大型水轮发电机转子动偏心电磁振动仿真

针对转子动偏心状态下某大型水轮发电机在不同励磁电流工况下的电磁振动问题,采用ANSYSRmxprt组件建立2D瞬态电磁仿真模型,通过麦克斯韦应力张量法分别求出水轮发电机定子铁芯齿端在25%、50%、75%、100%四种不同励磁电流激励下所受的电磁力密度频域分布;最后将电磁力密度各阶谐波加载到3D定子系统齿端,通过2D电磁与3D结构谐响应耦合分析获得转子动偏心状态下水轮发电机定子支座在空载变励磁工况下的振动频域分布。研究发现,水轮发电机转子偏心工况下电磁力波主要集中在一倍转频上,而电磁振动以一倍转频为主,同时随着励磁电流减少,电磁力密度和电磁振动逐渐降低。     

大型水轮发电机转子动偏心电磁振动仿真

针对转子动偏心状态下某大型水轮发电机在不同励磁电流工况下的电磁振动问题,采用ANSYS Rmxprt组件建立2D瞬态电磁仿真模型,通过麦克斯韦应力张量法分别求出水轮发电机定子铁芯齿端在25%、50%、75%、100%四种不同励磁电流激励下所受的电磁力密度频域分布;最后将电磁力密度各阶谐波加载到3D定子系统齿端,通过2D电磁与3D结构谐响应耦合分析获得转子动偏心状态下水轮发电机定子支座在空载变励磁工况下的振动频域分布。研究发现,水轮发电机转子偏心工况下电磁力波主要集中在一倍转频上,而电磁振动以一倍转频为主,同时随着励磁电流减少,电磁力密度和电磁振动逐渐降低。     

多对极发电机励磁绕组匝间短路故障在线定位理论研究

大型水轮发电机和抽水蓄能发电电动机均为多对极,现场迫切希望实现故障磁极的在线定位.本文基于一台3对极、12kW的发电机动模样机研究在线定位的理论基础.首先,采用场路结合法对该样机在联网工况下的励磁绕组匝间短路故障进行了计算,并与实验结果进行了对比和分析,验证了计算模型的正确性.然后,利用故障数学模型对该样机一极短路故障进行了计算,基于仿真结果,研究故障磁极、励磁磁动势、定子电动势和定子分支环流之间的相位关系.研究表明:定子分支环流的1/P次谐波相位角(P为发电机的极对数)可以用于对故障磁极的判断.本文为实现多对极大型发电机励磁绕组匝间短路故障的在线定位奠定了理论基础.     

基于Simulink的发电机励磁系统整流单元的建模与仿真

励磁系统是同步发电机的重要组成部分,其技术性能对机组的安全运行具有重要意义.利用Matlab的Simulink平台对励磁系统的整流单元进行仿真,所建立的发电机励磁系统整流单元模型能较好地反映其工作过程,通过示波器可以得出整流单元正常工作的电压波形、各种故障波形、六相双窄脉冲之间的关系、快速傅立叶分析、总谐波率等.     

风能利用技术讲座(四)风力发电

风力发电就是通过风力机带动发电机发电，发出的交流电供给负载。当负载需用直流电时，可用直流发电机发电或者用整流设备将交流电转换成直流电。发电机是风力发电机组的重要组成部分之一，分为同步发电机和异步发电机两种。以前小型风力发电机用的直流发电机，由于其结构复杂，维修量大，逐步被交流发电机所代替。机组发出的电有两种供给方式：独立供电与并网供电。１发电机（１）同步发电机同步发电机（见图１）主要由定子和转子组成。定子由开槽的定子铁心和放置在定子铁心槽内按一定规律联接成的定子绕组（也叫定子线圈）构成；转子上装…     

交流励磁风力发电系统的控制策略与仿真研究

详细阐述了交流励磁风力发电系统变速恒频发电的基本原理.在讨论了交流励磁发电机两相旋转坐标系下的数学模型后,引入以定子磁链矢量定向的方案,将该数学模型简化为交流励磁发电机的矢量控制方程.根据矢量控制方程给出了交流励磁发电机矢量控制系统的控制框图.在Matlad/Simulink环境下,构建了整个交流励磁风力发电系统的仿真模型,并进行了发电机有功、无功独立调节的仿真研究,验证了矢量控制方案的有效性.     

交流励磁发电机定子磁场定向的矢量控制研究

论述了交流励磁发电机基于定子磁场定向的控制原理,推导了发电机有功功率、无功功率与转子励磁电流的关系,搭建了交流励磁发电机双闭环控制模型,讨论了定子磁链幅值和位置的确定,进行了采用PID调节器双闭环控制的仿真研究,结果表明定子磁场定向的矢量控制原理能够实现对交流励磁发电机有功和无功功率的快速、解耦控制。     

大型水轮发电机温度场与热应力分析

近年来水轮发电机的单机发电容量愈来愈大,水轮发电机的电磁负荷和热负荷也随之增加,研究大型水轮发电机的电磁分析、温度与热应力尤为重要。以某大型水轮发电机组为例,采用ANSYS-Rmxprt组件建立某大型水轮发电机的等效模型,再通过ANSYS的Maxwell2D仿真模块对水轮发电机电磁有限元模型进行瞬态电磁场分析,分别求解水轮发电机定子系统在空载和额定负载两种工况下产生的铜耗及铁耗。然后建立水轮发电机定子系统三维结构模型并导入电磁损耗密度进行电磁稳态温度场耦合分析,求解水轮发电机定子系统在空载和额定负载工况下的温度分布。最后将温度场分析与结构热力学分析耦合,求解水轮发电机热应力分布,为降低大型水轮发电机工作温升和预防结构热应力变形提供理论依据。     

大型燃机发电机定子铁心磁化试验分析

对大型发电机开展定子铁心磁化试验对于保障机组安全稳定运行有重要意义。结合实际应用案例中某发电厂大型燃机发电机的运行工况和结构参数特点,阐述了定子铁心磁化试验原理,分析了该发电机试验方法、步骤、试验数据处理、缺陷处理等全过程。最后对比分析现场两次测试数据发现,对大型燃机发电机开展定子铁心磁化试验能有效检测定子铁心损耗情况并定位铁心绝缘损伤部位,这为检修工作带来了极大便利,有力保障了检修工作顺利进行,为设备安全投运奠定了基础。     

基于双CPU的励磁系统的硬件设计

1 励磁控制系统的工作原理 自动励磁调节系统利用捕捉单元检测发电机定子电压的频率信号,根据频率计算出采样周期,然后对发电机的三相电压、三相电流、励磁电压和励磁电流等间隔采样.在MCU中计算出定子电压、定子电流、有功功率、无功功率和功率因数等电参量,然后将这些量作为状态反馈,实现励磁控制策略,得到需要输出的励磁电压值.     

基于对称绕组的水轮发电机定子铁损试验中圆周磁场的分析

为分析对称绕组布置形式的适用性,以某40 MW水轮发电机为例,根据麦克斯韦电磁场基本原理,建立了基于有限元法的定子铁芯仿真模型,在忽略集肤效应等影响因素的情况下计算了铁损试验中对称绕组的定子铁芯在不同磁导率、不同位置的电磁参数,并结合现场试验数据与计算结果进行了对比。结果证明,在相同的激励源情况下,圆周磁场内特定两点位置的磁场强度比值较小,圆周磁场强度与相对磁导率变化成正比关系,对称绕组布置方法对于不同材料的该型定子铁芯均有较强的适应性。研究结果可为铁损试验分析及诊断提供参考。     

考虑电机激励的某型热气机发电机组振动响应计算

针对某型热气机发电机组建立了电机和热气机发电机组的有限元模型,用模态分析进行试验验证,进而得到了缩减模型.进行了同时考虑径向电磁力与机械载荷的电机多体动力学计算,及有无考虑电机激励的热气机发电机组振动响应计算;对比分析了热气机发电机机组振动加速度的计算值与实测值,试验验证了计算模型的正确性.研究成果可为发电机组电磁力的计算提供参考.     

Synchronous operation of a dual-winding reluctance generator

This paper sets forth the analysis and performance characterization of the dual-winding reluctance machine fed with direct current control winding excitation operating as a generator. Saturation effect, core and harmonic losses are included in the dynamic and steady state models of the generator feeding either an impedance or a rectifier load which give calculation results that compare favorably with the experiment     

负荷波动对灯泡贯流式水轮发电机转矩及损耗的影响

针对灯泡贯流式水轮发电机组负荷波动影响发电机转矩波动及转子涡流损耗的问题,以一台24 MW灯泡贯流式水轮发电机为例,利用有限元法建立了水轮发电机二维电磁场模型,并计算了发电机负载运行与空载运行时的定子绕组的电压与电流,验证了模型正确性。在此基础上,对比分析了发电机组工作在不同负荷工况下发电机的转矩脉动系数及其转子涡流损耗的差异,并得到二者随机组负荷的变化规律,揭示了机组负荷波动对发电机转子涡流损耗的影响机理,为灯泡贯流式水轮发电机的设计提供参考。     

Simulations and experiments on a 12 kW direct driven PM synchronous generator for wind power

A direct driven permanent magnet (PM) synchronous generator has been designed and constructed and results from the first experimental tests are presented. The generator has been designed using the finite element method (FEM) and dynamic simulations have been performed to study the generator. The simulations are performed by using an electromagnetic model, which is described by a combined field and circuit equation model and is solved in a finite element environment. The stator winding of the generator consists of circular cables and the rotor has surface mounted, arched PMs. A complete experimental setup has been constructed consisting of a motor, a frequency converter, a gearbox and electrical loads. Oscilloscopes are used to measure the voltage and the current for each phase. Measurements have been performed for both full load and no load at rated speed. The harmonic content of the voltage is analyzed and compared to results from simulations. Furthermore, the generated electric power has been calculated from knowing the voltage and current and is compared to the simulated power. The agreement between experimental results and results from simulations based on finite element calculations is very high, especially considering harmonics. Several sources of error are suggested that could cause the small differences between the simulated results and the measured data for the constructed generator.     

发电电动机定子端部绕组电磁-结构耦合场计算

针对发电电动机定子端部绕组在电磁力作用下易发生故障的问题,以广州抽水蓄能电站B厂的发电电动机为例,建立了发电电动机定子端部绕组的三维模型,通过有限元法对模型电磁与结构顺序耦合进行仿真计算,得到了额定运行时电机端部绕组的应力和应变分布。结果表明,该方法能够有效地分析发电电动机定子端部绕组在电磁力作用下的应力应变分布,计算精确度比较高。     

Time stepping finite element analysis of a variable speed synchronous generator with rectifier

Several applications for renewable energy conversion make use of variable speed generators. A conversion from variable frequency to grid frequency is therefore essential. One part of the converter is a rectifier. A rectifier model is presented, which is integrated in a time stepping finite element simulation environment where the generator and circuit equations are solved simultaneously. The model handles bidirectional alternator speeds as the application is a linear generator for ocean wave energy conversion. The rectifier model is extended with a load model, consisting of R, L and E, and simulations show what impact the rectifier has on the generator’s behaviour.     

不同工况下3.3 MW永磁直驱风力发电机电磁场仿真分析及损耗修正

文章设计了一台3.3 MW外转子表贴式永磁直驱风力发电机,并对其电磁性能及短路故障情况进行了有限元仿真分析。首先,得出了这台电机在额定工况下的转矩和磁密分布等结果,以及在相间绕组短路和三相绕组短路两种情况下电机转矩、电压和电流等曲线的变化情况;然后,通过三维静磁场仿真,探究了电机定子的径向通风道结构对二维有限元仿真的影响程度,并对铁耗进行了修正;最后,通过电磁场-温度场的耦合迭代仿真,考虑了温度场影响下的电机内部材料特性的变化对电机损耗结果的影响。     

Influence of generator load conditions on third-harmonic voltages in generator stator winding

The influence of changes in load conditions of the generator-transformer unit on the operating conditions of the 100% ground-fault protection of the generator stator winding based on the third-harmonic voltages was analyzed. The analyzed stator ground-fault protection system is by ratio of the voltages third harmonic in generator neutral and at the generator terminals. The third-harmonic voltages were determined on the base of the experimental tests (measurements) run in real conditions at changes in active and reactive load conditions of the generator. It was found that mainly the generator active load influences the voltage feeding the measuring element of ground-fault protection. Therefore, determining operating conditions of ground-fault protection the influence of the generator active and reactive load should be deeply considered. This can ensure the proper operation of the ground-fault protection based on the voltage third harmonics in the whole range of the changes in generator load. Considering the influence of changes in generator load on the third-harmonic voltages (feeding measuring element of the protection system) will allow eliminating irregular generator tripping as a result of unselective operation of these protections.