带整流负载异步发电机分析

摘要

带整流负载异步发电机具有结构简单坚固、可靠性高、成本低、功率密度高等独特优点，是电力系统直流供电模块的重要发展方向之一。针对异步发电机带整流系统稳态运行后其电路为多回路、变拓扑结构，直接采用电流回路法分析极为困难复杂的特点，本文根据异步发电机定、转子边的电势平衡关系列写电压方程式，然后把方程式折算到基值频率，得到能够进行稳态分析的电机-相等值电路，在忽略整流桥有功损耗的前提下，引进功率平衡法将直流侧、交流侧联系起来，结合电机的等值电路，建立了异步发电机带整流负载系统的完整数学模型，该模型不仅分析过程简便，而且通过实验证明具有较高的分析精度。 异步发电机机端电容是保持异步发电机带整流系统恒压输出的基础，电容值的确定是保持直流侧电压稳定的关键。为了确定不同负载下保持直流侧电压恒定时交流侧对应的电容值，本文采用了通过优化算法求取稳压电容的方法，提出利用变量轮换和Hooke-Jeeves相结合的模式搜索法求解有约束优化问题，从而克服了传统的Newton-Raphson法稳定性差与难于处理有约束条件的缺点。 针对异步发电机带整流系统后电路中存在大量谐波问题，本文利用Fourier变换分离出带不可控整流负载时交流侧电压、电流基波分量以及谐波分量，分析了不同滤波电感对电路中谐波的影响，此外本文在传统的谐波分析法之上提出了一种简洁的LC滤波分析设计方法，该方法在忽略三次以上谐波的基础上，利用直-交侧的电压电流关系以及其谐波计算公式，建立完整的直-交侧谐波分析数学模型，利用该模型可以有效的确定交流侧LC滤波器的参数选择范围。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1异步发电机带线性负载稳态研究方法

1.2.2异步发电机带线性负载暂态研究方法

1.2.3异步发电机带整流负载外特性研究方法

1.3异步发电机带整流负载谐波分析

1.4本文的主要研究内容

第二章带整流负载异步发电机空载运行分析

2.1概述

2.2空载时的稳定运行工作点

2.3异步发电机等值电路的推导

2.3.1电压方程式

2.3.2等值电路推导

2.4电机参数的求解

2.4.1同步速下的空载实验

2.4.2堵转实验

2.4.3异步发电机磁化曲线

2.5带整流负载异步发电机空载运行外特性

2.5.1空载下不可控整流电流直流侧、交流侧电压对应关系为

2.5.2无功补偿稳压原理

2.5.3空载异步发电机回路阻抗方程推导

2.5.4优化法计算整流负载空载情况下保持恒定端电压的转速和电容值关系

2.5.5计算结果与实验结果

2.6结论

第三章异步发电机带不可控整流负载分析

3.1概述

3.2不可控整流桥交流侧和直流侧的电压电流关系

3.3异步发电机和整流系统的电路模型

3.3.1电机与整流系统分析时的假设条件

3.3.2异步发电机和整流系统电路

3.3.3整流桥直流侧和交流侧的联系

3.4带整流系统异步发电机的等效稳态数学模型

3.5优化法计算稳压机端电容值

3.5.1优化数学模型

3.5.2优化求解过程

3.5.3 Hooke-Jeeves优化算法的流程图

3.6计算结果与实验结果分析比较

3.6.1电机和整流桥参数

3.6.2实验过程

3.6.3试验和仿真结果对比分析

3.6.4试验波形和仿真波形对比

3.6.5试验误差分析

3.7结论

第四章带可控整流负载异步发电机分析

4.1概述

4.2带可控整流负载系统数学分析模型

4.2.1电机模型

4.2.2电机整流模型

4.3带可控整流负载的电力电子模拟仿真分析

4.3.1带可控整流桥直流侧与交流侧相电压关系

4.3.2带可控整流负载异步发电系统仿真模型与

4.3.3仿真模型的建立过程及仿真结果分析

4.4结论

第五章带不可控整流系统异步发电机谐波分析

5.1概述

5.2谐波原理及谐波分析

5.2.1谐波的基本概念

5.2.2全控整流系统谐波一般分析方法

5.2.3离散傅立叶变换原理

5.2.4快速傅立叶(FFT)变换基本原理

5.2.5基于快速傅立叶变换(FFT)的三相不可控整流电路谐波分析

5.3计及LC滤波的三相桥式整流电路谐波分析

5.3.1理论分析

5.3.2直流侧电压及电流分析

5.3.3交流侧电流波形分析

5.4仿真与计算

5.5结论

第六章结论

6.1本文的创新与研究成果

6.2进一步研究方向：

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢