集成滤波电感整流变压器在船舶整流系统中的应用研究

发布时间：2021-03-18 09:24

舰船电力推进技术从诞生到现在已经有一百多年的历史,随着船舶推进技术的发展,电力推进越来越受国内外的欢迎,并且日益成为现在船舶的主流推进方式。随着电脑的应用、电力电子技术的成熟,,船舶电力推进采用越来越多电力电子等非线性装置,这使得船舶电力系统谐波污染越来越严重,其中的整流装置是船舶电力系统谐波的主要来源。然而船舶空间有限,不能采取传统的LC无源滤波技术,从经济上来看,也不能采用有源滤波。为解决上述问题,首先阐述了本课题提出的非正交解耦理论,并利用非正交解耦理论提出了一种将无源滤波装置中的电抗器集成到整流变压器的方案。本文研究内容主要包括以下几个方面:首先,介绍了整流系统滤波方式的分类以及各自的特点。并介绍了空心电抗器的结构特点及分类。其次,根据船舶整流系统的现况,详细阐述了本课题提出的非正交解耦理论,并在理论和实验上证明了该理论的正确性。根据该理论提出了一种将无源滤波装置中的电抗器集成到整流变压器的绕组空间排布方案。并设计和制造了一台集成滤波电感整流变压器,详细述说了变压器的制造工艺。再次,简要介绍了电磁理论和Maxwell方程、有限元分析技术;详细分析了有限元能量法求解集成电抗器电感的理论;并以样机为例,用有限元能量法求解其电感值,通过与实际电感值对比,验证了有限元能量法求解集成电抗器电感的可行性。然后根据某船舶整流系统的现况详细给出了无源滤波的优化方案,并提出了集成滤波电感整流变压器的数学计算模型,建立了集成滤波电感整流变压器的Simulink模型,并对整个船舶整流系统进行了仿真分析,与实验数据对比验证了改模型的可行性。综上所述,将LC无源滤波电抗器集成于整流变压器的方案是可行的,并且能够达到减少整流变压器和滤波系统所占用的空间,具有重要的现实工程意义。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U665.1

文章目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 船舶整流系统的现状

1.2 整流系统谐波抑制方式

1.2.1 多重化整流法

1.2.2 无源滤波

1.2.3 有源滤波

1.2.4 感应滤波

1.3 空心电抗器的分类及结构特点

1.3.1 电抗器概述及分类

1.3.2 空心电抗器的结构特点

1.4 本文所做的工作

第2章非正交解耦原理

2.1 非正交解耦理论的提出与证明

2.1.1 正交解耦

2.1.2 非正交解耦

2.2 耦合电感的ansoft耦合度分析

2.2.1 两对集成电感绕组的距离与电感绕组的耦合度关系分析

2.2.2 两对电感绕组分别排布在内外侧的耦合度分析

2.2.3 多台电抗器集成于变压器的耦合度分析

2.2.4 本节小结

2.3 集成滤波电抗器绕组退耦测试

2.4 非正交解耦的实验验证

2.5 非正交解耦理论的应用

2.6 集成滤波电抗器线性度分析

2.7 本章小结

第3章滤波电感计算与设计

3.1 有限元简介及电磁理论基础

3.1.1 有限元简介

3.1.2 电磁场理论的方法论

3.2 有限元能量法求解集成滤波电感整流变压器的电感的理论分析

3.3 耦合电抗的工程计算方法

3.4 耦合电感计算方法可行性分析

第4章 300k VA集成滤波电感变压器工程样机试制情况

4.1 SC10-300/6.3 集成电感干式变压器设计

4.1.1 基本参数

4.1.2 铁芯直径计算

4.1.3 线圈匝数计算

4.1.4 集成电抗器设计

4.2 样机试制过程综述

4.3 关键工艺解决情况

4.3.1 铁心工艺

4.3.2 绕组工艺

4.4 样机试制过程的质量控制

4.4.1 铁心工艺质量控制

4.4.2 绕组工艺质量控制

第5章集成滤波电感变压器在船舶整流系统中的仿真建模

5.1 船舶整流系统的组成

5.2 船舶整流系统滤波与功率补偿的设计

5.2.1 前向通道大阻抗谐波抑制技术

5.2.2 船舶整流系统功率补偿无功分配的优化

5.3 集成滤波电感变压器的Matlab建模

5.3.1 多绕组变压器的计算模型

5.3.2 集成滤波电感变压器互感矩阵的Ansoft算法流程

5.4 船舶整流系统的仿真分析

结论

参考文献

致谢

【参考文献】