考虑谐波及集肤效应的电工钢片旋转异常损耗计算与测量

为了准确计算电工钢片的旋转异常损耗,根据谐波分析原理对建立的电工钢叠片有限元模型进行时步有限元仿真;基于旋转铁心损耗计算模型,通过考虑涡流集肤效应对旋转损耗系数的影响结合钢片在中低频率下的损耗测试获得叠片损耗计算的关键系数,间接求得电工钢片中旋转异常损耗的计算式。利用构建的新型三维磁特性测试系统对典型电工钢叠片样品进行椭圆形旋转与交变励磁方式下的宽频铁耗实验测量,并定量地进行了对比与分析。结果表明:2种励磁方式下叠片损耗的变化规律相类似,但其椭圆形旋转各损耗都要比交变时的对应损耗大,必须认真考虑谐波、集肤效应和旋转励磁等对材料特性的影响;所计算出的旋转异常损耗也是相对较小,在1 k Hz时也未占到旋转总铁耗的5%。从而验证了所推导出的计算式和测量手段的正确性与可行性。     

基于爱泼斯坦方圈组合和损耗加权处理技术的取向电工钢磁性能扩展模拟

提出了一种基于爱泼斯坦方圈族(包括标准25cm爱泼斯坦方圈、缩比的17.5cm和20cm爱泼斯坦方圈)和二级加权处理方法对爱泼斯坦测试数据,包括有效磁路长度、比损耗、励磁功率,进行处理的晶粒取向电工钢磁性能扩展模拟方法。详细地考察了励磁频率、试样剪切角度和环境温度对爱泼斯坦方圈测量结果的影响。研究结果表明,利用本文提出的爱泼斯坦方圈组合以及二级加权处理技术,可以有效地建立取向电工钢损耗模拟模型,从而更加准确地确定了取向电工钢的损耗,改善并提高了爱泼斯坦磁性能测试数据的应用价值。     

基于自由偶次谐波原理的偏磁式消弧线圈研究新方法

目前偏磁式消弧线圈的研究是将励磁绕组电源简化为恒流源模型,得出消弧线圈的工作特性,但现场实践表明,消弧线圈实际工况中的偶次谐波电流分量已经大到不可以忽略,因此忽略偶次谐波电流而将励磁电流简化为恒流源在一定程度上影响了分析结果的准确度。针对此种研究方法的缺陷,考虑偶次谐波电流的实际影响,笔者提出了基于自由偶次谐波原理研究偏磁式消弧线圈工作特性的新方法,通过数学建模,得到了消弧线圈的调节特性和伏安特性。研究结果表明,基于自由偶次谐波原理的研究方法能够反映实际工况,并为偏磁式消弧线圈的优化设计提供了一个新的解决思路。     

电枢磁场对零序谐波磁场励磁电流的影响机理分析与抑制

基于零序空间谐波磁场励磁的无刷同步电机,励磁电流的建立与电枢绕组中所注入的零序电流及转子谐波绕组的分布密切相关。同时,高次电枢谐波磁场和齿谐波磁场会对励磁电流产生干扰。为了提高励磁电流的稳定性和调节性能,该文深入分析合成电枢磁场产生的高次谐波和齿谐波电动势,研究干扰型谐波电动势对励磁电流的影响。并以2种具有不同槽极比结构的电机为例进行分析,表明在谐波绕组配合下,具有分数槽拓扑结构的电机转子谐波绕组中的高次谐波和齿谐波电动势得到明显削弱,励磁电流具有良好的调节特性。制作2种结构的样机进行实验,实验结果和2-D有限元结果一起验证了理论分析的正确性。     

基于定点谐波平衡法的铁心磁滞与损耗特性分析

利用叠片铁心模型进行正弦励磁和直流偏磁励磁下的实验,得到相应的磁滞回线和铁心损耗。在基于B-H-M的磁场本构关系中引入定点磁阻率νFP,解决了数值计算中传统磁阻率ν的不连续性问题。利用基于损耗函数的磁滞模型模拟无偏磁和有偏磁条件下铁心的磁滞效应。将定点技术与损耗函数磁滞模型相结合,并应用于谐波平衡有限元计算,在考虑磁滞效应的基础上,对绕组励磁电流和铁心内的非线性磁场进行计算。基于计算结果,得到了各种励磁条件下铁心内不同区域的磁滞特性和损耗特性,分析了不同励磁形式对铁心磁滞特性和损耗分布的影响。     

基于爱泼斯坦方圈的直流偏磁特性分析

由高压直流输电产生的直流电流会给电力变压器造成一系列危害。基于爱泼斯坦方圈设计了实验方案并对电力变压器进行了直流偏磁实验。通过对励磁电流测量值分析,研究了直流偏磁对励磁电流各次谐波的影响;通过对铁心损耗的测量分析了直流偏磁条件下硅钢片的损耗特性。基于爱泼斯坦方圈的直流偏磁实验研究有利于揭示直流偏磁机理,同时对电力变压器的工程设计有着重要的指导意义。     

双馈风电机组短路电流对变压器保护二次谐波制动的影响

二次谐波制动是避免励磁涌流造成保护误动,从而保障电力变压器保护可靠动作的关键技术措施。为验证大规模双馈风电机组接入电网后对变压器二次谐波制动正常运行可能造成的影响,研究了电网对称故障下双馈风电机组短路电流的谐波特性。基于转子侧变流器控制对定子短路电流谐波特性的影响分析,解释短路电流二次谐波的产生机理并推导二次谐波的解析表达式,指出在变流器矢量控制下双馈风电机组产生的短路电流二次谐波可能威胁变压器二次谐波制动的可靠运行,并通过短路实验和时域仿真验证了分析的正确性。     

铁磁元件励磁特性低频测量方法

针对现有低频测量铁磁元件励磁特性方法未考虑铁心损耗的问题,通过对低频实验下铁心损耗的原理分析,得出了励磁电源频率变化仅影响励磁电流中涡流等效电流大小的结论。由此提出了适用于铁磁元件励磁特性现场测试的低频实验及折算方法,分别考虑铁心损耗和漏抗影响对低频实验数据的电压、电流进行补偿,实验证明补偿后与工频实验结果基本一致。相比规程推荐的频率折算方法,该方法能够大幅降低折算误差,在励磁特性拐点及饱和段的折算误差均小于5%。     

HVDC中电力变压器非导磁构件谐波杂散损耗问题研究

为研究高压直流输电系统(HVDC)换流变压器中非导磁构件杂散损耗的分布,文中基于TEAMProblem 21基准族中的P21a-0的简化模型进行了详细的实验研究与仿真分析,详细考察了不同激励下变压器中非导磁结构件杂散损耗的分布。针对不同频率的单一正弦激励和谐波激励,分别进行了详细的实验研究和数据分析。提出采用瞬态场法求解谐波磁场作用下非导磁钢板杂散损耗的实用措施,不同谐波磁场作用下非导磁钢板杂散损耗计算值与实验值具有较好的一致性。研究结果表明,在激励电流有效值相等的条件下,谐波电流含量越高非导磁钢板中涡流损耗越大;但是,谐波电流相位的变化不会对非导磁钢板中杂散损耗产生影响,这与导磁钢板的谐波磁损耗特性有明显差异。所得结果、结论有助于通过优化设计提高变压器的性能。     

逆变器供电永磁同步电机铁耗和永磁体损耗分析

为了模拟逆变器供电变频调速永磁同步电机铁耗和永磁体损耗的精确计算,采用非线性电感参数电机模型与矢量控制技术构建电机系统性能仿真平台,开展基于SVPWM矢量控制的高密度永磁同步电机损耗相关技术研究。以48槽8极高密度永磁同步电机为例,研究逆变器供电变频调速永磁同步电机电流时间谐波对铁耗和永磁体损耗的影响,仿真分析逆变器参数与定子电流畸变率之间的关系。仿真分析表明,电流时间谐波是产生永磁体涡流损耗的主要因素;电流时间谐波对铁心涡流损耗影响大,对铁心磁滞损耗影响小;在一定的范围内,当载波比和调制比增大时,电流畸变率减小,铁耗和永磁体涡流损耗也随之减小。与正弦波供电方式相比,用逆变器供电仿真计算得到的铁耗和永磁体损耗值更接近样机实验数据,进一步验证了仿真分析方法的准确性。     

谐波条件下硅钢片磁特性及换流变压器漏磁场计算

谐波电流作用下,变压器铁心硅钢片的磁特性将发生劣化。本文作者提出一种考虑谐波条件下硅钢片磁性能及损耗性能的换流变压器漏磁场计算方法,给出了不同谐波下27ZH100型号硅钢片B-H特性及B-P特性曲线,基于该曲线对换流变压器在谐波作用下的漏磁场展开了计算,给出了不同谐波励磁下换流变压器油箱及夹件漏磁场分布及损耗值,为换流变压器漏磁场的分析提供了一个新的思路。     

无取向电工钢片旋转磁特性测量与损耗特性分析

设计低耗、高效变压器和电机离不开对铁心的磁化特性与损耗性能的精准把握。实际运行工况下,铁心中同时存在交变磁场和旋转磁场,且交变磁场和旋转磁场存在着本质的不同,因此探究电工钢片在旋转磁场下的磁化特性和损耗性能就显得至关重要。本文以电机定子作为电工钢片旋转磁特性励磁装置,通过电机的三相励磁绕组产生椭圆形旋转磁场,给出两相输出反馈到三相输入的控制策略,研究不同磁化角度、轴比对损耗特性的影响。并分析了传统正交分解损耗模型在高磁通密度下计算误差较大的原因,提出修正模型,解决了原模型在高磁通密度下存在较大计算误差的问题,为优化设计新一代高效率变压器、电机奠定基础。     

谐波电流下配电变压器热点温度计算与仿真

针对谐波电流下配电变压器热点温度的计算问题,基于谐波损耗建立了谐波电流下配电变压器热点温度及顶层油温的计算模型,引用谐波损耗因子计算谐波电流下配电变压器谐波损耗,并采用有限元Fluent软件,仿真验证基于谐波损耗的热点温度计算模型的准确性。计算和仿真结果表明:考虑谐波及负载损耗影响的配电变压器热点温度的计算方法,提高了谐波影响下热点温度计算的准确性,为进一步研究谐波电流对配电变压器绝缘寿命的影响提供了新的方法和手段。     

考虑集肤效应和邻近效应的变压器绕组谐波损耗计算及实验研究

基于国内外现有变压器谐波模型发展情况及其适用范围的局限性,以进一步精确量化变压器绕组谐波损耗为目的,建立了绕组谐波损耗模型。该模型综合考虑谐波情况下集肤效应、邻近效应对绕组的影响,基于电磁场原理分析绕组电阻参数畸变特性。进行了各次谐波电流下的绕组电阻测量实验,将实验测量值、传统模型计算值与该模型计算值进行对比,结果证明该模型提高了计算精度,使得变压器绕组损耗计算更加精确。最后基于实验测量值,建立了变压器绕组谐波电阻工程实用模型,对工程计算具有一定的指导价值。     

取向硅钢片在不同环境温度下的磁特性

为了更加准确地研究硅钢片的磁性能,提出爱泼斯坦方圈组合法(包括标准25 cm爱泼斯坦方圈、修正的17.5 cm和20 cm爱泼斯坦方圈)对硅钢片磁性能数据进行测量和加权处理,其中包括有效磁路长度、比损耗、激磁功率,详细地考察了激磁频率、试样剪切角度和环境温度对爱泼斯坦方圈测量硅钢片磁性能结果的影响。研究结果表明:利用该爱泼斯坦方圈组合可以有效地建立取向电工钢损耗模拟模型,从而更加准确地确定取向电工钢的损耗。由分析结果可知,环境温度的变化会给硅钢片的磁特性带来较大变化,硅钢片比损耗在环境温度125℃和16℃时测量误差高达8.10%。该研究改善并提高了爱泼斯坦磁性能测试数据的应用价值。     

新型偏磁式消弧线圈及其控制

提出了一种新结构的偏磁式消弧线圈及其控制方法。它由1个三柱铁心和5个绕组组成。在铁心的两个边柱上分别设置了两级减小截面部分，这两个部分作为铁心磁化区，磁化作用主要发生在该区域。中柱上设有气隙，确定了消弧线圈的补偿下限。3个交流绕组分别布置在3个铁心柱上，两边柱绕组并联后同中柱绕组串联。2个励磁绕组所串联后布置在两边柱上交流绕组的内部。这种结构使得交流绕组对励磁绕组的影响减至最小，使磁化区易于磁化，调节范围加大，使有功损耗和磁化功率减小，实测结果表明，新型消弧线圈孤谐波含量小于4%，损耗小于1.7%，磁化功率小于1.3%。对它的控制问题可归结为两条控制特性：高压调节特性和低压调节特性，只需精确地提供控制电流就可以准确地调整消弧线圈电感。研究了它的励磁系统，该系统励磁电泫动态响应时间小于5ms，工作电流达到稳态时间小于40ms。     

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。     

混合励磁永磁电机齿谐波绕组特性计算与分析

为了在电机设计阶段把握混合励磁永磁同步发电机齿谐波绕组的空载和负载特性,应用电机理论定性分析了转子齿谐波电动势的产生机理及特点。根据其特点,提出了一种准确计算齿谐波绕组电动势波形的方法。应用该方法对一台齿谐波励磁的混合励磁永磁同步发电机的齿谐波绕组电压随励磁电流和电枢电流的变化分别进行了计算,并对其变化趋势进行了详细的分析。分析表明:齿谐波绕组特性与电枢绕组特性不同,其受磁路饱和影响较大。计算结果和实验结果的比较验证了计算方法的准确性以及理论分析的正确性。     

同步发电机励磁绕组匝间短路时的稳态电流谐波特征研究

为研究励磁绕组匝间短路的故障机理,通过理论分析故障情况下A1553样机转子绕组和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,论证了定子相绕组内部环流为分数次谐波、而转子电流为基波及整数次谐波的稳态故障特征,并且说明故障谐波特征主要受定子绕组的分布与联接方式影响,与电机极对数、励磁绕组的短路匝数及故障位置也有关系。对A1553样机进行了单机空载工况下的励磁绕组匝间短路实验,通过对稳态实验电流的快速傅里叶分析,验证了上述故障特征和理论分析方法的正确性。理论分析和实验表明,转子匝间短路的故障特征与机端外部短路故障、定子绕组内部短路故障等其它故障都有所不同,为故障检测提供了依据。     

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。