三次谐波注入式五相永磁同步电机矢量控制策略

从矢量空间解耦的观点出发,建立了含有3次谐波磁场的五相永磁同步电机(permanent magnetic synchronous motor,PMSM)在旋转坐标系下的数学模型,揭示了绕组中各次谐波电流对机电能量转换所产生的不同作用,通过注入一定含量的3次谐波激磁电流,可以在提高电机输出转矩的同时,降低电机定子铁心的磁饱和程度。根据谐波注入前后逆变器功率容量保持不变的原则,通过理论推导和仿真分析,得到了电机输出转矩随3次谐波注入率的变化趋势,为五相PMSM的优化设计和性能分析提供了理论基础。设计了基于转子磁场定向的五相PMSM矢量控制系统,实现了对基波和3次谐波电流的解耦控制。仿真和实验结果验证了方法的正确性和可行性。     

水轮发电机稳态运行时的阻尼绕组电流谐波研究

针对水轮发电机在稳态运行时的阻尼绕组电流谐波问题,采用场路耦合法,建立用于计算阻尼绕组电流的水轮发电机数学模型,并通过试验对该模型进行验证.以此为基础,分别计算几种不同稳态运行工况下的阻尼绕组电流及其谐波,包括电机空载运行、额定对称负载运行以及电机稳态负序运行等工况.分别研究发电机内主磁场、电枢绕组正序磁场和负序磁场对阻尼绕组电流谐波所产生的影响.此外还对阻尼绕组电流内的各次谐波分布特点以及产生机理进行了分析.对水轮发电机阻尼绕组电流谐波的研究,有助于预测阻尼条的受力情况,从而避免水轮发电机由于阻尼条振动强烈而出现断条事故.     

谐波对感应式有功电度表计量误差的影响

建立一种感应式有功电度表在谐波电压和谐波电流状况下计算计量误差的非线性数学模型。用该模型可分析谐波对感应式有功电度表计量误差的影响。计量误差考虑了电度表电压线圈和电流线圈在不同的谐波次数以及谐波大小时的非线性效应。按照数学模型用Ｃ语言编制了程序,计算结果表明：输入电压和输入电流中的谐波会引起较大的电度表计量误差,实验结果也证明了这一结论。     

大型空冷汽轮发电机定子不对称支路绕组性能的数值分析

本文采用有限元法(FEM)对同相位和非同相位不对称三支路绕组性能——支路电势、空载环流及其损耗进行分析,计算了电势不对称度。计算结果表明采用解析法计算是可行的;验证了计算环流及其损耗应采用定子绕组漏抗而不是交(直)轴电抗,环流损耗计算可忽略谐波影响;指出了绕组节距对基波电势和谐波电势大小以及环流损耗有影响,但不影响基波电势不对称度。绕组支路中的环流不会产生轴电压和轴电流等。     

谐波注入式九相永磁同步电机矢量控制策略

用绕组函数法分析了多相永磁同步电机绕组磁势波的谐波构成,提出注入适当的谐波电流可以提高输出转矩,并且降低铁芯磁饱和。在旋转坐标系下建立了九相永磁同步电机数学模型,通过分析电磁转矩的构成,定量地分析了谐波电流在提升电磁转矩中的作用。推导出了基于最大逆变器功率约束的最优谐波注入比。最后,在simulink下搭建了九相矢量控制系统的仿真模型,对比了注入谐波前后电机输出转矩及电流波形的变化,并验证了注入谐波时电机的动态特性。仿真验证了理论方法的正确性和谐波电流注入的可行性。     

双绕组高速异步发电机控制绕组电流和定子频率的确定

通过电磁场有限元分析方法，计算了实心鼠笼转子双绕组异步发电机不同负载下恒压运行时控制绕组电流和定子频率。根据异步发电机十二相功率绕组和三相控制绕组各自电势、电流相位关系以及两绕组间的空间相对位置，确定了各相量的相位角和除控制绕组电流外其它相量的有效值。由ANSYS中的二维谐波场求出了功率绕组每相感应电势，相电势计算值与给定值一致作为优化目标函数，控制绕组电流有效值与转差频率作为变量，通过直接搜索方法迭代得到变量最终值。控制绕组电流和发电机运行转差率的计算结果与实验结果较为一致，证明了分析方法的正确性。     

完全谐波状态下电抗器的电流稳定性问题

电抗器绕组支路电流的稳定性是衡量电抗器质量水平的重要指标。本文针对高次谐波分量存在时影响电抗器绕组电流分布的不均问题,给出了支路电流的矢量计算方法,将复杂的矢量分析转化为计算机软件进行计算,分析了高次谐波分量对支路电流的作用。通过具有普遍性的10种高次谐波算例比较分析,发现绕组数据确定时某次谐波分量下支路电流呈现稳定状态,然而在其他次数谐波分量下支路电流呈现较大差异。     

基于基波分析方法的绕组电流谐波计算研究

三相双有源桥DC-DC变换器的固有软开关能力、滤波电容器电流低等特点而广泛应用于直流配电网。基于三相双向有源桥DC-DC变换器的拓扑结构,分析了不同联接方式下的高频三相变压器的电压电流波形。基于变压器在三种不同联接方式下的近似等效电路模型和电压与电流之间的相量图,采用基波分析方法推导了高频三相变压器绕组电流的各阶次谐波计算表达式,结合各阶次谐波频率下的交流电阻系数表达式,进而实现绕组高频损耗的计算。最后,将解析计算结果与仿真结果进行对比,结果表明各阶次谐波电流幅值、绕组总损耗值与解析计算方法的最大误差为8.4%,验证了解析计算方法的正确性。     

不同工作模式下基于谐波电流有效值分级标准的CRT参数设计

控制绕组级数的减少对于提高变压器式可控电抗器(CRT)的工作效率、降低设计制造难度具有重要意义。基于国标GB/T 14549—93对谐波电流的要求,提出了更经济的CRT谐波电流有效值分级标准,在此基础上分析了3种典型单支路工作模式下控制绕组电流、控制绕组级数、谐波电流之间的关系,并以谐波电流为约束条件对CRT不同工作模式下的控制绕组级数和各级电流等参数进行设计,同时对3种工作模式的控制绕组级数大小进行比较分析。算例计算结果表明:在基于谐波电流有效值分级标准对CRT控制绕组参数进行设计时,控制绕组级数与第1级控制绕组电流、最大k次谐波电流和工作模式相关,不同工作模式下控制绕组级数不同,但注入电网的谐波电流均能满足要求,且第1级控制绕组电流分配相差不大时,固定单支路工作模式下谐波电流最小。     

集中非叠绕组的绕组因数对电势谐波抑制

为了研究集中非叠绕组永磁同步电机绕组因数对电势谐波的削弱作用,给出了集中非叠绕组的元件连接方式,推导了集中非叠绕组的齿/极配合关系,并在此基础上讨论了集中非叠绕组的节距类型,分析了节距因数和分布因数对电势谐波的影响。分析结果表明:集中非叠绕组的节距因数只能消除电势相数次或相数的倍数次谐波,当每极每相槽数的最简分式分子为1时,分布因数对电势谐波没有削弱作用。为消除电势中特定次谐波,进一步提出了利用槽口因数来消除特定次电势谐波的方法。实例分析和样机研究验证了本文分析的正确性和所提方法的可行性。     

混合励磁双凸极发电机双向励磁调压器的研制

介绍了一种并列式结构的混合励磁双凸极发电机(doubly salient hybrid excitation generator,DSHEG),阐述发电机的结构,建立相应的数学模型,并就混合励磁发电机提出一种能实现励磁电流双向控制的电压调节器,通过调节励磁电流以实现发电机的稳压输出。介绍DSHEG的3种发电方式,分析双极性控制策略调节励磁电流的工作原理和控制环参数对输出电压调节的影响;提出DSHEG的3种发电工作模式,并分析各自的特点。研制的调压器样机的发电调压试验结果表明：研制的调压器实现了双向励磁的控制,具有良好的稳态与动态调压性能,且可推广应用于其他形式的混合励磁发电机。     

汽轮发电机失磁异步运行数学模型的比较

分析了汽轮发电机失磁异步运行的４种数学模型：Ｐａｒｋ模型、计及实心转子涡流的定参数模型、计及实心转子涡流的ｄ轴三绕组变参数模型和计及心转子涡流的ｄ 两组组变参数。后３种模型ｑ轴均有两绕组,然后运用计入调速器、调压器、变压器和输电线的单机无穷大系统分别对１２５ＭＷ机组进行了失磁仿真。其结果与现场录波图相比较,从而得出较为理想的数学模型。     

Analysis and improvement of cross‐regulation effect in the primary side‐regulated multi‐output flyback converter

In the multi‐output primary side‐regulated (PSR) flyback converters, cross‐regulation effect denotes the phenomenon that change of load current in either one of the outputs would lead to the output voltage variations in other output terminals. Because the PSR flyback converters are frequently used to provide power supplies in a power system, the steady operation of the power system may be affected. Based on an improved Cantilever model, this paper proposes a thorough analysis on the cross‐regulation effect in the PSR flyback converter. It has been found that the coupling between the output windings and the topology of the output terminal would have significant influence on the cross‐regulation effect. Moreover, a mathematical expression has been derived to calculate the relationship, in the time domain, between the voltages of the output windings in the PSR flyback converter. In the mathematical expression, the leakage inductances in the improved cantilever model are lumped into a matrix R ′. Hence, the winding method and the geometry of the transformer can be optimized to improve the precision of the multi‐output voltages in the PSR flyback converter. A 10‐W PSR flyback prototype with three output terminals is built. Experimental results are given to validate the theoretical analysis. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

电力变压器绕组状态实时监测算法

为及时发现电力变压器绕组变形等潜伏性故障,需要实时监测变压器绕组的状态。建立了变压器绕组的数学模型,利用变压器原、次边的电压、电流信号对变压器的短路阻抗进行在线辨识。其方法是:实时采集模型变压器原、次边的电压、电流信号后,针对电压、电流传感器采集信号的特点,应用小波变换除去噪声,再利用基于离散傅里叶变换的高精度相位识别法辨识各正弦量间的相位差,得到各负载情况下变压器绕组等效电路的短路阻抗。利用模型三相变压器搭建的变压器绕组状态监测平台进行实验,结果表明,变压器绕组未发生状态改变时,不同负载情况下短路阻抗的辨识差别不超过0.64%;若变压器绕组发生变形及匝间短路等故障,短路阻抗的变化量达到5.6%以上,证明所提出的监测算法是有效的。     

新型不对称接线三相变四相平衡变压器

提出了一种新颖实用的三相绕组接线互不对称的三相变四相平衡变压器。阐述了该变压器的接线方案,采用三相三芯柱式结构,A相芯柱有5个绕组,B相芯柱有3个绕组,C相芯柱有5个绕组但匝数结构与A相不同,三相绕组互不相同。建立了数学模型,推导出一次侧中性点电流的平衡条件并导出了一次侧和二次侧绕组间的电流和电压关系。仿真验证了上述理论推导的正确性和可行性。该新型平衡变压器一次侧中性点可接地,二次侧由双闭合三角形构成3次谐波电流回路,能有效改善电压波形,接线较简单,材料利用率高,综合性能良好,特别适用于电气化铁道自耦变压器(AT)供电方式和四相输电系统,具有良好的应用前景。     

多单元永磁同步电机数学模型与转矩波动抑制

为了提升永磁同步电机整机输出功率,同时降低每相绕组的电压、电流等级,通常采用多相或多单元设计.以一台五单元直驱式低速大扭矩永磁同步电动机为对象,建立了多单元永磁同步电机的电压、转矩方程.在部分单元电机容错运行时,采用磁共能法推导出单元电机不同数量、位置时的转矩波动解析表达式,并给出采用注入3次谐波电流抑制转矩波动的方法.数值分析和试验结果表明,所建立的多单元电机数学模型准确,转矩波动抑制方法有效,在部分单元电机额定状态运行时,转矩波动最多可降低3.5％,该数学模型和转矩波动公式及其抑制方法均可有条件推广至不同单元数量的电机分析之中.     

基于三相半桥功率变换器的无轴承开关磁阻电机绕组结构分析

无轴承开关磁阻电机兼有开关磁阻电机和磁轴承的优点。功率变换器是无轴承开关磁阻电机的重要组成部分,其控制绕组电流,对电机旋转和悬浮性能有重要影响。悬浮绕组功率变换器采用三相半桥结构时,由于负载的不对称,存在中点电压漂移问题。该文简要介绍了电机悬浮原理和数学模型,将功率变换器和电机作为一个整体,分析了中点电压漂移的原因及绕组配置对中点电压的影响。给出了5种绕组结构形式下,各相悬浮力之和及其对中点电压的影响。通过合理配置绕组结构,使电机在恒定径向负载的情况下,中点电压波动大为减小。给出了4种优化的无轴承开关磁阻电机绕组结构。实验结果证明了理论分析的正确性。     

平面变压器绕组交流损耗分析软件的开发

随着DC-DC变换器不断向高功率密度、低压和大电流方向发展，其中平面变压器的绕组往往要采用多层并联的结构。但并联绕组间的电流分配及损耗又取决于频率、绕组的布置及厚度。到目前为止在平面变压器绕组损耗分析方面还没有一套比较方便快捷的分析工具，鉴于此，我们建立了并联绕组涡流分布的数学模型，并开发了相应的分析工具，使设计者可以快速有效地分析和比较不同绕组布置方案的交流损耗，从而选择一种最优的设计方案。     

12脉波不控整流系统中的环流分析

在多相大功率变频调速系统中,通常采用整流桥并联型多脉波不控整流系统抑制整流桥交流侧电流波形畸变,减小输出直流电压脉动,提高整流侧电流等级.然而由于移相变压器次级绕组不匹配等原因,多脉波不控整流系统存在一个直流环流.这里建立了并联型12脉波不控整流系统的平均模型,对移相变压器次级绕组输出电压不相等和次级绕组漏抗不匹配时产...     

Brushless self-excited three-phase synchronous generator without exciter

This paper describes principles together with analytic and experimental studies of an exciterless, brushless, and self-excited three-phase synchronous generator which was devised by authors. Since traditional brushless and dc self-excited three-phase synchronous generators without exciter did not have the self-exciting function by series characteristic component proportional to the load current inside the generator, they need auto-voltage regulating equipment or a transformer with three windings and condensers to obtain constant voltage characteristics. It also has the following problem in the case of two-pole traditional generator: oscillatory tension is generated at the shaft of the rotor caused by the magnetic force between magnetic poles of stator and rotor windings, and it causes mechanical vibration and noise. This paper proposes a new brushless and self-excited three-phase generator solving the aforementioned problems: the ratio of poles of the windings for providing power to load (armature and field windings) to the windings for supplying exciting power (stator and rotor exciting windings) is 1 to 5. Then oscillatory tension does not generate theoretically. Furthermore, a self-exciting three-phase generator using the 5th-harmonic component of armature reaction which makes series characteristic component proportional to the load current, currently is available. In this paper, the winding construction, the electric circuit, and the principle of the aforementioned generator are described, and the experimental results of the trial-produced generator show that the three-phase terminal voltage waveforms are almost sinusoidal and also balanced, and the voltage can be kept almost constant for the change of load. This generator has high reliability because of its simple construction.