一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法技术

一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法，包括步骤：根据发电机的额定数据及性能指标等设计要求，确定励磁绕组匝数；按照单匝齿谐波线圈感应电动势最大的原则，选择合适的齿谐波绕组节距，确定每极齿谐波线圈个数n；以保持端电压恒定为目标，确定从空载到额定负载n个不同工况的励磁电流；计算从空载到额定负载n个不同工况时每极下每个齿谐波线圈的单匝感应电动势；根据齿谐波励磁系统等效电路，以及空载到额定负载n个不同工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流，建立求解模型，计算每极下每个齿谐波线圈匝数。本发明专利技术具有物理概念清楚，计算简单等优点，以及很强的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法
本专利技术属于电机

技术介绍
对于具有复励特性的谐波励磁同步发电机，在无电压调节器的情况下，针对不同负载，可实现发电机输出电压基本保持恒定，具有广阔的应用前景。对于电枢谐波励磁的同步发电机，转子谐波绕组电动势是由电枢谐波磁动势作用在λ0上产生的谐波磁场感应得到，在谐波绕组匝数一定时，其大小与谐波磁场或者电枢谐波磁动势成正比。对于三次谐波励磁的同步发电机，直轴电枢反应磁动势作用在凸极同步发电机的气隙磁导上产生的三次谐波磁通密度，其相位正好与励磁磁动势产生的三次谐波磁通密度相同。因此，当发电机电枢电流增大时，三次谐波磁通密度也增大，使三次谐波绕组电动势增加，励磁电流增大，从而实现发电机端电压恒定。由此可知，电枢谐波励磁同步发电机和三次谐波励磁同步发电机均具有良好的复励特性。然而，对于齿谐波励磁的同步发电机，以带电感性负载为例，由于电枢反应的去磁作用，合成气隙基波磁动势比基波励磁磁动势小，在磁路饱和程度不高的情况下，使得齿谐波磁通密度也减小，在这种情况下，如何使发电机负载运行时的转子齿谐波电动势比空载时还要大，是实现其复励特性的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法。本专利技术通过合理布置每极下齿谐波线圈的匝数，使齿谐波绕组电动势能够随着发电机负载电流的变化而自动改变，以保持发电机输出电压恒定。本专利技术是通过以下技术方案实现的。根据发电机的额定数据及性能指标等设计要求，确定励磁绕组匝数；按照单匝齿谐波线圈感应电动势最大的原则，选择合适的齿谐波绕组节距，确定每极齿谐波线圈个数n；以保持发电机端电压恒定为目标，确定从空载到额定负载间n个不同工况的励磁电流；计算从空载到额定负载间n个不同工况时每极下每个齿谐波线圈的单匝感应电动势；根据齿谐波励磁系统等效电路，以及空载到额定负载间n个不同工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流，计算每极下每个齿谐波线圈匝数。本专利技术包括以下步骤：(1)确定励磁绕组匝数：根据发电机的额定数据及性能指标等设计要求，确定励磁绕组匝数；(2)确定每极齿谐波线圈个数n：按照单匝齿谐波线圈感应电动势最大的原则，选择合适的齿谐波绕组节距，确定每极齿谐波线圈个数n；(3)计算n个不同工况下的励磁电流：将空载到额定负载分成n个工况，计算不同工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流Ifd＝[Ifd1Ifd2…Ifdn]T；(4)计算每极下每个齿谐波线圈单匝感应电动势：由于转子结构的对称性，每极下处于相同位置的单匝齿谐波线圈感应电动势相等，只需计算一个磁极下每个齿谐波线圈在空载到额定负载n个不同工况下的单匝感应电动势，用矩阵表示为：(5)计算每极下每个齿谐波线圈匝数：根据齿谐波励磁系统等效电路，以及空载到额定负载n个不同工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流Ifd＝[Ifd1Ifd2…Ifdn]T，建立代数方程EtNt＝kIfd对其求解得到每极下每个齿谐波线圈匝数。式中：Nt＝[Nt1Nt2…Ntn]T为每极下齿谐波线圈匝数向量；系数p为基波极对数，kd为整流系数，与整流桥的类型有关，Rt'＝ktXt为齿谐波绕组电抗折算到直流侧的等效电阻，kt为换相电抗系数，与整流桥的类型有关，Xt为齿谐波绕组电抗，Rfd为励磁绕组电阻。与现有技术相比，本专利技术具有如下特点：(1)物理概念清楚，计算简单，具有很强的实际应用价值。(2)基于该方法设计的齿谐波绕组，可实现齿谐波励磁的同步发电机复励特性，以取消该系统的励磁控制装置，简化系统结构。附图说明图1是本专利技术的实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法流程图。图2是本专利技术的一阶齿谐波磁密波形。图3是本专利技术的齿谐波励磁系统原理图。图4是本专利技术齿谐波励磁系统直流侧等效电路，图中Udt为齿谐波绕组电动势整流后的直流电压，Rt'为齿谐波绕组电抗折算到直流侧的等效电阻，Rfd为励磁绕组电阻。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术提出的一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法具体实施方式如下：(1)确定励磁绕组匝数：根据发电机的额定数据及性能指标等设计要求，计算齿谐波励磁的同步发电机额定负载运行时每极需要提供的励磁磁动势Ffd；选定励磁绕组电流密度Jfd和导线线规sd，计算励磁绕组每极匝数Nfd＝Ffd/(Jfdsd)，同时符合Nfds'd与励磁绕组槽的实际面积基本相等的条件，否则需要重新选择导线线规。其中：sd为导线截面积(不含绝缘)；s'd为导线截面积(含绝缘)；(2)确定每极齿谐波线圈个数n：按照单匝齿谐波线圈感应电动势最大的原则，结合图2，应选择齿谐波绕组节距为定子齿距的ky/2倍，ky为奇数，同时确定每极齿谐波线圈个数n；(3)计算n个不同工况下的励磁电流：将空载到额定负载分成n个工况，计算每个工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流Ifd＝[Ifd1Ifd2…Ifdn]T；(4)计算每极下每个齿谐波线圈单匝感应电动势：基于有限元法，分别施加从空载到额定负载间n个工况的电枢电流及其对应的励磁电流；由于转子结构的对称性，每极下处于相同位置的单匝齿谐波线圈感应电动势相等，计算每极下每个齿谐波线圈由空载到额定负载n个不同工况的单匝感应电动势，用矩阵表示为：(5)计算每极下每个齿谐波线圈匝数：根据齿谐波励磁系统原理图，整流电路以单相桥式为例，如图3所示，推导齿谐波励磁系统直流侧等效电路，如图4所示，同时结合空载到额定负载n个不同工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流Ifd＝[Ifd1Ifd2…Ifdn]T，建立代数方程EtNt＝kIfd对其求解得到每极下每个齿谐波线圈匝数。式中：Nt＝[Nt1Nt2…Ntn]T为每极下齿谐波线圈匝数向量；系数p为基波极对数，kd为整流系数，取0.9，Rt'＝ktXt为齿谐波绕组电抗折算到直流侧的等效电阻，kt为换相电抗系数，取2/π，Xt为齿谐波绕组电抗，Rfd为励磁绕组电阻。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法，其特征在于包括以下步骤：(1)确定励磁绕组匝数：根据发电机的额定数据及性能指标等设计要求，确定励磁绕组匝数；(2)确定每极齿谐波线圈个数n：按照单匝齿谐波线圈感应电动势最大的原则，选择齿谐波绕组节距，确定每极齿谐波线圈个数n；(3)计算n个不同工况下的励磁电流：将空载到额定负载分成n个工况，计算不同工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流Ifd＝[Ifd1 Ifd2 … Ifdn]T；(4)计算每极下每个齿谐波线圈单匝感应电动势：由于转子结构的对称性，每极下处于相同位置的单匝齿谐波线圈感应电动势相等，只需计算一个磁极下每个齿谐波线圈在空载到额定负载n个不同工况下的单匝感应电动势，用矩阵表示为：Et=et1,1et2,1...etn,1et1,2et2,2...etn,2............et1,net2,n...etn,n]]>(5)计算每极下每个齿谐波线圈匝数：根据齿谐波励磁系统等效电路，以及空载到额定负载n个不同工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流Ifd＝[Ifd1 Ifd2 … Ifdn]T，建立代数方程：EtNt＝kIfd对其求解得到每极下每个齿谐波线圈匝数。式中：Nt＝[Nt1 Nt2 … Ntn]T为每极下齿谐波线圈匝数向量；系数p为基波极对数，kd为整流系数，与整流桥的类型有关，R′t＝ktXt为齿谐波绕组电抗折算到直流侧的等效电阻，kt为换相电抗系数，与整流桥的类型有关，Xt为齿谐波绕组电抗，Rfd为励磁绕组电阻。...

【技术特征摘要】
1.一种实现同步发电机复励特性的齿谐波线圈匝数确定方法，其特征在于包括以下步骤：(1)确定励磁绕组匝数：根据发电机的额定数据及性能指标等设计要求，确定励磁绕组匝数；(2)确定每极齿谐波线圈个数n：按照单匝齿谐波线圈感应电动势最大的原则，选择齿谐波绕组节距，确定每极齿谐波线圈个数n；(3)计算n个不同工况下的励磁电流：将空载到额定负载分成n个工况，计算不同工况下保持发电机端电压恒定所需的励磁电流Ifd＝[Ifd1Ifd2…Ifdn]T；(4)计算每极下每个齿谐波线圈单匝感应电动势：由于转子结构的对称性，每极下处于相同位置的单匝齿谐波线圈感应电动势相等，只需计算一个磁极下每个齿谐波线圈在空载到额定负载n个不同工况下的单匝感应电动势，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏永洪，刘俊波，徐波，吴虹剑，黄劭刚，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36