一种分析隔离式自激感应发电机的有效方法

迪¹和潘卡吉·梅哈拉²

印度穆尔塔尔大学电子工程系助理教授
印度穆尔塔尔大学电子工程系研究生

摘要

用割线法描述了在给定电容、转速和负载条件下，自激感应发电机的产生频率和饱和磁化电抗。在SEIG的单相等效电路中采用了节点技术。节点分析给出了两个非线性方程。其中一个方程只包含产生的频率项，用割线法求解，用实功率平衡等效电路计算初值。该方法简单，适用于各种平衡负荷。

关键字

自激感应发电机，割线法，非线性方程。

介绍

人们对环境问题的日益关注和传统能源的快速枯竭，促使人们致力于合理利用传统能源和开发非常规能源以满足能源需求。许多可再生能源，如小水电、风能、太阳能、工业废料、地热等正在被开发。由于小型水力和风能资源丰富，人们认为利用它们很有希望满足未来的能源需求。利用小型水电和风能发电是一个研究兴趣领域，目前的重点是以成本效益的方式利用这些能源，以提供高质量和可靠的电力供应。感应发电机经常用于风力涡轮机和一些微型水力发电装置，因为它们能够以不同的速度产生有用的电力。

如果一个适当的三相电容器组连接在由外部电源驱动的感应电机上，由于电容器组提供的励磁，电机绕组中会感应到电动势。这种现象被称为电容励磁，这是操作感应电机作为发电机的重要事情。由于磁饱和，电机内的感应电压和电流不断升高，最终达到稳定状态。

作为隔离电源源，感应电机与同步电机相比具有以下优点。运行为变速，降低单位成本，无刷转子结构(鼠笼转子)，没有单独的直流电源所需的激励和易于维护是以下优点。

稳态分析对设计和运行都有重要意义。如果机器连接无限大母线，其端子电压和频率已知，机器性能的预测就很简单了。但对于单独使用的自励磁发电机，其终端电压和产生频率都是未知的，为了确定电机的性能，必须计算给定转速、电容和负载[2]-[9]的未知值。由于磁饱和，计算比较复杂，因此采用合适的参数来计算饱和状态下的性能。本文利用割线法对自励感应发电机单相等效电路的稳态性能进行了辨识。割线法采用实功率平衡等效电路来确定产生频率的初值。对结果进行了讨论，并以图形形式呈现给设计师的指导方针。

理论

对于稳态分析，采取以下假设

•仅假设磁化电抗随磁饱和而变化，其他参数保持不变。

•定子和转子泄漏电抗假定相等。

•忽略了机器中的核心损耗。

忽略感应电压和电流波形中的MMF空间谐波和时间谐波。这些假设对于设计良好的机器都是有效的。

电容式自励感应发电机端接电阻性负载的稳态等效电路如图1所示，其中:

SEIG的等效每相位电路如图1所示，仅对产生的频率有效。这里使用节点分析技术来确定在节点m处产生的频率和磁化电抗。该分析考虑了定义气隙的节点间连接的导纳。通过使实部之和等于零(这相当于有功功率平衡)，可以得到a中的多项式。Xm”可以用迭代法、割线法等多种方法中任意一种方法求解多项式后得到的“a”值，使虚部之和等于零来确定。

由于式(1)中包含频率项，且该多项式方程可以用割线法进行初值计算，则计算式(2)中频率的值，计算的值。

初值计算技术

割线法需要两个初始值来解一个多项式方程。这两个初始值可以用实功率平衡等效电路来计算。

式(1)可以写成a的函数

F a = 0

如果a0和a1是a的两个初始值，那么a的下一个值将是:

Ai +1 = Ai−f(Ai - a0)/(f Ai−f(a0))

I = 1,2,3…

迭代在精度为0.000001时停止。

a的理想值介于上初值(a0)和下初值(ai)之间。

上初始值(a0)

根据图3的实功率平衡方程

（3）

由于V2不可能为零，求解方程(3)中的a0

（4）

较低的初始值(a1)

较低的初始值可以通过假设一个非常接近的值，最大扭矩发生。

同步速度试验

求解出数值后，下一步就是计算气隙电压1和终端电压。同步速度提供了与气隙通量有关的相对于1的变化信息。这些信息需要通过实验的方式来获得，即以线路频率对应的同步速度驱动感应电机，即a=1，在线路频率处增加线路电压，测量磁化电抗，如图4所示。当感应电机以同步速度旋转时，滑差将变为零，转子电阻变得很高，在转子一侧表现为开路。实验结果拟合出1对的曲线。

结果与讨论

本文采用有效割线法求出在恒速度、固定电容值下电阻负载的产生频率和磁化电抗，并计算出终端电压。进一步检查了机器在不同电容值下的性能。并给出了在不同负载条件下终端电压保持不变的电容值的要求表。

结论

本文介绍了利用实功率平衡电路计算产生频率初值的有效方法。该方法简单易行，对SEIG分析非常有效。这种技术适用于任何类型的平衡负载。本文描述了在不同性质的负载上维持特定终端电压所需的电容值。

表格一览

表1

数字一览


图1	图2	图3	图4	图5

图6	图6 b	图6 c	图6 d

参考文献

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