三相异步发电机空载建压与投切负载分析

论文摘要

异步发电机因其并网方便、结构简单、价格低廉、运行可靠,且无需直流励磁电源和电刷结构等优点而受到越来越多的关注,也是独立电力系统发电模块发展方向之一。为了解异步发电机暂态过程中各量的变化情况并为电机设计提供理论基础,本文先介绍了异步发电机的发展里程,课题研究的背景和意义,并对同步电机和异步电机作了比较,同时指出异步发电机的优缺点。分析了异步发电机的发电原理和空载建压过程,并通过试验方法求出了异步发电机的参数。以异步发电机稳态等值电路为基础,推导回路阻抗方程,令回路阻抗值为零,以此作为稳态建压的条件。分别利用变量轮换法和黄金分割法计算出了建压最小电容和最小建压转速值。对三相异步发电机投切负载的暂态过程进行了研究。建立了αβ0静止坐标系下暂态数学模型,推导了带阻感性负载和带纯电阻负载时系统的状态方程。给出了异步发电机定子电流和端电压由αβ0静止坐标系统转换至实际abc坐标系统下的转换方程。在考虑激磁电流对激磁电感影响的情况下,用Runge-Kutta法对变系数微分方程进行数值求解,通过MATLAB语言编程计算。对异步发电机投切阻感性负载的暂态过程进行仿真,给出了定子电流、端电压和激磁电感的变化波形。在分别投切电阻性负载和电感性负载的情况下,比较了仿真结果和实验结果,两者吻合说明了异步发电机投切负载暂态性能分析方法的有效性与准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 0.1 课题背景及研究意义
• 0.2 异步发电机的优缺点
• 0.2.1 异步发电机的主要优点
• 0.2.2 异步发电机的主要缺点
• 0.3 异步发电机与同步发电机的比较
• 0.4 国内外的研究现状
• 0.5 相关研究方法
• 0.5.1 稳态性能的研究方法
• 0.5.1.1 稳态数学模型的建立
• 0.5.1.2 回路阻抗法
• 0.5.1.3 节点导纳法
• 0.5.2 暂态性能的研究方法
• 0.5.2.1 特征值法
• 0.5.2.2 park变换法
• 0.5.2.3 建模仿真法
• 0.6 本文主要研究内容和研究方法
• 第一章 异步发电机的发电原理
• 1.1 异步发电机原理的描述
• 1.2 异步发电机发电的条件
• 1.3 异步发电机运行状态分析
• 1.4 发电机的建压过程
• 1.4.1 磁通的增加过程
• 1.4.2 电压的逐步建立过程
• 1.5 三相异步发电机参数的计算
• 1.5.1 同步速下的空载试验
• 1.5.2 堵转实验
• 1.6 小结
• 第二章 异步发电机空载建压电容和建压转速的确定
• 2.1 稳态运行等值电路
• 2.2 空载最小建压电容的优化计算
• 2.2.1 优化目标函数
• 2.2.2 变量轮换法
• 2.3 最小建压转速的确定
• 2.4 小结
• 第三章 带载运行三相异步发电机模型的建立
• 3.1 建压暂态分析模型
• 3.2 状态方程的求解过程
• 3.3 小结
• 第四章 三相异步发电机投切负载时的仿真结果和实验验证
• 4.1 Runge-Kutta算法
• 4.2 MATLAB语言
• 4.3 仿真试验分析
• 4.3.1 投切阻感负载时的暂态过程
• 4.3.1.1 投入阻感性负载的波形分析
• 4.3.1.2 切除阻感性负载的波形分析
• 4.3.2 仿真与实验波形对比分析
• 4.3.2.1 投入电阻负载
• 4.3.2.2 投入电感负载
• 4.3.2.3 切除电阻负载
• 4.3.2.4 切除电感负载
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 附录
• 致谢