Equivalent circuit and characteristic simulation of a brushless electrically excited synchronous wind power generator

A brushless electrically excited synchronous generator （BEESG） with a hybrid rotor is a novel electrically excited synchronous generator. The BEESG proposed in this paper is composed of a conventional stator with two different sets of windings with different pole numbers, and a hybrid rotor with powerful coupling capacity. The pole number of the rotor is different from those of the stator windings. Thus, an analysis method different from that applied to conventional generators should be applied to the BEESG. In view of this problem, the equivalent circuit and electromagnetic torque expression of the BEESG are derived on the basis of electromagnetic relation of the proposed generator. The generator is simulated and tested experimentally using the established equivalent circuit model. The experimental and simulation data are then analyzed and compared. Results show the validity of the equivalent circuit model.

交错磁极混合励磁同步发电机冷却系统设计与温度场计算

为了进一步降低电机性能受温升限制的影响,对一台交错磁极混合励磁同发步电机提出了机壳水冷和环形水冷盘相结合的冷却系统。基于计算流体力学(CFD)和传热学理论,建立三维流体场和温度场模型,分析在相同进水流量下单水道、双水道及加入扰流片三种水冷盘的散热性能,对水冷盘壁厚及相邻扰流片间的夹角进行了优化。对优化后的冷却方案进行温度场仿真,得到电机各个部件的温升。仿真结果表明,与传统的机壳螺旋水道结构相比,加入水冷盘结构能够有效降低发电机各部分温升,提高发电机的冷却散热能力。

混合励磁发电机谐波无刷励磁系统设计研究

为解决永磁发电机气隙磁场调节问题并保持其无刷化的优点,提出一种基于谐波磁场的混合励磁发电机无刷励磁原理,推导转子励磁绕组电流与定子谐波励磁绕组电流之间的关联关系。给出了谐波无刷励磁系统的设计原则和方法,包括输入直流电流和不同频率交流电流励磁时的定子谐波励磁绕组极对数、转子谐波绕组和励磁绕组节距,以及构成谐波无刷励磁系统的绕组匝数的确定方法。以一台48槽、2对极的混合励磁发电机为例,详细分析了定子谐波励磁绕组、转子谐波绕组和励磁绕组设计过程,得到了相应的绕组展开图和绕组布置示意图。针对定子谐波励磁绕组极对数分别为8、12和24三种情况进行了仿真计算,电枢绕组空载线电压谐波分析与转子谐波绕组感应的谐波电动势次数均与理论分析相符。研制了一台谐波无刷混合励磁同步发电机样机,测试结果验证理论分析和计算的正确性。

混合励磁永磁同步发电机原理及参数计算

永磁同步发电机结构简单、运行可靠，但输出电压不可调是其不足之处．在电机设计上，提出了混合励磁结构在保证发电机无刷化的前提下实现气隙磁场的调节。

混合励磁永磁同步发电机的原理与设计

针对普通永磁同步发电机输出电压不可调的不足之处 ,本文采用一种新颖的电机结构———混合励磁结构 ,它综合了永磁电机和电励磁电机的优点 :发电机在结构上是无刷的 ;磁场可以调节。对这种电机的结构、工作原理、设计方法等进行了描述 ,并试制了一台样机 。

磁分路式径向结构混合励磁同步发电机的结构及原理分析

针对永磁同步发电机输出电压调节困难的缺陷,设计了一种磁分路式径向结构混合励磁同步发电机,通过调节励磁电流,利用磁分路结构能够方便地调节电机的气隙磁场。描述了电机的结构、工作原理,讨论了磁分流点、磁不分计算方流点和负载平衡点的概念,定性分析了磁分流点和磁不分流点时气隙磁通的大小,利用二维有限元法计算了磁分流点、磁不分流点和负载平衡点的位置。理论分析和实验结果表明:在磁分流点时,电机的气隙磁通最小;在磁不分流点电机的气隙磁通最大。功率因数和负载变化时,通过调节励磁电流的大小,电机的端电压可以保持不变。

新型混合励磁永磁同步电机齿谐波电动势的协调控制

对于利用齿谐波磁场来励磁的混合励磁永磁同步电机,希望转子齿谐波绕组中感应的用来励磁的齿谐波电动势足够大,而定子电枢绕组中感应的影响电动势波形的齿谐波电动势尽可能小。为了实现这一目标,分析了齿谐波电动势产生的机理,找到了影响定、转子绕组齿谐波电动势大小的主要因素,并进行了详细的讨论,得出了一些实用的结论。最后,对一台齿谐波励磁的混合励磁永磁同步发电机进行了理论计算和实验,计算结果和实验结果的比较验证了理论分析的正确性。

具有附加谐波绕组的混合励磁同步发电机结构和原理

为解决永磁同步发电机气隙磁场难以调节的问题,同时又保持其无刷化的优点,提出一种基于谐波励磁的无刷混合励磁同步发电机。该发电机在混合励磁同步发电机的基础上,增加了2套附加谐波绕组:定子谐波励磁绕组和转子谐波绕组。定子谐波励磁绕组建立的谐波磁场会在转子谐波绕组中感应谐波电动势,该谐波电动势经二极管旋转整流器后直接提供给转子励磁绕组。阐述该新型电机的基本结构,并分析转子谐波电动势的产生机理及其励磁原理。理论计算和实验结果表明:通过控制定子谐波励磁电流,可以实现该发电机气隙磁场和端电压的调节,同时验证了文中提出的无刷谐波励磁原理的正确性和方案的可行性。

基波电枢磁动势对转子齿谐波电动势的影响

研究电枢磁动势对转子齿谐波电动势的影响是利用电机中固有的齿谐波磁场实现永磁电机气隙磁场调节的关键问题之一。基于磁导分析法定性分析了定子基波电枢磁动势在转子侧产生齿谐波电动势的机理,讨论了线性磁路和非线性磁路下基波电枢磁动势对转子齿谐波电动势的影响。当发电机带电感性负载时,对于线性磁路,转子齿谐波电动势随着电枢电流的增加而减小;而对于非线性磁路,随着发电机电枢电流的增加,转子齿谐波电动势可能增加、不变或者减小。针对一台齿谐波励磁的混合励磁永磁同步发电机进行了计算和实验,计算结果和实验结果均与理论分析吻合。

齿谐波绕组感应电动势波形快速计算

为了把握齿谐波励磁系统的性能,需要快速地计算齿谐波绕组感应电动势波形。通过分析定子齿谐波磁导以及转子齿谐波绕组节距的特点,对转子齿谐波绕组的感应电动势波形计算提出进一步简化,并分析简化原理。简化后只需计算1/2个定子齿距内定转子不同位置下的电磁场,根据电磁场计算结果,得到转子齿谐波绕组磁链在一个周期内的波形,从而快速计算出转子齿谐波绕组感应电动势波形和有效值。该方法具有计算准确、计算量小以及物理概念清楚等优点。对一台齿谐波励磁的混合励磁永磁同步发电机进行了计算和实验,计算结果和实验结果的比较验证了方法的正确性。

基于多环调压控制的混合励磁航空变频交流发电系统

变频交流发电系统在航空电源上越来越受到重视。发电机转速的变化带来了发电机参数的变化,对发电机调节技术带来了挑战,现有的适合恒频发电系统的调压技术不能满足变频发电系统的需要。本文将发电机电压、励磁电流、发电机频率和负载电流四个量作为反馈量,构成多环反馈,用于新型的混合励磁无刷交流发电系统中,分析了混合励磁无刷交流发电机的特性。对发电系统进行了变频调压实验,实验结果表明,设计的发电机调压器减小了动态调节时间,适合于变频交流发电系统。

双定子混合励磁同步发电机电磁设计分析及实验研究

针对风力发电用永磁同步电机具有转速随机性较强导致端电压不稳定的特点,设计了一种双定子混合励磁同步发电机,并给出其电磁设计方法。利用三维有限元方法分析励磁电流变化时的电机空载磁场分布,并计算绕组磁链、感应电动势及电感等参数。研制了一台8极27槽样机,测试了发电机内外定子相电动势波形及空载特性。实验结果验证了理论分析的正确性,此电机结构合理,可有效提高电机功率密度,通过调节励磁电流,可稳定电机端电压,适用于风力发电等变速发电场合。

谐波励磁的混合励磁发电机比较与分析

为了解决现有一些混合励磁永磁电机的无刷化问题,将谐波励磁应用于混合励磁发电机中,提出两种谐波励磁的混合励磁发电机。分别介绍这两种谐波励磁的混合励磁发电机的结构及其工作原理,从谐波电动势产生的根源和途径、谐波绕组感应电动势的能力、运行效率、绕组用铜量,以及调节方便性等5个方面,针对这两种谐波励磁方式进行详细的比较和分析。分析结果表明,齿谐波励磁的混合励磁发电机具有较明显的优势。最后,研制了一台齿谐波励磁的混合励磁发电机并进行实验,实验结果表明,齿谐波励磁的混合励磁发电机具有较宽的气隙磁场调节能力和较高的运行效率。

新型混合励磁直驱式风力发电系统MPPT控制

介绍了一种基于新型混合励磁同步发电机的直驱式风力发电系统。根据风力机特性和混合励磁同步发电机的特点,提出一种不依赖风机参数和空气密度的变步长最大风能跟踪控制算法,通过实验得出一种变步长经验算法,使系统更快速有效地实现最大风能跟踪。搭建了基于混合励磁同步发电机的风力发电系统试验平台。实验结果表明:该算法不仅能在风速变化时自动搜索到每一风速对应的最佳转速,实现风机最大风能的捕获,而且具有对快变风速的动态响应能力,验证了控制方案的正确性和可行性。

转子磁分路式径向结构混合励磁同步发电机的空载特性

转子磁分路径向结构混合励磁同步电机利用磁分路结构可以方便地调节电机的气隙磁场。本文描述了电机的结构和原理,研究了该电机的空载特性,针对空载电动势调节范围较小的问题,探讨了减小电机导磁体间的漏磁、提高气隙磁通密度的方法,并讨论了永磁部分长度、电励磁部分长度对电机空载特性的影响。仿真和实验结果表明:磁分路径向结构混合励磁同步发电机适宜短而粗的结构,其轴向长度的变化对电机的空载特性影响很大。

齿谐波绕组电流对电枢绕组空载电压波形的影响

为了利用电机中固有的齿谐波磁场实现永磁电机气隙磁场的调节,需要处理好齿谐波磁场的利用与电枢绕组电压波形畸变两者之间的关系。基于磁导分析法定性分析了转子齿谐波绕组电流产生的机理,及其产生的齿谐波磁场在电枢绕组中感应的齿谐波电动势特点。相邻磁极下的齿谐波绕组采用正向串联的方法,可以解决电枢绕组和齿谐波绕组之间的磁场耦合问题,从而消除由转子齿谐波绕组电流产生的齿谐波磁场在定子电枢绕组中感应的齿谐波电动势。针对一台齿谐波励磁的混合励磁永磁同步发电机进行了计算和实验,通过对比计算结果和实验结果验证了理论分析的正确性。

基于感应励磁的混合励磁同步发电机性能

针对感应励磁发电机结构简单但励磁容量有限,永磁同步发电机磁场难以调节的问题,研究了一种将二者励磁功能相结合的混和励磁发电机。气隙中大部分磁场由转子上的永磁体提供,当需要调磁时,通过定子直流绕组与转子上感应绕组的感应作用,在感应绕组上获得调节磁动势,实现发电机磁场的调节。转子上两种励磁源为并联关系,调磁磁路磁阻小,无电刷-集电环系统,保证了发电机的结构简单、可靠性。在原理分析的基础上,使用二维有限元法对电机的磁场调节能力和负载特性进行分析,并进行了样机实验。有限元分析与实验结果都表明,与同结构参数的永磁同步发电机相比,混合励磁同步发电机具有灵活磁场调节能力;而相对于同一定子励磁磁动势的感应励磁发电机,该发电机输出容量大幅度提高,克服了感应励磁不适用于大容量发电的问题。

倍极感应作用下的并联式混合励磁同步发电机的结构与调压分析

针对永磁同步发电机因气隙磁场调节困难所导致的输出电压难以保持恒定的问题,提出将倍极感应原理应用于传统表贴式永磁发电机框架中,形成并联式混合励磁无刷同步发电机的拓扑结构。在结构分析的基础上,建立等效磁路模型,进而推导出调压的计算公式;使用二维有限元法,进一步研究电机的磁场分布和结构参数对电机运行性能的影响规律;在此基础上,研制样机并进行空载和负载实验。实验结果验证了该文所提出的混合励磁电机结构的合理性。

混合励磁同步发电机–矩阵变换器发电系统两级式电压闭环控制策略

研究了一种基于混合励磁同步发电机与矩阵变换器组合的宽转速范围的变速恒频发电系统。在理论推导该新型发电系统数学模型的基础上,提出了一种将发电机端电压闭环控制与矩阵变换器输出电压的瞬时值闭环控制相结合的两级式电压闭环控制策略,并通过推导闭环系统传递函数对系统稳定性进行了分析。最后,通过实验验证了该发电系统及其控制策略的有效性。