十二相整流发电机系统二极管故障时场路耦合仿真分析

为研究十二相整流发电机系统在二极管故障时的运行情况,建立了基于有限元的场路耦合仿真模型。根据所建立的模型,分别对十二相整流发电机系统中二极管开路故障和短路故障进行了研究,得到两种二极管故障状态下系统的负载电压、相电流的运行特点,阐明了二极管开路故障和短路故障对系统产生的影响。将仿真结果与实验结果进行对比,验证了模型及分析的合理性、准确性。研究为二极管开路时系统容错运行的可行性以及二极管短路时系统保护方案制定提供了理论参考。     

十二相整流发电机二极管开路的故障运行分析

为研究十二相整流同步发电机在整流元件故障工况下的运行性能,针对不可控整流桥提出了适用于故障情况的二极管通断判别方法。基于电路拓扑理论建立了十二相整流同步发电机系统模型,对单个二极管开路的故障工况进行分析,表明单个二极管开路对直流侧供电品质产生影响,并能得出直流电压与负载大小的数值关系。通过样机仿真结果与试验结果的对比分析,证明了所提分析方法的有效性,为判断多相整流同步发电机二极管开路故障时容错运行的可行性提供理论依据与实用措施。     

基于直线式移相变压器的多重叠加逆变系统

在多重叠加逆变系统中,为了克服传统的移相变压器绕组设计复杂、不能实现精确匝数比、不易拓展等缺点,提出了将直线式移相变压器应用于多重叠加逆变系统。分析了直线式移相变压器的气隙磁场分布,介绍了基于直线式移相变压器的多重叠加逆变系统的基本原理,设计了可以削弱三相不对称问题的绕组结构。通过仿真优化气隙提高系统的逆变效率,最后进行了仿真和实验验证。仿真和实验结果表明,所设计的逆变系统可以输出电能质量较高的三相交流正弦电压,且逆变系统效率较高,验证了将直线式移相变压器应用于多重叠加逆变系统这一方案的可行性。     

用于多脉波整流的直线式移相变压器

在多脉波整流中,为了优化结构和改善电能品质,提出一种类似于直线电机的直线式移相变压器。不同于普通移相变压器,该移相变压器采用直线式铁心结构,易于绕组布置和大功率场合下的模块化叠加,电路结构更为简单。以3相/12相直线式移相变压器为例,阐述其在多脉波整流中的应用原理,解析气隙平移磁场;基于磁动势平衡理论,阐述消除网侧主要谐波电流的原理;开展有限元仿真分析和样机实验,证明直线式移相变压器能较好地改善输出直流电压和抑制网侧谐波电流,验证了直线式移相变压器的有效性。     

干式移相整流变压器短路故障问题的数值分析

针对干式移相整流变压器运行时产生的短路故障问题,对短路情况下的绕组漏磁场、并联支路电流和短路机械性能参数等进行了数值计算与分析。     

核电多相角形无刷励磁系统旋转二极管开路故障特征分析

多相无刷励磁系统是大容量核电机组的首选励磁方式,其整流二极管处于高速旋转状态,在实际运行中二极管故障时有发生,对二极管故障特征的准确把握是实现对其可靠灵敏保护的前提。首先,通过理论分析得到旋转二极管正常运行、一管开路及一相开路时励磁机转子电枢电流的解析表达式。进一步,基于电枢反应磁势对定子励磁绕组作用的分析,得到了3种运行情况下励磁机定子励磁电流的谐波特性。最后,对某11相角形无刷励磁机样机进行了负载工况下二极管正常运行、一管开路及一相开路实验,电枢电流和励磁电流的实验结果验证了理论分析的正确性。实验与理论分析均表明:旋转二极管正常运行时励磁机定子励磁电流主要含直流分量,一管开路时出现基波和各次谐波分量,一相开路时出现各偶数次谐波分量。     

移相变压器不对称对多脉波整流系统的影响

移相变压器结构不对称是多脉波整流系统常见的现象.通过分析多脉波整流系统对移相变压器结构的要求,给出了移相变压器的结构不对称类型,研究了不同不对称类型对移相变压器输出电压有效值和相位差的影响.以三角形联结自耦变压器为例,通过仿真和实验分析了原边绕组不对称对整流系统的影响.实验结果表明,当绕组不对称时,系统各处电压和电流相对于对称时均产生较为明显的改变,且输入电流中含有5、7次等非特征次谐波,系统长期运行于不对称状态会对电网产生较大污染.     

十二相整流同步发电机同组星形连接绕组的相间短路故障

十二相整流同步发电机系统的安全可靠运行意义重大,分析了该系统中4Y移15°的定子绕组可能出现的一种内部故障——发生在同组星形连接三相绕组之间的内部相间短路。首先建立了十二相整流发电机同组星形连接绕组内部相间短路的多回路数学模型,考虑了故障附加回路对电机气隙磁场和系统回路拓扑结构的影响,实现了故障前后定子和转子绕组以及整流桥直流侧各处电压、电流的数字仿真。继而在特制的样机上进行了不同负载工况的故障实验研究。通过对比分析实验与仿真结果,说明了数学模型的正确性。最后结合仿真结果与理论分析,总结了十二相整流发电机同组星形连接绕组相间短路的故障特征,尤其是短路回路电流的特点及其影响因素,为故障的危害评估、检测或保护研究提供了依据。     

基于有限元场路耦合的十二相整流发电机 系统定子匝间短路分析

为研究十二相整流发电机系统在定子绕组匝间短路时的运行情况,建立了基于有限元场路耦合仿真的十二相整流发电机系统模型,该模型综合考虑了齿槽效应、谐波等的影响,具有较高的精确度,适用于系统的发电机故障和整流部分故障的研究。根据所建立的模型,对十二相整流发电机系统定子绕组匝间短路故障进行了研究,通过分析故障状态下系统的负载电压、相电压、相电流、短路电流等的变化特点,说明定子绕组匝间短路故障对系统产生的影响。通过仿真与实验结果对比,验证了该文所建模型的合理性和正确性。     

移相整流变压器电-磁-机耦合问题的计算与分析

针对一台移相整流变压器运行时发生的短路故障,利用三维有限元场-路耦合方法建立了计算模型与绕组等效电路,并对短路情况下的电-磁-机耦合问题进行了计算分析。     

直线式移相变压器两类纵向边端效应分析

直线式移相变压器磁路开断导致边端效应,引起气隙磁场畸变.该文首先阐述了直线式移相变压器基本原理,着重分析两类纵向边端效应,推导出第一类纵向边端效应影响下磁动势分布情况,求出第二类纵向边端效应影响下气隙磁场解析表达式,得到影响气隙磁场畸变程度的参数.通过仿真验证了直线式移相变压器磁动势和气隙磁场分布,量化分析移相变压器相关参数对边端效应的影响;最后通过有限元仿真和样机实验分析不同负载下基于直线式移相变压器的多重叠加逆变系统的输出性能,进一步证明通过合理选取变压器设计参数可以有效削弱两类纵向边端效应对气隙磁场和工作性能的影响.     

大容量移相整流变压器电流分布与短路阻抗的数值计算

利用场-路耦合法对大容量移相整流变压器建立了三维漏磁场计算模型和对应的等效电路,并对几种不同运行工况下的短路阻抗、各支路电流分布等电磁特性参数进行了数值计算与验证分析,由此得到了整流变压器在非对称运行工况下的电流分布规律和若干指导产品设计的应用结论,为移相整流变压器的设计提供了可靠的分析手段。     

外接单相桥的电励磁五相双凸极容错发电机

针对新型的电励磁五相双凸极发电机的结构特点和工作原理,在二维磁场有限元非线性计算分析的基础上,对外接单相桥整流发电电路的发电机发生二极管短路故障时的容错特性进行了理论分析和仿真验证。分析表明:外接单相整流桥的电励磁五相双凸极发电机在发生二极管短路故障时空载运行情况与正常时基本相同,不会由于短路相的影响发生系统崩溃,这与其他发电方式有显著不同;负载运行时输出电压有所下降,但仍有较好的容错性能,可通过提高励磁电流维持正常时的输出功率。     

特高压直流保护动作策略的研究

比较了特高压直流系统与常规直流系统在主接线上的区别,阐述了特高压直流保护的特点,划分了特高压直流保护的保护分区并配置了保护的测点,提出了特高压直流整流侧或逆变侧换流变压器故障、阀短路故障时的保护动作策略,并采用电磁暂态仿真程序对整流侧或逆变侧换流变压器故障、阀短路故障进行了仿真分析,仿真结果表明提出的动作策略能够可靠退出相应的12脉动换流器,保证直流系统的继续运行。     

航空高压直流电源系统多相电机的容错控制

根据航空高压直流供电系统中270V的供电要求以及飞机对安全性要求的特殊性,研究了当多相发电机出现故障时整流系统的容错控制策略,以双Y移30°永磁同步发电机的一相开路为例,采用一种基于定子幅值最小的容错控制方法对电机进行电流优化,并利用滞环PWM电流控制技术对整流系统进行控制,保证一相开路后的双Y移30°永磁同步发电机整流系统在负载变化和电机的转速发生突变的情况下保证输出的直流电压迅速恢复到270 V并保持恒定。通过在Simulink上建立发电整流系统的仿真模型,得出的仿真结果证明了方法的可行性。     

基于瞬时功率平衡的移相整流变压器原副边电流关系研究

移相整流变压器是多重化晶闸管整流器的重要组成部分,研究其原副边的电流关系是对整流系统进行定量分析的基础。本文作者根据瞬时功率平衡概念,推导出移相整流变压器原副边电流之间的一般关系式,表明移相整流变压器原副边的电流关系只与变压器的变比和移相角相关。对曲折移相方式中几种移相角度的仿真结果验证了原副边电流关系式的正确性。最后指出这种关系不仅适用于移相整流变压器,也适用于一般电力变压器。     

十二相整流同步发电机定子匝间短路故障计算

十二相整流同步发电机能提供大功率、高品质的直流电源,已广泛应用于舰船、飞机等移动平台中。鉴于对平台安全运行的高可靠性要求,本文对其中十二相电机可能发生的定子绕组匝间短路故障进行了理论和实验研究。建立了十二相整流发电机定子匝间短路的多回路数学模型,既可全面计及短路故障点位置和气隙磁场空间谐波,又能考虑正常及定子匝间故障情况下整流管不同通断状态引起的回路拓扑结构变化。用变步长的数值积分法求解了由时变系数微分方程组构成的数学模型,实现了系统正常及定子匝间短路故障时对发电机定、转子绕组及直流侧负载电压、电流等电气量的数字仿真。在一台特制的4kW十二相样机上进行了负载工况下定子匝间短路实验,实验结果与仿真结果吻合,验证了数学模型的正确性,并据此分析了十二相整流发电机定子匝间短路故障的电气特点。计算结果为十二相电机定子匝间短路故障的检测或保护研究提供了重要依据。     

移相整流变压器漏磁场及电磁参数的工程算法

针对油浸式移相整流变压器具有轴向分裂与并联支路等的复杂绕组结构,首先,利用有限元场-路耦合方法建立了绕组三维漏磁场计算模型和相应的等效电路,并对非对称运行情况下的绕组三维漏磁场、各支路电流分布、短路阻抗等电磁特性参数进行了数值计算与验证分析,由此得到了移相整流变压器的电流分布规律;然后,在此基础上为移相整流变压器建立了有限元工程计算模型,并开发了对应的计算软件;最后,通过对多台典型产品绕组漏磁场及短路阻抗的计算结果与对应产品的实测值或三维计算结果的对比分析,表明绕组漏磁场分布正确、短路阻抗计算结果满足产品性能要求,因此,为移相整流变压器设计提供了方便、可靠的工程分析手段。     

基于新型升压自耦变压器的12脉波整流系统

为扩展自耦变压器的应用范围,增大其升压比,通过分析多脉波整流系统对移相自耦变压器输出电压的要求,给出了新的移相自耦变压器移相角范围;设计了移相角为π/2的自耦变压器,将其应用于12脉波整流系统,并计算分析了系统输入电流、负载电压和磁性器件容量。理论分析、仿真结果和实验结果表明,移相角等于π/2时,自耦变压器容量仅为系统输出功率的63%,且自耦变压器具有结构对称性好和绕组个数少等优点。     

四相电励磁双凸极发电机短路故障分析

本文分析了外接不控全桥整流电路的四相电励磁双凸极发电机的三种单相短路故障运行情况:绕组短路,二极管上管或下管短路。对于正常运行和不同的故障运行情况,利用有限元分析软件Ansoft建模仿真和实验相结合的方法对发电机在空载情况下的磁链、相电压、短路电流、输出电压、电枢反应等进行了详细的分析。比较不同短路故障对发电机的影响:下管短路故障对输出电压品质影响最甚,使输出电压平均值急剧下降且纹波率大大增加;但上管短路故障产生的短路电流最大,对电机发热影响最严重。