不同槽配比下绕线式无刷双馈电机性能对比研究

无刷双馈电机由于结构简单、可靠性高、变频器容量小等优点在恒频变速发电领域受到广泛关注,其定转子的槽数配比对电机性能与振动具有一定程度的影响。为探究这一问题,该文以绕线式无刷双馈电机定转子磁势分析为基础,推导不同槽配合的电磁力波对比以及槽配合对电机性能的影响,给出3种符合要求的槽配比方案,计算出各方案转子绕组谐波,并进行对比分析;利用有限元法对48/36槽、42/36槽与36/30槽3种方案在相同要求下的负载性能进行研究,导出定子齿部电磁力,对电机进行振动响应分析对比;最后,通过样机试验,验证有限元仿真的正确性,同时试验结果也证明所选槽配合下电机具有振动形变量小、转子电流小、系统输出电压和效率高、饱和程度低等优点。

利用实用转矩公式计算液体变阻器电阻值的方法

介绍了水泥厂大型磨机采用绕线式电动机驱动及液体变阻器启动时,利用电动机实用转矩公式计算液体变阻器阻值的思路及方法。以球磨机为例,对比分析了按照液体变阻器说明书参考公式计算液体变阻器电阻值与采用电动机实用转矩公式计算液体变阻器初始外接电阻值的精确度及电动机启动时间。采用电动机实用转矩公式计算的电阻值更为精确,电动机启动时间更短,能够有针对性地选择和确定启动转矩值,充分利用电动机的电磁转矩特性,减少启动冲击过程,使设备运行更加平稳;同时,可有效改善液体变阻器的发热情况,缩短调试时间。需注意的是,计算平方转矩负载的启动时间时,由于其转矩随速度的升高而变大,可以采用平均负载转矩的方法近似计算启动时间。

绕线转子无刷双馈电机的电磁计算方法

为了快速准确计算绕线转子无刷双馈电机的运行性能,基于无刷双馈电机的等效磁路与电路,提出了一种新型电磁解析快速计算方法。以一台100 kW的绕线转子无刷双馈电机为例,通过对比计算与有限元仿真的结果,证明了此分析方法的快速性与准确性。

大过载绕线异步电动机转子结构设计的改进

通过对大过载绕线异步电动机转子结构及工作原理的分析,提出了转子结构设计的改进方案,改进后的电动机不但完善了电磁方面的不足,并且实现了国内设计且首次运行的纪录。

一种高功率因数谐振异步电机特性分析

传统交流异步电机仅在额定工况下可以维持较高的功率因数,而在其他各类工况下功率因数较低。针对这一问题,通过在绕线式异步电机转子/次级回路上串接电容来补偿异步电机的功率因数,提出了一种谐振异步电机。选择适当的电容容值及转差频率,可以有效提高异步电机的功率因数,最高可以将功率因数提高至1。分析了谐振异步电机等效电路,基于等效电路对其功率因数特性进行了推导和分析,并采用一组电机参数将功率因数特性及转矩/推力特性与常规异步电机进行了对比分析。分析结果表明:在相同的电机参数下,所提出的谐振异步电机相较常规异步电机,在全速域具有高功率因数的特点;在输出同样的转矩/推力的情况下,谐振异步电机需要的定子电流更小、母线电压更低,适用于电磁推进/弹射的应用场景,可减小系统规模及建设成本,也可应用于一般的绕线式异步电机进行无功补偿。

绕线转子无刷双馈电机的链型等效电路模型

为了建立准确的无刷双馈电机等效电路和分析谐波对电机性能的影响,从该类电机的基本电磁关系出发,在其基波等效电路的基础上,提出谐波等效电路,建立考虑谐波影响后的链型等效电路模型,并给出该等效电路模型中参数的计算公式和状态方程。以一台实际的绕线转子无刷双馈电机为例,利用链型等效电路模型,对样机的机械特性进行计算,并和基波等效电路模型的计算结果、实验结果进行对比分析。样机的计算结果和实验结果对比表明,本文给出的等效电路模型和计算方法是正确的。

考虑饱和影响的绕线转子无刷双馈电机性能

无刷双馈电机的磁路中同时存在两种不同极对数且不同转速的磁场。由于磁场分布的不对称性及时变性,传统的分析方法很难考虑饱和对电机带来的影响。本文建立了无刷双馈电机的有限元模型,并利用瞬态分析法分析了其相关运行性能,研究了功率在两套绕组中的分配规律。由于有限元模型考虑了磁场的饱和效应,故其计算结果相比传统方法更接近实测值,相关实验证实了该模型的有效性。

绕线转子无刷双馈电机开环控制下的稳定性研究

无刷双馈电机(brushless doubly-fed machine,BDFM)作电动机运行时,其稳态转速只由功率绕组和控制绕组的频率和极对数决定,而不随负载的改变而改变,它具有良好的机械特性和优良的调速性能,并且控制用变频器提供的功率只占电机总功率的一小部分,故无刷双馈电动机应用前景广阔。然而,研究发现,在开环电压控制下,电动机运行会产生不稳定甚至失步的现象,其稳定性与电机参数、运行范围以及控制电压有关。该文首先给出绕线转子无刷双馈电机的转矩计算方法,进而通过分析电机的转矩特性提出其在各种运行模式下能够稳定运行的判据,最后通过仿真予以验证。

齿谐波法设计的无刷双馈发电机运行范围

转子绕组采用齿谐波法设计的无刷双馈电机在变速恒频发电领域有着广泛的应用前景,而影响其应用的关键在于电机运行的可靠性。要实现电机可靠运行,则必须考虑电机能可靠运行的约束条件。约束条件主要包含运行时电机的电负荷、磁负荷和变频器容量等。根据齿谐波法绕线转子无刷双馈发电机在船用轴带领域的实际工况,依据绕线转子无刷双馈电机全电路模型,对轴带发电机电负荷的组成及其对电机温升的影响、磁负荷选择的依据和变频器容量的选择等进行了分析,推导了绕线转子无刷双馈发电机可靠运行的范围。计算和样机实验对比验证了结论的正确性。

新型混合式转子无刷双馈电机

具有磁阻效应的绕线式转子无刷双馈电机是一种新型电机,它利用了磁阻式转子的磁通导向作用和绕线式转子接线灵活的特点,具有转子耦合能力强、磁动势高次谐波含量低、电机输出功率密度高等优点。文中介绍这一新型混合式转子结构,并对基于该结构的无刷双馈电机在转子侧无绕组时电机的磁阻效应,以及在转子侧无磁阻效应时新绕组结构电机的电磁性能进行了分析。对定子侧结构相同、控制绕组侧施加相同激励情况下,采用新型混合式转子、双正弦绕线式转子的两种转子结构的无刷双馈电机进行了研究,对比了电机的气隙磁场、电机系统输出功率和电机效率。通过实验与仿真结果对采用新型混合式设计电机的动态性能进行了研究,验证了样机仿真结果的正确性,同时试验结果也表明新型混合式无刷发电机性能的优越性。

绕线转子无刷双馈发电机电磁设计特点及其性能分析

本文从分析无刷双馈电机的基本运行原理出发,并以无刷双馈发电机的等效电路为依托,提出了无刷双馈发电机的基本设计思想,并给出了进行电磁计算的算法流程。在进行电机的参数计算时,针对特殊设计的绕线型转子漏感,提出了采用逐槽累加计算槽漏感和利用谐波分析计算谐波漏感的新方法。最后,以一种4/8极无刷双馈发电机为例并利用Vc++6.0编制的电磁计算程序计算电机相关性能数据,并从理论和实验的角度加以分析。

极对数组合形式对绕线转子无刷双馈电机性能的影响

无刷双馈电机存在特殊性,其定子上有两套极对数不同的绕组,对于确定极对数的两套绕组,其极对数组合形式对电机性能有一定程度的影响。以绕线转子无刷双馈电机的等效电路为基础,推导空载和负载状态下转子电流和功率绕组侧输出相电压与控制绕组励磁电流之间的关系,以及负载状态下系统输出功率与控制绕组励磁电流之间的关系。利用有限元法对2/4、1/3对极电机分别在两种极对数组合下的性能进行研究,通过实验证明了理论推导及有限元分析的正确性,实验结果也表明选择极对数较小的绕组作为功率绕组的电机具有转子电流小、饱和程度低、运行范围广、功率绕组侧输出电压高和系统输出功率大等优点。

绕线转子无刷双馈电机‘Π’型等效电路

等效电路是电机性能分析的重要工具。由于无刷双馈电机为多耦合系统,传统等效电路计算复杂,该文提出了无刷双馈电机更简洁的‘Π’型等效电路,为这种电机的性能分析提供了简单有效的方法。首先根据感应电机基本原理,引出了无刷双馈电机的基本等效电路,考虑无刷双馈电机具体适用工况,将基本等效电路参数均折算到控制绕组。然后,在控制绕组为参考的等效电路基础上,通过电路等效,导出无刷双馈电机的‘Π’型等效电路。进一步对绕线转子无刷双馈电机等效电路的参数获得进行研究,讨论了使用解析法需要注意的地方;并提出用试验直接测定无刷双馈电机基本电路参数的办法。最后,在60k W绕线转子无刷双馈电机样机平台上进行试验,试验结果验证了‘Π’型等效电路的有效性,及参数计算、测试方法的正确性。

基于绕线式异步发电机的风电场并网暂态稳定机理分析

随着许多大容量风电场直接并入输电网,电网受风电的影响程度已不容忽视。针对目前基于绕线式异步发电机(WRIG)的风电场并网的情况,通过详细分析WRIG风电场的暂态特性,将WRIG风电场在暂态过程中的制动作用简化等值到近端同步发电机上,进而提出一种采用经典等面积定则定性分析WRIG风电场近端同步发电机暂态稳定性的方法。最后通过仿真验证了该分析方法的正确性,并比较了WRIG风电场与同步发电机参与系统暂态调节的效果。

转子绕组星-环形拓扑结构无刷双馈电机

磁阻式和特殊笼型是目前无刷双馈电机常用的两种转子结构,但采用这两种转子结构的电机导体利用率低、谐波含量大,导致电机性能达不到工业应用要求。提出一种转子绕组采用星-环形接法的绕线式无刷双馈电机,星-环形结构可以提高绕组的导体利用率,这种电机可以作为发电机或电动机。引入基尔霍夫(Kirchhoff)定律用以说明星-环形结构的工作原理,并通过列举绕组实例说明了方法的有效性,同时对所选方案的磁势谐波进行分析。样机实验结果表明,基于星-环形原理设计的绕线式无刷电机具有优良的性能。

基于PSS／E Wind大型风电场并入输电网的动态特性研究

以PSS/E和风机软件包为平台,建立了基于滑差可调绕线式异步风电机组的恒速恒频风电场模型,并以CIGREB4-39风电场并网系统标准模型为例,研究了不同种风速扰动下的风电场动态特性,分析了对于不同容量、不同并网点风电场在不同种故障点扰动下保持稳定运行的能力。研究表明,扰动风速增量过大时,风电场振荡加剧;在一定容量范围内,大容量风电场表现出更强的抗扰动能力;同步发电机的调节作用对近区风电场稳定运行有明显改善的效果。

一种新型感应电动机转子绕组——无感绕组的研究

本文提出了一种应用于绕线型感应电动机的新型转子绕组,这种绕组在设计构思中引入“无感”的概念,其自身折算电阻在电机起动时可呈纯阻性增大,不再需要另外串入电阻,并在运行时恢复正常,因而能使电机既有好的起动性能,又有高的运行效率,同时也简化了转子结构。

绕线转子无刷双馈电机的d-q轴数学模型

在阐述绕线转子无刷双馈电机的定子绕组、转子绕组结构和静止a-b-c轴数学模型的基础上,推导出电机的d-q轴数学模型。这种电机模型建立在一个任意d-q轴坐标系下,使用起来方便,消除定子绕组和转子绕组之间互感矩阵的时变系数,缩短计算时间,有利于控制方法的实现,适用于绕线转子无刷双馈电机动态和稳态性能的分析研究。d-q轴数学模型的参数能根据电机的设计几何尺寸和经验公式得到。通过仿真分析结果和实验数据的对比,验证了任意d-q轴数学模型的正确性。绕线转子无刷双馈电机任意d-q轴数学模型的建立为电机性能分析和控制策略的研究奠定基础。

高压绕线电机软启动与双馈调速一体化系统

提出了一种高压绕线电机软启动与双馈调速一体化系统,该系统由可变电抗变换器、功率变换器、控制器和两组交流接触器构成。详细阐述了电机软启动与双馈调速一体化系统结构,分析了软启动和双馈调速原理,并分别对软启动和双馈调速进行了系统建模和仿真,并进行了试验。通过仿真与试验,其结果一致表明该一体化系统不但可以很好地实现高压绕线电机的平滑软启动,而且可以实现高压绕线电机的转速在同步转速的10%范围内可调。

一种转子绕组采用变极法设计的新型无刷双馈电机

无刷双馈变频调速电机的转子结构,目前研究的有磁阻和特殊笼型两种类型。其中特殊笼型转子被认为最有可能应用于大容量电机。但是,这种特殊笼型转子绕组是依据“共轭”原理设计的,导体利用率低,谐波含量大,因而性能还达不到实用要求。为解决这个问题,提出了一种不同于上述两种转子结构的新型转子绕组,即根据“变极法”设计的绕线型转子绕组。这种新型绕组利用其中两种不同极对数p和q对应感应电势在理论上可以有不同电回路的特点,对转子导体进行“重复利用”,从而具有较高的利用率和低的谐波含量。采用这种绕组的双馈电动机可以如同常规电机那样运行, 只是在需要时才进入变频调速 态工作,变频器可采用普通变频器。文中列出了这种新型绕组几种可能的连接方式,并对其工作原理进行了说明,最后,给出了应用这种绕组双馈电机空载下的调速实验结果。