电励磁双凸极发电机的三相整流换相过程分析

阐述了电励磁双凸极无刷直流发电机整流发电的工作原理,推导了电流换相时间、换相重叠角以及换相压降的解析公式,并分析了励磁电流、发电机转速以及负载性质对电流换相的影响。理论分析与实验结果表明：电励磁双凸极发电机整流发电时的换相过程由电机自感和互感引起;励磁电流大小会使工作模态发生变化;当负载和励磁电流不变时,换相时间受发电机转速影响,换相重叠角保持不变;负载为阻性与感性时,存在换相重叠,负载为容性轻载时,换相重叠现象不明显。     

一种变励磁无刷同步电机最大转矩电流比优化方法

在只有单相交流电作为励磁电流的条件下,三级式无刷同步起动/发电系统的励磁机带动发动机起动时,主发电机的励磁电流较小,并且随着转速的升高而改变。当该系统主发电机通过最大转矩电流比方法进行起动控制的时候,励磁磁链是非恒定的,传统的用于拟合直轴交轴电流函数的方法很难达到预期的控制目标。根据同步电机的励磁磁链是变化的这个特点,本文提出了系数拟合的方法用于直轴交轴电流函数的拟合,并通过仿真进行了验证。该方法与传统的直轴交轴电流函数拟合方法相比,明显减小了起动过程中转矩脉动。     

电励磁双凸极电机转矩脉动抑制的控制策略

造成电励磁双凸极电机转矩脉动的原因有很多,通过适当的控制策略可以优化某些因素从而改善转矩脉动。从控制策略方面总结了近年来优化转矩脉动的研究成果,介绍了几种有效的控制方法,大体思路可以从改善绕组相电流(包括稳定相电流、消去谐波电流、电流矢量分解等)、优化开关角度弥补换相电流缺陷以及优化输出转矩控制等方面来减小转矩脉动。     

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。     

隐极发电机阻尼绕组和槽楔对励磁转矩的影响

为了说明在外部稳态不对称情况下,阻尼绕组和阻尼槽楔对同步隐极发电机励磁绕组恒定电磁转矩和二次谐波电磁转矩的影响。首先,在同步隐极发电机正序等效电路和负序等效电路以及正序磁场恒定电磁转矩和负序磁场恒定电磁转矩分析的基础上,推导出一种新型研究同步隐极发电机恒定电磁转矩的解析方法。然后,在磁场相互作用分析的基础上,提出一种分析同步隐极发电机励磁绕组二次谐波电磁转矩的新方法,并用该方法分析了电流不对称度、阻尼绕组和阻尼槽楔对同步隐极发电机励磁绕组二次谐波电磁转矩幅值的影响。最后,为了验证解析分析的正确性,采用时步有限元法进行仿真计算,有限元数值算法的结果与解析分析结果具有良好的一致性。     

双凸极无刷直流起动发电机研究

电励磁双凸极无刷直流发电机配以起动功率变换器就构成了起动发电机，与开关磁阻起动发电机一样均具有可在高温高速下工作的能力。本文分析了该起动发动机的基本原理，标准和换相提前控制时的机械特性和机械特性的合成方法，减小转矩脉动和输出电压脉动的方法，比较了有刷与无刷两种电机起动航空发动机的试验结果。试验表明：电励磁双凸极电机是一种性能较好的航空用起动/发电机。     

励磁电流负反馈对双凸极电机调压性能的影响

电励磁双凸极发电机(Doubly Salient Electro-magnetic Generator,简称DSEMG)具有结构简单、可靠性高、控制方便等特点,可通过调节励磁电流的大小来维持输出电压恒定。传统调压器由于仅引入输出电压负反馈,稳态性能往往难以满足要求。简单介绍了DSEMG的发电原理,提出在传统调压器的基础上再引入励磁电流负反馈,通过Simulink仿真和实验验证,与传统调压方式的结果相比较,说明该调压方式有较高的调压精度,适合于DSEMG。     

同步发电机励磁绕组匝间短路的仿真研究

转子绕组匝间短路故障会造成发电机励磁电流增大、输出无功减小、转子振动加剧等影响,如果不及早处理可能给机组的安全运行带来巨大威胁.近年来国内外研究主要通过实验检测及定性分析,由于不能准确计算故障电流等电气量,在实际应用中存在局限性.本文为多支路同步发电机励磁绕组匝间短路建立了改进的多回路数学模型,并提出了与励磁绕组有关的电感系数的计算方法,可以考虑气隙磁场畸变、定子绕组不平衡电流等因素的影响.针对1台4极凸极同步发电机,用该模型对不同匝数的励磁绕组匝间短路进行数字仿真,可得到短路后定、转子电流及有功功率、无功功率等.根据计算结果,本文提出励磁绕组匝间短路后定子同相不同分支之间出现分数次谐波环流、励磁电流出现基波及奇数次谐波的故障特征,并给出了物理解释,可以为转子匝间短路保护提供依据.     

电励磁双凸极发电机的双输出电压调节技术

提出了一种电励磁双凸极发电机高、低压直流双输出稳压技术：通过对励磁绕组电流进行PWM控制稳定28.5 V低压输出;高压直流输出经过高、低压绕组磁场间的耦合粗调后,经过双Boost变换器进行稳定升压至360 V直流。该文阐述了低压电压调节器与高压直流输出调节器--双Boost变换器的工作原理,分析了电流换相、负载和电机转速对高压输出调节的影响,确立了双Boost变换器开关频率的选取依据。研制的双输出发电系统验证了方案的可行性与理论分析的正确性。     

外转子双馈双凸极永磁风力发电机的设计与研究

提出了一种新型的外转子双馈双凸极永磁风力发电机.该电机采用混合励磁结构形式,在电机的定子上同时存在直流励磁绕组和永磁体作为电机的励磁;电机的电枢绕组也安放在定子上,实现了定子的双馈形式;外转子全部由铁心组成,结构简单.该电机的创新在于每一块永磁体都有一对磁路与之相并联的附加气隙,这样可以更加有效地实现对气隙磁场的调节.由于气隙磁场可以随意调节,所以该电机可以在不同的转速和负载电流的情况下实现恒定的输出电压.     

混合励磁同步电机新型矢量控制算法研究

在速度分区控制的基础上提出一种混合励磁电机矢量控制算法,该方法综合考虑了负载转矩、励磁电流及母线电压对弱磁基速的影响,在线动态计算弱磁基速。在弱磁区,保持气隙合成反电势恒定,利用励磁电流和d轴电流共同弱磁升速。采用Matlab/Simulink仿真软件建立混合励磁同步电机控制系统,对所提算法进行验证。仿真结果表明该算法可实现混合励磁电机低速大转矩和高速宽调速范围运行。     

基于级联式整流电源的恒流均压控制方法

针对电磁探测的大功率电磁场激发需要,本文采用输入并联输出串联的级联式整流电源,提高输出电压等级,保证激发功率。为了满足电磁探测过程中输出电流的稳定性,提出了基于双闭环的恒流均压控制算法。分析了级联式直流电源恒流均压输出的原理,建立了电源的数学模型,设计了电压电流环的控制器,在Matlab/Simulink中搭建仿真模型并通过控制器参数优化从而降低误差。级联式直流电源由于上下两部分可能存在器件参数不同的情况,这就导致在恒流控制下两级电源输出电压不同,在动态情况下的偏差会更大从而引起器件不均压而损坏,因此在考虑控制恒流输出的同时需要加入控制均压输出。通过对输出电流电压进行采样,经控制器转换为相应的脉冲触发对应的开关器件从而实现恒流均压输出。仿真结果显示输出电流控制在2 A,电流变化在5%以下。     

永磁同步电机弱磁最优控制策略研究

针对永磁同步电机(PMSM)在恒转矩区起动能力差、在恒功率区电流轨迹不易跟踪等问题,提出基于电压反馈复合电流前馈的定子电流弱磁最优控制策略。通过判断电流前馈环节达到稳定时所需的电流与采用最大转矩电流比(MTPA)算法所得电流大小,使定子电流在恒转矩区通过电流前馈作用快速跟踪MTPA曲线,加快起动;在恒功率区采用电压反馈复合电流前馈的策略,增强系统抗干扰能力的同时最大化直流母线电压利用率。为了验证该策略的可行性,搭建PMSM仿真模型,构建以dSPACE1007为核心的试验平台,对其进行仿真和试验,结果表明了该策略的稳定性和有效性。     

基于I/F起动和扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机全速域无传感器控制方法

针对永磁同步电机(PMSM)全速域范围内无速度传感器运行时,电机低速起动位置估计困难的问题,提出了一种恒电流变频(I/F)和扩展卡尔曼滤波器(EKF)相结合的控制方法。在低速采用恒电流变频比起动,中高速切换为EKF进行位置和速度的估计。为解决切换过程不稳定的问题,利用电机转矩-功角自平衡特性,在切换过程中以两种控制方法给定的角度差作为反馈输入信号来减小切换前给定电流,在角度差接近零时切换电流和位置给定,使切换前后给定电流和给定位置基本保持不变。最后通过仿真验证该方法的可行性。     

整流侧控制方式对特高压直流输电系统换相失败影响研究

特高压直流输电系统发生换相失败时,会引起直流电压和直流电流突变,严重影响直流系统的安全稳定运行。控制系统是特高压直流输电系统的核心部分,其控制方式对系统的输出响应有重要影响。分析特高压直流输电系统换相失败的原因,介绍整流侧的控制方式,建立了云广特高压直流输电系统仿真模型,研究云广特高压直流输电系统整流侧采用定电流控制方式和定功率控制方式对换相失败的影响。仿真结果表明：当逆变侧换流变压器变比K改变时,整流侧采用定电流控制与采用定功率控制相比,系统发生换相失败时的临界变比较大;当逆变侧交流母线发生三相对称接地故障、两相短路故障及单相接地故障时,整流侧采用定电流控制与定功率控制相比,系统不发生连续换相失败的临界电阻较小。整流侧采用定电流控制方式时,对换相失败的控制能力优于定功率控制方式。     

高速动车组牵引传动控制系统的研究与仿真

采用三电平空间电压矢量控制的转差频率矢量控制系统,建立高速动车组牵引传动仿真系统;为了实现动车组在0～250km/h范围内任意速度下稳定运行,设计出一种基于双滞环调节的恒速控制器。引入控制变量k,通过牵引、恒速、再生制动控制之间的平滑切换,防止在不同控制方式之间切换时引起较大的转矩、磁通和电流波动;仿真模拟了动车组在运行过程中牵引、恒速(包括惰行)和再生制动工况,Matlab/Simulink仿真结果表明系统具有良好的稳态性能和动态性能,满足高速动车组运行要求。     

混合励磁双凸极电机提前角控制策略研究

为提高混合励磁双凸极电机在半桥功率变换器供电方式下高速运行时的输出转矩,以定、转子极弧为15°/20°的12/8极混合励磁双凸极电机为研究对象,在对标准角控制策略研究基础上,提出了提前角控制策略,并对不同提前角对电机相绕组电流和输出转矩的影响进行了理论分析和仿真研究,达到了预期目的。     

双绕组感应发电机静止励磁调节器的锁相环研究

双绕组感应发电机具有随负载变化调节励磁磁场、保持负载电压恒定不变的优点,通过静止励磁调节器输出的有功电流控制母线电压、无功电流控制负载电压,两者经过坐标变换形成反馈电流,实现系统的闭环控制。锁相环(PLL)为坐标变换提供相位信息,选用合适的PLL可以提高坐标变换的动静态性能,为控制系统提供快速准确的反馈信息。分析了双绕组感应发电机励磁电压的特点,分析了双dq变换PLL、延时信号对消PLL、基于延时信号对消的滑动平均滤波PLL的各自工作特点,最后优选了基于延时信号对消的滑动平均PLL检测励磁电压相位。     

变速抽水蓄能机组启动与制动策略研究

针对变速抽水蓄能机组的启动与制动问题,研究了将电机定子短接,利用交流励磁系统启动与制动机组的策略。建立了定子绕组短接,电机按照定子磁场定向的数学模型,推导了定子磁通观测器,分析了电机启动和制动过程中转矩电流的电压极限、电流极限和转矩极限,提出了机组的启动和制动策略。搭建了RTDS试验平台,对1台300 MW变速抽蓄机组的启动和制动策略进行了试验研究,结果表明该方案具有良好的启动和制动性能。     

协同控制及其在高压直流输电系统上的应用

高压直流输电系统是一个典型的非线性时变动态系统，如果采用常规的PI控制，在系统遭受大扰动或运行方式切换时，将难以获得有效的控制效果。文中简要介绍了协同控制理论的基本原理，并针对高压直流输电系统，设计了一种基于协同控制理论的定直流电流、定直流电压的非线性控制算法。最后，将设计的控制策略应用于CIGRE标准直流输电测试系统进行验证，仿真结果表明该控制策略使系统的启动过程快速、平稳；当系统运行模式发生改变时，不仅能够实现对控制目标快速跟随，同时能有效解决运行点发生改变带来的直流电压和电流波动问题。