西莫论坛研讨会第十五期——无刷同步发电机的设计特点

wayne

标准答案 发表于 2017-6-29 22:20
非常感谢您的参与和补充，的确关于发电机的转速不同国家电网频率有50Hz和60Hz之分，相应的同步转速也不相 ...

非常期待李老师好好讲讲AVR，前段时间有所涉猎

标准答案

wayne 发表于 2017-6-29 22:24
非常期待李老师好好讲讲AVR，前段时间有所涉猎

AVR的确是中小型无刷同步发电机最具亮点的地方，所以要重点讨论。

yuya

wpl1988 发表于 2017-6-29 22:06
请教各位版主几个问题，可能很基础，还请诸位不吝赐教啊
1、对于电励磁同步发电机，励磁机消耗的功率与主 ...

你好，我对电励磁发电机的理解也比较肤浅，所以这些回答也仅作为参考。

1、对于电励磁同步发电机，励磁机消耗的功率与主发电机的功率之间大概是个什么样的比例关系？
这个比例应该是和发电机功率相关的。我不太方便透露以前的项目数据，不过可以简单说明一下，我参与的十几兆瓦电机设计项目，如果我没有记错的话额定点转子励磁电流大概是700A左右（不保证数据准确）。

2、对于稳定工作的电励磁发电机，进入主发电机励磁绕组的有功电功率是不是主要消耗在绕组电阻上了？
因为根据同步电机磁场的特点，站在主发电机转子上看，整个电机内部磁场就是静止的，也即励磁绕组是不会进行机电能量转换的了？
励磁绕组的作用就是提供转子励磁，转子磁场会在定子线圈中感应出反电动势，从而产生无功和有功功率。
当然励磁电流本身是会引起铜损的。

3、承接问题2，在不同稳态工作点上，这个励磁电功率（进入主发电机励磁绕组的有功电功率）会发生明显变化么？
励磁电流会变的。改变工作点可能需要同时调节励磁电流、负载角和定子电流。

4、承接问题3，如果在动态过程中，例如在电机启动阶段，这个励磁功率（进入主发电机励磁绕组的有功电功率）又回有什么显著的变化么？
启动阶段励磁电流是上下波动的，不过不同起动方法情况不一样的。
不过启动瞬态是一个复杂的问题。

如有不对也请指正。

xiaolu2

各位大侠，我在计算发电机的电压谐波含量时，用ansoft的FFT功能，发现计算结果比测试值大许多，这是什么原因造成的？仿真的模型和实物是一样的。有什么方法可以让仿真的数据和测试数据接近呢？请各位指点一二。

xiaolu2

标准答案 发表于 2017-6-29 20:44
接下来就言归正传，讲一讲中小型无刷同步发电机的设计特点。声明一下：无刷同步电机作为一种电机，必 ...

版主，对你所说的阻尼绕组节距超过0.8-0.9和1.1-1.2的范围导致电压波形畸变严重，仿真也会这样吗？如果不一样，是什么原因造成仿真这么大的差距呢？怎么解决仿真的问题的呢？

wpl1988

yuya 发表于 2017-6-29 22:49
你好，我对电励磁发电机的理解也比较肤浅，所以这些回答也仅作为参考。

1、对于电励磁同步发电机，励 ...

首先，感谢您的及时解答
关于您回答的内容还有些疑问，希望您能给予进一步的说明和指导啊
在帖子中，您提到：
“启动阶段励磁电流是上下波动的，不过不同起动方法情况不一样的”
关于这个上下波动，是由于电机运行状态本身引起的？那么这个原因是什么呢？
或者说这个上下波动是人为控制的结果么？那么为什么这样控制，有什么好处么？
另外，不知您是否方便提供一些关于这个问题的资料呢，或者说关于这个问题应该以什么关键字找资料呢？
问题可能问的有点多，希望您见谅啊
再次感谢您的及时回复

y1949b

不是专门搞这个的  ，所以提起的问题比较肤浅，请见谅。

1.对于接整流负载的无刷励磁发电机，与直接挂网的无刷励磁发电机，如何考虑因为负载不同而进行电机电磁设计时的差别?
2.承接上文，对于整流负载的 无刷励磁同步发电机，功率因数达到工程级的应用是如何计算的？（即使不接整流负载，其实无刷励磁发电机的励磁机也有这个功率因数计算的 问题），个人觉得似乎理论分析搞了不少，又是换相电抗的计算（个人觉得，这个要准确计算，还是蛮难的），又是换相重叠交的迭代之类，但整套的工程级的应用的计算“程序”/公式还是 何友观《中小型同步发电机励磁系统的分析与设计》，还是迭代换相重叠角？ 有其它更为准确的方法吗？3.无刷发电机的励磁机极数与主发之间的极数的匹配问题。
4.还有之前跟您多次请教的  主发阻尼笼，励磁机阻尼笼，是否加，利弊的问题。
5.拓展下  ，其实觉得 接LCI变频器的电动机也能否说说，设计时的考虑 。




非常感谢李版主的耐心指导!再次感谢。

标准答案

xiaolu2 发表于 2017-6-30 08:10
版主，对你所说的阻尼绕组节距超过0.8-0.9和1.1-1.2的范围导致电压波形畸变严重，仿真也会这样吗？如果不 ...

是的，当阻尼绕组槽距不合适时，仿真结果也表明空载电压波形畸变率很高，与实测结果是非常吻合的。至于你说的仿真与试验结果不符的问题，个人觉得无非是建模不准确、边界条件及加载问题、材料属性设置问题、计算步长问题等。我对软件不太在行，欢迎仿真的大侠们给以答复。

标准答案

wpl1988 发表于 2017-6-29 22:06
请教各位版主几个问题，可能很基础，还请诸位不吝赐教啊
1、对于电励磁同步发电机，励磁机消耗的功率与主 ...

简要回答一下你的问题。
1、对于电励磁同步发电机，励磁机消耗的功率与主发电机的功率之间大概是个什么样的比例关系？

答：这个问题提的有些模糊，我可以理解为主机的励磁功率（即主机转子的铜耗）与主发电机的输出功率之间的大概比例关系；也可以理解为励磁机本身的损耗与主发电机的输出功率之间的大概比例关系。如果是前者，在额定负载情况下，主机的励磁功率（即主机转子的铜耗）约占发电机的输出功率的2%左右。也可以这样估算，满载运行时电机的总损耗中，定子铜耗、转子铜耗和空载损耗基本各占1/3左右，其中转子铜耗可能要略多一些，这样的设计是比较合理的。如果你问的意思是后者，那励磁机的效率约为85%~90%左右，根据前者的回答，励磁机的输出约为发电机的输出功率的2%左右，可以算出励磁机的输出，再根据励磁机效率就可大概估算出励磁机的损耗。约占发电机总输出的0.2%左右。不论是哪种情况，以上数据都是一个不太离谱的大概数据，根据具体电机设计的不同和负载工况的不同会有一些差别。

2、对于稳定工作的电励磁发电机，进入主发电机励磁绕组的有功电功率是不是主要消耗在绕组电阻上了？
因为根据同步电机磁场的特点，站在主发电机转子上看，整个电机内部磁场就是静止的，也即励磁绕组是不会进行机电能量转换的了？

答：你的理解完全正确！进入主发电机励磁绕组的有功电功率基本上就是转子绕组的铜耗，如果说还有其他的，那就是包括极少量的可以忽略不计的部分杂散损耗。

3、承接问题2，在不同稳态工作点上，这个励磁电功率（进入主发电机励磁绕组的有功电功率）会发生明显变化么？

答：会的，不同的负载工况励磁电流有很大的不同，所以励磁功率也变化很大。特别是短路比很小的电机，励磁电流随负载的变化会更大。

4、承接问题3，如果在动态过程中，例如在电机启动阶段，这个励磁功率（进入主发电机励磁绕组的有功电功率）又回有什么显著的变化么？

答：这个问题问得很专业，而且很有深度！瞬态过程中，进入主发电机励磁绕组的有功电功率还真就不等于励磁绕组的铜耗了！当励磁电流发生变化时，除了励磁绕组的铜耗会随之变化，还有就是励磁绕组的磁链发生变化，从而引起磁场储能的变化，此时会在发电机定子上感应出变压器性质的感应电势，如果定子带有负载，会有一部分能量通过定转子的互感像变压器一样输出给负载，另外磁场储能的变化也来自输入到励磁绕组的有功电功率，即这部分电功率一部分作为磁场能量储存在了气隙中。以您说的电机“启动”过程为例，其实对发电机不存在“启动”问题，原动机拖着发电机旋转就启动了！我想你可能是说空载建压过程，空载建压其实就是气隙磁场从0逐步增加到额定电压所需的磁场，在这个过程中，励磁绕组内的电流从0逐步增加到某一个固定值（空载电流），对于一个电感线圈，当其中电流发生变化时，就会有自感电动势的存在，此时线圈的电压平衡方程就是u=Ldi/dt+iR=e+iR，功率方程为ui=ei+i^2*R，可见输入到主发电机励磁绕组的有功电功率（ui）一部分被绕组电阻所消耗（i^2*R），另一部分转化成了磁场储能（ei）。

标准答案

y1949b 发表于 2017-7-3 14:29
不是专门搞这个的  ，所以提起的问题比较肤浅，请见谅。

1.对于接整流负载的无刷励磁发电机，与直接挂网 ...

你提的问题不但不肤浅，而且相当有深度，关于无刷同步发电机带整流负载的事也是我非常关注的，我将在后续的研讨论述中专门就这一问题进行探讨，当然我说的也不一定对，还希望这方面大侠们就此问题深入研讨。

标准答案

wpl1988 发表于 2017-6-29 22:10
突然想起来，这种给主发电机励磁绕组供电的方式是不是也可也叫做无接触供电呢？
目测最近论坛里 ...

用交流励磁机给主机供电的方式还真不能叫“无接触供电”，因为它们有接触，只能叫“无刷”或“无滑动电接触”供电。
至于你说的“无接触供电”，我想可能是另一种感应供电的方式，我也的确看到过类似的无刷同步发电机，它的励磁机不是我们平常说的转枢式交流励磁机，而是一个类似高频的旋转变压器，励磁功率主要通过变压器原理，感应到转子上，以实现无刷，有这方面经验的同学们不妨也出来交流一下！

wpl1988

标准答案 发表于 2017-7-3 23:08
简要回答一下你的问题。
1、对于电励磁同步发电机，励磁机消耗的功率与主发电机的功率之间大概是个什么 ...

多谢队长细致的解答、回复，受教了

xiaolu2

yuya 发表于 2017-6-29 21:22
我也说说曾经接触过的同步发电机研发项目。
第一个项目是我在北欧某著名电气公司工作时参与的，十几兆瓦的 ...

你好，看到你说的飞机上的发电机来起动很感兴趣，启动的时候励磁机采用三相励磁还是单相励磁呢？

标准答案

研讨内容已更新，欢迎大侠们踊跃参与研讨！

ljc819514

标准答案 发表于 2017-6-29 20:49
关于励磁机的设计
      同轴带交流励磁机是无刷同步发电机的突出特点。励磁机的合理设计是无刷同步发电机 ...

版主梳理的非常好，感谢不吝分享。也请版主附上相关参考文献，授人以鱼不如授人以渔，谢谢！

ljc819514

yuya 发表于 2017-6-29 21:22
我也说说曾经接触过的同步发电机研发项目。
第一个项目是我在北欧某著名电气公司工作时参与的，十几兆瓦的 ...

航空发电机（有刷直流、特殊的无刷电机除外）与民用发电机类似，为了实现无刷化，也是三级式结构（PMG+励磁机+主电机）。目前来说，以B787飞机的主电源用发电机功率最大，达到250KVA，共4台，而且是起动发电机。另外还有2台225KVA的ASG，这6台电机均是Hamilton Sundstrand供应的。不知您提到的北美100kW ASG是否也是该单位为APU起动发电系统研究的？

yuya

ljc819514 发表于 2017-7-8 11:05
航空发电机（有刷直流、特殊的无刷电机除外）与民用发电机类似，为了实现无刷化，也是三级式结构（PMG+励 ...

不是，是北美的公司。B787是多电系统了吧。多多交流！

lzemg007

标准答案 发表于 2017-7-3 23:24
用交流励磁机给主机供电的方式还真不能叫“无接触供电”，因为它们有接触，只能叫“无刷”或“无滑动电 ...

是的，ABB船用2.5MW发电机就是使用感应旋转变压器的方式提供励磁电流

yuya

xiaolu2 发表于 2017-7-7 17:22
你好，看到你说的飞机上的发电机来起动很感兴趣，启动的时候励磁机采用三相励磁还是单相励磁呢？

你好，是单相励磁！

masa

ljc819514 发表于 2017-7-8 11:05
航空发电机（有刷直流、特殊的无刷电机除外）与民用发电机类似，为了实现无刷化，也是三级式结构（PMG+励 ...

大神是商飞的？？？