1、,感谢各位老师光临！,工程硕士学位 论文答辩会,同步发电机带整流负载的系统分析,研究生： 导 师：,课题的研究背景,1990年,工厂以许可证方式从德国西门子公司引进了1FC6、1FJ6及1FR6系列无刷恒压三相同步交流发电机产品，十多年来，经过消化吸收，产品已广泛应用于舰船电力推进、铁路、石油、煤矿钻探、邮电通讯、电站励磁等领域。,随着电力电子技术的飞速发展以及大功率电力传动系统的广泛应用，对大功率直流电源的需求也越来越多，作为独立直流电源的传统形式的换向器式直流发电机，由于受换向问题的限制以及其结构复杂、维护工作量大等缺点,逐步被带桥式整流输出的交流同步发电机所替代。,因此，在许多需要独立直
2、流电源的场所, 已广泛采用整流输出的交流同步发电机来替代换向器式的直流发电机，构成同步发电机整流供电系统。越来越多的用户对我厂的发电机提出了满足整流供电系统的要求。,课题的目的和意义,如前所述,由于直流输电系统使得大型电站主发电机处于带整流负载的运行方式。负载性质的变化给同步发电机的设计提出了新的课题。传统的交流同步发电机设计主要针对线性的对称交流负载，而整流负载是非线性的，电机运行也处于不对称运行状态这一特殊工况。,因此，传统的某些电机设计方法、计算公式已不再适用于这些特殊工况，否则将导致计算误差增大，甚至会导致错误的计算结果。因此系统地分析研究同步发电机带整流负载的运行工况，有针对性地对该
3、工况下的同步发电机进行专门设计非常必要。,课题的主要内容,1介绍了同步发电系统的结构与原理设计。2系统地描述了同步发电系统的分析方法、组成与运行工况，并列写出其有关状态方程。3利用ANSOFT MAXWELL 2D软件建立该系统的有限元模型。4用有限元瞬态分析软件分析了带不同整流负载时对同步发电机的影响。5最后分析了带整流负载同步发电机的设计特点。,1 同步发电系统的组成 及其设计,系统组成,系统由三相无刷交流同步发电机、整流桥、负载三部分组成，系统图如图一所示，下面分别介绍每部分的组成及其设计,图一 系统连接图,1.1 三相无刷同步发电机,电机结构,主发电机旋转整流装置交流励磁机励磁系统,原
4、理,设计,主发电机,除考虑主发电机有关额定参数的设计外，还应根据负载形式来考虑。,整流装置,旋转整流元件的电气参数的选择，既要考虑稳态运行的工况，也要考虑发电机突然短路、起动异步电动机等工况对整流管的强励要求,交流励磁机,考虑交流励磁机的负载为整流负载，其输出直接馈电给具有大电感的主机磁场绕组，同时要满足主发电机的最大强励要求,1.2 整流桥及其负载的设计,整流桥及其负载形式可设计为： (1)三相全控整流桥，直流侧带电阻负载、电感负载或直流电动机负载等； (2)三相半控整流桥，直流侧带电阻负载、电感负载负载或直流电动机负载等； (3)三相不可控整流桥，直流侧带电阻负载、电感负载负载或直流电动机
5、负载等；,2 基于ANSOFT电机电磁场有限元软件的仿真,当电机电磁场基于路的分析时，电机的计算可以用ANSOFT RMxprt软件；本文完全是基于电磁场的分析方法，在Maxwell 2D 瞬态场下直接建模仿真。直观清晰地看到同步发电机带整流负载后发电机的有关性能变化。,2.1Maxwell 2D 瞬态磁场计算,发电机有限元模型： 本文中发电机的主要参数为： 容量5MW、电压10500V、极数14、功率因数 0.8（滞后） 发电机的有限元模型见图二,图二 发电机的有限元模型,在同步发电机有限元模型的基础上，同步发电机带线性负载的系统电路图：,经过计算后同步发电机带普通线性负载后 有关性能图形,
6、同步发电机带线性负载后相电流波形,同步发电机带线性负载后相电压波形,发电机磁场分布图,发电机转矩及磁通变化图,在同步发电机有限元模型的基础上，同步发电机带非线性不可控整流负载的 系统电路图：,发电机磁场分布图,同步发电机带不可控整流非线性负载交流侧相电压波形,同步发电机带不可控整流负载三相交流侧B相电压波形,发电机转矩及磁通变化图,在同步发电机有限元模型的基础上，同步发电机带非线性半可控整流负载的系统电路图：,发电机磁场分布图,同步发电机带半可控整流非线性负载三相交流侧B相电流波形,同步发电机带半可控非线性整流负载交流侧相电流波形,同步发电机带半可控非线性整流负载 交流侧相电压波形,发电机转矩
7、及磁通变化图,在同步发电机有限元模型的基础上， 同步发电机带非线性半可控整流桥及反电势负载的系统电路图：,发电机磁场分布图,同步发电机带半可控非线性整流反电势负载交流侧相电流波形,同步发电机带半可控非线性整流负载 交流侧相电压波形,发电机转矩及磁通变化图,励磁改变后的性能,在同步发电机有限元模型的基础上，选取同步发电机带非线性半可控整流负载运行工况，0.06S时刻突加整流负载，之前为空载，励磁为空载励磁电流直至0.1S，0.1S后励磁电流改变为额定励磁电流，此时，通过仿真软件更能清晰地看到电机满载时电机性能的变化。为了使电机磁路不至于局部过饱和以及发热过高，电机必须降容量使用。其性能如下：,发
8、电机磁场分布图,同步发电机带半可控非线性整流反电势负载交流侧相电流波形,同步发电机带半可控非线性整流负载 交流侧相电压波形,发电机转矩及磁通变化图,2.2各种同步整流供电系统下的 波形分析,通过上述模型在电磁场软件的仿真分析与对比，使人们能清晰直观地看到同步整流供电系统中带非线性整流负载的同步发电机的一些性能变化，给系统中部件的设计及选型具有一定的科学的指导意义。下面将从几方面说明：,电机性能的变化,由于整流器导通与截止的这种固有的非线性工作特性，使得同步发电机带整流负载后的性能与带线性正弦性负载相比均发生了明显变化，如：前面分析的相电压、相电流、磁场分布、磁通与转矩等。发电机的电压品质变差，
9、电压畸变厉害，这将要求电机的绝缘提高，同时电流的畸变使得电机温升增高，这,均要求电机设计时发热参数要降低，如电密等。从而表明同步发电机的带载能力下降 。据有关文献说明发电机带非线性负载的能力，对于六脉冲转换负载，可带85%的额定负载，对于12、18、24脉冲转换的负载，可带90%额定负载。另外同步发电机带整流负载后也容易引起电机运行的不稳定。,改善电机性能的措施,为了改善发电机的供电品质及稳定性，有关文献对此有专门的研究。提出合理的设置阻尼绕组，并在隐极转子上设置交轴短路绕组方案来提高系统稳定性。同时系统回路中也可以设置一些谐波滤波吸收装置，以改善电机的供电品质，提高发电机的电磁兼容性。我厂电
10、机现已采取这一系列措施，实践表明稳定性较好。,3 带整流负载同步发电机的设计特点,与传统正弦三相电机相比设计特点主要体现在以下几个方面：电机类型选择；电机计算功率及有关参数的确定；极数选择；相数和槽数的选择；定子绕组设计；转子上阻尼绕组及q轴短路绕组的设计；旋转整流装置的设计,总 结,目前带整流负载发电机的设计大多仍沿用传统的设计方法，虽然有些文献对该种电机的设计运行进行了一些探索，但大多只针对其中的一个方面，缺乏全面系统的研究，当然这些文献对本文的论述奠定了坚实的基础。笔者通过对大量有关文献的学习，结合本人设计实践，成就本文，希望能对同行有所帮助，提供一点设计思路。,展 望,除本文论述的方面
11、外，在一些特殊的独立供电系统中，比如舰船、机车和航天器等，通常要求同步发电机能同时提供高品质的交流和直流电。 带整流负载的同步发电机尚有许多方面与传统电机不同，如电枢反应磁势为“步进”性质，从而使电磁转矩出现脉动；同步电机带整流负载时直流侧带反电势负载时可能会出现低频功率振荡；因换相也将带来谐波、电磁兼容等问题,同步发电机整流系统的广泛应用以及其多类型的系统结构和运行方式,形成了一个以该系统为对象的研究领域, 有效抑制整流器交流侧电流波形畸变，减小输出直流电压脉动，提高系统的电磁兼容性，优化直流电源供电品质已成为当今许多人关心与研究的课题。由于本人水平与时间有限，因此希望这些问题随着科学的发展在同仁共同努力下迎刃而解。,对各位老师提出的 宝贵意见与指导 表示衷心感谢！,致 谢,
