双绕组多相高速整流异步发电机系统的分析-中国科学.pdf

中国科学 E 辑 : 技术科学 2008 年 第 38 卷 第 11 期 : 1850 ~ 1858 SCIENCE IN CHINA PRESS 双绕组多相高速整流异步发电机系统的 分析 ①* ② 王祥珩 , 吴新振 ① 清华大学电机工程系, 北京 100084; ② 青岛大学电气工程系, 青岛 266071 * E-mail: wangxh@ 收稿日期: 2007-10-11; 接受日期: 2007-12-11 国家自然科学基金项目(批准号:资助 摘要 在分析和定量计算双绕组多相高速整流异步发电机电流谐波 关键词 和磁势谐波关系的基础上, 提出了把发电机系统分成两个子系统分别 双绕组异步发电机 进行分析计算的新思路. 对十二相功率绕组与整流负载系统采用电路 整流负载 分析方法, 用基于电路拓扑理论的回路电流法列写网络方程, 求解过程 磁势分析 回路电流法 中定步长和变步长联合使用, 解决了计算结果的稳定性问题, 得出了功 有限元法 率绕组电压、电流及其基波分量. 对定子双绕组与实心鼠笼转子系统采 优化方法 用电磁场分析方法, 电磁场有限元和多变量优化法迭代相结合求出了 控制绕组电流和定子频率. 计算结果和实验结果吻合, 说明了所提方法 的有效性和准确性. 发电模块是舰船全电力系统的重要组成部分, 多相高速整流异步发电机系统具有功率密 度高、供电品质优、机械强度好、运行可靠、维护简单、调节方便等优点, 能满足舰船独立系 统对交流发电机的要求. 同时, 异步发电机无功补偿能力差的主要缺点也可通过在电机中增 设控制绕组得以克服. 所以, 异步发电机系统已成为舰船综合电力系统发电模块的重要发展 方向. [1] [2] 目前, 多相异步电机 和异步发电机的研究成果已大量见诸于世 , 但双绕组多相高速整 流异步发电机系统是我国学者首先提出的独立电力系统发电模块[3,4], 对这种新型系统进行研 究涉及到诸多需要解决的理论问题. 与一些技术上已经相对成熟的发电机系统不同, 这种新 型异步发电机系统在结构上要复杂许多, 加之没有相应技术和经验可供参考, 也没有相应的 已有理论体系支撑, 因此需要提出合适的新分析方法. 1850 中国科学 E 辑: 技术科学 2008 年 第 38 卷 第 11 期 鉴于双绕组多相高速整流异步发电机为非线性、多回路、变拓扑结构系统, 且在绕组端并 接自激电容、整流桥直流侧连接平衡电抗器以及电路中电流能突变等因素使系统变得非常复 杂, 常规方法难以对该负载系统进行分析. 本文从磁势谐波分析出发, 提出把整个系统拆分为 两个子系统的设想, 然后再对这两个子系统分别采用电路分析方法和电磁场有限元分析方法, 而连接两个子系统则通过合适的接口变量. 论文给出分析计算结果,