电励磁双凸极发电机的非线性模型

电励磁双凸极发电机是一种新型的交流无刷电机，结构简单，可靠性高，在汽车和飞机发电领域有着广阔应用前景。但其磁链和电感均为激磁电流、相电流、转子位置的非线性函数无法采用常规的方法建立精确的数学模型。该文采用二维电磁场有限元法对一台12/8极电励磁双凸极发电机进行了精确分析计算，得到了电机的静态特性；利用模糊神经网络的非线性逼近能力，尝试建立了双凸极电励磁发电机的模糊神经网络非线性模型，获得了很高的模型精度，并将仿真分析结果与实验结果进行了对比，验证了所建模型的精确性、有效性及方法的可行性，为飞机直流发电系统的设计、分析建立了基础。     

双凸极电励磁发电机非线性建模方法

在有限元分析所得磁链特性y(q, if, ia, ib, ic)的基础上,尝试分别采用自适应模糊神经网络(adaptive-network-based fuzzy inference system, ANFIS)、支持向量机(support vector machine,SVM)和3次样条插值法(Spline)建立60 kW 12/8极双凸极电励磁(doubly salient electromagnetic,DSEM)直流发电机非线性模型,并将基于3种模型的电机的静态特性与有限元分析结果相比较,以验证所建模型的逼近精度、推广预测能力及建模方法的有效性。根据3种非线性建模方法分别建立发电机非线性仿真模型,并用此模型对双凸极无刷直流发电机的空载和带载电压波形进行仿真,分析电机的空载特性和外特性,并与实验测试结果比较,进一步验证3种建模方法的性能,给出选用原则。     

基于查表法的电励磁双凸极电机建模研究

为了研究电励磁双凸极电机(DSEM)的控制策略,必须建立精确控制模型。DSEM定转子均为双凸极结构,存在明显的边缘效应和高度的局部饱和现象,其磁链和转矩均为电枢电流、励磁电流及转子位置角的非线性函数,难以采用常规方法建立精确控制模型。在深入分析电机电磁特性的基础上,通过有限元仿真分别建立磁链与转矩关于电流与转子位置角关系的数据表。采用Simulink三维查表法,分别对DSEM磁链函数和转矩函数进行建模,并与电压方程一起构成DSEM仿真模型。针对模型各个环节进行了分析验证,以励磁绕组滞环斩波空载反电动势及电枢电流采用不对称控制策略为例,将仿真结果与有限元仿真及试验结果进行了对比,验证了所建模型的精确性、有效性及建模方法的可行性。     

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。     

电励磁双凸极发电机的Pspice建模方法

为了研究电励磁双凸极电机发电过程,采用电压脉冲模块和受控电压源结合单位电感的方法,基于Pspice仿真软件建立了电励磁双凸极发电机模型。同时,研究了一台12／8极的电励磁双凸极发电机模型,给出了动态特性的数字仿真和试验结果。通过仿真与实验结果的对比,验证了所建模型的正确性及方法的可行性,为飞机直流发电系统的设计、分析提供了基础。     

直驱式多转子极电励磁双凸极风力发电机

针对如何提高低速直驱双凸极发电机效率的问题,研究了一种多转子极电励磁双凸极发电机新结构,推导了该发电机定子极数与转子极数配合关系,给出了多转子极DSEM定子极宽与定子极距之比的取值,并在此基础上建立了有限元分析模型,在发电机转速、每相串联匝数、转子极数和主要尺寸相同的条件下对比分析了24/16、12/16和6/16极电励磁双凸极发电机的磁链、电动势、电感、定位力矩、效率和重量.分析结果表明本文所提多转子极DSEG发电机结构的合理性.     

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。     

电励磁双凸极发电机偏心特性研究

针对电励磁双凸极发电机静态偏心故障,首先对于发电机的气隙长度进行了等效解析建模,并对静偏心程度与磁链、电磁转矩以及气隙磁密等重要特性的关系进行了理论推导。然后,通过Ansys有限元建立12/8三相电励磁双凸极发电机的2D有限元模型,并对电磁信号理论分析结果进行验证。最后,利用Workbench中耦合电磁、模态与谐响应分析模块对发电机的径向振动信号进行有限元仿真。研究结果表明,仿真结果与理论分析结果基本吻合,证明静偏心故障中偏心率对于电励磁双凸极发电机性能具有一定的影响,为后续其静偏心故障诊断提供理论基础。     

双凸极发电机增磁式发电方式的特性分析

电枢反应和换相重叠是造成电励磁双凸极发电机外特性软的主要因素。借助有限元仿真软件,比较分析了仅一相整流输出、三相独立整流输出以及常规开关磁阻发电方式(switched reluctance generation,SRG)输出的磁链、电流等波形,并得到了相应的外特性曲线。对原理样机进行实验,验证了仿真分析的准确性。分析结果表明,SRG发电方式的增磁特性有助于减小双凸极发电机的励磁功率;同时,双凸极电机较小的互感值使得各相互感引起的去磁作用可忽略;换相重叠是SRG发电方式外特性变软的重要因素,减小换相重叠角对双凸极发电系统的影响是有效的优化思路。     

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。     

基于支持向量机的电价组合预测模型

对传统的2个线性组合预测模型进行了分析,提出了一个新的线性组合预测模型,该模型不要求权系数和为1,而且权重也可以取负值。同时,为提高精度,提出了支持向量机非线性的组合预测模型,该模型实质上是一个非线性回归模型,利用结构风险最小化原则代替传统的经验风险最小化。该模型充分挖掘原始数据和单一预测模型的信息,以单一模型的预测数据作为组合预测样本,选择径向基核函数的支持向量机进行组合预测。同时给出了解决此问题的基于Matlab的支持向量机工具箱的源程序。以美国加州电力日均价为例,与单一预测方法、线性组合预测进行对比,支持向量机非线性的组合预测方法预测比较精确。     

一种新的永磁双凸极电机非线性磁链电感建模方法

永磁双凸极电机(DSPM)是一种新型的交流无刷电机，其结构简单、可靠性高、功率密度高、高速性能好，因此在电动汽车和航空工业等领域有着广阔的应用前景。但DSPM磁链和电感均为非线性函数而无法采用常规的方法建立其精确的数学模型。文中采用二维电磁场有限元法对1台6/4 极永磁双凸极电机进行了精确分析计算，得到了电机的静态特性；利用正态概率密度函数(NPDF)的特点建立了DSPM电机磁链和电感的非线性模型，获得了很高的模型精度。将仿真分析结果与实验结果进行了对比，验证了所建模型的精确性、有效性及方法的可行性。NPDF建模法为DSPM系统的设计、分析建立了基础。     

支持向量机及在电力系统中的应用

支持向量机是20世纪60年代开始研究,在90年代得到快速发展的机器学习技术。为了系统地归纳统计学习理论与支持向量机的基本思想和算法,总结目前该领域的最新研究成果。通过对7种多分类支持向量机训练算法进行深入分析,得出其各算法的优、缺点,还归纳了支持向量机在故障预测和识别、电力系统等方面的应用,特别在电力系统暂态稳定评估与分析、电机故障诊断、高压输电线路故障诊断和定位、双凸极永磁发电机非线性模型、火焰监测以及电力系统负荷预测等方面的成功应用。研究表明,支持向量机克服了传统神经网络算法的局部最优、收敛难以控制、结构设计困难等优点。     

Double-fed induction generator control for variable speed wind power generation

Vector control of a doubly fed induction generator drive for variable speed wind power generation is described. A wound rotor induction machine with back-to-back three phase power converter bridges between its rotor and the grid forms the electrical system. The control scheme uses stator flux-oriented control for the rotor side converter bridge control and grid voltage vector control for the grid side converter bridge. A complete simulation model is developed for the control of the active and reactive powers of the doubly fed generator under variable speed operation. Several studies are performed to test its operation under different wind conditions. A laboratory test setup consisting of a wound rotor induction machine driven by a variable speed dc motor is used to validate the software simulations.     

高速轴向电励磁双凸极电机设计与特性分析

现代多电飞机技术不断发展,对航空电源系统提出了更高的要求。依据航空起动发电机具有可靠性高、功率密度高、电源容量大的要求,设计了一种高速轴向电励磁双凸极电机（DSAEM）。对电机的基本结构和工作原理进行了描述,建立了电机的数学模型,并通过有限元仿真加以验证,详细分析了电机的磁场、电感、空载特性和负载特性。结果表明,高速轴向电励磁双凸极电机具有完全对称的三相磁链,可输出更稳定的电压,其电机绕组的空间利用率高、功率密度大、效率高,可满足航空电源的基本需求。     

基于三维非线性电感模型电励磁双凸极发电机系统建模的研究

电励磁双凸极发电机是一种应用前景看好的新型交流无刷电机,它以其独特的结构和优良的电气性能在飞机、车辆等领域有广阔的应用前景。目前国内外对它的研究大多基于分段线性电感模型,为了更准确地反映双凸极发电机的电磁特性,提出了一种新的构造三维非线性电感模型的方法,并在此基础上建立了整个电机系统的Matlab模型。以30kW、12/8极电励磁双凸极发电机为例,进行了仿真与实验比较,验证了此模型能够较好地反映双凸极电机实际工作特性,为双凸极电机系统的分析与设计提供了有力的工具。     

航空电励磁双凸极无刷直流起动发电机系统控制关键技术综述

电励磁双凸极电机具有结构简单可靠、容错性能好、控制灵活等优势,可构成一种具有竞争力的新型航空无刷直流起动发电机系统。简述了电励磁双凸极起动发电机系统的构成及其工作原理。针对航空电源这一特殊应用领域的要求,对电励磁双凸极起动发电机高可靠性控制、高效率高功率密度控制、集成化控制等关键技术进行了归纳总结。讨论了电励磁双凸极起动发电机控制关键技术的未来发展趋势。