能量变换器空载电势波形的计算及阻尼绕组结构的优化设计

论文摘要

本文介绍了一种新兴的发电装置——能量变换器(Powerformer),可以直接与电网相连。它打破了一个世纪以来电厂的传统模式,将常规电厂中的发电机、冲击电压保护器、发电机侧开关、母线和升压变压器全部省略,由一台能量变换器来取代。能量变换器有低造价、高效率、低维护费用的优点,这将使得它在未来将有广阔的发展前景。空载电势波形是研究传统发电机的一个关键问题,对于能量变换器,要想对其发电质量进行评定,也必须研究其空载电势波形。空载电势的计算经历了解析法到数值法的转变,现在常用的方法是直接求解二维瞬态涡流场,但这种方法难以考虑由于阻尼条端部的具体连接形式对电流约束的影响和端部漏磁的影响。场路耦合的方法能考虑到上述的各种影响,准确地计算空载电势波形。本文首先介绍了能量变换器的设计原理、特点及应用前景,然后建立了考虑阻尼绕组具体连接形式与否的数学模型,根据样机的实际结构建立实体模型,计算了考虑端部具体约束形式的空载电势波形,并与不计端部约束的情况进行了比较,齿谐波分量变化较大。实验验证了这种方法的可行性。对样机空载电势波形的谐波分析表明,齿谐波电势分量很大,导致空载电势波形的畸变率较大、波形较差。在改善空载电势波形的措施中,阻尼绕组的结构对感应电势中的齿谐波分量大小有很大影响。本文通过改变阻尼绕组的结构,进行了多种情况的空载电势波形的计算,分析出阻尼绕组结构对空载电势波形中的齿谐波分量的影响规律,通过调整阻尼绕组结构达到改善电势波形的目的。本文所进行空载电势波形的计算及阻尼绕组结构的优化,有一定的工程实用价值,可供工程计算参考使用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.1.1 研究能量变换器的目的和意义
• 1.1.2 本课题研究的背景、目的和意义
• 1.2 能量变换器产生的历史背景
• 1.3 能量变换器的设计特点
• 1.3.1 定子电缆
• 1.3.2 定子铁心
• 1.3.3 导体温度
• 1.3.4 电缆的机械固定
• 1.3.5 冷却系统
• 1.4 能量变换器的运行特点
• 1.4.1 效率
• 1.4.2 无功功率容量
• 1.4.3 维护和可利用率
• 1.4.4 故障电流
• 1.4.5 投资比较
• 1.5 能量变换器的应用现状及发展展望
• 1.5.1 应用现状
• 1.5.2 发展方向
• 1.6 本文的主要研究内容
• 第2章 能量变换器的数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 不计阻尼绕组约束的数学模型
• 2.2.1 电磁场的基本方程
• 2.2.2 动态模型的边值问题
• 2.2.3 系统方程组的空间离散
• 2.2.4 定子绕组感应电势
• 2.3 计及阻尼绕组约束的数学模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 能量变换器的感应电势的计算
• 3.1 能量变换器样机的主要数据
• 3.2 二维有限元模型的建立
• 3.3 能量变换器空载电势的有限元计算结果
• 3.3.1 不考虑阻尼绕组约束时
• 3.3.2 考虑阻尼绕组约束时
• 3.4 本章小结
• 第4章 能量变换器阻尼绕组结构的优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 阻尼绕组对空载电势波形的影响
• 4.3 阻尼绕组结构的优化
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢