永磁-感应子式发电机电磁场与特性计算

永磁-感应子式发电机是兼具永磁发电机与电励磁发电机优点的新型混合励磁发电机,该结构可以通过改变励磁电流的方向,实现发电机的增磁运行和去磁运行。针对其特殊的电机结构和磁路特点进行分析,对发电机复杂的磁路建模进行简化,将永磁部分进行二维磁场建模,感应子部分进行三维磁场建模,大大缩减了有限元计算过程的复杂性。另外,本文从实验的角度对该发电机的空载特性、负载特性以及电压可调整性进行验证,从实验角度证明了永磁-感应子式发电机具有良好的可调整性。

永磁-感应子式混合励磁发电机轴向力分析

针对永磁-感应子式混合励磁发电机附加气隙处的饱和磁密高,产生轴向力大,影响发电机轴承寿命及运行可靠性的问题,采用有限元法对永磁-感应子式混合励磁发电机的磁路结构及励磁电流对轴向力的影响进行了分析;采用优化设计的结果设计了样机,进行了电机性能运行测试,结果表明,所做轴向力分析具有一定的准确性和参考价值。

永磁-感应子式混合励磁电机转子油摩损耗

以充油运行永磁-感应子式混合励磁电机为对象,对电机转子油摩损耗进行了研究。根据电机结构特点,将电机中光滑转子与齿槽转子分开考虑,采用不同方法分别计算两部分的油摩损耗。基于流体力学理论,采用流体场数值计算方法,重点分析齿槽转子油摩损耗的影响因素,得到了油摩损耗与电机转速和定子内径的数值关系,揭示了温度对转子油摩损耗的影响规律。样机实验结果与计算结果基本一致,验证了计算方法的有效性。

空-水冷永磁风力发电机流固耦合仿真

以一台1.65 MW,150 r/min的空-水冷永磁风力发电机为例,建立了电机空-水冷结构的物理模型,采用有限元法对该电机进行了温度场计算,并分析在计算中某些关键参数变化对温度场分析计算的影响规律。通过电机试验,验证所述计算方法的准确性;得出了一些有意义的结论,可为永磁同步风力发电机的设计提供参考。

一种提高Modular定子绕组永磁同步发电机感应电动势的新方法

针对Modular定子绕组永磁同步发电机,利用其线圈绕在定子齿上的特点,采用不等槽距的方法,改变线圈正负边的跨度,达到优化永磁同步电机感应电动势幅值目的。仿真结果表明,优化后电机的感应电动势幅值提高了1%,并且保持了模块化,具有齿槽转矩小、谐波含量较小等优点。在保持输出电动势不变的情况下,可以将绕组线圈数目或电机轴向长度减小1%,从而提高电机的材料利用率。

变速永磁同步发电机系统及控制策略

变速、变负载的永磁同步发电机一般需要电力电子装置进行整流与直流稳压,由此构成了基本的永磁同步发电机系统。该系统既可提供直流电源,也可经逆变后提供交流电源或并入交流电网。本文对基本永磁同步发电机系统的常见结构与控制策略进行综述,分析了其优缺点。

变结构控制策略在直驱永磁同步风力发电机中的应用

根据直驱永磁同步风力发电机的结构特点,采用双脉宽调制变流器作为其并网主电路。考虑到永磁同步发电机的数学模型在dq坐标系下是一个非线性耦合系统,不利于控制器的设计。提出了采用逆系统方法将原系统进行线性化解耦,构造出其伪线性系统模型,再运用变结构控制理论设计伪线性系统的闭环控制器。建立了基于此控制策略的仿真模型并与PI控制进行比较。仿真结果表明,该控制策略可实现发电机输出有功功率的准确控制、并网有功功率和无功功率独立调节以及变速恒频运行。变结构控制与PI控制相比,动态响应速度快、鲁棒性好。

永磁同步发电机与Boost斩波型变换器非线性速度控制

直驱式永磁同步风电系统电机侧变换器的一种常见拓扑结构为二极管整流桥后接Boost斩波电路。此结构具有较强的非线性,采用普通PI控制器很难使系统在正常运行范围内保持较好的动态性能。针对其非线性特性,分区间建立了发电机与变换器整体非线性数学模型,在单区间内采用输入-输出反馈线性化方法将非线性系统转换为线性系统,在此基础上设计了转速最优控制器。该设计方法数学转换过程较为简单,参数整定方法较为成熟,且不同区间内线性控制器的参数相同。通过一套3kVA的实验系统,验证了该方法能明显改善系统动态性能,对此类风电系统电机侧变换器控制策略的设计具有一定的参考价值。

绕组开放式永磁发电机系统整流桥电压矢量补偿控制方法

针对绕组开放式永磁发电机结合逆变器-整流桥拓扑构成的新型发电系统中由于整流桥的存在导致的发电机绕组中存在较多谐波含量的问题,分析了系统中电机绕组电流谐波的产生原因及其组成部分,根据整流桥输入电压矢量与电流状态的对应关系,对逆变器和整流桥的电压空间矢量进行合成,提出了一种基于整流桥电压空间矢量补偿的新型控制策略,消除了整流桥的非线性影响,实现绕组开放式永磁发电机系统的高效率运行。

汽车用永磁发电机电子稳压器研究

针对永磁发电机在汽车上推广应用存在的主要技术问题,研究了汽车用永磁发电机分离元件电子稳压器,通过对整流电路和控制电路组合设计,实现对永磁发电机输出电压的控制,使发电机输出电压满足汽车电器设备的使用要求。

农用车永磁直流发电机的电子稳压研究

通过对离心式永磁发电机稳压原理的研究 ,采用高磁性永磁材料和新的电子技术以及对发电机绕组的创新设计 ,使发电机输出电压稳定的直流电 ,解决了小型农用车的低速照明问题和用电设备需用直流电的问题。

计及斜槽时非导磁螺钉对永磁同步发电机性能影响的分析

采用非导磁螺钉是一种常见的永磁发电机转子表面磁钢固定方式,非导磁螺钉的存在减小了磁钢有效面积进而会影响电机内部磁场分布。为了研究非导磁螺钉对永磁电机运行性能的影响,采用时步有限元法,在计及定子斜槽条件下,对非导磁螺钉安装和绑扎式安装的表面磁钢永磁同步发电机的气隙磁密、空载感应电动势以及齿槽转矩进行了详细分析。与绑扎式固定方式相比,非导磁螺钉所在截面的气隙磁密谐波含量较明显,7次谐波含量由11.7%增加至38.8%,但电机感应电势及齿槽转矩变化不大。

具有自调节通风性能的大型永磁同步发电机内流热特性数值研究

为了探究具有自调节通风功能的结构紧凑型大型永磁同步发电机内部流体流变特性及温升分布规律,以一台6 MW永磁同步发电机为例,基于电机学和数值传热学理论,结合流-热耦合机理,根据电机实际冷却结构选择一个周期作为求解域,建立三维流体场与温度场耦合分析数学模型及物理模型.采用有限体积元法对永磁同步电机三维温度场进行数值研究,对发电机定转子铁心、定子绕组与绝缘以及永磁体的温升分布特性进行详细分析.通过与电机绝缘温升限值的对比分析,验证了其求解方法的合理性以及计算结果的准确性,为永磁同步发电机温升的计算及通风结构的设计提供参考依据.

永磁发电机在电动汽车上的应用

分析了永磁发电机的变速变载运行模式及其与发动机输出特性的匹配。永磁发电机-发动机组采用全波整流输出,通过调节工作转速调节电功率输出;与动力电池并联组成车载供电系统,以电池端电压为参量,采用优化策略,高效率地为驱动电机系统供电,满足电动汽车的动力需求和降低燃油消耗需要。

多相整流永磁同步发电机绕组内部相间短路的故障分析

该文将多回路法与有限元法相结合,建立了多相整流永磁同步发电机系统绕组内部相间短路的通用数学模型,可计算永磁电机正常及绕组内部故障工况的电气量分布,不仅适用于每相单分支的多相电机,还适用于每相多分支的情况。在一台特制的六相双分支永磁同步发电机样机上进行了故障实验,实验结果和仿真结果相吻合,验证了数学模型的正确性。在准确计算绕组电流的基础上,进一步计算了故障前后样机内部的温度场分布,结果表明故障导致样机内部温度不再均匀分布。根据仿真和实验结果,分析了该样机相间短路的故障特点,并说明了短路点附近明显升温对永磁电机的严重影响以及不同组三相绕组间相间短路引起整流桥中某些二极管过电流的潜在危害。该文研究为多相永磁同步发电机内部相间短路故障检测提供了依据。

当今的永磁材料及大型永磁风力发电机

1．永磁材料永磁材料是一种矫顽力在8kA／m以上,剩磁稳定,当受外界磁场干扰时几乎不发生变化的硬磁材料。近年来对这种材料的开发很快,现有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁体三大类。稀土永磁体又有第一代钐钴1,第二代钐钴2:17和第三代钕铁硼,它们的中等水平性能比较如表1所述。

模块化多相永磁风力发电机串并联直流海上风电场电压协调控制

为满足高电压、大功率、高可靠性的风电场直流输电系统电能传输需求,该文提出基于模块化多相永磁风力发电机的新型串并联直流海上风电场拓扑,以及模块化多相永磁风力发电机串并联直流海上风电场电压协调控制方法。首先,建立基于模块化多相永磁风力发电机的直流风力发电系统数学模型,设计了模块化多相永磁风力发电机无差拍功率预测控制器,来提升dq轴电流跟踪精度和动态响应速度,并补偿无差拍预测控制器中的单拍延迟;然后,针对模块化多相永磁同步发电机串并联拓扑结构特点,提出一种考虑直流风电场潮流的功率-电压协调控制策略,通过实时调节风机的有功功率参考值,来抑制串并联直流风电场的风机过电压;最后,搭建了基于模块化多相永磁风力发电机的3×6×5 MW串并联直流海上风电场的模型,来验证所提无差拍功率预测控制和功率-电压协调控制的有效性。

永磁同步发电机自适应分数阶PID控制设计

设计了一款新型自适应分数阶比例-积分-微分(AdaptiveFractional-Order Proportional-Integral-Derivative,AFOPID)控制,以实现永磁同步发电机(Permanent Magnetic Synchronous Generator,PMSG)的最大功率追踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)。首先,将发电机非线性、参数不确定性、未建模动态以及随机风速聚合成一个扰动,并通过高增益状态-扰动观测器(High-Gain State and Perturbation Observer, HGSPO)对其在线估计。随后,采用分数阶PID(Fractional-Order Proportional-Integral-Derivative, FOPID)控制对该扰动估计进行完全补偿,以实现不同工况下全局一致的鲁棒控制性能。AFOPID控制较传统PID控制而言具有更出色的MPPT性能,且其无需精确的PMSG模型,仅需测量d轴电流和机械转速,易于实现。通过阶跃风速和随机风速两个算例,对AFOPID的控制性能与PID控制、FOPID控制和反馈线性化控制(Feedback Linearization Control, FLC)进行了对比。仿真结果验证了AFOPID控制的有效性和鲁棒性。

高性能永磁式同步风力发电机之设计

本文旨在提出一套高性能风力发电机的设计准则，包含高效率、高感应电动势、低电压谐波失真、低转矩涟波及低顿转转矩为目标，利用田口法及磁石修弧技术作定子与转子之优化，并用同一电机结构由外部接线来改变双三相及六相绕组，在低风速时二组三相绕组可串联以提高输出电压；而在高风速时则可采并联方式，其优点为当其中一组故障时，则另外一组可继续发电供负载使用。藉由有限元素磁路分析软件包进行磁路与电气特性分析，从空载及加载的试验结果探讨发电机的特性，并分别以额定容量10kW及300W风力发电机来作应用说明并完成实作，成功验证所提理论及设计方法，其中300W风机与日本大厂做比较，无论是尺寸大小及材料的用量都较少，在相同转速下的输出功率更提高了近40％，效率也达近90％。