变频交流发电系统双定子绕组异步发电机短路瞬态分析

航空变频交流电源发电机突然短路是一种常见的故障情况,其瞬变过程值得展开深入研究。针对用于航空变频交流发电系统的双定子绕组异步发电机(DWIG),分析了两套绕组同时发生对称突然短路的情况,运用解析法给出了短路电流的衰减规律,最大短路电流计算公式及到达时刻。研究结果表明,DWIG在短路时定子绕组中将产生两个直流衰减分量和一个旋转衰减分量,分别对应两套定子绕组和转子的影响,其瞬态电抗的形式与带阻尼绕组的同步电机直轴超瞬变电抗类似,并与瞬态电流的峰值成反比关系,分析表明DWIG短路电流的峰值小于同步发电机。所得的结果能够有助于深入理解DWIG的瞬态特性,获得的解析公式有助于对发电机突然短路电流进行估算,辅助发电机电磁设计,可以为发电系统保护单元和控制器的设计提供理论参考。     

FZC—1型发电机转子性能测试台

FZC—1型发电机转子性能测试台是针对汽车用各种发电机转子的质量检测而专门设计生产的专用设备。可以对发电机转子的绝缘电阻、线圈短路、漏磁等多项指标进行检测。更换测试夹具即可完成对不同型号发电机转子的性能测试(详见正文第25页)。 发电机转子试验台 单工位、专用工装、手动上下工件、自动检测方式工作。 功能与指标: 1.对线圈、铁芯进行耐压试验: 电压范围 200～1000V 时间范围 1～10s 2.检测绕组匝间短路 3.检测磁路状态:校验标准可调整,显示检测参数值。     

航空多级式无刷同步起动发电机联合模型研究

建立准确的电机模型是深入研究航空多级式无刷同步起动发电机的基础。多级式无刷同步起动发电机的带载起动控制和发电调压控制主要由励磁机、旋转整流器和主电机组成的两级式系统实现。单一的对励磁机或主电机进行建模分析无法反映出二者的耦合关系,需要建立囊括励磁机、旋转整流器和主电机的两级式起动发电机联合模型。为了优化系统稳态和瞬态运行状态下电机模型精度,本文考虑磁场饱和以及主电机阻尼绕组因素影响,建立了一种基于VBR模型的同时考虑凸极因子变化和阻尼绕组影响的多级式起动发电机联合模型。通过与有限元模型的对比分析表明,所建模型提高了系统在稳态和瞬态过程中的仿真精度,验证了模型的有效性,对深入进行航空多级式无刷同步起动发电机的仿真分析具有重要意义。     

阻尼绕组对直接转矩控制同步电机动态行为的影响

目前电励磁同步电机直接转矩控制研究在中国还是一个空白,其转子上存在阻尼绕组,必然对电机的动态行为产生影响。本文详细推导并分析了电励磁同步电机中电磁转矩与转矩角关系式,在此基础上结合仿真方法研究了阻尼绕组对直接转矩控制同步电机动态行为的影响。结果指出,在主转矩角为零点附近主转矩与主转矩角的变化趋势始终一致;交轴阻尼绕组能有效地抑制动态中转矩及转速振荡幅度;直轴阻尼绕组对改善系统动态性能不明显,且该绕组的存在易引起系统的不稳定。从改善系统的动态特性出发,转子上不宜设置直轴阻尼绕组。     

双馈异步发电机定转子绕组过热故障监测方法

双馈异步发电机(DFIG)在长期运行中很容易发生定转子绕组过热故障。以绕组温度为研究对象,在分析绕组过热故障成因的基础上,分别从电机热性能和参数辨识两方面进行检测。使用参数辨识法时,首先利用电机电磁数学模型辨识定转子绕组电阻,再根据电阻与温度之间的关系计算定转子温度,从而判断绕组是否过热。最后基于MATLAB软件仿真验证了定转子绕组参数辨识法的正确性,为DFIG诊断绕组过热故障提供理论支撑。     

叶尖间隙对跨声速压气机叶片气动阻尼的影响

为了分析叶尖间隙对压气机气动阻尼的影响,基于相位延迟边界条件,建立了跨声速转子的气动阻尼计算模型,研究叶尖间隙对其流场及气动阻尼的影响。计算该转子在设计间隙条件下的气动性能、叶片模态以及颤振边界,和实验数据吻合较好,比较不同叶尖间隙(1.6%,3.2%,5.0%叶尖弦长)的转子气动性能,发现间隙增加使转子效率和压比均有显著的下降;对叶片表面非定常压力研究表明,叶片非定常压力对叶片振动的响应具有强三维特性,同时叶片间相位角(IBPA)和叶尖间隙流对其有显著的影响,由于叶尖间隙增加使叶尖流动的影响加强,导致叶尖区域由于振动造成的一阶谐波压力幅值相对减小,大间隙趋于恶化压力面的稳定性而对吸力面的影响在不同的叶片间相位角时不同;对于气动阻尼,在不同的叶片间相位角区域,叶尖间隙对其影响有显著的差异,甚至会产生截然相反的规律,特别是在设计状态,对于该转子,大间隙提高了叶片最不稳定状态的气动阻尼。     

带气膜阻尼环的转子系统动力特性试验

提出一种具有金属橡胶弹性外环的气膜阻尼环(AFD)作为转子系统的辅助支承阻尼元件.建立AFD的力学模型,解释其工作机理.建立带AFD转子系统的试验台和测控系统,对比无AFD转子系统的动力特性,验证AFD的辅助支承阻尼性能.通过对AFD振动位移和相位的测量,说明气膜环在转子运转过程中的跟踪振动响应过程.通过对比气膜环和转子轴颈在转子系统运转过程中的相位差,验证AFD的工作机理和阻尼减振性能.最后研究初始气膜间隙对AFD性能的影响.研究结果表明:由于AFD具有可动金属橡胶环,气膜环能够跟随转子轴颈的振动量,自动调整偏心振动量和相位,具有自适应特性.在金属橡胶和气膜的刚度和阻尼作用下,AFD作为转子系统的辅助支承阻尼元件,为转子系统提供附加支承刚度和有效阻尼,起到限幅减振的作用.而初始气膜间隙越小,辅助支承阻尼作用的效果越明显.      

频率失谐对跨声速压气机气弹稳定性的影响

为了深入理解频率失谐对跨声速压气机气弹稳定性的影响,基于能量法建立了跨声速颤振实验转子的全周气动阻尼计算模型,数值分析了转子叶片频率交替失谐、随机失谐以及线性失谐对其气弹稳定性的影响。数值计算了该转子的气动性能,颤振边界和叶片模态,其结果和实验数据吻合较好;研究不同模态、不同叶片间相位角条件下谐调转子的气动阻尼,结果表明叶片间相位角对叶片气动阻尼均有较大的影响,尤其在一弯模态下,叶片气动阻尼对叶片间相位角最敏感;对该转子所有叶片的平均气动阻尼而言,失谐的存在弱化了叶片间相角对叶片气动阻尼的影响,显著提高了该转子最不稳定状态的平均阻尼达到7~11倍,反之使其最稳定状态的平均阻尼降低约50%;失谐转子中不同叶片的气动阻尼表现出显著差异,其受叶片局部失谐模式及失谐量的影响较大。     

基于同步电机电抗参数定义式的仿真计算方法

从同步电机各种稳态和瞬态电抗参数的定义、各种电抗参数与电机内部各绕组和磁路结构之间的电磁关系出发,提出了一种基于电抗参数定义式的仿真计算方法,给出了详细的仿真计算步骤。通过算例与样机实测结果的对比,表明仿真计算结果与实测值非常吻合,从而验证了所提计算方法的有效性和准确性。     

栅距非谐对跨声速压气机转子气动阻尼的影响

为了提高跨声速压气机的气动弹性稳定性,针对跨声速颤振实验转子提出了栅距交替非谐布局方案,基于能量法建立了其全周气动阻尼计算模型,数值研究了栅距非谐对气动阻尼的影响。计算了谐调转子的气动性能、颤振边界和叶片模态,其结果和实验数据吻合较好,比较了谐调及非谐转子气动性能,发现栅距非谐会造成转子气动性能有所降低,随着非谐量的增加,性能降低越明显;在研究的非谐条件下,压比最大相对降低0.30%,效率最大降低0.54%。对于该转子的平均气动阻尼,栅距非谐使得转子在大部分甚至整个叶片间相角区域内气动阻尼均有所提高,最大达到37%。通过对叶片表面不同叶高的非定常压力以及积分气动力研究表明,栅距交替非谐对转子相邻两个叶片稳定性的影响存在差异,并且非谐量越大,差异越明显。     

Damper Bars and Their Influence in Operating Homopolar Inductor Alternators for Aerospace Supplies?Part II: Subtransient Reactances of Saturated Homopolar Inductor Alternators with Damper Windings

The general differential equations for the circuits of a homopolar inductor alternator are established. The system of equations is modified for the case of nonsymmetrical subtransient operation. The Runge-Kutta and Adams-Moulton methods are used to solve the system of differential equations with variable coefficients. The solution is obtained for different initial conditions. Several damper winding designs are analyzed. A step-by-step correction method in the time domain is used to improve the approximate initial value of the subtransient reactance. This method takes care of saturation, which changes greatly during a subtransient. The analysis of the most advantageous design of the axial damper winding located in the armature slots is given in this paper. All calculations were carried out for the same alternator as used in the companion paper [1].     

定子双绕组异步发电机漏电抗计算的研究

漏电抗的准确计算是电机设计中十分关键的问题。基于静止励磁调节器的双绕组异步发电机定子绕组漏抗计算比传统的三相电机更复杂。首先给出了定子双绕组异步电机通用数学模型及等效电路,采用解析法对不同绕组结构的定子双绕组异步电机漏电抗计算进行了系统地分析,导出了相应的计算公式。最后,利用所得计算公式设计了一种静止励磁调节器控制的定子双绕组异步发电机,并对其定子漏电抗参数、性能指标及运行特性进行了计算。     

分瓣电刷在试验机组直流电机中的应用

直流电机的容量越大,相对的电枢电流也就越大。设计上,大电流直流电机的绕组形式通常采用双蛙绕组,这种绕组结构形式相对复杂,影响换向的因素较多。以一台试验机组直流电机使用不同电阻率的电刷进行无火花换区测试,试验结果对比分析表明:使用高电阻率的分瓣电刷可以增大电刷横向电阻,从而减小流过换向元件的短路环流,消除刷下火花,改善电机换向。同时,电刷采用切向错位排列有助于降低换向元件的电抗电势,从而更好地改善电机的换向性能。     

定子双绕组异步发电机的电磁优化设计

新型的基于静止励磁调节器控制的定子双绕组异步发电机系统适用于航空、坦克、舰船、汽车等独立电源系统。文章提出了变速变负载运行下的静止励磁调节器控制的双绕组异步发电机的优化设计策略,系统地讨论了带整流型负载的电机计算容量的确定方法,并以此针对一种应用于坦克电源的双绕组异步发电机进行了电磁优化设计。计算结果表明,该方法可以有效地降低控制绕组功率变换器的无功容量。     

双绕组异步发电机励磁控制的优化

定子双绕组异步发电机控制绕组接励磁调节器,只提供发电机励磁无功功率。在风力发电、飞机发电等系统中,转速变化范围较宽,控制绕组无功变换器的容量最小有助于降低系统的成本,功率绕组励磁电容的大小直接影响着控制绕组的无功容量。文章研究了变速变载运行时励磁电容的取值对于控制绕组无功容量的影响规律,对电机参数的影响作了分析。     

双绕组感应发电机静止励磁调节器的锁相环研究

双绕组感应发电机具有随负载变化调节励磁磁场、保持负载电压恒定不变的优点,通过静止励磁调节器输出的有功电流控制母线电压、无功电流控制负载电压,两者经过坐标变换形成反馈电流,实现系统的闭环控制。锁相环(PLL)为坐标变换提供相位信息,选用合适的PLL可以提高坐标变换的动静态性能,为控制系统提供快速准确的反馈信息。分析了双绕组感应发电机励磁电压的特点,分析了双dq变换PLL、延时信号对消PLL、基于延时信号对消的滑动平均滤波PLL的各自工作特点,最后优选了基于延时信号对消的滑动平均PLL检测励磁电压相位。     

混合励磁永磁发电机电抗参数研究

针对混合励磁永磁同步发电机的特殊磁路结构,介绍了一种用以计算交、直轴电抗参数的计算方法。利用该方法计算了1台7.5 kW、1 500 r/min的混合励磁永磁发电机的交轴电抗和直轴电抗,利用试验测试电抗参数对计算结果进行了验证。结果显示,所提混合励磁永磁同步发电机交、直轴电抗参数计算方法计算精度较高,为混合励磁永磁同步发电机结构参数和电抗参数的合理设计提供了帮助。     

Detailed Design of a High Speed Switched Reluctance Starter/Generator for More/All Electric Aircraft

The basic concepts and advantages of more/all electric aircraft (M/AEA) are briefly addressed. The combined starter/generator (CS/G) system is introduced as a key technology to enable M/AEA. Some important performance requirements for CS/G system are obtained. Based on these requirements, a high speed switched reluctance machine (SRM) is designed to operate as a starter/generator. The entire design process is mainly divided into two stages: electromagnetic design and thermal design. In electromagnetic design stage, the electromagnetic structure and dimensions of the machine and the number of phase winding turns per pole are obtained; the topology and main technical details of the converter are briefly introduced as well. In thermal design stage, a liquid-cooling system is designed based on the thermal analysis of the machine. In the end, the performances of the designed SRM are basically verified by simulation. To get high performances, the exciting angles are optimized in two different operating modes respectively, and the optimized performances in the motoring mode are given as well.