并经试验优化该P I参数组合。然后,通过硬件构成与软件设计两方面介绍了基于DSP控制的电励磁双凸极发电机系统的设计方法。最后,以一台30 kW发电机为例,设计了一套数字调压器,并进行了系统试验。实验结果表明,电励磁双凸极发电系统采用变P I参数的控制方法具有良好的动稳态特性。

凸极发电机定子绕组故障瞬变过程仿真及其规律探讨

以分支为基础 ,建立凸极发电机定子绕组内部故障瞬变过程的数字模型。通过将短路环等效为一个独立的分支 ,使各种故障经过变换后得到统一的形式。结合动模实验结果 ,对并网发电机内部故障后的瞬变规律进行探讨 ,研究故障后各电气量的变化对继电保护的影响 ,并对不同的故障类型进行了简单的比较。

四相电励磁双凸极发电机转子极加宽对外特性的影响

转子极宽对基于磁阻原理工作的电励磁双凸极发电机输出特性有重要影响。文中详细介绍了四相电励磁双凸极电机的结构特点及其运行原理,采用二维有限元方法分析了四相电励磁双凸极电机的电磁特性并对比研究了不同转子极弧系数对整个电机的发电输出特性的影响。有限元分析表明转子极弧系数在1/3时发电机的带载能力更强,短路电流更大。最后,设计制造了一台转子极弧系数为1/3的四相电励磁双凸极电机,发电实验数据与仿真数据相吻合,从而验证了理论分析和有限元分析方法的正确性。分析结果表明,将转子极弧系数由1/4增加到1/3可以有效改善发电机的性能,提高电机的带载能力。

双凸极发电机增磁式发电方式的特性分析

电枢反应和换相重叠是造成电励磁双凸极发电机外特性软的主要因素。借助有限元仿真软件,比较分析了仅一相整流输出、三相独立整流输出以及常规开关磁阻发电方式(switched reluctance generation,SRG)输出的磁链、电流等波形,并得到了相应的外特性曲线。对原理样机进行实验,验证了仿真分析的准确性。分析结果表明,SRG发电方式的增磁特性有助于减小双凸极发电机的励磁功率;同时,双凸极电机较小的互感值使得各相互感引起的去磁作用可忽略;换相重叠是SRG发电方式外特性变软的重要因素,减小换相重叠角对双凸极发电系统的影响是有效的优化思路。

双凸极发电机系统的模型辨识与验证

电励磁双凸极发电机由于其非线性电感特性导致数学模型中存在较多不确定参数,因此难以通过电机数学模型选择合适的控制方法以优化系统的控制参数。该文利用电机数学模型确定系统模型的类别,对开环电机系统的脉冲响应结果采用一种简单的、叠加拟合的辨识方法获取系统的传递函数,并将辨识传递函数通过闭环特性、动态响应与抗扰动三方面的仿真结果与实际闭环系统相比较,分析辨识函数的准确性,对辨识系统通过动态特性仿真来选择和改进系统的控制方法,以改善系统性能。以实验室一台原理样机系统进行试验验证,试验结果验证了辨识函数的准确性,以此改进控制参数后的系统具有良好的动、稳态特性。

短磁路E型定子铁心电励磁双凸极发电机电磁特性分析

传统电励磁双凸极发电机励磁绕组跨多个定子极绕制,存在励磁磁路较长、铁损耗大、各相磁路不完全对称等问题。为了提高故障隔离能力并实现各相对称,提出一种由E型定子铁心组成的短磁路模块化电励磁双凸极发电机。针对所提出的集中绕组E型定子铁心,在分析转子极弧系数对各绕组电感影响规律的基础上,推导出三相发电机的定/转子极数比,励磁定子极、电枢定子极和定子槽口对应的极弧角度的约束公式,为电机进行电磁设计奠定基础。利用有限元软件对三相9/10极和三相18/20极电机的各相电动势、电感等瞬态特性进行建模分析。根据Bertotti分离铁耗模型计算出新型三相18/20极与传统三相18/12极电机的铁损耗值,并通过仿真验证了新型三相18/20极具有较低的铁损耗。最后,试制一台三相18/20极的样机并进行了实验,实验结果验证了理论分析和电机结构的合理性。

电励磁双凸极发电机的非线性建模与空载特性仿真

提出了一种新的建模方法,即在电励磁双凸极电机电磁场有限元计算的基础上,利用M atlab对电励磁双凸极无刷直流发电机进行非线性建模与仿真;并导出了电励磁双凸极电机无刷直流发电系统考虑换相过程时的非线性仿真模型。最后,用提出的非线性建模和仿真计算方法,对一台三相12/8极电励磁双凸极无刷直流发电机的空载电势波形进行了仿真,进而计算出电机的空载电势。结果表明:空载电势和空载特性的仿真与实验结果一致性较好。

四相电励磁双凸极发电机的仿真与优化

电励磁双凸极发电机具有转子结构简单、可靠性好、功率较高、励磁可调等优点,因而受到国内外学者的大量关注。针对24/18极四相电励磁双凸极电机,利用电机仿真软件Maxwell-Ansoft建立发电机的2D有限元仿真模型,旨在研究改变电机结构参数对电机稳态特性的影响。通过对电机的磁场分布、气隙磁密、绕组磁链、电感、相电流、相电势、输出转矩等一系列稳态特性的分析,从加宽转子极和加宽定子极两个方面对电机进行优化。仿真结果表明:优化后的电机输出功率明显增加,为合理地设计四相双凸极电机提供了参考。

凸极发电机绕组故障瞬变过程仿真的支路分解组合法

以工程应用为背景，研究多分支绕组大型水轮发电机定子绕组故障瞬变过程的数值仿真方法。定子绕组发生故障后，绕组对称性遭到破坏，传统的变换方法难以应用；若按各支路列写方程，则方程维数过高，而且收敛也比较困难。本文提出支路分解组合法，以独立支路计算参数；同时归并健全分支，降低方程维数，进而建立完整的数学模型。测试结果表明，用该方法研究快速继电保护特性及现场事故分析能够满足工程要求。

电励磁双凸极发电机励磁故障容错控制策略

在一些高可靠性场合中,发电机系统的可靠性技术研究非常关键,容错控制可以有效提高发电机系统的可靠性。电励磁双凸极发电机(doubly salient electro-magnetic generator,DSEG)是一种高可靠性的新型无刷直流发电机,针对这种电机一些故障类型的容错控制已有一些研究成果,但对其励磁故障容错控制却鲜见报道。介绍DSEG发电系统,并在此基础上分析了发电系统的励磁故障。分析发电系统在励磁故障下实现容错发电的基本原理与容错型功率变换器的选取原则。针对DSEG发电系统的励磁故障,提出一种基于四桥臂变换器的新型六拍容错发电控制方法,可以使DSEG在失去励磁绕组电流的情况下容错运行。构建容错发电系统实验平台并进行实验,验证了所提方法的可行性。

转子斜槽电励磁双凸极发电机静态特性分析

转子直槽电励磁双凸极发电机存在电压纹波大的缺点.本文以发电机的电压纹波为出发点,详细分析了转子斜槽对双凸极电机性能产生的影响,同转子直槽型结构的电机进行了对比,最后对直槽和斜槽转子结构的12/8极电励磁双凸极电机进行了试验。试验结果与仿真结果相一致。转子斜槽结构能有效减小输出电压纹波。