基于有限元的汽轮发电机模型机设计研究

研究与300MW大型汽轮发电机同槽数的7.5kW模型机和300MW发电机的空载特性相似性。运用FEM(有限元)稳态计算程序计算模型机的空载特性,将计算数据与试验数据进行对比验证程序的可靠性。选定、转子铁心具有恒定高导磁率时所得空载线为反映气隙磁压降的实际气隙线,并以二者气隙线重合为基准对空载曲线作标么值处理,电压基值选各自电机额定端电压,电流基值选气隙线上各自达到额定电压时对应的励磁电流,从而在同一张图中对比两电机的实际饱和特性与气隙线的靠近程度。通过改变模型机转子导磁材料、气隙大小,得出结论:在允许范围内选用高导磁性材料、加大气隙可以改善模型机和300MW发电机的空载特性相似性。讨论了材料饱和程度与空载饱和特性相似性的关系。     

带有大中继线圈的无线充电磁耦合器抗偏移特性研究

感应式电能传输技术在电动汽车实际应用中不可避免地出现原副边线圈相对位置错位,这会导致系统效率下降、线圈过流等一系列问题。针对这些问题,提出一种带大中继线圈的三线圈磁耦合器结构用于提升系统抗偏移能力。结合解析法和有限元法,分析了影响系统效率的关键因素,研究了不同补偿参数下三线圈磁耦合器传输性能以及不同偏移程度下两线圈和三线圈的互感和损耗的变化规律,并验证了含大中继线圈的三线圈磁耦合器在提升抗偏移能力方面的独特优势。在此基础上,提出基于两线圈和三线圈切换的具有强抗偏移能力的磁耦合器优化设计方法。设计并研制了线圈尺寸为400 mm×400 mm的磁耦合器样机,实验结果表明在偏移尺寸达到线圈尺寸50%、输出功率为3 kW的情况下,磁耦合器效率可达95 %,相比传统两线圈磁耦合器效率提升5 %。     

汽轮发电机计及双因素非线性影响的功角特性

为研究磁路饱和与磁场畸变双因素非线对汽轮发电机功角特性的影响,利用有限元方法获得发电机的有功和无功功角曲线,揭示计及双因素非线性的电抗随功角变化的规律,然后将分运行区间的饱和电抗用于功角特性解析法计算。研究结果表明,汽轮发电机计及双因素非线性后,极限功角小于90°,极限功率下降,无功功率减小;随着功角的增大,直轴电抗先增大后减小,交轴电抗变化不大,两者差值可达到14%;与直接用有限元方法计算的功角特性进行对比,用分运行区间电抗的计算结果非常吻合,而用空载特性修正的饱和电抗的计算结果相差较大。研究结果可为同步发电机静态稳定极限的确定和暂态稳定的判断提供参考。     

汽轮发电机在饱和与磁场畸变时负载励磁电流计算的新方法

磁路饱和与磁场畸变的共同作用会使发电机负载饱和特性显著偏离其空载特性,为了计算这种差异,提出了其负载励磁电流计算的一种改进方法.以300 MW汽轮发电机为例,以有限元方法为工具,获得了反映磁路饱和与磁场畸变共同作用下负载非线性特性的关系曲线族,提出了用这种新曲线族代替空载特性计算负载励磁电流的新方法.通过计算发电机在不同功角下的负载励磁电流,说明该方法比传统方法有较高的计算精度,比有限元方法有较快的计算速度.     

汽轮发电机内部非线性特征的定量表述

为了建立汽轮发电机的精确的非线性模型，以有限元方法为工具，系统研究了汽轮发电机的3种非线性因素，即主磁通饱和效应、励磁电流漏磁通导致的转子轭部附加饱和效应及磁场畸变非线性。采用定、转子齿部磁压降及转子轭部磁压降在总的磁势中所占比例表示相关部分磁路饱和非线性，进而研究磁场畸变非线性的定量表示方法。提出用等效气隙长度相对于气隙设计长度的变化来描述磁场畸变非线性。在额定点附近，等效气隙长度达到设计值的1.4倍，而在临界失稳工况下，等效气隙长度达到后者的2倍以上。通过300 MW发电机实测数据与有限元计算结果对比，说明结果可信。该方法与传统方法相比，可以更准确地描述汽轮发电机非正常运行条件下的非线性程度。     

考虑电磁兼容特性下电动汽车直流充电桩测试装置的模块化设计及应用

直流充电桩现场测试装置内部为强弱电相结合,易产生电磁干扰而影响装置正常工作,降低测量精度。为了抑制测试装置内部的电磁干扰问题,分析了非平行传输线缆的电磁串扰,并在不同参数下进行了串扰仿真计算,同时利用ANSYS Maxwell电磁场仿真软件进行电磁屏蔽仿真及方案设计。基于上述方案研发了一套用于现场测试的模块化直流充电桩测试装置,其包含电源模块、计量模块、通信模块、控制模块和中央处理单元共5个子模块,实现了测试装置的紧凑化装配及模块化连接,并通过硬件结构和安装布局实现设计及现场应用。现场测试结果表明该装置通信稳定、运行可靠,电气量参数测试精度满足设计要求。     

用于提高无线充电抗偏移能力的补偿参数确定方法及控制策略

电动汽车无线充电过程中,磁耦合器原、副边线圈的偏移会导致无线充电系统(WPTS)功率的剧烈波动。为了提升系统输出功率的抗偏移能力,以三线圈方形线圈结构磁耦合器为例,研究了非谐振的电容补偿参数选择方法并提出了基于品质因数的控制策略,降低了工程应用中的控制难度。设计并研制了一台3 kW样机进行了实验验证,结果表明采用所提控制策略,在横向偏移距离小于250 mm和纵向偏移距离小于100 mm的情况下,WPTS输出功率均大于3 kW,输出功率的波动小于1 kW,效率仍高于90%。     

基于面向对象技术的变压器空载合闸涌流仿真

本文采用常规方法及四阶龙格库塔法对单相变压器合闸过渡过程进行计算,利用面向对象的Delphi语言以及Access数据库,开发了合闸涌流可视化仿真软件。通过该软件,学生不仅可以掌握变压器合闸过程中的电流与磁通的非线性关系及其影响因素,而且可以了解非线性问题的数值求解方法,为学习“电机学”中后续的非线性问题奠定了基础。     

不同发电机模型大扰动特性及暂态稳定性的对比研究

通过对单机无穷大系统的饱和、阻尼绕组对BPA仿真结果进行讨论,并与时步有限元的标准响应进行对比,在发电机不计转子铁心饱和、计及阻尼作用的情况下,研究了系统的暂态稳定极限,指出BPA不能综合考虑转子铁心饱和、阻尼等复杂因素对发电机暂态稳定性的影响。     

基于专家知识的电压无功控制

电网经济运行的前提必须是保证系统安全运行，在保证电压合格的情况下再考虑降低网损才有实际意义。文中采用基于广站控制体的专家知识就地控制电压。在本地调整手段用尽后．母线电压仍然越限时，自动根据网络的拓扑结构进行远方调整，直到消除越限或用尽远方调整手段。线性规划法中初始可行解对于无功优化的成败至关重要，因而提出应用基于厂站控制体的专家知识来进行电压校正控制．进而获取线性规划问题的初始可行解；另外．本算法只选择系统监视的母线电压作为状态变量，大大降低了方程的维数．提高了计算速度．本算法运用于某实际系统的无功优化控制，获得了较满意的效果。