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。     

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。     

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。     

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。     

并列转子混合励磁同步发电机电感参数研究

电感参数计算的准确性直接影响同步发电机的输出性能。本文给出一种并列转子无刷混合励磁同步发电机,其永磁转子采用Halbach阵列磁体结构,电励磁转子采用隐极结构,两种转子同轴并列。针对该电机分别采用解析法、有限元法以及负载试验法对同步电感进行计算和测量。为提高计算的准确性,基于有限元法计算了永磁转子和电励磁转子之间的不锈钢定子铁心漏抗。研究结果表明:相对于试验测量结果,有限元法的计算误差为-4.48%,解析法计算误差为-12.02%,有限元法具有较高的计算精度。     

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。     

一种改进型混合励磁永磁同步发电机的设计研究

混合励磁永磁同步发电机是在永磁同步发电机的基础上，在电机的定子或转子上加入电励磁绕组以调节电机主磁通的新型发电机。文中首先对现有的混合励磁永磁同步发电机结构进行了改进，并详细分析了其改进后的工作原理和设计特点。结合混合励磁永磁同步发电机的工作原理，给出了相应的发电机电励磁控制系统。最后通过实验数据与设计数据的对比验证了本文的内容。     

感应整流式无刷同步电机的励磁原理和调压性能研究

为了实现转子励磁型电励磁电机的无刷化励磁,研究一种感应整流式无刷同步电励磁电机。新结构电机采用传统电励磁电机铁芯。当往定子励磁绕组通入直流励磁电流后,感应激励绕组电流和转子励磁绕组电流产生的磁场在气隙中叠加,共同感应电枢绕组。该方法结合传统的感应励磁和励磁机励磁的优点,实现高效的无刷化励磁。介绍感应整流式无刷同步电励磁电机的结构,绕组分布和基本工作原理,理论分析感应激励绕组电流和转子励磁绕组电流的励磁原理,运用Ansys Maxwell仿真分析发电机的输出电压波形以及调压性能。制作了一台1.5kVA的实验样机,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.     

水轮发电机组无刷励磁转子过电压故障及改进实践

无刷励磁系统是采用交流励磁机对发电机进行励磁，交流励磁机磁极线圈安装在定子上，省去了滑环、碳刷。转子为三相电枢绕组，电枢输出的交流电经同轴旋转的整流器转换成直流供给同步发电机的励磁绕组。由于无刷励磁系统中取消了直流励磁机，根除了直流励磁机换向器冒火故障。同时旋转整流器的整流元件，在强大的离心力作用下，具有良好的散热性，往往比较可靠，所以在小型水电站发电机上得到较多的应用。这种励磁方式常见的故障是当自动励磁调节器退出（对于小型发电机调节器退出较常发生）改为手动运行时，由于某种原因发电机甩负荷产生危…     

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。     

核电站大型无刷励磁发电机转子温度测量方法综述

核电站百万千瓦级无刷励磁方式下 ,汽轮发电机组转子温度测量可以有不同方法。其中有在三机旋转励磁时 ,通过在励磁机定子的磁极之间装设探测线圈 ,在励磁机转子轴上安装测量滑环 ,测量转子电压、电流得到转子温度的方法 ,以及对于机端励磁变压器构成的两机励磁系统 ,采取通过工厂实验数据和一定算法测量转子实时温度的新方法。     

核电站大型无刷励磁发电机转子温度测量方法分析

主要介绍了核电站百万千瓦级,不同无刷励磁方式下汽轮发电机组转子温度的测量方法。大亚湾核电站、岭澳一期核电站采用三机旋转励磁,通过在励磁机定子的磁极之间装设探测线圈,在励磁机转子轴上安装测量滑环,测量转子电压、电流得到转子温度。在正在建设的岭澳二期项目中,采用机端励磁变压器构成两机励磁系统,通过工厂实验数据和一定算法测量转子实时温度的新方法。该方法实现简单,无需额外装置,测量可靠性高,提高了发电机的安全运行水平,在我国积极发展核电的今天,具有一定的参考意义。     

同步风力发电机无刷励磁系统设计

分析了基于可旋转变换器的无刷励磁原理,提出了基于可旋转变换器的同步风力发电机无刷励磁系统的设计方案。旋转变换器的输入为直流电,经过全桥逆变电路和旋转变压器以后,将电能传递到旋转部分,再经过整流以后给同步风力发电机励磁绕组提供直流电。根据风速变化,控制励磁机的励磁从而可以控制同步发电机的励磁,使得输出电压恒定;在额定风速...     

Self-regulated self-excited brushless three-phase synchronous generator

For lightweight and compact implementation of a generation set, many attempts have been made by some researchers to develop a brushless self-excited synchronous generator without an ac exciter. A previous paper proposed a novel self-excitation scheme by which the second-space harmonic component of armature mmf is used for exciting the rotor field system. In this excitation scheme the effect of the series excitation characteristic, as well as a self-excited and brushless implementation without an ac exciter is automatically obtained. However, in the case of system configuration of the generator already reported, voltage regulation in the inductive load condition was very large. To remove this problem, this paper presents a new system configuration of the generator with a self-regulating feature that can compensate voltage regulation automatically. The new generator consists of a stator installing two three-phase windings, externally connected to a load and a capacitor bank, respectively, and a rotor with field and harmonic windings. In this paper the system configuration and theoretical concepts of the presented generator are described and detailed experimental investigations with a laboratory machine are also shown.     

同步风力发电机无刷励磁系统设计

提出了无刷励磁同步风力发电机励磁系统设计方案,采用可控硅静止励磁装置向交流励磁机定子励磁绕组提供直流电,励磁机发出交流电经过旋转整流器供给风力发电机励磁。只需跟随风速变化,控制励磁机的励磁从而可以控制同步发电机的励磁,使得输出电压恒定。在额定风速以下,获得最大风能利用系数,额定风速以上,保证输出功率恒定。并提出了基于单神经元自适应PID控制算法的控制器设计,该系统具有可靠性高、抗干扰能力强、硬件简单和系统可扩展性强的特点。     

A new self-excitation scheme for three-phase synchronous generators

A new self-excitation scheme has been developed for three-phase synchronous generators. The generator that uses this scheme behaves as a flat-compound machine without automatic voltage regulators. The stator of the generator is provided with an armature winding that generates the fundamental and 2nd-harmonic mmfs. The rotor is equipped with a field winding and a harmonic winding. The harmonic winding is magnetically coupled to the 2nd-harmonic mmf produced by the armature winding. The current flows in the stator armature winding by way of a three-phase set of capacitors connected across its three-phase terminals and the ac voltage is induced in the rotor harmonic winding due to the armature 2nd-harmonic mmf. By connecting the harmonic winding to the field winding through a rectifier circuit, self-excitation of the generator is obtained. This excitation scheme is both self-excited and brushless, and no exciter is required. Additionally, voltage regulation due to load variation can be improved by connecting suitable capacitors. In this paper the operating principle and circuit configuration of the generator are explained and the experimental results using a 1-kVA prototype machine are shown. The generator characteristics are theoretically clarified by approximate analysis, and appropriateness of the theory and the usefulness of the proposed scheme are experimentally confirmed.     

旋转整流器无刷同步发电机起动交流励磁仿真分析

旋转整流器式无刷同步电机具有功率因数可调、效率高等优点，在航空电源系统中得到广泛的应用。为了适应未来飞机电源系统发展的要求，航空发电机需要具有起动/发电双功能。本文给出无刷同步电机的新型单相交流励磁方案，在励磁机直流励磁绕组通入单相交流电，在气隙中建立脉振磁场，使励磁机转子电枢绕组中产生感应电势，经过旋转整流器整流，为主发电机提供励磁电流，解决零速下主发电机励磁问题。文中建立了考虑励磁机铁损耗的仿真模型，并运用仿真手段详细地分析励磁机的单相交流励磁的频率和幅值对主发电机励磁电流幅值的影响，最后给出发电机起动过程中，励磁机单相交流励磁的控制规律。     

无刷励磁系统旋转二极管故障的在线监测

对励磁机定子励磁电流的谐波特征进行理论分析,分析发现旋转二极管故障时励磁机定子励磁电流将出现不同于正常运行时的谐波分量;进一步在MATLAB/SIMULINK下建立了包括旋转二极管在内的无刷励磁系统的仿真模型,对二极管各种故障下的励磁机定子励磁电流进行了仿真计算,验证了理论分析的正确性.研究表明：依据励磁机定子励磁电流监测分析可对旋转二极管故障进行有效在线监测.     

混合励磁磁通切换电机等效磁路模型

混合励磁磁通切换电机（flux-switching hybrid excitationmachine,FSHM）是一种新型定子励磁型交流无刷电机,具有磁链双极性、结构简单、功率密度高、运行可靠等优点。改变电励磁绕组电流的大小和方向,实现了对永磁气隙磁场的有效调节与控制,而引入导磁磁桥可提升气隙磁场调节范围。以建立电枢绕组磁链最大位置的等效磁路模型为切入点,推导了峰值磁通表达式,探索了磁桥段相对磁导率的估算方法,结合有限元仿真分析了磁桥厚度变化与磁桥式FSHM初始气隙磁密、磁桥磁密、气隙磁场调节能力、磁力线路径转移等特性的关系。样机的有限元仿真及实验结果与等效磁路模型预测趋势基本一致,验证了建模方法与理论分析的正确性,可用于指导磁通切换电机的设计与性能分析。