基于开放绕组的新型无刷谐波励磁同步发电机

在开放式绕组发电机中,三相定子电流可以包含完全相同的谐波电流成分,例如3次谐波电流。本文据此提出了一种新型的无刷谐波励磁同步发电机结构。与已有利用转子磁场所包含的3次谐波磁场的励磁技术不同,该原理利用定子开放绕组中的3次谐波电流成分或高频单相电流成分或直流成分所产生的定子脉振磁场在转子谐波绕组中产生感应电动势,经整流后为转子励磁绕组提供励磁电流,从而在不采用独立励磁机的前提下实现无刷化的电励磁同步发电机。本文对该谐波励磁原理进行了理论分析及电磁场有限元计算验证,并在此基础上进行了样机实验验证,证明了该原理的可行性。该谐波励磁原理的意义在于,提供了一种无刷励磁的同步发电机方案,以期减少高性能发电机对日益昂贵的稀土永磁材料的依赖与消耗。     

变频调速同步电动机无刷励磁技术

传统的无刷励磁系统无法满足变频调速同步电动机低速运行工况的要求。通常采用单相交流励磁取代直流励磁,但传统的单相交流励磁系统的输出电压受转子位置影响较大,不能提供稳定的励磁电压,无法保证电动机起动性能。针对该问题,设计了一种采用单相交流励磁、串联单相整流新型结构的中频交流感应无刷励磁装置,能在电动机起动时提供与转子位置无关的稳定励磁电压。基于励磁机的数学模型,分析了单相交流励磁下电机的电磁关系,通过仿真和试验验证了该交流感应无刷励磁装置的良好性能。     

新型并列转子无刷混合励磁同步发电机仿真与试验研究

为充分利用并列转子混合励磁同步发电机的内部空间,本文提出了一种端部铁芯磁极。该磁极放置于永磁转子和电励磁转子直线段铁芯中间,一方面用于电励磁绕组端部的支撑和绑扎固定,另一方面该磁极的C型齿可以产生电励磁调节磁通。针对额定功率为6kW的并列转子无刷混合励磁同步发电机,采用3D有限元法针对端部铁芯磁极的气隙磁场分布进行了分析,并对混合励磁发电机在空载、负载下的输出特性进行了仿真分析;采用2D有限元法对无刷励磁机的性能进行了仿真,得到了直流输出电流和交流励磁电流之间的对应关系。试制了一台原理样机并进行了性能试验,研究结果表明:样机的试验结果与仿真结果较为接近,验证了端部铁芯磁极设计及混合励磁发电机性能仿真的正确性。     

感应励磁系统及其存在问题与对策

感应励磁系统是一种无刷无励磁机的同步电机励磁系统,该系统靠定子绕组磁场在转子励磁绕组内感应的交流电流整流获得同步电机的励磁电流,因此,这种励磁系统的转子励磁绕组不与外电源相连接而由二极管直接短接闭合。本文介绍感应励磁系统的类别、基本电磁关系,同时指出这种励磁系统存在的问题及解决办法等。     

核电多相星形无刷励磁机定子励磁绕组匝间短路故障特征分析

相比于常规的三相绕组,多相星形电枢绕组的联接方式更为复杂灵活.以3n(n=2,3,…)相P对极的星形无刷励磁机为研究对象,从定、转子间磁势的性质及其相互作用入手,通过理论推导得出在定子励磁绕组中感应出的谐波电流特性.以某6相星形励磁机为例,依据每相各分支绕组相对空间位置、三相绕组相对空间位置分析定子励磁绕组匝间短路故障的特征.理论分析与仿真结果均表明,6相星形无刷励磁机正常运行时励磁电流中主要含有直流分量与6倍次谐波分量,当发生定子励磁绕组匝间短路故障后,励磁电流中还会出现3/4及其倍数次特征谐波电流.     

倍极感应励磁转子绕组混联的同步发电机

提出了一种转子绕组混联的倍极感应励磁新结构,导出了转子励磁电流的解析表达式,理论分析和实验结果证明,采用该结构可显著部极感应励磁同步发电机的磁势感应系数,使倍极感应励磁同步发电机的比功率达到传统励磁方式的水平。     

倍极感应励磁同步发电机的电感参数与转子励磁电流

在倍极感应励磁同步发电机中，转子励磁绕组中的励磁电流是由定于直流绕组建立的倍极磁场感应产生。转子励磁电流与定于直流绕组电流之间的关系是其重要电磁关系，通常用绕组电感参数表达，但由于该类电机结构的特殊性，有关电感参数的计算十分困难。本文从电感系数的基本定义出发，提出了一种有关电感系数的等效计算方法，并由此得出了用绕组参数表达的转子励磁电流实用计算公式，其正确性得到了实验验证。     

直流无刷励磁同步电动机变频软起动方法

直流无刷励磁同步电动机一般只使用异步起动方式,起动完毕投入励磁牵入同步。如果把这种电动机改造成电流型变频软起动,在转子静止或低速旋转时,励磁电流感应不到主励磁绕组,也就是产生不了主磁场,既不能检测转子位置,又不能产生同步转矩,更不能实现负荷换流而达到变频起动目的。本文针对直流无刷励磁的同步电动机的电流型变频软起动,进行了理论分析和实物模型试验,提出了一种新的变频起动方法,通过实验验证是可行的。     

新型无刷三相同步发电机

１引言广泛应用的小型水轮发电机,一般为三相交流无刷同步发电机,采用带交流励磁机（ＧＡ）的无励励磁系统。ＧＡ为旋转电枢式,其输出由安装在机组旋转部分的硅整流器（ＵＲ）整流后,直接送到同步发电机的转子励磁绕组中。ＧＡ的励磁电源则取自主发电机定子槽中的附加绕组（如三次谐波无刷励磁系统）或取自并联在发电机端的励磁变压器（Ｔ）,其工作原理如图１所示。这种发电机由于转子励磁绕组、整流器和交流励磁机电枢都在同一轴上旋转,而彼此处于相对静止状态,因此可用固定的导线进行连接,且不需电刷、滑环等部件。它具有结构紧凑…     

混合励磁无刷爪极电机磁场三维有限元分析

提出了一种新结构混合励磁无刷爪极电机。电机的磁场由爪极极面上永磁片、爪极极间永磁片和无刷爪极转子上的电励磁绕组三部分共同建立。采用三维有限元方法对所提出的一台六对极新结构混合励磁无刷爪极电机样机的空载磁场进行了分析,给出了三维有限元分析模型,计算了不同励磁电流时的电机气隙以及铁心中的磁场分布,给出了不同电励磁电流时气隙和转子的磁场分布图。由此证明了通过电励磁电流的调节可方便地改变电机气隙磁密。     

利用逆序磁场自励恒压的单相同步发电机无刷励磁系统的原理与设计

闽东电机厂生产的单相同步发电机为有刷结构,为了增强国际市场的竞争能力,拟采用无刷结构。为此,我们对利用逆序磁场自励恒压的单相同步发电机的无刷励磁系统作了一些探索。通过分析和模拟实验,我们认为利用逆序磁场的单相无刷同步发电机的物理模型是“同步电机 交流器”,论证了这种无刷励磁系统具有相复励特性,试验证实了转子整流电路是电流源整流,并在与闽东电机厂合作试制的样机中得到了试验验证。一、原理与分析利用逆序磁场自励恒压的单相无刷同步发电机的原理接线图,如图1所示。发电机定子具有两套绕组,一为负     

新型混合励磁发电系统用无刷励磁机电磁性能分析

本文提出了新型混合励磁发电系统,它由混合励磁发电机、无刷励磁机和旋转整流器构成,其中混合励磁发电机转子由结构上独立的两部分——永磁体和电励磁组成,定子铁心沿轴向分为三段:永磁部分定子铁心、电励磁部分定子铁心以及中间部分定子铁心,其中中间部分定子铁心采用非导磁材料。新型混合励磁系统具有永磁电机高效、高功率密度的优点。本文仅针对新型混合励磁发电系统中的无刷励磁机进行分析,无刷励磁机结构与绕线式异步电机结构相似,定、转子均采用三相绕组,无刷励磁机的转子与混合励磁发电机转子同轴,转子绕组经固定在同发电机转轴上的二极管整流将交流变为直流,供给混合励磁发电机励磁。同时本文采用电磁场有限元法对无刷励磁运行机理和电磁性能进行分析,其中包括供电电源类型、定子电流特性和转矩特性等。本研究成果对掌握无刷励磁机运行特性具有重要作用。     

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。     

无刷电励磁同步电机不同转子结构的对比分析

研究了一种特殊结构的无刷电励磁同步电机,该种电机由无刷双馈电机衍化而来,其取消了电刷和滑环,结构简单可靠,减少了维护费用。定子上同时嵌有不同极数的两套绕组,分别为三相电枢绕组和单相励磁绕组。详细介绍了该种电机的结构特点和运行机理,分别推导了磁障转子和混合转子无刷电励磁同步电机的等效电路和电磁转矩表达式。为分析这两种转子结构对电机性能的影响,对该种电机的运行特性进行了仿真研究,并研制了两台具有相同定子、不同转子结构的样机,测量了两台样机的定子绕组电感参数,对样机的不同运行方式进行了实验研究。仿真和实验结果表明:混合转子无刷电励磁同步电机的起动能力和带载能力较好;磁障转子无刷电励磁同步电机的损耗略小。     

航空并列式混合励磁无刷直流发电机短路特性研究

结合航空低压直流电源系统应用特点,对并列式混合励磁无刷直流电机短路特性开展研究。分析永磁与双凸极电机段绕组耦合关系与电感特性,揭示并列式混合励磁电机高电抗特征,在此基础上研究直流侧短路故障下的电枢反应与短路电流变化规律;根据绕组拓扑形式特点,围绕两类相间短路故障,系统分析短路电流与整流输出电压特性,探讨电机中性点连接方式对短路电流的影响,提出并列式混合励磁无刷直流发电机不同短路故障下的短路电流抑制与短路保护方法。研制12300r/min、11kW低压直流电源系统并列式混合励磁无刷直流发电机系统,并进行短路实验验证。理论与实验结果表明,并列式混合励磁无刷直流电机具有较好的短路电流抑制能力,在航空直流电源系统中具有重要的应用优势与价值。     

核电多相环形无刷励磁机转子绕组短路故障特征分析

多相环形无刷励磁机是大容量核电机组广泛采用的一种励磁机型,实现对其内部故障的可靠保护,对保障核电发电机组的安全运行具有重要意义。因多相环形无刷励磁机为转枢式结构,转子电枢绕组故障无法得到直接监测,但依据故障在定子励磁绕组中反映的特征来实现监测是一种有效的途径。通过理论分析正常运行及转子绕组短路时核电多相环形无刷励磁机的转子绕组与定子绕组产生的磁动势性质及其在气隙磁场中的相互作用,得到了两种运行情况下转子电枢电流和定子励磁电流的谐波特性。对某11相动模样机进行了正常运行和转子电枢绕组短路实验,通过快速傅里叶分析得到了实验电流的谐波特征,实验结果与理论分析相符。该方法适用于任意核电多相环形无刷励磁机的任意形式的转子绕组短路故障特征分析,可应用到核电多相环形无刷励磁机转子绕组短路故障诊断的进一步研究中。     

集成感应式交替极混合励磁无刷直流发电机全文替换

为了同时实现转子永磁型直流发电机的灵活调压和无刷化励磁,提出一种新型的混合励磁无刷直流发电机。该发电机采用N-I-I-I型交替极拓扑,利用铁心极的高磁导特征,即通过铁心极为电励磁磁通提供低磁阻路径,实现磁通的灵活调节。同时,采用集成式直流感应方式实现无刷化励磁,感应励磁部分和主电机部分共用一套定转子铁心(叠片),不存在径向/轴向三维磁路,结构简单,且空间利用率高。该文介绍所提新型集成感应式混合励磁无刷直流发电机的结构,阐述其运行原理;并采用有限元仿真分析其空载和负载下的电磁性能。结果表明所提出的发电机具有良好的感应励磁特性和调压特性。最后,加工一台样机,测试结果验证了理论和仿真分析的正确性。     

宽范围稳压的组合转子同步发电机

研究了一种宽转速范围内稳压的组合转子同步发电机.该发电机的定子结构与普通发电机相同,转子由起主发电用的永磁部分和调压用的电励磁部分组成,他们同轴安装,共用同一套电枢绕组.电励磁部分采用内励磁无刷爪极结构,通过调节其励磁电流来改变气隙磁通大小,从而达到稳压目的.对电机的结构特点、运行原理和电磁设计进行了分析.样机实验分析证明了该种电机在宽转速变化范围内稳压性良好的特点.     

一种新的无刷发电机转子绕组匝间短路故障的检测方法

无刷发电机转子匝间短路故障发生频率高且难以检测。以发电机定子绕组线圈为对象,分析了发电机转子绕组匝间短路时,定子绕组并联支路内的感应电动势特性,以及由此引起的转子绕组上的谐波特性。将励磁电流中的特征频率成分看成谐波源,研究了故障特征向励磁机侧传递的规律,得到了故障时励磁机励磁电流的谐波特征,从而提出了一种基于励磁机励磁电流的转子绕组短路故障的检测方法。运用故障模拟发电机组进行了动模试验,试验验证了理论分析的正确性和有效性。     

核电多相环形无刷励磁系统故障分析及继电保护原理

多相环形无刷励磁机是目前在运百万千瓦级核电站广泛采用的励磁机型,因其未配备完善的继电保护,现场发生的多起故障带来了严重损失。实现该保护的难点在于励磁机为旋转电枢式电机,可量测的量仅为定子励磁电流,需用单一电气特征实现对多种故障的保护及区分。首先,文中从各种故障前后转子电枢电流及空间谐波磁场特性入手,对励磁机定、转子绕组及旋转整流器故障的特征及机理进行了深入研究,根据绕组结构不对称下定、转子电流的相互感应关系,得出各种故障暂态及稳态时的频谱分布特征及演变规律;其次,以十一相环形无刷励磁机为例,对动模样机进行了不同故障的实验和仿真,实验和仿真结果验证了理论分析的正确性;最后,提出了一种基于定子励磁电流的新型保护原理,动模样机实验及保护装置的现场运行及测试结果表明,该原理能够实现对故障的可靠灵敏保护,并能有选择性地区分故障。