无刷交流励磁机换相角过大问题的研究与优化

为了提高交流励磁机的励磁性能,通过在交流励磁机的定子磁极上添加阻尼绕组,改善换相角对旋转整流器交流侧和直流侧电压电流的影响,减少换相角造成的负面影响。利用电路等效分析方法,对换相过程进行等效分析,利用有限元仿真软件结合场路耦合的方法来获得交流励磁机的输出电流电压波形。由电路等效以及场路耦合分析结果可以发现,换相角的存在会使输出的电压电流质量变差,通过在定子磁极上添加阻尼绕组,可以有效减小交流励磁机的换相角,同时提高电能质量。

基于换相角预测计算的高压直流输电双桥共同换相预判方法

高压直流输电系统交流故障下出现双桥共同换相会增大换相失败的风险,提前判断双桥共同换相的发生有利于及时采取措施避免换相失败。为获取对双桥共同换相进行预判所需的高精度换相角预测计算结果,利用拉格朗日中值定理建立换相角与中值时刻的关系,并构造虚拟换相过程用于确定中值时刻。仿真结果表明,所提换相角预测计算方法具有良好的鲁棒性和精度,用于双桥共同换相预判中能有效预判双桥共同换相的发生。

永磁无刷直流电机换相角影响机理解析

永磁无刷直流电机是当前常用的高速电机之一,因其具备体积小、效率高、转子结构简单等优点,故被广泛应用,本文以某款永磁无刷直流电机为例,研究不同换相角对电机性能的影响,提出换相角会影响输出转矩、损耗的结论,以期为永磁无刷直流电机的后续应用提供参考。在永磁无刷直流电机实际应用过程中,受滤波电路相移、电子器件延时等因素的影响,电机可能会因反电动势过零点判断转子位置出现误差,而影响电机运转质量。现阶段,为解决上述问题,对换相角与输出转矩、损耗之间的关系进行研究,并制定针对性的解决方法,成为一项极为必要的工作。

基于频率跟踪相位差可控的无刷直流电动机换相角控制

针对RC深度滤波以及电路器件对无刷直流电动机反电动势位置检测的影响,依据滤波电路的相频特性计算曲线,结合不同反电势频率下位置信号移相角的实测值,采用曲线拟合的办法,获得了更为精确和简单的移相角计算公式,节省了CPU资源,为实现在全频段的准确换相提供了条件。在此基础上,针对实际控制系统要求换相角可控的情况,提出了频率跟踪相位差可控的无刷直流电动机换相角控制,实现了换相频率的跟踪和换相角的超前、滞后控制,最后,通过实验证实电机在全频段上实现准确换相控制。

提高无刷直流电机转矩电流比的提前换相角研究

介绍了一种计算提前换相角以提高无刷直流电机转矩电流比的方法。无刷直流电机由电角度120°的方波电流所驱动,每转动60°电角度时,电机相电流必须换相一次。由于无刷直流电机绕组中的电感作用,相电流换相时会引起相位滞后且偏离理想方波电流,这些非理想特性会减少电机的转矩电流比,改进换相的时间即通过计算提前换相角对电机进行提前换相可以提高转矩电流比。实验中对额定功率20W,额定转速20000r/min的无刷直流电机进行了仿真,结果证明了所提计算方法的有效性。

地磁暴对直流输电逆变侧换相角及谐波的影响机理分析

利用变压器T形模型,推导换流变压器直流偏磁对换相角影响的理论计算公式。利用电磁场有限元仿真软件,配合外电路开关控制,搭建考虑实际换流变压器电感变化的逆变器换相模型。通过给换流变压器中性点施加不同流向、不同大小的直流电流,模拟地磁暴侵害换流变压器的影响。通过对一个周期内六次换相角大小变化的分析,得到彼此之间的联系以及各自随触发超前角,直流方向、大小的变化关系。通过对直流电压、交流电流波形进行傅里叶分解,发现磁暴期间交流电流出现非特征谐波,且高频分量增幅更大,直流电压谐波次数由六的倍数变为三的倍数。结合偏磁时的换相角理论计算公式和励磁电流波形,解释了换相角以及谐波的变化原因,也验证了模型和结论的正确性。

永磁无刷直流电机换相角影响机理研究

为了揭示不同换相角对电机性能的影响机理,基于时步有限元法,首先建立了二维永磁无刷直流电机有限元模型以及电机控制电路,采用反电动势过零法检测转子位置,研究了电机正常换相、超前换相及滞后换相时的转速和电流变化情况,得到了电机不同换相角与电机转速、电流之间的影响关系。其次,在电机输出功率一致的情况下,研究了不同换相角对电机输出转矩和各种损耗的影响,揭示了换相角对输出转矩及损耗的影响机理。最后,搭建样机实验平台对电机进行实验,验证了仿真的正确性。

换流阀在高压直流输电系统中的应用及技术展望

本文简述了直流输电系统中换流阀的组成结构、工作原理及设备类型,论述了高压直流输电换流技术的理论基础,分析了6脉动换流器的工作过程,换流器吸收的无功功率及容量的计算方式,指出了该项技术的应用前景与发展方向。

高压直流输电系统触发滞后角与换相时间关系的分析

高压直流输电系统中,换流器是最为重要的元件之一,换流器的特性直接决定了高压直流输电系统的性能。在与换流器相关的诸多问题中,换流器的换相问题重要而突出。触发滞后角与换流器的换相过程具有紧密的联系,详细地研究触发滞后角与换相时间的关系具有十分重要的意义。因此,分析了触发滞后角与换相角的关系,求解得到了最短换相时间min及对应的触发滞后角min,求得了最大触发滞后角max,指明了触发滞后角的取值范围。分析证明了换相角与触发滞后角在不同取值范围时的单调关系。

基于换相电流时间面积的换相失败判别方法

换相失败是高压直流输电逆变器最常见的故障之一。文中通过对换相过程的机理分析,用换相电流时间面积这一概念从能量的角度揭示换相过程的物理含义,提出一种可以判别直流系统是否发生换相失败的指标———换相电流时间面积,并给出相应的判据条件。直流控制方式、控制参数以及故障严重程度的不同,换相电流时间面积也不同。应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件,在CIGRE高压直流输电系统标准模型中进行仿真,并与熄弧角判据进行对比验证,仿真结果证明了理论分析和判据的正确性。

一种新型的无刷直流电动机换相控制算法

在分析RC硬件滤波器及FIR数字滤波器的基础上,设计了反电动势过零硬件检测电路和软件检测算法,并利用Matlab拟合换相角的频率特性曲线将硬件预估和软件计算得到的结果按随电机运行频率变化的权重进行融合,得到与实际更吻合的换相角。使用DSP控制器实现该算法,能在各种频率下精确地控制BLDCM稳定运行。验证了该方法的合理性和有效性,为无位置传感器无刷直流电机的控制提供了一种新的方法。

周波变流器带反电动势负载时换相电流特性研究

针对周波变流器带反电动势负载时换相角的确定问题,根据周波变流器的工作原理,导出了周波变流器带不同反电动势负载及不同工作方式时换向角、换向电流及其参数的确定方法。研究表明,当在负载电路中存在感应电势时,对于自然换相周波变流器的输入电路和输出电路来说,其电路结构完全相同,描述换相过程的表达式形式相同,差别仅仅只是参数不同。带电动机负载时,调节电动机参数可以起到调节换相回路电感的作用,导出的关系式可以确定晶闸管开通的超前角。

基于不对称运行下换相过程的改进换流器动态相量模型

为充分研究大规模交直流混联系统动态特性,建立准确而高效的换流器数学模型是当前的关键问题。文章分析了交流系统在不对称故障情况换流器的换相过程,综合考虑了换相电压的相位偏移引起的换相电压过零点偏移和导通角偏移,以及交流系统的谐波等对换相持续时间的影响,提出了改进的换相角动态相量计算方法,建立了适用于不对称运行条件下的改进换流器动态相量模型,并通过选取主要谐波简化了模型的计算过程。仿真验证了所提出的改进换流器动态相量模型的精度和准确性。

基于电压时间换相面积预测的换相失败抑制方法

提前触发控制是降低高压直流输电系统换相失败发生概率的一种重要方法,精准的提前触发是该方法抑制换相失败的关键。根据换相电压时间面积理论,提出了一种基于换相电压时间面积预测的换相失败抑制方法。该方法不仅计及了故障后直流电流的变化,还通过换相面积的测量间接计及了故障后换相角以及等效换相电抗的变化。同时,该方法具有较清晰的物理意义,不需要通过复杂的参数整定来提升换相失败抑制性能。最后,以PSCAD/EMTDC中CIGRE标准模型作为测试模型,在不同故障下验证了所提方法的有效性。

自适应换相与转矩补偿的开关磁阻电机转矩脉动抑制

由开关磁阻电机的双凸极结构和非线性电磁特性引起的转矩脉动问题,严重制约其应用推广。针对其在运行过程中产生的转矩波动,本文提出一种基于换相区域转矩在线补偿的转矩分配函数控制,通过低速转矩电流比和中高速转矩磁链比将换相区分成两个区间,并分别对前后区间的参考转矩进行正、负补偿,实现了电机的转矩脉动抑制。同时,针对前一相拖尾电流引起的负转矩,提出了一种自适应换相控制策略,通过将相电流和电机转速与换相角相关联,计算延迟或提前换相角,以选取最优换相角。为了验证该方法的有效性,本文进行了仿真和实验,证明了该方案可以有效抑制开关磁阻电机的转矩脉动。

非对称运行状态下换流器改进开关函数模型

传统的换流器开关函数模型应用于非对称运行状态分析时,精度显著降低。详细分析了三相非对称运行状态下换流器的换相过程,并着重考虑了直流侧2次谐波电流对换相持续时间的影响,提出了考虑2次谐波电流影响的换相角计算方法。基于分析建立了考虑阀导通偏移和换相角不等的换流器改进开关函数模型,并通过忽略非必要次谐波简化了模型的计算过程。在Matlab中编程实现了提出的开关函数模型,并采用PSCAD中搭建的Cigre-Benchmark直流标准模型的仿真结果进行检验。分别在逆变侧和整流侧设置换流母线三相不对称,通过对比直流侧直流电压、换流母线三相注入电流及注入功率,验证了提出模型的有效性。

HVDC换流阀的计算测定方法

在高压直流输电系统中,换流阀是核心元件。它不仅价格昂贵,而且是换流站的心脏,因此,对阀的考核相当严格。换流阀的损耗作为一项重要的技术经济指标也被列入了葛洲坝至南桥土500kV超高压直流输电工程合同。然而至目前为止,国际上还没有统一的方法和标准来确定阀损耗。本文试图探讨一种实用的阀损耗的计算测定方法。

基于时域分段法-相量法混合建模的直流输电交流系统的谐波电流计算

换流器作为高压交直流输电系统中的重要元件,因其存在复杂的电力电子器件而产生大量频次的谐波严重影响到输电系统的安全稳定,获取交直流输电系统交流侧谐波电流是谐波治理的基础,因此交流侧谐波电流的精确计算具有重要意义。本文基于时域分段法的思想,充分考虑到直流纹波电流的影响,提出了内外双环迭代的计算方法:内环采用时域分段法计算直流侧端口电压瞬时量、采用相量法计算直流侧纹波电流、利用直流纹波电流和直流侧端口电压耦合迭代计算的方法计算直流侧纹波电流;外环利用换相过程中退出换相的相电流在换相结束时刻电流过零的特点,结合纹波电流迭代计算换相角的方法精确获取换相角和交流侧谐波电流。与PSCAD/EMTDC模型计算结果对比表明:此方法既保证了谐波电流计算结果的精确度和计算效率,也充分计及了工频负序电压、背景谐波电压、触发角不等距、换相电感不平衡、变比误差、测量误差、纹波电流等各种非理想因素的影响,同时易于程序实现。

高压直流输电3脉动谐波电压源计算

为了能够合理而有效地配置直流滤波器,基于给定的主回路稳态参数,描述了在考虑各种不对称因素及交流电压不平衡条件下如何计算3脉动谐波电压,包括特征谐波与非特征谐波。具体计算时采用分段算法,该算法根据各3脉动组中三个阀的导通及换相情况,将3脉动电压波形在一个周波内分为6段,根据计算获得的分段区间将交流基频电压与各次谐波电压作用下的3脉动电压按此6个分段区间分别进行傅立叶分解,然后将相同的谐波次数进行合并就可获得最终的3脉动源的各次电压。该算法能够有效地考虑相关不对称及交流背景谐波等影响非特征谐波的各种因素,准确计算3脉动源的各次谐波。在同等条件下,将该算法与西门子HarmDistr程序比较,其计算结果基本一致,验证了该算法的有效性。

直流输电系统交流侧谐波电流计算的改进时域分段法

谐波电流计算是直流输电系统滤波器设计的首要环节。提出一种基于时域分段法的改进快速算法,可以统一求解交流侧特征和非特征谐波电流。根据直流输电系统的特点假设直流输电线路入口处的谐波电压为零,使整流侧和逆变侧的谐波电流计算相互解耦,避免计算过程中对直流线路的建模。精确计算对非特征谐波有重要影响的换相角,保证换相区间和非换相区间的精确划分。计算过程中充分考虑了交流侧负序基波电压、背景谐波电压、触发角不对称、换流变压器三相参数不对称等各种非理想因素的影响,同时计及了直流侧纹波对交流侧谐波电流的影响。通过与PSCAD/EMTDC时域仿真结果对比,证明所提算法速度快、精度高,满足直流工程滤波器设计对谐波电流计算的要求。