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带整流负载双绕组多相高速异步发电机系统的研究

吴新振  
【摘要】: 带整流负载双绕组高速异步发电机系统具有功率密度高、供电品质好、运行可靠、调节方便等优点,是舰船综合电力系统发电模块发展方向之一。为满足减小体积、提高强度、降低噪声、加强电磁兼容等要求,所研究的新型异步发电机系统在定子上置放一套与整流负载相连接的十二相功率绕组和另一套与励磁调节器相连接的三相控制绕组,转子采用了鼠笼实心结构,且在系统中接有自激建压电容和平衡电抗器。这种多回路、变拓扑、兼有磁路和电路非线性的复杂系统充分体现了电机、电力系统、电力电子、控制等多学科交融的特点。参数计算过程中引入了关联矩阵,用规范统一方法计算了各相绕组间数以百计的槽漏感、谐波漏感和端部漏感,为异步发电机系统的性能分析计算奠定了基础。 提出电磁场有限元和变量迭代相结合的方法求取十二相异步发电机空载自激建压电容值,计算值与实际值一致,证明了所提方法的正确。 在揭示十二相绕组中电流谐波次数与磁势谐波次数关系的基础上,提出可仅计及基波电流产生的基波磁势,把整个系统分成两个通过端口变量相连接的子系统,对十二相功率绕组与整流负载子系统采用回路电流法进行性能仿真计算的新思路。列写了变拓扑结构网络方程,定步长与变步长交替使用成功解决了方程求解时数值计算结果的稳定性问题,比较了三种负载下功率绕组电流、电压等变量的仿真和实验结果,表明了所提出的方法的准确和有效。 提出采用电磁场有限元和多变量优化法迭代相结合方法,对双绕组定子与实心鼠笼转子系统进行分析,以求取控制绕组电流和定子频率,计算值与实验值较为吻合验证了方法的有效性。研究了电机转子结构和外部参数对系统运行性能的影响。对转子分别采用紫铜鼠笼叠片、光滑实心和黄铜导条鼠笼实心这三种不同结构的异步发电机系统中控制绕组无功功率和转子损耗进行计算,并与实际紫铜导条鼠笼实心转子异步发电机相应性能指标比较,说明了采用紫铜导条鼠笼转子的合理性。比较了不同平衡电感值和不同自激建压电容值下控制绕组无功功率,为选择合适大小的平衡电抗器和自激建压电容提供了理论依据。


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