交直流多绕组永磁同步发电机研究

发布时间：2019-10-03 18:11

【摘要】：在船舶舰艇、钻井平台、移动通讯站等独立运行系统中,要求交、直流电源体积重量小、品质高、运行安全可靠。交直流多绕组永磁同步发电机能够同时满足上述要求,因而受到了重视与研究。本文设计了一台交直流多绕组永磁同步发电机,该发电机定子上安装5套Y接绕组,其中1套Y接绕组用来提供三相交流电,其余4套Y接绕组分别接整流装置后并联对外提供直流电。首先,根据文中设计的电机结构参数,在Ansoft中建立电机的二维仿真模型,采用有限元法分析电机电磁场,并作以下几方面的研究：采用有限元法对该电机不同负载情况下的电磁场进行分析,研究电机运行特性,由电机在额定负载时的仿真结果可知,电机性能满足设计要求。对电机空载时的气隙径向磁密进行傅里叶分析,进而计算电机交直流绕组的空载感应电动势,并对空载感应电动势的谐波含量进行分析。分析结果表明,采用短距分布绕组的方式能够有效的抑制绕组感应电动势中的非齿谐波分量,采用导体斜槽的方式能够有效的抑制绕组感应电动势中的齿谐波分量。通过考察电机不同负载情况下的电枢反应,查明了带有整流装置的直流绕组电枢反应的性质,以及交、直流绕组相对位置关系的变化对绕组电枢反应的影响。按理论值对电机众多绕组电感进行分类,并且采用磁链法计算了电机绕组的增量电感。通过在转子上安装软磁磁极的方式,能够在不改变绕组空载感应电动势的前提下,显著的提高电机负载后的绕组输出端电压,从而改善电机交流绕组的负载特性；并且分析软磁磁极长度的变化对电机性能的影响。在三种负载功率因数下绘制电机交流绕组的外特性曲线,在额定负载功率因数下,验证了电机交流绕组电压调整率小于10%。对比了整流装置采用全波整流和半波整流方式对电机输出电压的影响,仿真结果表明,在全波整流方式下,电机输出电压波形较为理想。其次,推导了电机在ABC坐标系和dq0坐标系下的数学模型。研究表明,在dq0坐标系中,电机电感均为常数,忽略属于不同Y的绕组之间互漏感时,电机d轴和q轴完全解耦,电机数学模型变得十分简洁,并且忽略上述互漏感,对电机性能影响不大。本文根据简化的电机数学模型得到了描述电机性能的最小参数集合,并且利用Matlab软件建立电机仿真模型,对电机在不同负载情况下的运行特性进行仿真分析。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM31

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