本论文围绕大容量汽轮发电机的进相运行展开了研究工作。全文共分七章。第一章首先阐述了发电机进相运行的重要性和迫切性，对国内外相关方面的研究概况作了较为系统全面的综述，并对本论文的研究内容作了简单介绍。第二章给出了低频三维涡流电磁场的复边值问题，并介绍了复矢量场的一些理论基础。然后分别利用伴随算子和伴随场函数(广义相互作用原理)、最小作用原理和拉格朗日乘子法(广义变分原理)，建立了低频三维涡流电磁场中非自伴算子问题的变分描述。上述三种方法所得的结果与Galerkin法的结果完全一致。第三章介绍了圆柱坐标系下基于拱形体单元的三维稳态温度场有限元计算模型，并将变分法的结果与Galerkin法的结果进行了对比。第四章建立了汽轮发电机端部三维行波涡流电磁场的数学模型，在涡流控制方程中引入了罚函数项以使库伦规范自动满足，并应用广义相互作用原理导出了对应的泛函变分及其有限元计算格式。然后对多台大容量汽轮发电机端部的涡流电磁场进行了实例计算，并分析了罚函数项对数值解稳定性的影响以及影响端部电磁场的各种因素。第五章建立了大型汽轮发电机端部三维温度场的有限元计算模型，并应用传热学理论研究了散热系数、等效热传导系数等问题。然后求解了QFSS-300-2型汽轮发电机端部大压圈上的三维温度场分布，并与两台机组多种工况下的实测数据进行了对比。第六章介绍了二维稳态温度场的边值问题及其等价变分，导出了其有限元计算格式。然后求解了QFQS-200-2型汽轮发电机端部压圈上的温度分布，并与实测数据进行了对比。第七章首先定性研究了汽轮发电机从迟相运行到进相运行过程中不同区域上磁场强度的变化规律。然后介绍了发电机变参数数学模型，结合实测数据以及最小二乘回归分析计算了发电机稳态运行时的相关电气参数，并分析了发电机各物理量之间的相互关系。随后分析了不同工况下发电机端部结构件上的涡流损耗及温升的变化趋势。最后，利用发电机变参数模型给出了发电机的饱和功角特性、静稳极限以及运行极限图。
上传时间： 2013-07-10
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为研究不同工况(故障)下大型汽轮发电机端部绕组电动力, 首先建立了其三维有限元数值分 析的数学模型; 然后采用ANSYS商用软件, 对不同运行工况下某600MW 大型汽轮发电机端部绕组电 动力进行了计算和分析; 最后, 得出了具有一定工程指导价值的结论。研究结果表明, 该研究为进一步 进行电机优化设计奠定了基础。
上传时间： 2015-03-15
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该文针对汽轮发电机定子在空冷及蒸发冷却条件下的温度分布进行了仿真计算和实验研究.在仿真方面，对仿真的数值分析方法进行了研究，建立了三维热传导模型，分析讨论了温度场计算过程中边界条件的计算和设置.对三种不同绝缘结构的定子试件，在不同的工况下，进行了温度场仿真计算.在空冷条件下，进行了三维温度场仿真，得到了多组曲线，获得了不同电流密度、不同绝缘结构、不同风速情况下，定子铁芯和绕组绝缘表面的温度分布.在蒸发冷却条件下，对定子进行了二维温度场的仿真计算，并分析了冷却介质F-113的不同液位高度对定子温度分布的影响.在实验方面，建立了不锈钢套筒模型，在空冷条件下，测得了不同风速时定子表面的温升数据，分析了风速、绝缘厚度、以及电流密度对定子温度场的影响.在蒸发冷却条件下，测得了定子的温度分布，并与空冷的数据进行了对比，可以看出在大电流密度条件下，蒸发冷却技术冷却效果的优势非常明显.通过该文的研究，更直接地了解了在空冷和蒸发冷却两种冷却方式下，定子的温度分布情况.在工程应用中，可作为选择电机冷却方式的参考.
上传时间： 2013-04-24
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舰船、飞机、移动通讯、石油钻井平台等独立系统中有许多交直流电力并存的场合，需要实现发供电系统的小型化、高功率密度、高可靠性以及高品质。常规的电励磁发电机因为带有电刷使供电系统的运行安全存在隐患，并且励磁机的使用增加了电机的体积和损耗。为使系统节能高效，本文设计并制作了应用于独立交直流电力系统的交直流永磁同步发电机。永磁电机定子上带有三套三相绕组，一套绕组用于提供交流电力，其余的两套绕组相位互差30度电角度，接整流器为直流负载供电。文中对电机的设计以及电机的基本性能进行探讨。为了减小永磁发电机的电压调整率，在电机的交轴与电机的永磁磁极尾部之间加一软磁材料，通过增加电机负载时的交轴电抗压降，来改善电机的电压调整率。 首先，针对永磁电机设计的特殊性，应用二维有限元法计算电机的电磁场以确定电机的主要尺寸，并讨论了不同软磁材料尺寸对电机的影响。文中还根据电磁场的计算结果，应用傅立叶级数计算了电机的空载感应电动势以用于预测电机的性能，使用能量摄动法计算了计及饱和、槽影响下的电机电感参数。考虑到永磁材料的温度性能问题，应用电磁场和温度场耦合的方式计算了电机稳态时的温度场。 然后，为了了解永磁同步发电机的主要电磁关系，研究了电机的数学模型，推导了考虑漏磁时具有三套互差一定电角度三相绕组的永磁发电机在dq0坐标系下的方程，可以看到，在dq0坐标系下电机的电感参数为常数。这样，利用这个特性，在对电机运行性能进行研究时，可以得到简化电磁方程。根据电机稳态运行时的方程，得到了电机的向量图。 因为带有多套绕组的永磁电机中含有较多的谐波，而采用dq0坐标系下的方程会忽略掉气隙磁场中的谐波分量，为了对电机的仿真更加精确，电机仿真时采用电机在ABC坐标系下的基本电磁方程。应用Matlab/SimPowerSystems中的模块搭建电机的仿真模型，永磁体的影响用感应电动势来表示。根据仿真结果与样机试验结果的比较发现，两者吻合良好。 另外，本文还设计了一台电励磁的交直流发电机，电磁设计结果表明，永磁电机在体积、重量、效率方面都很有优势。
上传时间： 2013-04-24
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直驱永磁同步风力发电机去掉了风力发电系统中常见的齿轮箱，让风力机直接拖动电机转子运转在低速状态，这就没有了齿轮箱所带来的噪声、故障率高和维护成本大等问题，提高了运行可靠性。它不同于电励磁的凸极同步发电机，而是采用高磁能积的永磁材料作为磁极，就省去了励磁绕组产生的损耗，使得电机的结构变得简单，效率也随之提高。 直驱永磁同步风力发电机运行转速低，一般定子外径都比较大。为了电机的运输方便和良好的冷却效果，本文选择内转子永磁同步发电机作为设计类型。首先提出了电机设计的目标，即在满足电机设计要求的基础上提高运行的可靠性和降低成本。然后根据等效磁路法编制了电磁计算程序，据此进行了电机的初始设计。然后使用有限元的方法分析了电机在各种运行状态下的性能，最后设计了电机的通风系统并进行了通风计算。
上传时间： 2013-07-05
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风能是可再生能源，世界各国越来越重视风能的开发和利用。国内外学者也开始研究高效率永磁电机在风力发电上的应用。在山东省科技厅资助下，本文研究了一种新型结构的双转子永磁发电机，其高运行效率和特殊的电机结构，使其在小型风力发电系统中存在着巨大优势。本文主要研究的内容如下： 第一部分首先给出了双转子永磁电机的基本结构、等效磁路、工作原理，然后对双转子永磁电机电枢反应电感参数进行计算。 第二部分对双转子永磁电机的空载感应电势进行解析计算和有限元分析验证。首先通过引入相对比磁导函数，给出了双转子永磁电机考虑齿槽效应时定子表面的磁场分布，并给出了相应的波形。然后采用矢量合成法推导了空载感应电势的表达式，为了验证空载电势解析法的正确性，本文采用有限元法对其分析计算。通过比较得出：解析法和有限元法吻合很好。最后，针对双转子电机的特殊结构，提出了三种改善电势波形的方法，并利用解析法对其进行分析，证明了这几种措施的可行性。 第三部分针对halbach磁体电机在风力发电系统中的潜在优势，主要研究了halbach磁体结构双转子电机的电势和齿槽转矩。首先给出了halbach阵列的基本原理，采用有限元法分析了halbach磁体结构双转子电机的磁场分布及空载电势波形，并对其进行了谐波分析。最后利用能量的虚位移法推导了双转子电机的齿槽转矩，对于halbach磁体双转子电机，提出了三种减小转矩脉动的方法，并通过有限元分析进行了比较，证明了这几种措施的可行性。 第四部分对双转子电机的设计进行了分析，提出了先分别设计内外电机再统一调整的设计方法，最后设计制作了样机，给出了样机图片。并对样机进行试验，测量不同转速下电机的空载电势波形，电机的电势-转速曲线，电机的负载电压-电流特性曲线，并测量了电枢反应电感数值，通过对比可以得出：试验值、解析值和有限元值吻合很好。
上传时间： 2013-08-04
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励磁控制系统是同步发电机的重要组成部分，它的特性好坏直接影响电机及电力系统运行的可靠性和稳定性。 基于此，利用仿真的方式对励磁控制系统进行了研究并给出了相关结论，同时提出了一些新的控制算法，并建立了一个励磁控制系统仿真平台。 首先，从同步电机和励磁系统的模型入手，根据研究需要修改了同步电机的仿真模型，详细地介绍了检测单元、控制单元和励磁系统主回路模型，在总结普通PID调节方式不足的基础上提出了一种性能优越的非线性PID控制方式。 其次，分别在有刷和无刷励磁系统下，对普通PID、非线性PID和模糊自适应PID三种控制方式在阶跃响应和突变负载的情况下进行仿真，对输出的机端电压进行分析并得出相关结论。 除了对通用的励磁控制算法进行仿真分析外，提出了一种基于同步电机本身的励磁控制算法，这种控制方式是对励磁电流进行闭环控制，并辅以非线性的PID控制进行进行精度调节。针对这种方式，提出了两种实现方案。同样在有刷和无刷励磁系统下进行阶跃响应和突变负载的仿真分析研究。仿真测试表明，这种控制算法在控制的快速性和稳定性方面优于通用的控制方式。 最后，鉴于励磁控制系统仿真的重复性及操作的繁琐性，建立了一种基于MATLAB GUI的励磁控制仿真平台，借助此平台对SIMULINK模型操作，可以方便地实现对参数的设置与修改、模型的查看和修正、仿真的显示及相关的辅助操作等等，可以极大地简化仿真的操作过程，提高仿真的效率。另外，此平台的实现也为其它系统类型仿真界面的建立提供了重要的参考。
上传时间： 2013-04-24
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带整流负载的同步发电机在一些需要高品质直流电源的场所，如舰船电力推进、邮电通讯、飞机等电源系统得到了广泛应用，并且受到了许多学者的关注，其研究领域主要涉及数字仿真、数学模型、稳态分析以及运行稳定性等方面。 本文对MATLAB/Simulink中的电机模型进行了深入的研究。针对MATTAB中电机仿真模型的不足和本文研究的需要，提出了同步发电机定、转子分解的状态方程，利用MATLAB工具箱建立了新的同步电机仿真模型并进行了封装，为进行带整流桥负载同步电机系统的分析与研究打下了很好的基础。 对带整流桥负载同步发电机整流系统稳态运行特性进行了分析，采用定、转子分解模型建立了整流系统仿真模型。证明了在假定转子磁链守恒，即忽略转子电阻影响的条件下，定、转子分解模型很容易转变为带三相对称非线性负载的同步电机稳态分析模型。介绍了根据这一模型推导出的解析计算公式，给出了计算方法和步骤，并编写了计算程序，便于工程上直接使用。与仿真结果的对比验证了该解析计算的正确性。同时，仿真证实了忽略转子电阻影响会给计算结果带来一定的误差，但是，在转子电阻正常值范围内，忽略其影响是允许的。 对带有反电动势负载的同步发电机整流系统的稳定性进行了仿真研究，将系统中的各个参数对系统稳定性的影响进行了仿真。为了解决稳定性仿真计算量大、计算时间长的问题，利用同步电机换相计算的稳态公式，对同步电机分解模型的定子部分和整流桥部分进行了简化处理，得到了同步发电机整流系统稳定性分析简化模型。通过两种模型的仿真计算，证实了该简化模型与非简化模型的仿真结果相当一致。这样既解决了带有反电动势负载的同步发电机整流系统的稳定性仿真计算的计算速度问题，也证明了换相过程及其产生的谐波对系统的稳定性没有影响。
上传时间： 2013-06-18
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本文的研究工作主要是围绕着变速恒频双馈风力发电机交流励磁电源研究展开的.根据变速恒频双馈风力发电系统对交流励磁电源的要求,本文首先对目前适合用作交流励磁电源的六种变换器进行了详细深入地比较分析,认为在目前的电力电子技术条件下,两电平电压型双PWM变换器是可用作变速恒频双馈风力发电机交流励磁电源的最具优势的一种变换器,而多电平与软开关技术的结合将是交流励磁电源的发展方向.对网侧PWM变换器的无电网电压传感器控制技术进行了研究,提出了一种基于虚拟电网磁链定向的无电网电压传感器的矢量控制方案,解决了初始虚拟电网磁链准确观测的难点,使网侧PWM变换器不用对电网电压进行采样即可实现矢量控制,省去了电网电压传感器及其处理电路但并不影响其控制性能,仿真和实验结果验证了所提出方案的良好控制性能.在转子侧PWM变换器的研究中,在电网电压恒定的情况下对DFIG矢量形式的数学模型进行简化,进行了基于定子磁链定向和基于定子电压定向的转子电流环控制器的设计研究.深入分析了DFIG风力发电系统最大风能追踪的机理和实现的方案,设计了基于定子电压定向矢量控制、实现最大风能追踪、有功和无功功率解耦的DFIG的控制方案.最后,将变速恒频双馈风力发电运行研究拓展到了电网故障条件下的运行控制.建立了计及电网电压故障的变速恒频双馈风力发电系统完整仿真模型,为系统不间断运行的研究、改进控制策略的验证和其它探索性研究提供了一个很好的平台.
上传时间： 2013-06-17
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永磁同步发电机由于一系列高效节能的优点，在工农业生产、航空航天、国防和日常生活中得到广泛应用，并且受到许多学者的关注，其研究领域主要涉及永磁同步发电机的设计、精确性能分析、控制等方面。 本课题作为国家自然科学基金项目《无刷无励磁机谐波励磁的混合励磁永磁电机的研究》的课题，主要研究永磁电机的电磁场空载和负载计算，求出永磁电机的电压波形和电压调整率，为分段式转子的混合励磁永磁电机的研究奠定基础，主要做了以下工作： 首先介绍了永磁同步发电机的基本原理，包括永磁同步发电机的结构形式和永磁同步发电机的运行性能，采用传统解析理论给出了电压调整率的计算方法及外特性的计算模型；然后用有限元ANSYS对永磁同步发电机样机进行实体建模，经过定义分配材料、划分网格、加边界条件和载荷、求解计算等，得到矢量磁位Az、磁场强度H、磁感应强度B等结果，直观地看出电机内部的磁场分布情况。 其次根据电磁场计算结果，应用齿磁通法对其进行后处理。该方法求解转子在一个齿距内不同位置处的磁场，以定子齿的磁通为计算单位，根据绕组与齿的匝链关系，计算出磁链随时间的变化，进而得到永磁同步发电机空、负载时电压大小及波形。通过计算结果写实验结果对比，验证了齿磁通法的正确性，为计算永磁同步发电机各种性能特性提供有力工具。 最后，基于齿磁通法对永磁同步发电机的外特性进行了深入研究，定量分析了结构参数对外特性的影响规律，提出了有效降低电压调整率的方法的是：增加气隙长度g的同时，适当增加永磁体的磁化方向的长度hm；此外，要尽量的减少每相串联匝数N和增大导线面积以减小阻抗参数。通过改变电机的结构参数，对其电磁场进行计算，找到永磁电机电压调整率的变化规律，为加电励磁的混合励磁永磁电机做准备，达到稳定输出电压的目的。
上传时间： 2013-04-24
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