文档介绍：西安理工大学
硕士研究生学位论文开题报告
题目: 可旋转变换器在同步
电机无刷励磁系统中的应用
学科水利水电工程
学号 1108150914
姓名郭改琴
导师郑小波
日期 2013年3月1日
西安理工大学研究生学院
2013年2月
填写说明
研究生应根据开题报告各栏目的具体要求,认真撰写开题报告。
2. 开题报告一式三份,学院、学科、导师各一份。
同步发电机采用直流电流励磁,它的有功功率和无功功率可以根据需要进行调节,可满足各种负载的需要,并且由于励磁绕组和电枢绕组分开,易于实现高性能控制[1]。这些特点使得同步发电机应用广泛,在电力系统中主要还是采用同步发电机作为发电设备,在航空领域中具有起动/发电双功能先进的波音 787就采用了基于无刷同步电机的起动/发电电源系统。并且随着人们对新能源的关注,风力发电技术得到了快速发展,从国内外的研究报导来看,目前应用于高压直流风电厂的直驱发电机主要采用的也是同步电机。它的励磁形式包括电励磁和永磁两种。因为普通电励磁同步电机由于存在电刷和滑环,永磁高压同步电机首先受到关注。1998 年 ABB 公司建造了单机容量为 3~5MW,电压为 ,安装于瑞典的一个近海风电场,采用了高压直流输电方式。因此可见,同步发电机会越来越广泛应用。
励磁装置是同步电动机中最核心、最主要的组成部分之一,励磁系统是用来给同步电机转子励磁。系统性能的好坏直接影响到电机及电力系统运行的可靠性、安全性和稳定性。同步电动机的励磁装置主要有四个方面的作用:
(1)通过励磁系统的调节,维持发电机机端电压稳定通常当发电机负荷发生变化时,发电机机端电压将随着变化,根据端电压的变化情况调整发电机的励磁电流,可使机端电压维持在一定的水平上。
(2)改善系统的动态性能
系统的动态过程,指电源系统受到扰动后到恢复到原始平衡点或过渡到新的平衡点(大扰动后)的过程。
(3)提高系统的静态稳定性
静态稳定性实质是运行点的稳定性。通常是指稳态时或在小扰动下发电机通过输电系统稳定地输送功率的能力。
(4)改善系统的暂态稳定性
暂态稳定性实质是指系统发生大干扰(如短路、接地、断线等)后发电机或局部系统在第一次摇摆或第二次摇摆时维持系统不与其他部分失去同步的能力。
传统的同步发电机励磁系统采用的励磁方式是通过电刷、滑环将励磁直流电引入到转子励磁绕组,同时电刷和滑环的引入也带来一系列的问题,例如随着巨型发电机组的出现,转子电流大大增加,可能产生个别滑环过热和冒火的现象。为了解决大容量机组励磁系统中大电流滑环的制造和维护问题,提高励磁系统的可靠性,出现了一种无刷励磁方式。这种励磁方式有利于发电机端部绕组绝缘,不受污染,简化了维护,特别对大型发电机,对石化等防爆地点,以及无人控制电站,整个系统没有任何转动接触元件。所以无刷励磁技术在同步电机上的应用越来越广泛,对无刷励磁系统新技术的研究成为越来越多人关注的热点。其中可旋转变换器的无刷励磁利用旋转式感应电能传输技术,将电能从旋转变换器静止的部分,不经过物理连接,就传输到变换器的旋转部位,为同步电机提供稳定且可方便调节的励磁电流。连接静止部分和旋转部分的核心部件就是旋转变压器,它的原边静止、副边集成在同步电机的转子上,随转子的旋转而转动。
目前,用于同步电机无刷励磁的方案如下:
(1)永磁励磁和旋转整流器式励磁方式
永磁励磁及旋转整流器无刷励磁技术为目前在同步电机中应用最为普遍的无刷励磁技术。永磁电机实际就是一种无刷同步电机,其转子上安装永磁材料,提供电机所需励磁磁势,实现了无刷化。特别是近二十年来,随着高磁能积的稀土永磁材料的大量开发应用,使永磁电机的功率密度与电励磁电机相当[3]。但永磁发电机应用不多,影响永磁发电机应用的根本原因是永磁发电机不能实现故障时的灭磁保护,并且由于永磁发电机不能通过调节励磁的方法调节输出电压,要稳压必须采取其他措施。为了克服永磁发电机的不足,近年来提出了混合励磁的永磁电机技术[4~5],在以永磁励磁为主的电机中引入起调节作用的电励磁结构,虽然能使发电机在一定范围内进行调节,但也大大增加了电机结构的复杂性。另一个限制其应用的原因是稀土永磁材料价格昂贵,使得成本增加。在航空、军事等领域要求电源系统具有很高的可靠性,上世纪 60、70 年代,美国等西方国家开发了旋转整流器无刷励磁技术的同步发电机。这种发电机实际上是将一台旋转电枢式发电机作为主发电机的励磁机,励磁机的输出经三相旋转整流器为主发电机提供直流励磁,消除了电刷滑环,可靠性大大提高。如图 ,目前最先进的飞机 A380、B787、F-22 等的主电源就采用这种旋转整流器式无刷交流发电机。在