一種實現(xiàn)同步發(fā)電機復勵特性的齒諧波線圈匝數(shù)確定方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機技術領域。
【背景技術】
[0002] 對于具有復勵特性的諧波勵磁同步發(fā)電機，在無電壓調節(jié)器的情況下，針對不同 負載，可實現(xiàn)發(fā)電機輸出電壓基本保持恒定，具有廣闊的應用前景。對于電樞諧波勵磁的同 步發(fā)電機，轉子諧波繞組電動勢是由電樞諧波磁動勢作用在^上產(chǎn)生的諧波磁場感應得 到，在諧波繞組匝數(shù)一定時，其大小與諧波磁場或者電樞諧波磁動勢成正比。對于三次諧波 勵磁的同步發(fā)電機，直軸電樞反應磁動勢作用在凸極同步發(fā)電機的氣隙磁導上產(chǎn)生的三次 諧波磁通密度，其相位正好與勵磁磁動勢產(chǎn)生的三次諧波磁通密度相同。因此，當發(fā)電機電 樞電流增大時，三次諧波磁通密度也增大，使三次諧波繞組電動勢增加，勵磁電流增大，從 而實現(xiàn)發(fā)電機端電壓恒定。由此可知，電樞諧波勵磁同步發(fā)電機和三次諧波勵磁同步發(fā)電 機均具有良好的復勵特性。
[0003] 然而，對于齒諧波勵磁的同步發(fā)電機，以帶電感性負載為例，由于電樞反應的去磁 作用，合成氣隙基波磁動勢比基波勵磁磁動勢小，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)電機負載運行時的轉子齒諧波電動勢比空載 時還要大，是實現(xiàn)其復勵特性的關鍵。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提出一種實現(xiàn)同步發(fā)電機復勵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)，使齒諧波繞組電動勢能夠隨著發(fā)電機負載 電流的變化而自動改變，以保持發(fā)電機輸出電壓恒定。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的。
[0006] 根據(jù)發(fā)電機的額定數(shù)據(jù)及性能指標等設計要求，確定勵磁繞組匝數(shù)；按照單匝齒 諧波線圈感應電動勢最大的原則，選擇合適的齒諧波繞組節(jié)距，確定每極齒諧波線圈個數(shù) n ;以保持發(fā)電機端電壓恒定為目標，確定從空載到額定負載間n個不同工況的勵磁電流； 計算從空載到額定負載間n個不同工況時每極下每個齒諧波線圈的單匝感應電動勢；根據(jù) 齒諧波勵磁系統(tǒng)等效電路，以及空載到額定負載間n個不同工況下保持發(fā)電機端電壓恒定 所需的勵磁電流，計算每極下每個齒諧波線圈匝數(shù)。
[0007] 本發(fā)明包括以下步驟：
[0008] (1)確定勵磁繞組匝數(shù)：根據(jù)發(fā)電機的額定數(shù)據(jù)及性能指標等設計要求，確定勵 磁繞組匝數(shù)；
[0009] (2)確定每極齒諧波線圈個數(shù)n :按照單匝齒諧波線圈感應電動勢最大的原則，選 擇合適的齒諧波繞組節(jié)距，確定每極齒諧波線圈個數(shù)n ;
[0010] (3)計算n個不同工況下的勵磁電流：將空載到額定負載分成n個工況，計算不同 工況下保持發(fā)電機端電壓恒定所需的勵磁電流I fd= [I fdlIfd2…Ifdn]T;
[0011] (4)計算每極下每個齒諧波線圈單匝感應電動勢：由于轉子結構的對稱性，每極 下處于相同位置的單匝齒諧波線圈感應電動勢相等，只需計算一個磁極下每個齒諧波線圈 在空載到額定負載n個不同工況下的單匝感應電動勢，用矩陣表示為：
【主權項】
1. 一種實現(xiàn)同步發(fā)電機復勵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) 確定勵磁繞組匝數(shù)：根據(jù)發(fā)電機的額定數(shù)據(jù)及性能指標等設計要求，確定勵磁繞 組匝數(shù)； (2) 確定每極齒諧波線圈個數(shù)η :按照單匝齒諧波線圈感應電動勢最大的原則，選擇齒 諧波繞組節(jié)距，確定每極齒諧波線圈個數(shù)η ; (3) 計算η個不同工況下的勵磁電流：將空載到額定負載分成η個工況，計算不同工況 下保持發(fā)電機端電壓恒定所需的勵磁電流Ifd= [Ifdl Ifd2…Ifdn]T; (4) 計算每極下每個齒諧波線圈單匝感應電動勢：由于轉子結構的對稱性，每極下處 于相同位置的單匝齒諧波線圈感應電動勢相等，只需計算一個磁極下每個齒諧波線圈在空 載到額定負載η個不同工況下的單匝感應電動勢，用矩陣表示為：
(5) 計算每極下每個齒諧波線圈匝數(shù)：根據(jù)齒諧波勵磁系統(tǒng)等效電路，以及空載到額 定負載η個不同工況下保持發(fā)電機端電壓恒定所需的勵磁電流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，R' t= ktXt為齒諧波繞組電抗折算到 直流側的等效電阻，kt為換相電抗系數(shù)，與整流橋的類型有關，X t為齒諧波繞組電抗，R fd為 勵磁繞組電阻。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是所述的同步發(fā)電機為齒諧波勵磁的電勵磁同 步發(fā)電機、或者齒諧波勵磁的混合勵磁同步發(fā)電機。
【專利摘要】一種實現(xiàn)同步發(fā)電機復勵特性的齒諧波線圈匝數(shù)確定方法，包括步驟：根據(jù)發(fā)電機的額定數(shù)據(jù)及性能指標等設計要求，確定勵磁繞組匝數(shù)；按照單匝齒諧波線圈感應電動勢最大的原則，選擇合適的齒諧波繞組節(jié)距，確定每極齒諧波線圈個數(shù)n；以保持端電壓恒定為目標，確定從空載到額定負載n個不同工況的勵磁電流；計算從空載到額定負載n個不同工況時每極下每個齒諧波線圈的單匝感應電動勢；根據(jù)齒諧波勵磁系統(tǒng)等效電路，以及空載到額定負載n個不同工況下保持發(fā)電機端電壓恒定所需的勵磁電流，建立求解模型，計算每極下每個齒諧波線圈匝數(shù)。本發(fā)明具有物理概念清楚，計算簡單等優(yōu)點，以及很強的實際應用價值。
【IPC分類】H02P9-36
【公開號】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
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月2日