单相自激式异步发电机系统设计恒压及负载研究

摘要

高技术条件下的现代战争，需要高可靠性的移动电源保障，单相异步机转子由转子铁芯和铝铸条组成，且无滑环和电刷，结构简单，重量轻，坚固耐用，运行可靠，不易损坏，特别适合野战条件下使用。为此我们提出将单相异步机设计成部队专用发电机的设想，它将会有重大的军事意义。 然而单相异步机作发电机使用其效率低、电压波动大、负载能力差，远达不到同步发电机的技术指标而不具有实用价值。 论文详细分析了单相自激式异步发电机系统设计、恒压问题、负载能力的现状后，提出能量守恒迭代法，解决了采用传统的牛顿-拉夫森算法设计单相自激式异步发电机系统时存在的问题。论文对单相自激式异步发电机理论进行了详细分析，研究了单相自激式异步发电机稳态特性、恒压问题及负载能力等仿真算法，在此基础上提出了单相自激式异步发电机的系统设计方法，并通过实验验证和工程应用检验证明了本论文提出的算法和设计方法的正确性。论文的主要成果如下： 1、牛顿一拉夫森法是电机设计中的传统计算方法，然而，在单相自激式异步发电机的系统设计中，由于建立单相自激式异步发电机的精确数学模型十分困难，致使牛顿一拉夫森法的使用受到限制，因此，不能利用牛顿一拉夫森法对单相自激式异步发电机的稳态性能进行精确求解。本论文提出了一种新的设计算法—能量守恒迭代法，使单相自激式异步发电机在系统设计中，不用建立数学模型，使分析问题简化。该算法是电机设计中的一种创新算法。 2、单相自激式异步发电机输出电压波动较大，本论文对此进行了详细分析，并提出了并联负载电容恒压方法和采用串联电容恒压时电容值的确定方法，并通过大量实验验证了方法的正确性。首次提出了采用固定串联电容和微调并联电容使发电机构建一个自适应励磁系统稳定输出电压的方法，解决了长期以来未能解决的单相自激式异步发电机输出电压不稳的技术难题。 3、对单相自激式异步发电机的负载能力进行了仿真设计，确定了单相自激式异步发电机带负载的能力范围，扩大了异步机作发电机的应用领域，填补了单相自激式异步发电机带动态感性负载的空白，为进一步研究单相自激式异步发电机提供了理论基础。 通过本论文的研究，圆满地解决了单相自激式异步发电机效率低、电压波动大、负载能力差的难题。单相自激式异步发电机经过了两次重大军事演习的检验，除了野营条件下照明使用外，还作为部队高温高压清洗车、净化水车抽水泵的主要电源，它的效率高，电压稳定，负载能力强，可靠性高，深受广大官兵的欢迎，现陆续配备部队。该成果从理论研究走向了实际应用。