船舶轴带无刷双馈发电机关键技术研究

针对额定功率为5kW的小型内河船舶轴带无刷双馈发电机系统,基于有限元分析法,建立船舶轴带无刷双馈电机数学模型;针对定子绕组选用3Y/△联结绕组设计,可灵活调整每相支路槽号,显著降低三相绕组不对称对电磁性能的不利影响;设计了一款深槽加导条式凸极转子,并对深槽的深度和宽度进行优化设计,结合有限元分析,探讨了无导条和加导条对该凸极转子磁场调制性能的影响;模拟船舶主柴油机驱动轴带无刷双馈发电机运行工况,进行了样机对拖试验,验证了设计方法的可行性。     

基于无刷双馈发电机的船舶独立发电系统励磁控制和性能分析

无刷双馈感应发电机是一种新型的电机,被广泛应用于一些变速恒频的发电系统。介绍了一种基于绕线转子无刷双馈发电机的船舶轴带独立发电系统的控制方法。这种控制方法能够在不需要电机参数的情况下实现对无刷双馈发电机的输出电压和频率的控制,同时能够消除原动机转速变化和负载变化带来的影响。在处理无刷双馈发电机独立发电系统的控制问题时,面临的主要困难是这种电机内部复杂的结构。为了克服这些问题,对独立运行的无刷双馈发电机的数学模型、功率流动和运行性能进行了完整的推导和分析。无刷双馈发电机独立发电系统的实验验证是在一台2/6极250机座号的绕线转子无刷双馈发电机上进行的。     

全静止逆变式轴带发电机系统

全静止逆变式轴带发电机系统是船用轴带发电机系统中的一种,国外大型远洋船舶所采用的轴带发电机系统大多是这种形式的。本文主要介绍和分析了这种系统的组成和工作原理,对其中的关键元件也作了一定的讨论。本文还就其它几种轴带发电机系统作了简单的介绍。     

一种应用于船舶轴带同步发电机变流器系统的新型PWM整流控制策略

为了降低大型船舶航行时的碳排量和燃油成本,缩短柴油发电系统的运行时间成为一种理想的解决方案,而采用轴带发电系统则能较好地实现这一目标。传统轴带同步发电机变流器系统无法充分利用发电机容量,发电机侧功率因数较低且电流谐波含量高,直流母线电压波动较大,导致逆变侧输出的交流电压幅值不稳定。该文采用一种新型的宽频无刷励磁同步发电机(broad-frequency brushless excite synchronous generator,BFBESG)与四象限变流器(fourquadrant converter,FQC)相结合的方式。在轴带发电机侧,提出基于复矢量PI控制器电流内环和基于瞬时功率平衡的电压平方外环的双闭环变频PWM整流控制策略。采用变频谐振锁相环对发电机端电压进行相位锁定。设计并研制了100 k W轴带同步发电机变流器试验样机。通过样机负载实验验证了所提控制策略的可行性与优越性。     

船用双馈轴带的建模及次同步工况的仿真

新型船用双馈式轴带发电机具有传统同步式轴带发电机不可比拟的优点,并得到了广泛应用,但是当前国内船舶电站模拟器仍采用传统的同步式轴带发电机仿真系统,严重制约着船员实操培训的更新步伐。为了解决当前船舶电站模拟器匮缺双馈轴带仿真系统的不足,针对双馈电机及船用轴带发电机的特点首次建立了船用双馈轴带系统的数学模型,采用定子磁链定向的方式实现了功率的解耦,并对双馈轴带在次同步工作状态下进行了仿真分析,仿真波形中各物理量的变化趋势满足实际物理量之间的数学关系,证明了所建数学模型的正确性,为双馈轴带仿真系统的开发奠定了理论基础。     

无刷双馈电机独立发电系统改进标量算法研究

利用船舶航行中主机的冗余能力带动无刷双馈发电机实现轴带发电,可改变船舶电力一直依赖于柴油发电机组发电的状况,有效地降低燃油成本。目前实用的无刷双馈发电机标量控制策略,虽然简单可靠,无需辨识电机内部参数,但是动态响应慢。该文在详细分析传统标量控制算法原理的基础上,提出了在逆变侧加入电流前馈补偿的改进标量控制算法,最后搭建实验平台验证了改进标量控制算法的有效性和可行性,经测试此装置能满足船舶轴带发电场合的要求。     

船用轴带发电系统独网和并网控制模式的平滑切换

船用轴带发电系统是一种新兴的概念,主要功能为利用船舶主机多余的能量拖动一个轴带发电机经过一个变频器对整个船舶电站进行供电。从变频器的控制角度来说,电站具有独网和并网两种控制模式。基于两种控制模式的实现方法进行了深入的探讨,并提出了一种实现两种控制模式的控制器,给出了两种控制模式之间的平滑切换的具体算法,并通过试验进行了全面的验证。     

基于双PWM变流器的船舶轴带发电系统

针对传统晶闸管变流器式轴带发电机需要同步补偿器提供无功功率的缺点,本文提出了基于双PWM变流器的新型轴带发电机系统以及其控制策略。其中PWM整流器将轴带发电机发出的频率电压变化的交流电变换成直流电,PWM逆变器则将直流电变换成恒压恒频交流电传输给船舶电网。通过对PWM变流器的矢量控制,可以无需同步补偿机实现对有功和无功功率的独立控制。另外,利用PWM变流器电能双向流动的特点实现轴带电机作为电动机运行,驱动螺旋桨,从而解决主机发生故障时全船失去动力的问题,提高船舶运行的安全性和可靠性。     

船用轴带发电机系统综述

前言轴带发电机(以下简称轴发),即由船舶主机驱动的发电机,是利用主机富裕功率达到节能之目的。轴发系统基本结构见图1。轴带发电机采用交、直流均可。目前所有的轴发系统可分为变频型和恒频型两类。主机转速变化引起轴带发电机输出频率变化的型式,称变频型。若考虑这种变化,且设置恒频装置的型式,则称恒频型。     

关于对轴带发电机经济性的争论

以前一直认为安装轴带发电机是船舶节能的一条重要措施,对此国内外都发表了大量的文章,但现在国内外有人表示异论。一、认为烧重油的柴油发电机比轴带发电机更经济芬兰瓦尔特西拉柴油机厂代表在1984年第六届国际船舶动力装置会议上发表论文认为:烧重油的柴油发电机比柴油机驱动的轴带发电机更经济。因为当低速柴油主机带动轴带发电机时,改变了主机的最佳运行工况,使得运转点移向不利区域。当然,从理论上来说,可以选功率大一些的发动机使拖带     

齿谐波法设计的无刷双馈发电机运行范围

转子绕组采用齿谐波法设计的无刷双馈电机在变速恒频发电领域有着广泛的应用前景,而影响其应用的关键在于电机运行的可靠性。要实现电机可靠运行,则必须考虑电机能可靠运行的约束条件。约束条件主要包含运行时电机的电负荷、磁负荷和变频器容量等。根据齿谐波法绕线转子无刷双馈发电机在船用轴带领域的实际工况,依据绕线转子无刷双馈电机全电路模型,对轴带发电机电负荷的组成及其对电机温升的影响、磁负荷选择的依据和变频器容量的选择等进行了分析,推导了绕线转子无刷双馈发电机可靠运行的范围。计算和样机实验对比验证了结论的正确性。     

船舶轴带无刷双馈电机短路电流分析与保护设计

当船舶轴带无刷双馈电机(BDFG)功率绕组发生三相短路故障时,短路电流会对系统造成较大的危害。因此,有必要设计专门的保护电路保障系统的安全。利用空间旋转坐标系,建立船舶轴带BDFG功率绕组三相短路时的动态方程,并依据磁链守恒定律研究系统短路电流的变化特性。通过分析短路电流的各个分量,提出加入撬棒电阻和直流卸载电路的保护方式来卸载过电流,并进一步研究加入保护电路后的电流变化特性。以1台30 kVA的BDFG为仿真对象,运用MATLAB/Simulink进行模型仿真和理论值计算,验证了保护电路的有效性,对船舶轴带BDFG电气安全设计具有指导意义。     

基于新型电压电流双闭环控制的轴带发电机PWM整流器研究

为改善船舶轴带发电机的工况性能,通常采用电压型PWM整流器来对发电机进行可控整流。针对轴带发电机整流系统,由于功率不易测量而不宜采用直接功率控制,而采用直接电流控制动态性能又不是很理想。为此,本文在传统的直接电压电流双闭环控制模型的基础上,提出了采用电压电流平方双闭环控制策略来提高输出直流侧电压和输入交流侧电流的动态响应速度以及抗负载扰动能力;该控制方案还具有所需传感器数量较少、数字化实现相对简单等优点。最后,通过仿真和搭建实验平台验证了该控制模型的正确性和该控制方案的可行性。     

无刷双馈风力发电机的设计、分析与控制

无刷双馈发电机是一类具有两个交流馈电端口和一个公共机械端口的新型发电机。该类电机易于实现变速恒频运行;由于去除了传统双馈发电机中的电刷集电环,具有可靠性高、维护成本低等优点,同时便于实现有功和无功的近似解耦控制,因而被认为是最有希望取代现有双馈发电机的一种电机类型。该文介绍了现有无刷双馈发电机的基本结构与工作原理,总结了它们的共性特点和个性差异以及当前研究中存在的问题;从电机设计角度对比分析了三种主流无刷双馈发电机的功率密度和转矩密度;对其分析设计方法和控制策略进行了综述,讨论了不同无刷双馈发电机在控制上的统一性;基于对无刷双馈电机设计、建模与控制方面的研究,提出一种可以改善功率密度的新型双定子无刷双馈风力发电机结构,并就独立运行和并网运行两种不同工况提出了相应的控制策略,给出了实验结果。最后对该类电机的应用前景和发展方向进行了展望。     

船舶双馈轴带发电机的线性自抗扰并车控制

在分析了船舶双馈轴带发电系统的结构特点之后,建立了同步旋转坐标系下双馈轴带发电机的数学模型。在此基础上,提出了一种线性自抗扰并车控制方法。采用扩张状态观测器对转子电流状态方程中的不确定项进行观测并加以补偿,提高了系统的跟踪性能。为了实现无冲击并车,根据自抗扰控制的计算原理,设计了无扰切换的具体实施方法。仿真和实验结果表明,与PI控制相比,该控制方法超调量小,响应速度快,抗扰能力强,更适合应用在对可靠性要求较高的船舶领域。     

330 MW发电机无刷励磁系统运行分析

从运行人员的角度出发,紧密结合现场实际,论述了蒲电二期汽轮发电机组无刷励磁系统及其附属系统的工作原理。分析比较了发电机无刷励磁系统与传统励磁系统,结果表明,发电机无刷励磁系统运行可靠性高,技术和经济性能优越。提出了蒲电二期发电机自并励励磁系统在设计方面存在的问题：监测旋转二极管运行情况的霍尔效应传感器易发生故障;发电机的励磁电流、励磁电压难以监视等。     

新型混合励磁发电系统用无刷励磁机电磁性能分析

本文提出了新型混合励磁发电系统,它由混合励磁发电机、无刷励磁机和旋转整流器构成,其中混合励磁发电机转子由结构上独立的两部分——永磁体和电励磁组成,定子铁心沿轴向分为三段:永磁部分定子铁心、电励磁部分定子铁心以及中间部分定子铁心,其中中间部分定子铁心采用非导磁材料。新型混合励磁系统具有永磁电机高效、高功率密度的优点。本文仅针对新型混合励磁发电系统中的无刷励磁机进行分析,无刷励磁机结构与绕线式异步电机结构相似,定、转子均采用三相绕组,无刷励磁机的转子与混合励磁发电机转子同轴,转子绕组经固定在同发电机转轴上的二极管整流将交流变为直流,供给混合励磁发电机励磁。同时本文采用电磁场有限元法对无刷励磁运行机理和电磁性能进行分析,其中包括供电电源类型、定子电流特性和转矩特性等。本研究成果对掌握无刷励磁机运行特性具有重要作用。     

无刷励磁同步发电机系统仿真研究

从相复励无刷励磁系统的原理出发,建立了基于MATLAB的相复励无刷励磁同步发电机系统仿真模型,可以对无刷励磁同步发电机进行突加、减负载,并联运行等工况进行仿真实验,对工程实际中系统设计和参数整定具有很好的指导意义。     

爪极式无刷直流测速发电机

爪极式无刷直流测速发电机是一种采用电子换向测速电路工作新型无刷直流测速发电机,属于机电一体化换代产品。该电机具有可靠性高,寿命长、测速范围宽等优点。文中重论述爪极式无刷直流测速发电机及其测速电路的基本原理、结构和参数,并对其设计特点等进行了分析。     

一种同步发电机无刷励磁系统的设计

介绍一种同步发电机无刷励磁系统的设计方案,并对该励磁系统可能出现的故障原因进行了分析,提出了预防措施,其分析结果对同步发电机无刷励磁系统的设计具有普遍意义。