突加励磁过程的理论分析及对发电机的影响.doc

在消磁电源用无刷励磁同步发电机整流系统中,为满足消磁电流波形的要求,发电机需要工作在特殊工况,即在1s内完成负载电压的建立与消除。对此,可以通过控制励磁达到。为了设计有效的励磁控制规律,有必要对无刷励磁同步发电机整流系统突加/突卸励磁时的过渡过程作出具体的分析。本文根据基本电机过渡过程理论,对无刷励磁同步发电机整流系统突加/突卸励磁时,负载电流的上升和下降时间进行了理论分析,找到了决定这两个时间的主导时间常数,并建立了相应的仿真模型,对这两个过程进行了仿真研究。按照理论与仿真分析实际,搭接了实验线路,得到了实验结果。最终的仿真结果与理论分析吻合良好,实验波形所反映的变化趋势亦与仿真及理论分析结果较为符合。 ,可以先忽略励磁机。对于直流侧负载,因为其电抗相对于电阻而言很小,可忽略不计。因此,可把直流侧负载看成电阻形式,并将其折算到交流侧,看作定子绕组电阻的一部分,运用如下的等效公式:R′=。r是发电机定子绕组电阻:r′=r+R′。可见,此时的发电机相当于运行在定子绕组三相对称短路状态。 ,并根据短路的端口条件,可以对系统的运行特性进行数学推导,但得到的结果无法体现参数之间的关系,因此只有寻求其他方法。应该指出的是,负载电流的完整表达式并不是我们必需的,我们关注的只是负载电流变化的过渡过程时间。要求过渡过程时间,只需知道负载电流变化的主导时间常数就够了,3~5倍(95%~98%稳态值)的主导时间常数的值就是过渡过程时间。为此,有必要分析一下突加励磁时,负载电流变化的物理过程。假设电机没有阻尼绕组,在励磁绕组上突加励磁电压后,在励磁绕组中将会产生非周期电流,此非周期电流将引起定子绕组及转子绕组中磁链的突变。我们知道无源闭合电路有保持其磁链不变的性质,因此为了保持定子、转子回路的磁链不变,定子绕组及转子绕组内将产生非周期电流。由于转子以同步转速转动,转子绕组中的非周期电流还会在定子绕组中引起具有基波频率的交流电流。同样,定子绕组中的非周期电流也会在转子绕组中引起具有基波频率的交流电流。同时,由于转子是不对称的,转子绕组中的基频交流电流所产生的磁场可分为两个分别与转子转向相同及相反的旋转磁场,后者将在定子中引起二次谐波电流。定子电流的非周期电流分量及二次谐波电流分量将以时间常数Ta衰减至零,基波电流分量将以时间常数Td′(Tq′)衰减至其稳态值,且Td′与Tq′是相等的。我们知道,实际电机的阻尼绕组电阻往往较励磁绕组电阻要大得多。因此,阻尼绕组中非周期电流分量的衰减要比励磁绕组中非周期电流的衰减快得多。阻尼绕组中非周期电流分量的衰减时间常数为Td″(Tq″).如前所述,励磁绕组非周期电流的衰减时间常数为Td′(Tq′).同时,Ta与Td′相比也小得多,大约只有额定频率的一周左右。因此,尽管在有阻尼绕组的情况下,负载电流的衰减将由5个时间常数Td″、Tq″、Td′、Tq′、Ta共同决定,但真正对上升时间起决定作用的将是Td′(Tq′). 我们可以通过求解id(iq)的表达式的特征方程得到Td′的表达式:Td′=Td0r2+xd′xqr2+,设其时间常数为T,那么上升沿时间ts可记为ts=