Study of Steady-state Performances for a Novel Line-start Single-phase Permanent Magnet Synchronous Motor With Three Parallel-connected Windings

对于三相感应电动机的单相运行,学者们已经提出了多种实用的接线方式,比如Smith接法、SEMIHEX接法。然而,对于三相异步起动永磁同步电动机的单相运行,很少有合适的接法提出。将并联式接法应用于三相异步起动永磁同步电动机的单相运行,提出了一种新型三绕组并联式异步起动单相永磁同步电动机。分析了三相异步起动永磁同步电动机同步运行时以及起动瞬间的正序、负序阻抗,基于对称分量法,对该接法电机的对称运行条件进行分析,得出了电容的确定方法,并利用遗传算法对电容值进行优化。提出了该新型电机稳态性能的计算方法;设计了一台高功率因数和一台低功率因数三相异步起动永磁同步电动机作为样机,并分别将其改接为三绕组高效单相永磁同步电动机,进行实验研究。实验结果表明,低功率因数的异步起动永磁同步电动机更适合改接成新型三绕组并联式单相永磁同步电动机。由低功率因数三相永磁同步电动机改接成的单相异步起动永磁同步电动机在额定负载下运行时,具有与同容量三相永磁同步电动机相近的效率和更高的功率因数。

基于改进矩量法的风电机无源干扰快速计算

准确快速计算风电机的散射电场,是解决风电机无源干扰的基本前提。采用传统矩量法求解电大尺寸风电机散射电场时,需要极为庞大的计算资源导致难以求解。为此,考虑风电机工作时叶片的周期对称性以及风电机叶片大曲率、复杂的异形曲面,改进了传统矩量法中求解风电机无源干扰的面元剖分方法,引入基于曲面三角面元的矩量法基函数,并且利用叶片结构的对称性简化阻抗矩阵填充过程,准确快速计算出了风电机表面感应电流产生的散射电场,实现了风电机无源干扰的快速计算。为验证所提方法的正确性及有效性,开展了基于电波暗室风电机缩比模型实验,结果表明,该方法计算的结果与实验测量结果较为一致。以实际金风GW82/1500型风电机为例,将所提方法计算的不同方位角下风电机叶片无源干扰水平与传统矩量法相比,表明该方法与其吻合良好,所提方法矩阵元素计算内存减少了34.64倍,矩阵元素求解效率提高了37.95倍。为后续广域空间下风电场中大规模风电机阵列动态电磁散射理论研究奠定了理论与技术基础。

基于对称分量法的调相机定子故障特征分析

传统同步调相机定子绕组匝间短路故障机理分析方法通常认为电机定子电流接近三相对称,并以此为基础建立同步调相机故障电流的数学表征。但是,一旦发生定子绕组匝间短路故障,同步调相机三相定子电流的对称性将遭到破坏,使得传统故障机理分析方法所建立的数学表征无法准确反映电机内部电气量的变化。文中通过引入对称分量法,建立故障后同步调相机瞬时有功/无功功率的数学模型,提出利用瞬时有功/无功功率中的2次谐波进行定子绕组匝间短路故障诊断。仿真和实验的结果表明:相较于利用定子电流3次谐波与基波幅值之比诊断故障的传统方法,文中方法在轻微故障状态下能提高至少7倍的诊断灵敏度,更易完成早期故障诊断。同时,所提方法中的故障特征量不受同步调相机工况和故障位置的影响,具有强鲁棒性。

离网型小型风力发电系统逆变器的控制

离网型小型风力发电系统中负载特性对逆变器提出了特殊的要求。文中采用三相四桥臂逆变器拓扑结构,在对称分量法的基础上建立了逆变器的控制模型,并推导了在双同步旋转d-q坐标系下的表达式。构建了基于前馈解耦的多环控制系统,实现了对正序、负序和零序分量的独立控制。实验结果证明该方案对不平衡负载有较强的抑制作用,能够为负载提供优质电能。

大跨悬索桥对称和非对称架梁施工颤振稳定性研究

对称架梁施工是现在悬索桥施工过程中最为广泛采用的加劲梁吊装方法,而非对称架梁施工,传统上被认为在加劲梁吊装阶段具有比对称架梁施工方法更好的颤振稳定性能。经过大量的悬索桥全桥气弹模型风洞试验和采用有限元方法进行动力特性分析,比较和评估对称与非对称两种架梁施工方法的气动表现性能。在全桥气弹模型的风洞试验中发现,采用对称架梁施工方法,在施工过程中会存在颤振稳定性最差的区间,并且这样的区间可能不止一个,而采用非对称架梁施工方法,固然在那些采用对称架梁施工时颤振稳定性较差的区间处提高了颤振稳定性能,但却在另一些施工区间中表现出比对称架梁施工更差的颤振稳定性能。用有限元方法进行分析表明,非对称架梁施工在某些施工阶段内虽然能提高结构的弯扭耦合颤振临界风速,但有可能因该区段过低的竖弯频率而引发结构竖弯振动发散的现象。

光纤环十六极对称绕法温度性能的仿真与分析

温度性能对光纤陀螺的精度影响至关重要。通过深入研究光纤环的十六极对称绕法,达到了改善光纤陀螺温度性能的目的。在对光纤陀螺由Shupe误差引起的热致旋转速率误差数学模型离散化的基础上,结合ANSYS有限元分析软件建立了精确到匝的光纤环十六极对称绕法有限元模型。根据所建立的光纤环温度分布模型,仿真分析比较了在光纤环四周施加变化的温度激励和分别在径向和轴向施加相同的恒定温度激励下,十六极对称绕法与四极和八极对称绕法绕制的光纤陀螺的温度性能。仿真实验结果显示：由十六极对称绕法绕制的光纤陀螺的热致旋转速率误差要低于四极和八极对称绕法1~2个数量级,这对十六极对称绕法在高精度光纤陀螺中的应用具有重要意义。

新型接法的三绕组单相电动机

在单相供电系统中,当电动机额定功率大于0.5kW时,采用普通单相感应电动机是不经济的,为此提出一种新型连接方式的三绕组单相感应电动机,该接法对Y接法三相感应电动机的6个出线头进行改接,并与2个电容器相连接,改变了绕组中电流的相位,使三相电机在单相供电系统中实现接近对称运行。采用对称分量法研究该连接方式下电机对称运行需要满足的条件,讨论对称运行条件下电容的选择及其对电机性能的影响,推导了该电机性能计算的具体方法。针对该连接方式进行试验研究,并与三相对称运行进行比较。样机试验证明,新型接法三绕组电机的效率接近三相电动机在三相电源上对称运行的效率,且具有更高的功率因数,可替代普通单相感应电动机。

单相接地故障下双馈感应发电机短路电流计算

当发生单相接地短路故障时,双馈感应发电机（DFIG）的暂态特性与普通的异步发电机有着较大区别。因此基于DFIG的暂态模型,采用对称分量法得到含撬棒电阻的正、负序等值电路,进而分析单相接地故障下,DFIG短路电流的瞬时值、最大值以及周期分量有效值的计算公式。最后对比PSCAD/EMTDC软件中的仿真结果,验证该文所推导出的单相接地故障下DFIG短路电流计算公式的准确性。

直驱永磁风力发电系统低电压穿越改进控制策略研究

采用改进的瞬时对称分量法对电网电压瞬时值进行对称分量分解,提出了电网电压不对称跌落时D-PMSG的低电压穿越控制策略。按照电网电压正序分量和额定电压的比值减小发电机功率,并在解耦控制中分别控制正序和负序分量,正序通道完成能量的传输,负序通道产生和电网负序电压相等的负序电压,从而保证网侧逆变器电流中无负序分量,避免了逆变器非全相过负荷,充分利用其容量。仿真结果研究表明,提出的改进控制策略实现了不对称故障下的低电压穿越,并且保持了逆变器三相电流对称。

改进对称瞬时分量法及其在双馈感应发电机负序电流抑制控制中的应用

电网电压不平衡时,传统对称分量法,会将电流检测量中的毛刺或高次谐波等干扰信号放大,导致使用对称分量算法分离正负序分量存在较大误差,从而影响基于正负分量法控制策略的控制效果,论文首先分析传统对称分量法在信号检测存在毛刺和谐波时的影响,提出改进的瞬时对称分量方法,改善正负序信号量分离的检测精度,并通过改变离散算法的计算步长,抑制毛刺干扰和谐波分量对正负序分量分离的干扰,提高正负序分量的分离精度,并抑制发电系统的整体谐波含量,论文最后建立了DFIG基于负序同步旋转轴系下的数学模型,研究了采用改进的瞬时对称分量法抑制DFIG负序电流的控制策略,并通过系统仿真,验证了论文所提出的改进瞬时对称分量法的正确性。

基于全绕组拓扑结构的移相变压器建模及应用

针对现有移相变压器稳态数学模型不能适用于内外部端口故障电气量计算的问题,基于相分量法建立其全相数学模型。以对称双芯式移相变压器为例,根据其电磁约束关系,推导出节点电压与电流间的关系式,再通过绕组拓扑结构对节点进行合并及接地处理,得到移相变压器的导纳矩阵和全相等效电路模型,并对矩阵进行修正以适应不同故障情况下的计算。最后,利用该模型分析了对称双芯式移相变压器在不同相序网络中的运行特性。对比仿真结果可知,所建全相数学模型能够准确计算各类端口故障下的电气量,所得等效相序电路可以有效反映不同序分量下移相变压器的运行特性。

直驱风电机组低电压穿越改进控制方法仿真研究

采用改进的瞬时对称分量法对电网电压瞬时值进行对称分量分解,提出了电网电压不对称跌落时D-PMSG的低电压穿越控制策略,按照电网电压正序分量和额定电压的比值减小发电机功率,并在解耦控制中分别控制正序和负序分量,正序通道完成能量的传输,负序通道产生和电网负序电压相等的负序电压,从而保证网侧逆变器电流中无负序分量,避免了逆变器非全相过负荷,充分利用其容量。仿真结果研究表明,提出的改进控制策略实现了不对称故障下的低电压穿越,并且保持了逆变器三相电流对称。

三绕组Δ/Δ/Δ连接分裂变压器相间短路漏磁场计算

利用对称分量法，推导了三绕组Δ／Δ／Δ连接分裂变压器，在相间短路情况下的稳态短路电流和突发短路电流计算公式；在此基础上，利用有限元法，对变压器在相间短路情况下的漏磁场进行了计算和分析。

变极电机绕组设计的一种新方法──对称块图法

提出了应用双极对数槽号相位图设计变极绕组的一种新方法─－对称块图法．阐述了对称块图法的原理，分析了槽号不重复选用的原则，提出了在对称块图法中保证槽号不重复选用的法则，并以反向法变极为例讨论了对称块图法的具体应用，研究了与其对应的对称块图划分的规律及相应的最佳方案．这些规律只与变极绕组的联接方式有关，而与具体的绕组方案无关，因而易于掌握，可以实现变极绕组的直观、灵活设计．

电网不对称故障下永磁同步风电机组低电压过渡的研究

电网导则要求并网风电机组在电网电压一定的跌落范围内不脱网运行。为了满足这一要求,建立了永磁同步发电机组网侧变流器的数学模型,分析了电网不对称故障时风电机组直流侧电压的波动机理,采用瞬时对称分量法求得网侧三相电压的正序和负序分量,在解耦控制中分别控制正序和负序分量。仿真结果表明,改进后的控制策略保持了逆变器三相电流对称,消除了直流侧二倍工频纹波,实现了电网不对称故障下风电机组的低电压过渡。

永磁同步风电系统网侧变换器控制策略研究

永磁同步风电系统使用两电平电压型双PWM变换器向电网输送电能。由于变换器直流侧负载扰动引起直流母线电压波动,影响输入电网电能质量。为了减小负载扰动对直流母线电压的影响,提出一个基于相似反对称结构理论的网侧变换器控制方法。以相似反对称结构为闭环期望结构,采用逆推法设计网侧控制器。对系统在负载扰动作用下的稳定性进行分析。用Matlab进行仿真,结果表明该控制器能控制输入电网电能功率因数,提高直流母线电压的稳定性,缩短调节时间,提高系统的鲁棒性,为优化输电网的电能质量提供了依据。

光纤环多极对称绕法对Shupe误差抑制效果仿真分析

Shupe误差是高精度光纤陀螺(IFOG)工程化过程中的最大瓶颈问题之一。建立一个精确到匝的光纤环有限元模型,基于此模型,并在不同温度激励下分析八极、十六极和三十二极对称绕法的温度性能。仿真结果表明:相对于八极对称绕法,采用十六极对称绕法和三十二极对称绕法的光纤陀螺能够有效抑制热致陀螺漂移,且十六极对称绕法的抑制效果最好。这对高精度IFOG的光纤环绕制方法的选择提供了指导。

光纤环非互易性结构仿真及设计优化

主要针对光纤环在变化的温度场中产生的热致非互易性旋转速率误差(shupe误差)进行了仿真分析,并且提出了一种新的光纤环绕制方法以减小shupe误差。首先建立了3种对称绕法下带骨架光纤环的有限元模型并对它们施加相同的随时间变化的均匀温度场载荷,经分析计算得到了光纤环中各匝的温度变化率数据。再利用精确到匝的光纤环热致旋转速率误差数学模型进行计算,最后得出3种绕法下光纤环的shupe误差。仿真分析的结果表明采用新提出的反交叉对称绕法的光纤环对shupe误差的抑制效果最好。

对称非均匀层合板梁的弯扭耦合效应

为了研究复合材料风力机叶片的弯扭耦合效应,将风力机叶片简化为对称非均匀铺层层合板梁,采用实验和数值分析方法研究耦合区域对叶片弯扭耦合效应的影响。给出了对称非均匀层合板梁的铺层方式及其制作工艺,设计了对称非均匀层合板梁的弯扭耦合效应实验,给出了实验原理及测量方法,测量了对称非均匀层合板梁的挠度和扭转角。基于ANSYS软件建立了对称非均匀层合板梁的有限元模型,计算了在集中力载荷作用下梁的变形。通过有限元数值分析结果与实验结果对比,结果表明:耦合区域对对称非均匀层合板梁的变形行为产生重要影响,采用中部耦合区域铺层方式可以获得显著的弯扭耦合效应。