双馈异步风力发电机气隙静偏心下电磁转矩特性分析

本文对双馈异步风力发电机气隙静偏心故障下的电磁转矩波动特性进行了综合分析。首先，推导正常和气隙静偏心工况下气隙磁密，然后得到正常和静态气隙偏心条件下电磁转矩的解析表达式，最后，对双馈异步发电机进行有限元计算。有限元计算结果与理论分析基本吻合。结果表明，气隙静偏心故障会使气隙磁密的空间阶次发生改变，但频率成分不会发生变化。此外，电磁转矩各谐波频率成分幅值也增大，其中，485Hz、585Hz和685Hz的高次谐波增幅最为明显。     

电励磁双凸极发电机转子极宽对输出特性的影响

转子极宽对基于磁阻工作原理的电励磁双凸极发电机输出特性有重要影响。从原理上讨论了电励磁双凸极电机磁链变化范围与输出电压的关系,阐述2类气隙对电机磁链变化范围的影响作用。提出第3气隙概念并给出其定义,推导了第3气隙大小与转子极宽的数学关系,并指出第3气隙的大小对相绕组磁链最小值的影响作用较大。利用2维有限元法分析计算得到不同转子极宽下电机静磁场分布、相绕组磁链以及空载相电势波形;通过瞬态场路耦合分析得到不同转子极宽下电机负载状态相电势波形、整流输出电压平均值和纹波大小。原理样机的实验结果验证了有限元计算和场路耦合分析的正确性。表明定转子极宽相等即第3气隙最大时电励磁双凸极电机输出功率大且输出电压波动小。     

直驱式电励磁双凸极风力发电机的极数研究

针对低速直驱风力发电应用场合,对电励磁双凸极电机的极数进行了研究。双凸极电机属变磁阻电机,存在2个气隙且电枢绕组为集中绕组,常规电机数学模型已不再适用。该文分析了电机的气隙磁密和极对数的特点,并在此基础上推导了单匝绕组电动势和相绕组电势的表达式,从理论上证明了在定子内径和转速不变时,单匝绕组电动势与极数无关,而相电势与极数成正比关系。有限元仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。给出1 MW直驱式电励磁双凸极风力发电机设计实例,并进一步分析了极数对电机有效材料的影响,为低速直驱式电励磁双凸极电机的极数选择提供参考。     

气隙对双凸极电励磁发电机特性的影响分析

针对12/8双凸极电励磁发电机的结构特点及工作原理,在二维磁场有限元非线性计算分析的基础上,就气隙变化对发电机的电感特性影响、稳态性能进行了理论分析和仿真验证.分析中考虑了铁心材料的非线性饱和及励磁磁场与电枢磁场间的相互影响,并将稳态仿真结果与实验结果进行了比较分析,验证了理论分析的正确性.     

四相双凸极发电机的相磁链模型仿真方法研究

电励磁双凸极发电机的仿真常采用的有限元方法结果精确,但耗时长。简化的电感分段线性化方法则会造成大的仿真误差。本文分析了四相电励磁双凸极电机相绕组互感相比自感可以忽略的特性,利用四相电枢绕组的对称性,得到四相双凸极电机的相磁链模型,进而建立四相双凸极发电机的仿真模型。通过与有限元仿真以及试验结果的对比,验证了本文方法的快速性与准确性。     

汽轮发电机气隙偏心故障下的定子受力分析

本文对汽轮发电机气隙偏心故障前后的定子受力进行了理论分析、有限元仿真计算和力学响应验证。首先对气隙偏心故障前后的定子单位面积磁拉力进行了理论分析,得到了磁拉力的主要频率成分和激励特性;然后在电机有限元软件Ansoft中建立了正常及气隙偏心故障的汽轮发电机求解模型,计算得到了正常及故障下定子单位面积磁拉力的时域波形及频谱图;最后,将实验室SDF-9型故障模拟发电机上测取的气隙偏心故障下定子振动响应与磁拉力理论解析公式、有限元仿真数据进行了对比,结果基本一致。分析表明:正常情况及气隙偏心故障下发电机定子主要承受直流力和二倍频磁拉力,气隙偏心故障将使定子直流力与二倍频磁拉力均增大,偏心程度越大,幅值增长越明显,对应地,定子二倍频振动越剧烈。     

交流同步发电机最大转矩电流比控制研究

凸极电励磁交流同步发电机可以与永磁同步发电机(PMSG)一样利用凸极效应采用最大转矩电流比(MTPA)控制方式进行控制。此处采用基于转子磁链定向的矢量控制方法对电励磁凸极交流同步发电机MTPA控制策略进行研究。利用Matlab软件对系统进行仿真与实验,结果证明了MTPA控制策略应用于电励磁交流同步发电机的可行性,并通过与交流同步发电机id=0控制方法进行对比,说明了凸极电励磁同步发电机采用MTPA控制时在相同定子电流下可产生较大电磁转矩等优点。     

四相电励磁双凸极发电机转子极加宽对外特性的影响

转子极宽对基于磁阻原理工作的电励磁双凸极发电机输出特性有重要影响。文中详细介绍了四相电励磁双凸极电机的结构特点及其运行原理,采用二维有限元方法分析了四相电励磁双凸极电机的电磁特性并对比研究了不同转子极弧系数对整个电机的发电输出特性的影响。有限元分析表明转子极弧系数在1/3时发电机的带载能力更强,短路电流更大。最后,设计制造了一台转子极弧系数为1/3的四相电励磁双凸极电机,发电实验数据与仿真数据相吻合,从而验证了理论分析和有限元分析方法的正确性。分析结果表明,将转子极弧系数由1/4增加到1/3可以有效改善发电机的性能,提高电机的带载能力。     

感应电机转子偏心故障下电磁转矩的研究

为了分析转子偏心故障对感应电机电磁转矩影响,采用解析法分析了感应电机分别在静态偏心与动态偏心情况下的气隙磁导变化,并进一步推导了气隙磁场的畸变,运用虚位移法定性分析了转子偏心故障对电磁转矩的影响,利用有限元分析软件分别构建转子静态偏心与动态偏心有限元分析模型并进行相应仿真,采用傅里叶分析方法提取气隙磁密谐波分量与输出转矩谐波分量。研究表明,转子偏心故障会在气隙磁场中引入新的谐波成分,最终有效输出转矩降低,转矩波动增加,偏心度越大有效转矩降低越多,转矩波动越大,且静偏心比动偏心引起的效果更明显,为今后转子偏心故障对电磁转矩变化的研究提供理论基础。     

各相对称的五相电励磁双凸极发电机电磁特性分析

针对传统五相电励磁双凸极发电机(wound-field doubly salient generator,WFDSG)各相磁路的磁阻不完全相等的问题,提出一种解决传统五相WFDSG存在的各相电感不对称问题的方法。将励磁绕组跨3个定子极绕制,实现了五相WFDSG各相电感幅值的相等。建立了包含气隙、定子槽气隙和转子槽气隙的空气磁路长度模型,并利用该模型求解了WFDSG的气隙径向磁密。对新型30/24极五相WFDSG进行了静态电磁特性仿真,验证了上述等效气隙模型可以用来计算径向磁密。对新型五相WFDSG绕组电感、电动势等瞬态电磁特性进行了仿真和实验,仿真结果和实验结果显示该WFDSG电动势幅值大小相等,验证了该文设计方法和理论分析的正确性。     

转子偏心对凸极同步发电机主保护不平衡电流的影响

为了分析转子偏心对大型凸极同步发电机主保护不平衡电流的影响,提出了以“电磁场 — 多回路结合法”进行研究的思路,该分析方法将大型凸极同步发电机转子偏心问题分解成体现发电机外部特性的电压方程求解与体现内部特性的电磁参数计算的2个问题。建立了转子偏心凸极同步发电机的多回路数学模型,并采用电磁场有限元法计算了转子偏心下的电磁参数。在一台12极、 3 kW转子偏心的凸极同步发电机实验样机上进行了空载和带三相电阻负载实验,将实验结果与仿真结果进行对比,结果验证了数学模型和数值解法的正确性。     

转子偏心对不同绕组形式大型凸极同步发电机支路感应电动势的影响

为了研究转子偏心对不同绕组形式的大型凸极同步发电机的空载支路感应电动势的影响,本文采用"分片模型"和非线性二维时步有限元法对转子偏心及定子斜槽发电机在叠绕组和波绕组时的支路感应电动势进行了计算.与一台3kW、12极的凸极同步发电机空载支路感应电动势实验结果的比较说明了计算方法的准确性,同时相比于波绕组发电机,转子偏心对叠绕组发电机支路平衡性影响更大.     

考虑气隙偏心时发电机定子匝间短路位置对电磁转矩波动特性的影响

针对同步发电机定子匝间短路位置对电磁转矩波动特性的影响进行理论推导分析、计算机数值仿真和动模实验验证。首先,对发电机气隙偏心单故障和气隙偏心与定子匝间短路复合故障下的电磁转矩表达式进行推导,分析得到了短路位置与电磁转矩特征频率幅值的映射关系。然后,以实验室MJF-30-6型动模发电机组为验证平台和建模对象,应用有限元软件Ansoft建立求解模型,对不同短路位置下的电磁转矩进行了仿真计算,并在实际机组上进行了实验测试。实验结果与理论分析、计算机数值仿真数据相吻合。分析表明,电磁转矩与短路位置和最小气隙位置的夹角近似呈余弦变化的映射关系,短路匝中心位置与最小气隙位置越接近,则电磁转矩平均值下降越多、二倍频和四倍频转矩分量幅值增大越多。该文是对定子匝间短路故障分析的一个重要补充,对此类故障的实际监测与识别具有参考价值。     

同步调相机极限工况下典型磁场不对称故障安全风险

同步调相机典型磁场不对称故障下,由强励所形成的不平衡力和跳机风险升高。首先,分析转子动偏心和转子绕组匝间短路等典型故障对调相机磁场的影响机理;然后,借助气隙磁导法推导得到转子承受的不平衡磁拉力表达式,分析强励对不平衡电磁力的影响规律;最后,在一台大型同步电机上进行有限元电磁暂态仿真,模拟动偏心和转子绕组匝间短路故障,分别在调相正常励磁和强励工况下提取了转子所受不平衡电磁力,评估机组在强励状态下发生跳机的可能性。结果表明,强励状态下,调相机组由动偏心故障产生的不平衡磁拉力不会引起机组的剧烈振动,而转子匝间短路故障产生了较大的不平衡磁拉力,可能导致机组跳机。     

凸极同步发电机定子绕组内部故障暂态仿真及试验验证

同步发电机定子绕组内部故障分析是一个十分复杂而重要的问题。文中在建立同步发电机定子绕组内部故障暂态计算模型时采用通用支路电压矩阵方程来建立回路电流方程，具有简洁、通用性强的特点。利用多回路理论着重对同步发电机带载时定子绕组内部故障暂态全过程进行了仿真计算，并与试验录波波形进行了对比，结果表明这种仿真方法能够准确地模拟同步发电机故障暂态过程。文中还分析了影响暂态过程仿真精度的因素，认为铁心局部饱和、铁心剩磁、转速变化及回路电阻变化是产生仿真误差的重要原因。     

凸极冲击发电机端部结构及磁场分析

本采用准三维有限元端部涡流场计算方法,针对一台ＴＦ２００－８／２１５０型凸极冲击发电机的端部结构设计要求,经过理论分析、多种方案计算以及试验验证表明,推荐的部结构既具有电机端区磁场分布合理、结构件损耗小、温升低,在工程上又具有低成本,工艺上简单易行的特点。所提出的计算方法合理实用,精度完全满足工程计算的要求,可推广应用于定子采用整圆压板的常规凸极同步电机端部磁场计算。     

变频凸极同步电动机阻尼条断裂故障分析

凸极同步电机的阻尼条断裂故障时有发生,而变频凸极同步电动机常用于轧钢等恶劣情况,阻尼条频繁受到起、停和突加负载的冲击,其阻尼系统故障更加频繁。本文以本钢变频凸极同步电动机为例,采用场路耦合时变电磁场有限元方法,分析转子静态偏心时阻尼条的电流和电磁力。计算结果表明,转子偏心使阻尼条的电流和电磁力剧增,这可能是导致阻尼条断裂的一个原因。     

气隙偏心对车用永磁同步电机噪声特性的影响分析

新能源汽车领域竞争的加剧,对驱动电机噪声、振动与声振粗糙度(NVH)性能提出了更高的要求。其中气隙偏心可能导致车用电机出现振动和噪声问题。本文以一台额定功率35 kW的车用永磁同步电机为研究对象,采用解析和有限元仿真相结合的方法分别分析转子动偏心和转子静偏心对车用电机电磁力特性的影响。并建立了电机结构的有限元模态仿真模型,准确分析车用电机的工作模态。在声学仿真分析基础之上,分析了不同程度的动偏心率和静偏心率对汽车电机两个关键工作点电磁噪声频谱特性的影响。最后,通过半消音室内的电机噪声测试试验验证理论分析的正确性。     

永磁往复式发电机的磁场参数计算

为准确计算永磁往复式发电机运行时的电磁参数,基于二维有限元法,在考虑端部效应的情况下,建立了发电机的静态磁场数学模型,给出了在静态场下计算发电机运行一周期内电磁参数的方法,并计算了发电机的空载电势、同步电抗以及空载和负载电磁力。仿真及实验结果表明,该方法计算得到的数据与实测数据相比误差较小,避免了瞬态分析运算时间长的问题。     

发电机失磁保护的原理及整定计算

发电机失磁具有两大特征:发电机电势降低和导致静稳破坏.电势降低通常以系统电压或发电机机端电压降低来判断.静稳破坏的定子判据用静稳临界阻抗;转子判据用有功功率与转子电压的关系,对隐极机静稳临界阻抗是圆,UL-P是直线,对凸极机静稳临界阻抗不是圆,UL-P不是直线.分析了凸极机静稳临界曲线的凹凸性,证明了用圆拟合静稳临界曲线优于直线拟合.为了提高发电机电势降低判据的灵敏度,防止系统振荡造成的误动作,提出了发电机低电势判据.静稳阻抗和低电势阻抗采用正序阻抗,能有效地防止外部短路造成的误动作.在分析推导的过程中,给出了整定计算的公式和方法.