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。

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。

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。

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。

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。

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。

共用直流母线开绕组永磁同步发电机系统及其零序电流抑制

与传统的三相星形绕组永磁同步发电机(PMSG)PWM整流系统相比,双PWM整流器控制的开绕组PMSG系统具有容错性高,拓扑结构灵活等特点。但当双整流器共用一个直流母线时,产生了一个零序电流通路,因此在采用空间电压矢量(SVPWM)控制时算法中存在的零序电压分量就会在通路中产生零序电流。对于永磁电机而言,电机反电势中的三次谐波分量也会产生一个相应的零序电流。因此,为了最大程度地减小电机绕组内的零序电流,本文提出采用零序电流调节器,可使电机相电流波形趋近正弦,整流后得到的直流母线电压稳定且纹波小。仿真和实验结果验证了该系统的有效性。

基于双PWM的兆瓦级风电机组并网控制策略的研究

针对兆瓦级永磁同步发电机组并网的控制要求,根据三相电压型PWM整流器开关函数的数学模型,本文提出了基于背靠背双PWM变流器的风力发电机组的并网控制策略,建立了该策略的等效电路模型,并重点研究了基于直接电流控制双闭环级联结构的三相电压型PWM整流器的控制策略。通过对该并网控制策略的等效电路进行仿真分析,网侧输出的三相交流相电流的总谐波畸变率仅为3.64%,电流波形正弦度良好,验证了该并网控制策略的可行性。

多相可控整流控制策略的仿真与研究

针对船舶直流供电系统中500 V的供电要求,研究了以双三相永磁同步发电机为主体的六相可控整流系统,确定基于双d-q变换的双闭环PI解耦控制,在负载和转速发生突变的情况下保证输出的直流电压能迅速恢复到500 V并保持恒定。利用Simulink软件搭建可控整流系统的仿真模型,进行多相可控整流仿真,仿真结果表明了双闭环矢量控制的有效性,该系统有较快的响应速度以及良好的动静态性能。

综合电力系统直流侧突加负载的电压影响

研究在综合电力系统中压直流侧突加负载时系统侧瞬时电压变化的计算方法。在十二相同步发电机的降阶等效模型基础上,基于其等效三相发电机整流系统直流侧突加阻性负载瞬时电压计算式,给出基于综合电力系统多台十二相同步发电机组并联运行下的瞬态电压降估算方法,并用1组算例数据和仿真模型,验证单机压降计算方法的有效性。