带整流负载的自激异步发电机电压稳定性研究

摘要

异步发电机具有体积小，不需要直流励磁，维护费用低，暂态特性优越等诸多优点。但是异步发电机在负载、转速等改变时，其机端电压及频率都会产生波动，对于电机本身和供电对象的稳定运行都会产生不利的影响。电力电子技术的飞速发展和高压直流输电方式的出现，为带整流负载的异步发电机的应用带来了契机。异步发电机接整流负载后可以不再考虑频率的波动，只需要维持整流桥直流侧电压的稳定即可。但是异步发电机带整流负载后，系统变为非线性、变拓扑结构，为电压稳定性的研究带来了极大的困难。
　　 本文结合自激异步发电机和整流桥自身的特点，提出了一种计算与仿真相结合的方法，将异步发电机带整流负载的系统分成两个部分:异步发电机部分根据其稳态等值电路模型，结合异步发电机的稳态运行条件，编写程序来求解励磁电流;整流负载部分则运用Simulink软件中的模块来仿真，并且通过PI调节来维持输出电压的稳定。通过优化方法搜索稳压电容的值，使仿真模型中输出的励磁电流和励磁电压满足异步发电机稳态运行条件，从而得到此负载情况下的稳压电容。计算结果与实验结果间的误差很小，从而验证了计算方法的正确性。
　　 在调节转速实现电压稳定性方面，本文提出了一种基于计算稳压电容来求得稳压转速的方法，首先计算出某一负载情况下不同转速时的稳压电容值，由得到的转速与电容之间关系来求解已知电容下的稳压转速。实验结果验证了此方法的正确性与准确度。
　　 本文基于异步发电机的暂态模型，计及磁饱和的影响，利用Simulink软件提供的模块，建立了异步发电机带整流负载系统的仿真模型，通过实验，验证了所建仿真模型的有效性。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 课题的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 异步发电机

1．2．2 发电机带整流负载

1．3 本文主要研究内容及研究方法

第二章 异步发电机带整流负载的运行分析

2．1 概述

2．2 异步发电机稳态模型

2．2．1 异步发电机带整流负载连接图

2．2．2 稳态等值电路

2．2．3 稳态运行条件

2．2．4 优化分析

2．3 不可控整流负载模型

2．3．1 空载下不可控整流电路直流侧、交流侧电压对应关系

2．3．2 Matlab软件中不可控整流桥模块

2．4 可控整流负载模型

2．4．1 可控整流电路工作过程定性分析

2．4．2 空载下可控整流电路直流侧、交流电压的定量分析

2．4．3 触发脉冲

2．5 影响异步发电机机端电压的外部参数

2．5．1 负载对机端电压的影响

2．5．2 电容对机端电压的影响

2．5．3 转速对机端电压的影响

2．6 小结

第三章 异步发电机带整流负载的稳压计算

3．1 概述

3．2 并联补偿电容

3．3 稳压电容的求解

3．3．1 不可控整流负载仿真模型

3．3．2 变量求解

3．3．3 求解流程

3．3．4 计算结果

3．4 稳压转速的求解

3．4．1 计算与仿真相结合法

3．4．2 由电容确定转速法

3．5 稳压触发角的求解

3．5．1 可控整流负载仿真模型

3．5．2 触发角对整流桥直流侧输出电压的影响

3．5．3 计算方法

3．5．4 计算结果

3．6 无功补偿功率的计算

3．6．1 计算原则

3．6．2 无功补偿容量计算公式

3．7 小结

第四章 异步发电机带整流负载仿真模型的建立

4．1 概述

4．2 定子静止坐标系下异步发电机的暂态模型

4．3 仿真模型的建立

4．3．1 异步发电机仿真模型

4．3．2 系统仿真模型

4．4 仿真结果

4．4．1 带不可控整流负载的仿真结果

4．4．2 带可控整流负载的仿真结果

4．5 小结

第五章 实验验证及谐波分析

5．1 概述

5．2 实验验证

5．2．1 自激建压过程的验证

5．2．2 稳压电容计算结果的验证

5．2．3 稳压转速计算结果的验证

5．2．4 稳压触发角计算结果验证

5．3 谐波分析

5．3．1 基于Matlab的FFT函数的谐波分析

5．3．2 定子频率小范围内变化时的谐波分析方法

5．3．3 整流桥交流侧电压谐波分析

5．3．4 整流桥直流侧电压谐波分析

5．4 小结

第六章 结论

参考文献

个人简历、攻读学位期间的研究成果

附录

致谢

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