十二相整流同步发电机系统异桥相间短路的故障分析

十二相整流同步发电机系统在移动平台已得到广泛应用。出于对系统安全运行问题的全面考虑,该文分析了该系统中一种特殊的定子内部短路故障——异桥相间短路。考虑到故障相所在的两组三相绕组之间故障附加回路的特殊拓扑结构及其对整流桥换相模式的影响,该文对原有的十二相整流发电机多回路数学模型进行了扩充,用来计算异桥相间短路的定、转子绕组及整流桥直流侧负载电压、电流等电气量,并通过样机实验,验证了计算结果的准确性。基于仿真与实验结果,分析了十二相整流发电机定子绕组异桥相间短路故障的电气特点,特别指出其短路回路电流等故障量随直流侧负载电阻增大而减小,为这种特殊故障的危害评估及保护研究提供了依据。

十二相整流同步发电机定子匝间短路故障计算

十二相整流同步发电机能提供大功率、高品质的直流电源,已广泛应用于舰船、飞机等移动平台中。鉴于对平台安全运行的高可靠性要求,本文对其中十二相电机可能发生的定子绕组匝间短路故障进行了理论和实验研究。建立了十二相整流发电机定子匝间短路的多回路数学模型,既可全面计及短路故障点位置和气隙磁场空间谐波,又能考虑正常及定子匝间故障情况下整流管不同通断状态引起的回路拓扑结构变化。用变步长的数值积分法求解了由时变系数微分方程组构成的数学模型,实现了系统正常及定子匝间短路故障时对发电机定、转子绕组及直流侧负载电压、电流等电气量的数字仿真。在一台特制的4kW十二相样机上进行了负载工况下定子匝间短路实验,实验结果与仿真结果吻合,验证了数学模型的正确性,并据此分析了十二相整流发电机定子匝间短路故障的电气特点。计算结果为十二相电机定子匝间短路故障的检测或保护研究提供了重要依据。

十二相整流同步发电机同组星形连接绕组的相间短路故障

十二相整流同步发电机系统的安全可靠运行意义重大,分析了该系统中4Y移15°的定子绕组可能出现的一种内部故障——发生在同组星形连接三相绕组之间的内部相间短路。首先建立了十二相整流发电机同组星形连接绕组内部相间短路的多回路数学模型,考虑了故障附加回路对电机气隙磁场和系统回路拓扑结构的影响,实现了故障前后定子和转子绕组以及整流桥直流侧各处电压、电流的数字仿真。继而在特制的样机上进行了不同负载工况的故障实验研究。通过对比分析实验与仿真结果,说明了数学模型的正确性。最后结合仿真结果与理论分析,总结了十二相整流发电机同组星形连接绕组相间短路的故障特征,尤其是短路回路电流的特点及其影响因素,为故障的危害评估、检测或保护研究提供了依据。

十二相整流同步发电机短路计算与仿真研究

根据发电机定转子磁链、转速等状态量之间的耦合关系,建立了船用十二相整流同步发电机在旋转dq坐标系下的数学模型,并通过参数转化得到直流侧极间短路电流的解析计算公式,为直流侧短路故障的危害评估及保护研究提供了依据,仿真分析验证了该文理论分析和计算的正确性。

脉冲负载下十二相整流发电机瞬态电压调整率解析

十二相整流发电机集直流电压脉动小、动态性能佳等诸多优点为一体,成为舰船综合电力系统中大功率供电模块的理想选择,但由于模型阶次高且整流系统运行模式复杂,导致脉冲负载作用下直流侧最大瞬态电压调整率解析计算困难。为此,对十二相同步发电机进行等效降阶处理,同时利用功率等效原则将直流侧负载折算到交流侧,建立起十二相整流同步发电机的等效三相同步电机模型。基于此给出十二相整流发电机在矩形波脉冲负载下直流侧最大瞬态电压调整率的解析计算方法,并通过时域仿真和物理试验验证了提出计算方法的有效性。

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。

十二相同步发电机整流系统运行模式分析

利用线电势相量图,详细分析了十二相发电机整流系统在不同工况下的运行特性,提示了该类系统存在的2-4-6-4-2、4-6-8-6-4两种运行模式,并进一步分析了十二相同步发电机内部4组Y型联接的三相绕组间互感对运行模式的影响,为精确的数字仿真奠定了理论基础。

考虑原动机调速特性的中压直流发电机组动态仿真模型

鉴于原动机调速特性对舰船中压直流(MVDC)发电机组运行影响的重要性,该文基于十二相同步发电机及其三相交流励磁机数学模型提出MVDC发电机组动态建模方法,以解决多相整流发电机及其励磁系统难以考虑原动机动态调速特性的难题。以某型燃气轮机整流发电机组动态仿真模型为基础,建立了频率不同的十二相同步发电机与三相交流励磁机组合模型,阐述原动机调速与发电机励磁调压相互耦合的计算流程。实测与仿真结果表明,该型燃气轮机发电机组在突加20%负载工况时转速跌落较大,且转速恢复过程需约20 s,但MVDC发电机组通过调节励磁系统可在1 s内使直流母线电压恢复稳定,从而为负载提供稳定直流功率输出。在校准仿真模型的基础上,通过系统分析突加不同比例负载时的转速、燃油流量、励磁电流、输出电压等性能参数变化规律,获取了燃发机组允许突加负载上限约为30%的运行边界认知,为MVDC发电机组励磁系统设计以及如何预留充足的短时强励能力提供了理论支撑。

解析计算并联与串联结构的十二相同步发电机整流系统

基于十二相同步发电机电路模型,分别对其整流系统的四个整流桥串联和并联两种结构进行了解析计算。在适当的简化条件下,推导出各自整流电压和相电流的计算公式,并通过了试验验证。试验结果表明,利用公式计算的结果与实测结果间的误差不大于5eNoR。

移15°双十二相隐极同步整流发电机数学模型的研究

分别在abc坐标系和dq0坐标系下建立了移15°双十二相隐极同步整流发电机的基本数学方程,推导了电机电压、磁链、输出功率、电磁转矩和转子运动方程。在MATLAB/Simulink中建立了移15°双十二相隐极同步整流发电机的仿真模型。对两路输出进行了不平衡负载仿真和试验。仿真与试验结果相比基本一致,验证了移15°双十二相隐极同步整流发电机数学模型的正确性。这为双十二相同步整流发电机运行性能和励磁控制系统的研究奠定了基础。

基于不同拓扑结构的十二相同步发电机整流电压波形分析

传统中小功率十二相整流型同步发电机电压等级较低,整流装置通常采用4套不控整流单元并联结构。随着舰船中压直流综合电力技术的发展,整流发电系统的容量和电压等级大幅提升,十二相整流单元采用两并两串的拓扑结构可以适应发电机绕组较高的电压设计值,同时整流端中性线可引出用于电力推进调速装置的均压控制。分析了两并两串拓扑结构的不同联接组合型式,重点对两种可行的拓扑结构下的直流侧电压波形进行了解析计算,并通过仿真与试验验证了理论分析的正确性,证明了(Y1//Y3)+(Y2//Y4)拓扑结构为最优组合方式,具有最佳的直流电压品质。

十二相整流发电机缺桥故障运行分析

十二相整流同步发电机系统以其直流供电品质高、容错运行性强等优点被应用于舰船平台。为研究系统缺桥时的故障运行性能,该文基于电路拓扑理论,建立了计及前25次谐波磁势的十二相整流同步发电机仿真模型,通过回路电流法列写模型变拓扑网络方程并进行数值求解,建模简单、计算速度快。对缺桥运行时系统的不对称运行特征及直流供电品质进行了分析,为多相整流电机缺桥容错运行的可行性分析提供了理论依据。通过将4 k W样机四桥正常运行与缺桥运行时的仿真结果与实验结果分别进行对比,验证了该仿真模型的有效性与准确度。

十二相同步发电机降阶等效模型研究

十二相同步发电机整流系统能够提供高品质直流电能,但是发电机模型复杂,解析分析困难。为此,推导了十二相整流发电机的等效三相降阶模型和状态空间平均模型,简化了模型复杂程度,提高了仿真计算效率。等效三相发电机模型能够同时适用于大、小扰动,经突加突卸负载、调整励磁电压以及突然短路验证,能够正确反应十二相电机运行特性。状态空间平均模型在小扰动时能够准确模拟十二相电机计算结果,进一步提高计算效率,并为整流发电机系统的理论分析奠定了基础。最后,在PSCAD中建立了十二相电机的三相等效模型和平均模型,通过对其进行大、小扰动仿真对比,验证了降阶后模型的正确性。

用等值解耦模型计算12相同步整流发电机短路电流

各数字仿真软件尚未开发出12相同步发电机的模型,不能直接满足相关系统的计算需求。为此,对现有12相同步整流发电机短路电流计算方法进行讨论并指出了其不足,提出通过适当的等值与解耦处理方法将12相同步发电机等效为4台三相同步发电机,并利用电磁暂态分析软件PSCAD/EMTDC中的通用元件建立了12相同步整流发电机短路电流计算模型。数字仿真表明等值解耦方法的正确性,与短路试验结果的对比校核也证明了该模型的计算精度能满足实际工程的要求,该模型的建立为含有该类发电机的电力系统的研究与设计工作奠定了良好的基础。

十二相异步发电机功率绕组与整流系统的电路分析

为了对异步发电机十二相功率绕组带整流负载系统进行仿真计算,采用了基于电路拓扑理论的回路电流法。针对系统多回路变拓扑结构加之电容与电感元件同时存在等复杂情况,以网络图论为基础,结合回路电流法,列写矩阵形式表示的网络方程。求解过程中定步长和变步长联合使用,解决了计算结果的稳定性问题。通过对计算数据进行等间隔插值、快速Fourier变换、输入量迭代等数值计算方法的应用,最终得出各变量的基波与谐波分量。仿真波形与实验波形比较吻合证实了分析方法的有效性,而变量基波分量计算值与实验值一致说明分析方法的相当高准确性。

六相永磁同步发电机整流系统的数学模型

建立了六相整流永磁同步发电机系统的多回路—有限元结合的数学模型。该模型不仅可以考虑磁路饱和及永磁体工作点的变化的影响,也可准确反映整流桥的各种工作状态及换流过程。利用该数学模型对一台六相永磁样机系统的定子绕组和直流负载侧电压、电流等电气量进行仿真计算,可分析六相可控整流永磁同步发电机系统的运行性能。

三相同步发电机接整流负载时交流电压谐波研究

本文对三相同步发电机 整流负载系统的等效电路进行了重新分析 ,给出了电流换相角以及漏电抗压降的解析表达式 ;计算了交流相电压谐波含量 ;对同步发电机 整流负载系统进行了计算机仿真分析 ,仿真结果表明了理论分析的正确性。

定子斜槽十二相发电机-整流系统的非线性二维场-路耦合方程

本文提出了采用二维有限元技术近似计算定子斜槽时电机内三维电磁场的新方法 ,阐述了其计算原理。基于此方法 ,建立了考虑定子斜槽时十二相 (四Y移 1 5°相带 )同步发电机整流系统的非线性二维瞬态涡流“场 路”耦合方程 ,并对电机内的电磁场以及空载电势波形进行了计算 ,分析了定子斜槽对齿谐波电势的削弱作用 ,得出了与谐波磁导分析法完全相同的结论 ,验证了二维有限元技术计算斜槽电机内电磁场的可行性和有效性。

十二相整流发电机短路计算与仿真分析

十二相整流发电机具有电压脉动系数小、可靠性高等优点,因此其在船舶电力推进系统中的应用具有重要意义。论文首先分析建立了十二相整流发电机的数学模型,在此基础上借助Matlab/Simulink仿真对十二相整流发电机短路特性进行了仿真分析,通过理论计算与仿真分析结果进行对比,论证了所搭建的十二相整流发电机模型的合理性。

十二相4Y移15°绕组同步发电机三相交叉对接不对称突然短路电流分析

建立了十二相4Y移15°绕组同步发电机αβ0坐标系统的简化数学模型。用归纳法得出了三相交叉对接不对称突然短路统一的端点条件,并进行了简化,从而使解析分析得以大幅简化;根据叠加原理和谐波平衡原理,通过适当近似处理,用解析法分析了发电机三相交叉对接不对称突然短路电流,得出了统一的短路电流表达式和估算最大冲击电流的近似公式。通过试验进行验证,结果表明数学模型和分析方法是准确的。