能量变换器外部突然短路的分析与计算
【摘要】：
能量变换器是一种新兴的发电装置,可以直接与电网相连。它打破了一个世纪以来电厂的传统模式,将常规电厂中的发电机、冲击电压保护器、发电机侧开关、母线和升压变压器全部由一台能量变换器来代替。能量变换器作为一种新型能量转换装置,其定子结构与传统电机有本质的不同,与传统电机相比,能量变换器有低造价、高效率、低维护费用的优点,这将使得它在未来将有广阔的发展前景。
同步电机的突然短路,是电力系统中最严重的故障。虽然短路过程所经历的时间是极短的,但电枢短路电流和转子电流的计算,却具有非常重要的意义。短路电流的计算经历了从解析法到数值法的转变,数值分析法能较准确地计算出故障电流的大小。
本文首先对能量变换器的原理、特点及应用前景进行了较为详尽的阐述,并根据样机的实际结构建立了考虑阻尼绕组时的数学模型和有限元实体模型,借助于ANSYS有限元软件对能量变换器样机短路情况的相关参数进行了分析计算。
然后,本文分别用解析法和数值法对普通同步发电机的各种外部短路情况进行了分析验证,并用此方法对能量变换器样机的相应故障情况(三相短路、相间短路、单相接地短路、两相接地短路)进行了研究,得到了定转子电流及电磁转矩的变化规律。
最后,对解析法和数值法得到的结果进行了对比分析,得出了一些有用的结论。
【关键词】：能量变换器 故障分析 解析法 数值法 【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TN712
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2007.205184
【目录】：
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-14
- 第1章 绪论14-22
- 1.1 课题背景及研究意义14-16
- 1.1.1 研究能量变换器的目的和意义14-15
- 1.1.2 本课题研究的背景、目的和意义15-16
- 1.2 能量变换器产生的背景16
- 1.3 能量变换器的设计特点16-20
- 1.3.1 定子电缆16-18
- 1.3.2 定子铁心18-19
- 1.3.3 导体温度19
- 1.3.4 电缆的机械固定19
- 1.3.5 冷却系统19-20
- 1.4 能量变换器的应用现状及发展展望20-21
- 1.4.1 应用现状20-21
- 1.4.2 发展方向21
- 1.5 本文研究的主要内容21-22
- 第2章 能量变换器主要参数的确定22-30
- 2.1 有限元法及ANSYS 软件简介22-23
- 2.2 基于ANSYS 的能量变换器实体模型的建立23
- 2.3 能量变换器数学模型及边界条件23-24
- 2.4 ANSYS 二维有限元计算的实现24-26
- 2.4.1 求解单元的选取24-25
- 2.4.2 源电流密度定义25
- 2.4.3 材料特性定义25
- 2.4.4 加边界条件和载荷25-26
- 2.5 能量变换器二维电磁参数的求解26-29
- 2.5.1 直、交轴阻尼绕组自电抗的求解26-29
- 2.5.2 直、交轴阻尼绕组电阻的求解29
- 2.6 本章小结29-30
- 第3章 能量变换器与普通发电机三相突然短路的对比研究30-41
- 3.1 引言30
- 3.2 普通发电机突然三相短路解析算法的研究30-33
- 3.2.1 三相短路解析算法的理论基础30-32
- 3.2.2 解析算法的实例计算及结果32-33
- 3.3 普通发电机突然三相短路计算机算法的研究33-37
- 3.3.1 dq0 座标下的磁链方程和电压方程33-34
- 3.3.2 dq0 坐标下的状态方程34-35
- 3.3.3 仿真算法的程序实现35-36
- 3.3.4 仿真实例及其结果36-37
- 3.4 能量变换器突然三相短路解析算法的研究37-38
- 3.5 能量变换器突然三相短路时计算机算法的研究38-40
- 3.6 本章小结40-41
- 第4章 能量变换器与普通发电机相间短路的对比研究41-55
- 4.1 引言41
- 4.2 不对称短路的物理过程41-44
- 4.3 普通发电机突然相间短路解析算法的研究44-48
- 4.3.1 运用克拉克分量表示的磁链、电压和状态空间方程44-46
- 4.3.2 相间短路解析算法的理论基础46-47
- 4.3.3 解析算法的实例计算及其结果47-48
- 4.4 普通发电机突然相间短路计算机算法的研究48-51
- 4.4.1 仿真算法的程序实现48-50
- 4.4.2 仿真实例及其结果50-51
- 4.5 能量变换器突然相间短路解析算法的研究51-52
- 4.6 能量变换器突然相间短路计算机算法的研究52-54
- 4.7 本章小结54-55
- 第5章 能量变换器与普通发电机单相接地短路的对比研究55-65
- 5.1 引言55
- 5.2 普通发电机突然单相接地短路解析算法的研究55-58
- 5.2.1 单相接地短路解析算法的理论基础55-56
- 5.2.2 解析算法的实例计算及其结果56-58
- 5.3 普通发电机突然单相接地短路计算机算法的研究58-61
- 5.3.1 仿真算法的程序实现58-59
- 5.3.2 仿真实例及结果59-61
- 5.4 能量变换器突然单相接地短路解析算法的研究61-63
- 5.5 能量变换器突然单相接地短路计算机算法的研究63-64
- 5.6 本章小结64-65
- 第6章 能量变换器与普通发电机两相接地短路的对比研究65-78
- 6.1 引言65
- 6.2 普通发电机突然两相接地短路解析算法的研究65-69
- 6.2.1 两相接地短路解析算法的理论基础65-68
- 6.2.2 解析算法的实例及结果68-69
- 6.3 普通发电机突然两相接地短路计算机算法的研究69-73
- 6.3.1 仿真算法的程序实现69-71
- 6.3.2 仿真实例及其结果71-73
- 6.4 能量变换器突然两相接地短路解析算法的研究73-74
- 6.5 能量变换器突然两相接地短路计算机算法的研究74-77
- 6.6 本章小结77-78
- 结论78-80
- 参考文献80-84
- 攻读硕士学位期间发表的学术论文84-85
- 致谢85
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