基于原动机速度调节的分布式永磁发电机稳压电源研究

来源 :沈阳工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sarah_zld
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与传统机械传动相比,电驱动因其控制方便、响应速度快等优势得到了日益广泛的应用,分布式电源作为主电源或备用电源在电驱动船舶、航空航天、应急救援、野外作业等众多领域得到了广泛的应用。传统分布式电源多采用柴油机拖动电励磁同步发电机模式,通过电压和转速双闭环控制直接输出满足负载需求的工频交流电。变频器负载的日益增多,要求发电机组能够输出满足逆变器或直流负载需求的直流电即可,不再局限于工频交流电。为了克服传统分布式电源存在的效率低、结构复杂以及功率密度低等不足,本文提出了一种通过调节原动机转速维持输出电压恒定的稳压电源,阐述了该稳压电源的结构及控制原理,研究了不可控整流负载的存在对永磁发电机输出性能的影响,提出的基于从机调速的功率均衡控制策略,可实现各发电机组输出功率按容量分配的控制目的,本文的主要研究内容体现在如下几个方面:(1)研究了基于原动机速度调节的分布式永磁发电机稳压电源的结构及运行原理。该稳压电源利用原动机拖动永磁发电机,其输出的三相交流电经过不可控整流转换为直流电,负载变化时,通过调节原动机转速维持直流输出电压恒定在给定值。因整流环节的存在,消除了电源对频率的限定,可采用较高转速的原动机和发电机,提高机组的功率密度,满足高效率、小体积、轻重量的需求。(2)研究了极对数对发电机体积、成本以及性能的影响,分析了永磁发电机参数变化对交轴电感、直轴电感以及凸极率的影响。研究了计算极弧系数、偏心距以及槽口大小对永磁发电机反电动势波形畸变率的影响。研究了隔磁桥尺寸、磁钢槽倒角、以及永磁体分段对永磁发电机转子冲片应力的影响,合理的设计可降低永磁发电机的漏磁系数,提高材料利用率。(3)研究了永磁发电机电压调整率的影响因素,分析负载变化、凸极率以及转速变化对发电机输出电压的影响,为寻求维持发电机输出电压恒定方法提供理论依据。利用解析法和场路耦合仿真法研究了永磁发电机输出电压随负载率的变化规律,并研究了维持发电机输出电压不变时,发电机转速随负载率的变化规律,通过实验验证了研究内容的准确性。(4)研究了不可控整流对永磁发电机输出电压和电流波形的影响机理,分析了换相重叠角对永磁发电机输出电压和电流波形的影响,并研究了电感和LC无源滤波电路对发电机输出电压和电流波形的影响。研究了不可控整流负载对永磁发电机的波形质量、电压调整率、带载能力、转矩脉动以及损耗的影响,对不可控整流负载用永磁发电机额定参数的合理选择和优化设计具有指导作用。(5)分析了永磁发电机同步电感、输出电压有效值和输出电压相位的差异对直流稳压电源负载均衡性的影响规律。提出了基于从机调速的功率均衡控制策略,最先起动的发电机组作为主机用于稳压,通过调节从机转速改变从机的输出电压有效值,进而调整从机与主机输出功率的比例,实现各发电机组输出功率按容量分配的控制目的。最后通过双机组并联运行实验验证了该并联运行控制策略的准确性。本文提出了一种基于原动机速度调节的分布式永磁发电机稳压电源,并对其控制结构和运行原理进行了分析,对该新型稳压电源带来的新的问题进行研究,通过实验验证了该新型稳压电源研究方法与内容的有效性。该新型稳压电源可满足单机大容量、高功率密度、高效率、小体积、轻重量等方面的需求,本文的研究可促进其进一步的应用与推广,并提供了理论依据。
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