交流励磁的混合励磁同步发电机特性的数值分析研究

发布时间：2019-06-02 07:48

【摘要】：针对永磁发电机气隙磁密无法调节从而使得输出电压受负载变动和环境温度变化影响较大的不足之处,本文提出了一种新型并列结构混合励磁同步发电机,永磁电机部分和电励磁电机部分并列安装,由于两部分电机定子铁心彼此独立,共用一套定子电枢绕组,两部分在定子电枢绕组中感应出的电势可以相互叠加,完成混合励磁的功能；通过调节电励磁部分励磁电流的大小和相位,最终达到输出电压可调的目的。本文采用田口方法对电机结构进行了优化设计,利用优化后的结构参数分别建立了11KW永磁发电机的场路-耦合仿真模型和电励磁部分的电机模型,并混合励磁发电机的空载特性和负载特性进行了仿真分析与研究。本文首先推导出永磁同步发电机内部的磁场方程、电机绕组回路方程以及外电路的连接关系在内的时步有限元场路-耦合离散模型；利用田口方法对永磁电机转子部分进行了结构优化,提高了电机的稳态运行性能,并利用优化后建立的永磁同步发电机场路-耦合模型,对发电机的空载运行、负载运行和三相故障运行特性进行了仿真分析,得到了各种运行情况下的三相电流、电压曲线,验证了二维场路-耦合仿真模型的正确性。然后,再次利用田口方法对混合励磁发电机电励磁部分的结构进行设计优化,得到了较好的电励磁空载气隙磁密波形。根据电励磁部分的电磁场方程,通过ANSYS软件编写时步有限元程序,并借助于MATLAB软件对新型混合励磁电机电励磁部分的气隙磁密进行处理,对优化后的模型进行了空载仿真分析。最后,对混合励磁发电机进行了有限元分析,采用二维有限元数值计算简化计算过程；通过静磁场法分析了永磁电机部分和电励磁电机部分的空载特性,得到了混合励磁发电机的空载特性；推导了混合励磁发电机的电压平衡方程式,建立了混合励磁发电机性能参数之间的数学模型。从而对混合励磁电机的负载特性及外特性进行数值分析研究打下了基础。
[Abstract]:In view of the shortcomings that the air gap magnetic density of permanent magnet generator can not be adjusted, so that the output voltage is greatly affected by the change of load and ambient temperature, a new type of parallel structure hybrid excitation synchronous generator is proposed in this paper. The permanent magnet motor part and the electric excitation motor part are installed side by side. Because the stator cores of the two parts are independent of each other, a set of stator armature windings is shared, and the electric potentials induced by the two parts in the stator armature windings can be superimposed with each other. Complete the function of hybrid excitation; By adjusting the magnitude and phase of the excitation current, the output voltage can be adjusted. In this paper, the Taguchi method is used to optimize the structure of the motor, and the field circuit coupling simulation model and the motor model of the electric excitation part of the 11KW permanent magnet generator are established by using the optimized structural parameters. The no-load and load characteristics of hybrid excitation generator are simulated and studied. In this paper, the time step finite element field circuit coupling discrete model, including the magnetic field equation in the permanent magnet synchronous generator (PMSM), the circuit equation of the motor winding and the connection relationship of the external circuit, is derived. The structure of the rotor part of the permanent magnet motor is optimized by using the Taguchi method, and the steady-state operation performance of the motor is improved. The no-load operation of the generator is carried out by using the optimized field-coupling model of the permanent magnet synchronous generator. The load operation and three-phase fault operation characteristics are simulated and analyzed, and the three-phase current and voltage curves under various operation conditions are obtained, and the correctness of the two-dimensional field-circuit coupling simulation model is verified. Then, the Taguchi method is used to optimize the structure of the excitation part of the hybrid excitation generator, and a good magnetic density waveform of the no-load air gap is obtained. According to the electromagnetic field equation of the electric excitation part, the time step finite element program is compiled by ANSYS software, and the air gap magnetic density of the electric excitation part of the new hybrid excitation motor is processed by means of MATLAB software, and the no-load simulation analysis of the optimized model is carried out. Finally, the finite element analysis of hybrid excitation generator is carried out, and the two-dimensional finite element numerical calculation is used to simplify the calculation process. The no-load characteristics of permanent magnet motor and electric excitation motor are analyzed by magnetostatic field method, and the no-load characteristics of hybrid excitation generator are obtained. The voltage balance equation of hybrid excitation generator is derived, and the mathematical model between the performance parameters of hybrid excitation generator is established. Thus, the load characteristics and external characteristics of the hybrid excitation motor are analyzed and studied numerically, which lays a foundation for the numerical analysis of the load characteristics and external characteristics of the hybrid excitation motor.
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM31

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本文编号：2490939