西莫论坛研讨会第十五期——无刷同步发电机的设计特点

ljc819514

masa 发表于 2017-7-16 10:11
大神是商飞的？？？

你好我南航的，但我们与商飞有合作

lilybunny

默默的拷贝走学习一下

mfkfnaps

发电机没搞过，跟队长学习，受益良多！

waitingbary

老师您好，您关于西莫论坛研讨会第十五期——无刷同步发电机的设计特点中的 无刷励磁机部分讲的非常好，但我想系统的学习一下，请问您可否推荐一些关于无刷励磁机方面的书籍或者资料？非常感谢！

zhang948910275

跟队长学习，受益良多！

yupoo

终于找到点和自己离得比较近的话题了：推荐两本书 水轮发电机设计 作者白延年， 和大型汽轮发电机的设计与运行 汪耕

yupoo

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 ...

阻尼部分，我还是计较熟悉的。
阻尼系统的设计 要符合国标对同步发电机的不对称运行能力的规定，要对同步发电机不对称运行时阻尼绕组的温升进行计算（凸极同步发电机）, 包括瞬态和稳态情况下的。
隐极同步发电机的负序能力国家 也有相关的标准，也要进行相关的核算。注意凸极和隐极的标准是不一样的
另外，阻尼系统对水轮发电机的空载电压波形畸变率是有影响的，有时电压波形不达标的时候，也可以通过阻尼系统的优化（偏转，调整阻尼条截距等措施）进行优化。
有关具体尺寸的计算，参考 水轮发电机设计 白延年 哈尔滨大电机研究所；

补刀杰克

厉害厉害厉害厉害厉害厉害厉害厉害厉害厉害厉害厉害厉害厉害厉害厉害厉害厉害厉害厉害

masa

标准答案 发表于 2017-6-29 20:52
了解了同步发电机对励磁电源的要求，我们就可设法设计励磁电源了，对中小型无刷同步发电机而言，常见的 ...

试想如果能够找到这样一个交流电源（如下图）：其输出电流由两个分量迭加组成，一个分量正比于端电压，另一个分量正比于负载电流，且二者有90°-φ的相位差。
这里面
交流电源经过整流为励磁机提供能量，那也就是直流电能了，那与交流电源的分量还有关系吗

liys

对于无刷励磁同步发电机，除了常规的电磁计算，包括主发电机、励磁机，副励磁机的电磁计算外，AVR的设计中，大家有没有关注过AVR+发电机组的动态响应问题？如突加负载、突卸负载时电压恢复时间，如何计算？这个问题对并网运行的发电机没有太大意义，但对独立运行的发电机而言，还是很有意义的。

liys

现在柴油发电机的国家标准规定此类电压恢复时间约3~5秒，通常柴油机的响应时间常数（机械）比发电机的电磁时间常数要长得多，但独立计算发电机本身（包括主发电机+励磁机+旋转整流器+副励磁机+AVR）的电压恢复时间常数还是很有意义的。

标准答案

masa 发表于 2017-8-6 11:13
试想如果能够找到这样一个交流电源（如下图）：其输出电流由两个分量迭加组成，一个分量正比于端电压，另 ...

电机在负载情况下所需要的转子电流就是根据同步电机的时空矢量图得出的，按照时空矢量图计算出来的转子电流大小就是两个分量以90-fhi的相位差做矢量和，矢量和的大小就是转子绕组内所需要的直流电流的大小，其空间相位是由转子位置决定，因此其空间相位不用励磁电源来“操心”，励磁电源只需要准备那么大小的直流电流通入转子励磁绕组即可。这个直流电流如何得到？有很多方法，可以用一个稳恒的蓄电池加一个控制器来实现，这个控制器的控制算法应该是根据检测到的端电压乘以一个系数得到与电压成正比的一个值，再根据检测到的负载电流乘以一个系数得到与电流成正比的一个值，然后将这两个值分别作为一个平行四边形的两个邻边，再根据检测到的端电压与电流的相位差fhi计算出90-fhi，并把90-fhi作为平行四边形两个邻边的之间的夹角，再计算这个平行四边形的对角线的大小，将这个对角线大小作为给定值去控制蓄电池的输出电流，通入转子绕组就恰恰好是电机所需要的直流励磁电流。说了这么多，其实就是用软件实现两个励磁分量的以90-fhi的夹角计算出励磁电流的大小并控制电源达到这个值。同理我们也可以用模拟电路的硬件来实现这个值，相复励电源就是利用硬件来实现这一目的的很好的电路，其原理就是你提到的那个帖子，先用交流电路的相位关系得到一个交流的励磁电流的大小，然后一整流就是所需要的直流励磁电流。这里我们只关心得到的直流电流大小是不是电机所需要的励磁电流大小，至于转子磁势的相位让电机自己去操心好了。

masa

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？

我看文献里面787起动是三相转两相励磁

masa

标准答案 发表于 2017-8-16 22:17
电机在负载情况下所需要的转子电流就是根据同步电机的时空矢量图得出的，按照时空矢量图计算出来的转子电 ...

我们做的是用永磁机发电整流作为励磁电源，整流出来加开关管通过励磁电压实时调节励磁电流
那么，相位那块是什么原理呢，电机转子一直在转。。。

masa

liys 发表于 2017-8-8 08:57
现在柴油发电机的国家标准规定此类电压恢复时间约3~5秒，通常柴油机的响应时间常数（机械）比发电机的电磁 ...

跟阻抗神马的有关系吧，坐等李老师标准答案

标准答案

masa 发表于 2017-8-18 11:24
我们做的是用永磁机发电整流作为励磁电源，整流出来加开关管通过励磁电压实时调节励磁电流
那么，相位那 ...

这就是永磁副励磁机作为励磁电源的情况。其AVR通常是用串联斩波式。至于控制策略可以有很多，其中也可以用我52楼说的控制策略作为内环去控制进行粗调，然后再根据端电压的作为外环进行精调。也可以直接用端电压取样与给定值进行比较去进行PI调节。也可以采用查表的方法，提前把负载电流、功率因数、端电压的大小与励磁电流的需求以多元函数或列表的形式存入AVR中，然后根据电压电流传感器的采样信号去查表得到励磁电流给定值，其实这个函数就是我前面讲的那个时空矢量图。。。
无论采用什么控制策略和控制算法，最终控制输出的励磁电流大小都应该等于时空矢量图中转子电流矢量的大小，只有这样才能满足同步电机在相应负载下的励磁需求，如果不与之相等，就不会带到那样的负载。采用不同的控制策略和算法只是达到那个最终值所需要的动态过程不同，有的控制策略动态响应快，有的慢而已。理论和实践都表明，采用相复励作为励磁电源较之其他励磁电源具有突出的动态响应品质，正所谓条条大路通罗马，目标是一致的，实现的路径不同而已。

标准答案

liys 发表于 2017-8-8 08:49
对于无刷励磁同步发电机，除了常规的电磁计算，包括主发电机、励磁机，副励磁机的电磁计算外，AVR的设计中 ...

同步电机输出的动态响应的确是个非常重要的性能。无刷同步电机由于存在旋转整流器、励磁机等部件，与有刷同步电机比，动态响应性能具有劣势。
无刷同步电机在突加负载、突卸负载时电压恢复时间与以下因素有关：原动机的转速降及回复时间、励磁电源的种类及性能参数（如顶值电压倍数等）、AVR的PI参数、励磁机定子线圈的时间常数、励磁机转子绕组的时间常数、旋转整流器的时间常数、主机转子绕组时间常数、主机定子绕组时间常数、突加突卸负载的时间点等等，这些时间常数都与电机相应各绕组的阻抗参数有关，每个因素的影响都不是简单的耦合关系，因此要想用一个或几个简单的公式准确计算响应时间是不现实的，也不可能准确，只有进行系统仿真和试验得到响应特性。但我们应该定性地知道这些影响因素与动态性能的关系，如顶值电压倍数高恢复时间就短、AVR的PI参数中I越大恢复越慢、各绕组时间常数越大恢复越慢，因此为了提高动态性能，励磁机设计极数较多、相复励电源比其他励磁电源动态性能好等等。

wpl1988

首先感谢标准答案的精彩讲解，在研读您写的内容，发现有个地方您描述的是不是不太严谨
在6楼1-（2）的讲述中您提到：
“在主机负载大范围变化时，主机所需的励磁电流也会大范围变化，而主机励磁绕组为一固定的电阻性负载，因此当励磁电流变化时，励磁电压也会随之大范围变化，这就意味着励磁机的工作点，不仅电流会大范围变化，而且输出电压也会大范围变化。造成励磁机磁路饱和程度会随之大幅变化。”
我的理解，主机励磁绕组应该也是一个阻感负载，当电机处在动态过程时，这一电感对主机性能的影响将尤为明显。
对于电励磁发电机的主机，当发生最严重的电枢绕组三相短路时，若要限制故障的影响，需要尽快切断励磁电流，达到气隙磁场“灭磁”的目的，比较传统的方法有非线灭磁电阻等，也有通过外电路直接向励磁绕组施加反压，快速抽取励磁电流的方法
这些故障处理措施的建立都需要考虑主机励磁电感的大小问题，对于这种无刷同步发电机，即使功率较小，是否也应该存在类似的问题？
个人理解，不对的地方还请标准答案多多指教

标准答案

wpl1988 发表于 2017-8-21 15:23
首先感谢标准答案的精彩讲解，在研读您写的内容，发现有个地方您描述的是不是不太严谨
在6楼1-（2）的讲述 ...

非常感谢您的关注和指正，您提问题没错主机励磁绕组除了电阻以外还有电感问题，我那部分阐述主要是在说励磁机设计时的工作点问题，指的是稳态条件下，此时只有电阻起作用，只有在动态过程中才考虑电感的影响。如突加、突卸负载、突然短路等情况必须同时考虑电感和电阻。这里有个动态响应问题。值得一提的是励磁绕组的电感在不同状态下也是不同的，定子开路时励磁绕组的电感与定子短路时的励磁绕组电感有很大的差别，定子短路时的励磁绕组电感主要是转子漏感性质，比较小，因此在突然短路时励磁绕组的时间常数很小，动态响应时间较短。定子开路时励磁绕组的电感是主电感性质，比较大，因此这种状态的时间常数也很大，发电机建压过程是在定子开路状态，因此励磁绕组中短路上升的速度会比较慢，建压速度也会很慢。

wpl1988

感谢您的及时解答
在您的解答中，提到“定子开路时励磁绕组的电感与定子短路时的励磁绕组电感有很大的差别，定子短路时的励磁绕组电感主要是转子漏感性质，比较小，因此在突然短路时励磁绕组的时间常数很小，动态响应时间较短。"
请问关于上述说明您能不能提供更详细的理论分析方面的资料，或者哪本书里面会有较全面的说明，烦请您分享一下书名,谢谢