CN104682800A - 一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法 - Google Patents

一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104682800A
CN104682800A CN201510050912.4A CN201510050912A CN104682800A CN 104682800 A CN104682800 A CN 104682800A CN 201510050912 A CN201510050912 A CN 201510050912A CN 104682800 A CN104682800 A CN 104682800A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coil
turn
slot ripples
tooth harmonic
excitation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510050912.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104682800B (zh
Inventor
夏永洪
刘俊波
徐波
吴虹剑
黄劭刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang University
Original Assignee
Nanchang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang University filed Critical Nanchang University
Priority to CN201510050912.4A priority Critical patent/CN104682800B/zh
Publication of CN104682800A publication Critical patent/CN104682800A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104682800B publication Critical patent/CN104682800B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/36—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using armature-reaction-excited machines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法，包括步骤：根据发电机的额定数据及性能指标等设计要求，确定励磁绕组匝数；按照单匝齿谐波线圈感应电动势最大的原则，选择合适的齿谐波绕组节距，确定每极齿谐波线圈个数n；以保持端电压恒定为目标，确定从空载到额定负载n个不同工况的励磁电流；计算从空载到额定负载n个不同工况时每极下每个齿谐波线圈的单匝感应电动势；根据齿谐波励磁系统等效电路，以及空载到额定负载n个不同工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流，建立求解模型，计算每极下每个齿谐波线圈匝数。本发明具有物理概念清楚，计算简单等优点，以及很强的实际应用价值。

Description

一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法
技术领域
本发明属于电机技术领域。
背景技术
对于具有复励特性的谐波励磁同步发电机，在无电压调节器的情况下，针对不同负载，可实现发电机输出电压基本保持恒定，具有广阔的应用前景。对于电枢谐波励磁的同步发电机，转子谐波绕组电动势是由电枢谐波磁动势作用在λ0上产生的谐波磁场感应得到，在谐波绕组匝数一定时，其大小与谐波磁场或者电枢谐波磁动势成正比。对于三次谐波励磁的同步发电机，直轴电枢反应磁动势作用在凸极同步发电机的气隙磁导上产生的三次谐波磁通密度，其相位正好与励磁磁动势产生的三次谐波磁通密度相同。因此，当发电机电枢电流增大时，三次谐波磁通密度也增大，使三次谐波绕组电动势增加，励磁电流增大，从而实现发电机端电压恒定。由此可知，电枢谐波励磁同步发电机和三次谐波励磁同步发电机均具有良好的复励特性。
然而，对于齿谐波励磁的同步发电机，以带电感性负载为例，由于电枢反应的去磁作用，合成气隙基波磁动势比基波励磁磁动势小，在磁路饱和程度不高的情况下，使得齿谐波磁通密度也减小，在这种情况下，如何使发电机负载运行时的转子齿谐波电动势比空载时还要大，是实现其复励特性的关键。
发明内容
本发明的目的是提出一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法。本发明通过合理布置每极下齿谐波线圈的匝数，使齿谐波绕组电动势能够随着发电机负载电流的变化而自动改变，以保持发电机输出电压恒定。
本发明是通过以下技术方案实现的。
根据发电机的额定数据及性能指标等设计要求，确定励磁绕组匝数；按照单匝齿谐波线圈感应电动势最大的原则，选择合适的齿谐波绕组节距，确定每极齿谐波线圈个数n；以保持发电机端电压恒定为目标，确定从空载到额定负载间n个不同工况的励磁电流；计算从空载到额定负载间n个不同工况时每极下每个齿谐波线圈的单匝感应电动势；根据齿谐波励磁系统等效电路，以及空载到额定负载间n个不同工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流，计算每极下每个齿谐波线圈匝数。
本发明包括以下步骤：
(1)确定励磁绕组匝数：根据发电机的额定数据及性能指标等设计要求，确定励磁绕组匝数；
(2)确定每极齿谐波线圈个数n：按照单匝齿谐波线圈感应电动势最大的原则，选择合适的齿谐波绕组节距，确定每极齿谐波线圈个数n；
(3)计算n个不同工况下的励磁电流：将空载到额定负载分成n个工况，计算不同工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流Ifd＝[Ifd1Ifd2…Ifdn]T；
(4)计算每极下每个齿谐波线圈单匝感应电动势：由于转子结构的对称性，每极下处于相同位置的单匝齿谐波线圈感应电动势相等，只需计算一个磁极下每个齿谐波线圈在空载到额定负载n个不同工况下的单匝感应电动势，用矩阵表示为：
E t = e t 1,1 e t 2,1 · · · e tn , 1 e t 1,2 e t 2,2 · · · e tn , 2 · · · · · · · · · · · · e t 1 , n e t 2 , n · · · e tn , n
(5)计算每极下每个齿谐波线圈匝数：根据齿谐波励磁系统等效电路，以及空载到额定负载n个不同工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流Ifd＝[Ifd1 Ifd2 … Ifdn]T，建立代数方程
EtNt＝kIfd
对其求解得到每极下每个齿谐波线圈匝数。
式中：Nt＝[Nt1 Nt2 … Ntn]T为每极下齿谐波线圈匝数向量；系数p为基波极对数，kd为整流系数，与整流桥的类型有关，Rt'＝ktXt为齿谐波绕组电抗折算到直流侧的等效电阻，kt为换相电抗系数，与整流桥的类型有关，Xt为齿谐波绕组电抗，Rfd为励磁绕组电阻。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
(1)物理概念清楚，计算简单，具有很强的实际应用价值。
(2)基于该方法设计的齿谐波绕组，可实现齿谐波励磁的同步发电机复励特性，以取消该系统的励磁控制装置，简化系统结构。
附图说明
图1是本发明的实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法流程图。
图2是本发明的一阶齿谐波磁密波形。
图3是本发明的齿谐波励磁系统原理图。
图4是本发明齿谐波励磁系统直流侧等效电路，图中Udt为齿谐波绕组电动势整流后的直流电压，Rt'为齿谐波绕组电抗折算到直流侧的等效电阻，Rfd为励磁绕组电阻。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提出的一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法具体实施方式如下：
(1)确定励磁绕组匝数：根据发电机的额定数据及性能指标等设计要求，计算齿谐波励磁的同步发电机额定负载运行时每极需要提供的励磁磁动势Ffd；选定励磁绕组电流密度Jfd和导线线规sd，计算励磁绕组每极匝数Nfd＝Ffd/(Jfdsd)，同时符合Nfds'd与励磁绕组槽的实际面积基本相等的条件，否则需要重新选择导线线规。其中：sd为导线截面积(不含绝缘)；s'd为导线截面积(含绝缘)；
(2)确定每极齿谐波线圈个数n：按照单匝齿谐波线圈感应电动势最大的原则，结合图2，应选择齿谐波绕组节距为定子齿距的ky/2倍，ky为奇数，同时确定每极齿谐波线圈个数n；
(3)计算n个不同工况下的励磁电流：将空载到额定负载分成n个工况，计算每个工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流Ifd＝[Ifd1 Ifd2 … Ifdn]T；
(4)计算每极下每个齿谐波线圈单匝感应电动势：基于有限元法，分别施加从空载到额定负载间n个工况的电枢电流及其对应的励磁电流；由于转子结构的对称性，每极下处于相同位置的单匝齿谐波线圈感应电动势相等，计算每极下每个齿谐波线圈由空载到额定负载n个不同工况的单匝感应电动势，用矩阵表示为：
E t = e t 1,1 e t 2,1 · · · e tn , 1 e t 1,2 e t 2,2 · · · e tn , 2 · · · · · · · · · · · · e t 1 , n e t 2 , n · · · e tn , n
(5)计算每极下每个齿谐波线圈匝数：根据齿谐波励磁系统原理图，整流电路以单相桥式为例，如图3所示，推导齿谐波励磁系统直流侧等效电路，如图4所示，同时结合空载到额定负载n个不同工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流Ifd＝[Ifd1 Ifd2 … Ifdn]T，建立代数方程
EtNt＝kIfd
对其求解得到每极下每个齿谐波线圈匝数。
式中：Nt＝[Nt1 Nt2 … Ntn]T为每极下齿谐波线圈匝数向量；系数p为基波极对数，kd为整流系数，取0.9，Rt'＝ktXt为齿谐波绕组电抗折算到直流侧的等效电阻，kt为换相电抗系数，取2/π，Xt为齿谐波绕组电抗，Rfd为励磁绕组电阻。

Claims (2)

1.一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)确定励磁绕组匝数：根据发电机的额定数据及性能指标等设计要求，确定励磁绕组匝数；
(2)确定每极齿谐波线圈个数n：按照单匝齿谐波线圈感应电动势最大的原则，选择齿谐波绕组节距，确定每极齿谐波线圈个数n；
(3)计算n个不同工况下的励磁电流：将空载到额定负载分成n个工况，计算不同工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流Ifd＝[Ifd1 Ifd2 … Ifdn]T；
(4)计算每极下每个齿谐波线圈单匝感应电动势：由于转子结构的对称性，每极下处于相同位置的单匝齿谐波线圈感应电动势相等，只需计算一个磁极下每个齿谐波线圈在空载到额定负载n个不同工况下的单匝感应电动势，用矩阵表示为：
E t = e t 1,1 e t 2,1 . . . e tn , 1 e t 1,2 e t 2,2 . . . e tn , 2 . . . . . . . . . . . . e t 1 , n e t 2 , n . . . e tn , n
(5)计算每极下每个齿谐波线圈匝数：根据齿谐波励磁系统等效电路，以及空载到额定负载n个不同工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流Ifd＝[Ifd1 Ifd2 … Ifdn]T，建立代数方程：
EtNt＝kIfd
对其求解得到每极下每个齿谐波线圈匝数。
式中：Nt＝[Nt1 Nt2 … Ntn]T为每极下齿谐波线圈匝数向量；系数p为基波极对数，kd为整流系数，与整流桥的类型有关，R′t＝ktXt为齿谐波绕组电抗折算到直流侧的等效电阻，kt为换相电抗系数，与整流桥的类型有关，Xt为齿谐波绕组电抗，Rfd为励磁绕组电阻。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的同步发电机为齿谐波励磁的电励磁同步发电机、或者齿谐波励磁的混合励磁同步发电机。
CN201510050912.4A 2015-02-02 2015-02-02 一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法 Active CN104682800B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510050912.4A CN104682800B (zh) 2015-02-02 2015-02-02 一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510050912.4A CN104682800B (zh) 2015-02-02 2015-02-02 一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104682800A true CN104682800A (zh) 2015-06-03
CN104682800B CN104682800B (zh) 2017-06-20

Family

ID=53317480

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510050912.4A Active CN104682800B (zh) 2015-02-02 2015-02-02 一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104682800B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107834784A (zh) * 2017-11-15 2018-03-23 黑龙江特通电气股份有限公司 用于起动发电机的开关磁阻电机的定子绕组匝数的设计优化方法
CN108647421A (zh) * 2018-05-04 2018-10-12 南昌大学 一种转子齿谐波电动势计算方法
CN109975701A (zh) * 2017-12-28 2019-07-05 新疆金风科技股份有限公司 发电机空载电动势的测试系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2603770A (en) * 1951-03-03 1952-07-15 Allis Chalmers Mfg Co Electric regulator utilizing short time constant derivative transformers
DE851506C (de) * 1950-05-05 1952-10-06 Licentia Gmbh Anordnung zur Erzeugung einer konstanten Wechselspannung aus einer schwankenden Gleichspannung
US3389326A (en) * 1965-10-15 1968-06-18 Westinghouse Electric Corp Exciter field control for dynamoelectric machines
US3652920A (en) * 1970-12-03 1972-03-28 Westinghouse Electric Corp Regulated exciter-generator electrical power apparatus responsive to exciter field current
CN101969257A (zh) * 2010-10-21 2011-02-09 清华大学 齿谐波励磁的混合励磁永磁电机
CN103516273A (zh) * 2012-06-16 2014-01-15 丁士来 一种调节同步发电机输出功率的方法
CN103580571A (zh) * 2012-07-20 2014-02-12 丁士来 一种提高同步发电机效率的方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE851506C (de) * 1950-05-05 1952-10-06 Licentia Gmbh Anordnung zur Erzeugung einer konstanten Wechselspannung aus einer schwankenden Gleichspannung
US2603770A (en) * 1951-03-03 1952-07-15 Allis Chalmers Mfg Co Electric regulator utilizing short time constant derivative transformers
US3389326A (en) * 1965-10-15 1968-06-18 Westinghouse Electric Corp Exciter field control for dynamoelectric machines
US3652920A (en) * 1970-12-03 1972-03-28 Westinghouse Electric Corp Regulated exciter-generator electrical power apparatus responsive to exciter field current
CN101969257A (zh) * 2010-10-21 2011-02-09 清华大学 齿谐波励磁的混合励磁永磁电机
CN103516273A (zh) * 2012-06-16 2014-01-15 丁士来 一种调节同步发电机输出功率的方法
CN103580571A (zh) * 2012-07-20 2014-02-12 丁士来 一种提高同步发电机效率的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
夏永洪，王善铭，黄邵刚，邱阿瑞: "齿谐波绕组感应电动势波形快速计算", 《电机与控制学报》 *
魏建勋: "一种同步发电机相复励励磁系统简化模型", 《船电技术》 *
黄邵刚，王善铭，夏永洪: "同步发电机空载电压波形的齿磁通计算", 《中国电机工程学报》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107834784A (zh) * 2017-11-15 2018-03-23 黑龙江特通电气股份有限公司 用于起动发电机的开关磁阻电机的定子绕组匝数的设计优化方法
CN107834784B (zh) * 2017-11-15 2019-08-27 黑龙江特通电气股份有限公司 用于起动/发电机开关磁阻电机定子绕组匝数的设计方法
CN109975701A (zh) * 2017-12-28 2019-07-05 新疆金风科技股份有限公司 发电机空载电动势的测试系统
CN109975701B (zh) * 2017-12-28 2021-11-16 新疆金风科技股份有限公司 发电机空载电动势的测试系统
CN108647421A (zh) * 2018-05-04 2018-10-12 南昌大学 一种转子齿谐波电动势计算方法
CN108647421B (zh) * 2018-05-04 2022-03-18 南昌大学 一种转子齿谐波电动势计算方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104682800B (zh) 2017-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Arumugam et al. Modeling of different winding configurations for fault-tolerant permanent magnet machines to restrain interturn short-circuit current
Zhu et al. Influence of design parameters on output torque of flux-switching permanent magnet machines
Misir et al. Prediction of losses and efficiency for three-phase induction machines equipped with combined star–delta windings
CN103401506B (zh) 一种电动车用隐极式混合励磁电机直接转矩控制方法
Liu et al. Dc-link capacitance requirement and noise and vibration reduction in 6/4 switched reluctance machine with sinusoidal bipolar excitation
Owen et al. Fault-tolerant flux-switching permanent magnet brushless AC machines
US20240265164A1 (en) Method for determining tooth magnetic flux density ratio and optimal split ratio of motor
CN104682800B (zh) 一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法
Hussain et al. Design and analysis of a dual rotor multiphase brushless DC motor for its application in electric vehicles
Baek et al. Optimal design and performance analysis of permanent magnet assisted synchronous reluctance portable generators
Tahi et al. Finite element calculation of the dq-axes inductances and torque of synchronous reluctance motor
Geng et al. Mitigation of interturn short circuit fault based on axial split phase permanent magnet synchronous machine
Zhu et al. Influence of end-effect and cross-coupling on torque-speed characteristics of switched flux permanent magnet machines
Van der Geest et al. Design and testing of a high-speed aerospace permanent magnet starter/generator
CN105024606A (zh) 一种智能高压断路器电机驱动方法
Ruuskanen et al. Design and drive-cycle based analysis of direct-driven permanent magnet synchronous machine for a small urban use electric vehicle
Bai et al. Performance study of three-phase fault-tolerant permanent magnet motor drive for marine propulsion system based on structure design
Nimmana et al. Design of high power density motor for EV applications
Xuan et al. Modeling for the design of fractional slot PM machines with concentrated windings protected from demagnetization during three-phase short circuit
Paitandi et al. Design, fabrication and parameter evaluation of a surface mounted permanent magnet synchronous motor
Mei et al. Scaling effect on inter-turn short-circuit of PM machines for wind power application
Brkovic et al. Magnetizing inductance determination in a six-phase induction machine
El-Kharahi et al. Toward including the effect of manufacturing processes in the pre-estimated losses of the switched reluctance motor
Kurihara et al. High-efficiency interior permanent-magnet synchronous generators with minimal voltage regulation for nano and pico hydro generation
Sourabh et al. Design of a novel U shaped dual stator brushless doubly fed induction machine

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant