一種實現同步發電機復勵特性的齒諧波線圈匝數確定方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電機技術領域。
【背景技術】
[0002] 對于具有復勵特性的諧波勵磁同步發電機，在無電壓調節器的情況下，針對不同 負載，可實現發電機輸出電壓基本保持恒定，具有廣闊的應用前景。對于電樞諧波勵磁的同 步發電機，轉子諧波繞組電動勢是由電樞諧波磁動勢作用在^上產生的諧波磁場感應得 到，在諧波繞組匝數一定時，其大小與諧波磁場或者電樞諧波磁動勢成正比。對于三次諧波 勵磁的同步發電機，直軸電樞反應磁動勢作用在凸極同步發電機的氣隙磁導上產生的三次 諧波磁通密度，其相位正好與勵磁磁動勢產生的三次諧波磁通密度相同。因此，當發電機電 樞電流增大時，三次諧波磁通密度也增大，使三次諧波繞組電動勢增加，勵磁電流增大，從 而實現發電機端電壓恒定。由此可知，電樞諧波勵磁同步發電機和三次諧波勵磁同步發電 機均具有良好的復勵特性。
[0003] 然而，對于齒諧波勵磁的同步發電機，以帶電感性負載為例，由于電樞反應的去磁 作用，合成氣隙基波磁動勢比基波勵磁磁動勢小，在磁路飽和程度不高的情況下，使得齒諧 波磁通密度也減小，在這種情況下，如何使發電機負載運行時的轉子齒諧波電動勢比空載 時還要大，是實現其復勵特性的關鍵。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提出一種實現同步發電機復勵特性的齒諧波線圈匝數確定方法。 本發明通過合理布置每極下齒諧波線圈的匝數，使齒諧波繞組電動勢能夠隨著發電機負載 電流的變化而自動改變，以保持發電機輸出電壓恒定。
[0005] 本發明是通過以下技術方案實現的。
[0006] 根據發電機的額定數據及性能指標等設計要求，確定勵磁繞組匝數；按照單匝齒 諧波線圈感應電動勢最大的原則，選擇合適的齒諧波繞組節距，確定每極齒諧波線圈個數 n ;以保持發電機端電壓恒定為目標，確定從空載到額定負載間n個不同工況的勵磁電流； 計算從空載到額定負載間n個不同工況時每極下每個齒諧波線圈的單匝感應電動勢；根據 齒諧波勵磁系統等效電路，以及空載到額定負載間n個不同工況下保持發電機端電壓恒定 所需的勵磁電流，計算每極下每個齒諧波線圈匝數。
[0007] 本發明包括以下步驟：
[0008] (1)確定勵磁繞組匝數：根據發電機的額定數據及性能指標等設計要求，確定勵 磁繞組匝數；
[0009] (2)確定每極齒諧波線圈個數n :按照單匝齒諧波線圈感應電動勢最大的原則，選 擇合適的齒諧波繞組節距，確定每極齒諧波線圈個數n ;
[0010] (3)計算n個不同工況下的勵磁電流：將空載到額定負載分成n個工況，計算不同 工況下保持發電機端電壓恒定所需的勵磁電流I fd= [I fdlIfd2…Ifdn]T;
[0011] (4)計算每極下每個齒諧波線圈單匝感應電動勢：由于轉子結構的對稱性，每極 下處于相同位置的單匝齒諧波線圈感應電動勢相等，只需計算一個磁極下每個齒諧波線圈 在空載到額定負載n個不同工況下的單匝感應電動勢，用矩陣表示為：
【主權項】
1. 一種實現同步發電機復勵特性的齒諧波線圈匝數確定方法，其特征在于包括以下步 驟： (1) 確定勵磁繞組匝數：根據發電機的額定數據及性能指標等設計要求，確定勵磁繞 組匝數； (2) 確定每極齒諧波線圈個數η :按照單匝齒諧波線圈感應電動勢最大的原則，選擇齒 諧波繞組節距，確定每極齒諧波線圈個數η ; (3) 計算η個不同工況下的勵磁電流：將空載到額定負載分成η個工況，計算不同工況 下保持發電機端電壓恒定所需的勵磁電流Ifd= [Ifdl Ifd2…Ifdn]T; (4) 計算每極下每個齒諧波線圈單匝感應電動勢：由于轉子結構的對稱性，每極下處 于相同位置的單匝齒諧波線圈感應電動勢相等，只需計算一個磁極下每個齒諧波線圈在空 載到額定負載η個不同工況下的單匝感應電動勢，用矩陣表示為：
(5) 計算每極下每個齒諧波線圈匝數：根據齒諧波勵磁系統等效電路，以及空載到額 定負載η個不同工況下保持發電機端電壓恒定所需的勵磁電流I fd= [Ifdl Ifd2…Ifdn]T，建 立代數方程： EtNt= kl fd
對其求解得到每極下每個齒諧波線圈匝數。 式中：Nt= [Nti Nt2…NJT為每極下齒諧波線圈匝數向量；系數 為基波極對數，kd為整流系數，與整流橋的類型有關，R' t= ktXt為齒諧波繞組電抗折算到 直流側的等效電阻，kt為換相電抗系數，與整流橋的類型有關，X t為齒諧波繞組電抗，R fd為 勵磁繞組電阻。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征是所述的同步發電機為齒諧波勵磁的電勵磁同 步發電機、或者齒諧波勵磁的混合勵磁同步發電機。
【專利摘要】一種實現同步發電機復勵特性的齒諧波線圈匝數確定方法，包括步驟：根據發電機的額定數據及性能指標等設計要求，確定勵磁繞組匝數；按照單匝齒諧波線圈感應電動勢最大的原則，選擇合適的齒諧波繞組節距，確定每極齒諧波線圈個數n；以保持端電壓恒定為目標，確定從空載到額定負載n個不同工況的勵磁電流；計算從空載到額定負載n個不同工況時每極下每個齒諧波線圈的單匝感應電動勢；根據齒諧波勵磁系統等效電路，以及空載到額定負載n個不同工況下保持發電機端電壓恒定所需的勵磁電流，建立求解模型，計算每極下每個齒諧波線圈匝數。本發明具有物理概念清楚，計算簡單等優點，以及很強的實際應用價值。
【IPC分類】H02P9-36
【公開號】CN104682800
【申請號】CN201510050912
【發明人】夏永洪, 劉俊波, 徐波, 吳虹劍, 黃劭剛
【申請人】南昌大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月2日