一種實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)復(fù)勵(lì)特性的齒諧波線圈匝數(shù)確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于具有復(fù)勵(lì)特性的諧波勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)，在無電壓調(diào)節(jié)器的情況下，針對不同 負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出電壓基本保持恒定，具有廣闊的應(yīng)用前景。對于電樞諧波勵(lì)磁的同 步發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子諧波繞組電動(dòng)勢是由電樞諧波磁動(dòng)勢作用在^上產(chǎn)生的諧波磁場感應(yīng)得 到，在諧波繞組匝數(shù)一定時(shí)，其大小與諧波磁場或者電樞諧波磁動(dòng)勢成正比。對于三次諧波 勵(lì)磁的同步發(fā)電機(jī)，直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢作用在凸極同步發(fā)電機(jī)的氣隙磁導(dǎo)上產(chǎn)生的三次 諧波磁通密度，其相位正好與勵(lì)磁磁動(dòng)勢產(chǎn)生的三次諧波磁通密度相同。因此，當(dāng)發(fā)電機(jī)電 樞電流增大時(shí)，三次諧波磁通密度也增大，使三次諧波繞組電動(dòng)勢增加，勵(lì)磁電流增大，從 而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)端電壓恒定。由此可知，電樞諧波勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)和三次諧波勵(lì)磁同步發(fā)電 機(jī)均具有良好的復(fù)勵(lì)特性。
[0003] 然而，對于齒諧波勵(lì)磁的同步發(fā)電機(jī)，以帶電感性負(fù)載為例，由于電樞反應(yīng)的去磁 作用，合成氣隙基波磁動(dòng)勢比基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢小，在磁路飽和程度不高的情況下，使得齒諧 波磁通密度也減小，在這種情況下，如何使發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子齒諧波電動(dòng)勢比空載 時(shí)還要大，是實(shí)現(xiàn)其復(fù)勵(lì)特性的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提出一種實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)復(fù)勵(lì)特性的齒諧波線圈匝數(shù)確定方法。 本發(fā)明通過合理布置每極下齒諧波線圈的匝數(shù)，使齒諧波繞組電動(dòng)勢能夠隨著發(fā)電機(jī)負(fù)載 電流的變化而自動(dòng)改變，以保持發(fā)電機(jī)輸出電壓恒定。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006] 根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)及性能指標(biāo)等設(shè)計(jì)要求，確定勵(lì)磁繞組匝數(shù)；按照單匝齒 諧波線圈感應(yīng)電動(dòng)勢最大的原則，選擇合適的齒諧波繞組節(jié)距，確定每極齒諧波線圈個(gè)數(shù) n ;以保持發(fā)電機(jī)端電壓恒定為目標(biāo)，確定從空載到額定負(fù)載間n個(gè)不同工況的勵(lì)磁電流； 計(jì)算從空載到額定負(fù)載間n個(gè)不同工況時(shí)每極下每個(gè)齒諧波線圈的單匝感應(yīng)電動(dòng)勢；根據(jù) 齒諧波勵(lì)磁系統(tǒng)等效電路，以及空載到額定負(fù)載間n個(gè)不同工況下保持發(fā)電機(jī)端電壓恒定 所需的勵(lì)磁電流，計(jì)算每極下每個(gè)齒諧波線圈匝數(shù)。
[0007] 本發(fā)明包括以下步驟：
[0008] (1)確定勵(lì)磁繞組匝數(shù)：根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)及性能指標(biāo)等設(shè)計(jì)要求，確定勵(lì) 磁繞組匝數(shù)；
[0009] (2)確定每極齒諧波線圈個(gè)數(shù)n :按照單匝齒諧波線圈感應(yīng)電動(dòng)勢最大的原則，選 擇合適的齒諧波繞組節(jié)距，確定每極齒諧波線圈個(gè)數(shù)n ;
[0010] (3)計(jì)算n個(gè)不同工況下的勵(lì)磁電流：將空載到額定負(fù)載分成n個(gè)工況，計(jì)算不同 工況下保持發(fā)電機(jī)端電壓恒定所需的勵(lì)磁電流I fd= [I fdlIfd2…Ifdn]T;
[0011] (4)計(jì)算每極下每個(gè)齒諧波線圈單匝感應(yīng)電動(dòng)勢：由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的對稱性，每極 下處于相同位置的單匝齒諧波線圈感應(yīng)電動(dòng)勢相等，只需計(jì)算一個(gè)磁極下每個(gè)齒諧波線圈 在空載到額定負(fù)載n個(gè)不同工況下的單匝感應(yīng)電動(dòng)勢，用矩陣表示為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)復(fù)勵(lì)特性的齒諧波線圈匝數(shù)確定方法，其特征在于包括以下步 驟： (1) 確定勵(lì)磁繞組匝數(shù)：根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)及性能指標(biāo)等設(shè)計(jì)要求，確定勵(lì)磁繞 組匝數(shù)； (2) 確定每極齒諧波線圈個(gè)數(shù)η :按照單匝齒諧波線圈感應(yīng)電動(dòng)勢最大的原則，選擇齒 諧波繞組節(jié)距，確定每極齒諧波線圈個(gè)數(shù)η ; (3) 計(jì)算η個(gè)不同工況下的勵(lì)磁電流：將空載到額定負(fù)載分成η個(gè)工況，計(jì)算不同工況 下保持發(fā)電機(jī)端電壓恒定所需的勵(lì)磁電流Ifd= [Ifdl Ifd2…Ifdn]T; (4) 計(jì)算每極下每個(gè)齒諧波線圈單匝感應(yīng)電動(dòng)勢：由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的對稱性，每極下處 于相同位置的單匝齒諧波線圈感應(yīng)電動(dòng)勢相等，只需計(jì)算一個(gè)磁極下每個(gè)齒諧波線圈在空 載到額定負(fù)載η個(gè)不同工況下的單匝感應(yīng)電動(dòng)勢，用矩陣表示為：
(5) 計(jì)算每極下每個(gè)齒諧波線圈匝數(shù)：根據(jù)齒諧波勵(lì)磁系統(tǒng)等效電路，以及空載到額 定負(fù)載η個(gè)不同工況下保持發(fā)電機(jī)端電壓恒定所需的勵(lì)磁電流I fd= [Ifdl Ifd2…Ifdn]T，建 立代數(shù)方程： EtNt= kl fd
對其求解得到每極下每個(gè)齒諧波線圈匝數(shù)。 式中：Nt= [Nti Nt2…NJT為每極下齒諧波線圈匝數(shù)向量；系數(shù) 為基波極對數(shù)，kd為整流系數(shù)，與整流橋的類型有關(guān)，R' t= ktXt為齒諧波繞組電抗折算到 直流側(cè)的等效電阻，kt為換相電抗系數(shù)，與整流橋的類型有關(guān)，X t為齒諧波繞組電抗，R fd為 勵(lì)磁繞組電阻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的同步發(fā)電機(jī)為齒諧波勵(lì)磁的電勵(lì)磁同 步發(fā)電機(jī)、或者齒諧波勵(lì)磁的混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)。
【專利摘要】一種實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)復(fù)勵(lì)特性的齒諧波線圈匝數(shù)確定方法，包括步驟：根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)及性能指標(biāo)等設(shè)計(jì)要求，確定勵(lì)磁繞組匝數(shù)；按照單匝齒諧波線圈感應(yīng)電動(dòng)勢最大的原則，選擇合適的齒諧波繞組節(jié)距，確定每極齒諧波線圈個(gè)數(shù)n；以保持端電壓恒定為目標(biāo)，確定從空載到額定負(fù)載n個(gè)不同工況的勵(lì)磁電流；計(jì)算從空載到額定負(fù)載n個(gè)不同工況時(shí)每極下每個(gè)齒諧波線圈的單匝感應(yīng)電動(dòng)勢；根據(jù)齒諧波勵(lì)磁系統(tǒng)等效電路，以及空載到額定負(fù)載n個(gè)不同工況下保持發(fā)電機(jī)端電壓恒定所需的勵(lì)磁電流，建立求解模型，計(jì)算每極下每個(gè)齒諧波線圈匝數(shù)。本發(fā)明具有物理概念清楚，計(jì)算簡單等優(yōu)點(diǎn)，以及很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】H02P9-36
【公開號(hào)】CN104682800
【申請?zhí)枴緾N201510050912
【發(fā)明人】夏永洪, 劉俊波, 徐波, 吳虹劍, 黃劭剛
【申請人】南昌大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月2日