一种新型无刷励磁电路的设计方法与流程

本发明涉及励磁电路，具体是一种新型无刷励磁电路的设计方法。

背景技术：

1、无刷励磁系统的整流输入电源大多数励磁系统设计为单电源模式，励磁变输出的电源为一路电源，可靠性较低。

2、目前常规燃机励磁的设计都是采用可控硅或者igbt，通过励磁变压器的交流电源进线整流或斩波，当机组厂用电丢失时或切换时，励磁可靠性较低，因此，我们提出了一种新型无刷励磁电路的设计方法来解决上述所提到的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种新型无刷励磁电路的设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种新型无刷励磁电路的设计方法，包括在主回路上，新增一路直流125v的直流电源，该电压可以在黑启动、厂用电丢失、厂用电切换等任意工况下，保证励磁整流电源一直有电源输出，该电源接到直流125v蓄电池上，通过蓄电池对励磁进行整流，正常运行时，还是通过交流励磁电压进行整流，当交流电源消失时，通过v101和v102两个二极管进行无扰动切换，实现励磁电源不中断。

4、作为本发明进一步的方案：所述为了展示无刷励磁电路的不同运行状态，需要在有限元仿真平台上建立了无刷励磁机的几何模型，并建立了励磁电阻、电枢绕组、整流器以及负载的外电路模型，将外电路模型导入几何模型中，对动模样机的运行状态进行仿真计算，然后在动模样机实验平台上进行了相应的实验，并仿真结果和实验结果进行对比。

5、作为本发明进一步的方案：所述几何模型为有限元几何模型，所述有限元几何模型利用电磁场分析法，基于maxwell微分方程组，将工程实践中复杂的电磁场转化为庞大的矩阵求解，可以完成静态、频域和时域磁场与电场的仿真分析。

6、作为本发明进一步的方案：所述有限元几何模型利用电磁场分析法的性能满足以下要求：

7、(1)根据励磁机实际结构参数，准确地建立励磁机的物理仿真模型；

8、(2)励磁机仿真模型能正确地反映电机内部的气隙磁场的变化；

9、(3)进行仿真计算时能综合考虑整流二极管实际的开通和关断情况，反应整流桥的换相过程；

10、(4)几何模型与外电路的耦合使得仿真结果具有很高的准确性，综合考虑了磁场和电气量之间的相互作用。

11、作为本发明进一步的方案：所述有限元建模的设置包括材料属性、边界条件设置、电枢绕组设置、部分设置以及求解设定。

12、作为本发明进一步的方案：所述材料属性包括根据励磁机各部分的材料属性给几何模型设置材料，实验样机的定转子材料是dw310-35，且定子铁心的叠压系数为0.95；电枢绕组与励磁绕组都被当成铰链导体建模，导体中的电流以电密的形式平均分布在整个导体区域，其余的材料都是空气属性。

13、作为本发明进一步的方案：所述边界条件设置包括建立的几何模型是电机的轴向截面图，直观地展示了电机的定转子铁心以及绕组，通过设置模型的纵向长度使其与3d立体模型等效，设置仿真模型的边界条件，边界条件限定了磁场的范围。

14、作为本发明进一步的方案：所述电枢绕组设置包括为了反映励磁机在运行中的换相过程，需要将电枢绕组进行分组，将属于同一相的电枢绕组归为一个换相单元。

15、作为本发明进一步的方案：所述部分设置包括有限元的部分数量对有限元的仿真计算速度有着很大的影响，合适的剖分方式可以使模型计算的结果更加快速和准确，电机磁密变化越大的部分剖分的越精细。

16、作为本发明再进一步的方案：所述求解设定包括电机的各个部分可以划分为运动部分与静止部分，气隙是两者的分界线，仿真软件通过设置band面来体现电机的转动，band面的部分是旋转的，band面之外的部分是静止不动的，运动方式设置为rotation，旋转中心为z轴。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：该新型无刷励磁电路的设计方法，通过新增一路直流电源，可以在黑启动、厂用电丢失、厂用电切换等任意工况下，保证励磁整流电源正常输出，不会导致机组跳机，同时非常适合黑启动工况下的燃机励磁系统运行工况；通过新增一路直流电源，可以在黑启动、厂用电丢失、厂用电切换等任意工况下，保证励磁整流电源正常输出，提高励磁整流电源的可靠性，满足燃机发电机各种工况的正常运行。

技术特征：

1.一种新型无刷励磁电路的设计方法，其特征在于，包括在主回路上新增一路直流125v的直流电源，该电压可以在黑启动、厂用电丢失、厂用电切换的任意工况下，保证励磁整流电源一直有电源输出，该电源接到直流125v蓄电池上，通过蓄电池对励磁进行整流，正常运行时，还是通过交流励磁电压进行整流，当交流电源消失时，通过v101和v102两个二极管进行无扰动切换，实现励磁电源不中断。

2.根据权利要求1所述的一种新型无刷励磁电路的设计方法，其特征在于，所述为了展示无刷励磁电路的不同运行状态，需要在有限元仿真平台上建立了无刷励磁机的几何模型，并建立了励磁电阻、电枢绕组、整流器以及负载的外电路模型，将外电路模型导入几何模型中，对动模样机的运行状态进行仿真计算，然后在动模样机实验平台上进行了相应的实验，并仿真结果和实验结果进行对比。

3.根据权利要求2所述的一种新型无刷励磁电路的设计方法，其特征在于，所述几何模型为有限元几何模型，所述有限元几何模型利用电磁场分析法，基于maxwell微分方程组，将工程实践中复杂的电磁场转化为庞大的矩阵求解，可以完成静态、频域和时域磁场与电场的仿真分析。

4.根据权利要求3所述的一种新型无刷励磁电路的设计方法，其特征在于，所述有限元几何模型利用电磁场分析法的性能满足以下要求：

5.根据权利要求4所述的一种新型无刷励磁电路的设计方法，其特征在于，所述有限元建模的设置包括材料属性、边界条件设置、电枢绕组设置、部分设置以及求解设定。

6.根据权利要求5所述的一种新型无刷励磁电路的设计方法，其特征在于，所述材料属性包括根据励磁机各部分的材料属性给几何模型设置材料，实验样机的定转子材料是dw310-35，且定子铁心的叠压系数为0.95；电枢绕组与励磁绕组都被当成铰链导体建模，导体中的电流以电密的形式平均分布在整个导体区域，其余的材料都是空气属性。

7.根据权利要求5所述的一种新型无刷励磁电路的设计方法，其特征在于，所述边界条件设置包括建立的几何模型是电机的轴向截面图，直观地展示了电机的定转子铁心以及绕组，通过设置模型的纵向长度使其与3d立体模型等效，设置仿真模型的边界条件，边界条件限定了磁场的范围。

8.根据权利要求5所述的一种新型无刷励磁电路的设计方法，其特征在于，所述电枢绕组设置包括为了反映励磁机在运行中的换相过程，需要将电枢绕组进行分组，将属于同一相的电枢绕组归为一个换相单元。

9.根据权利要求5所述的一种新型无刷励磁电路的设计方法，其特征在于，所述部分设置包括有限元的部分数量对有限元的仿真计算速度有着很大的影响，合适的剖分方式可以使模型计算的结果更加快速和准确，电机磁密变化越大的部分剖分的越精细。

10.根据权利要求5所述的一种新型无刷励磁电路的设计方法，其特征在于，所述求解设定包括电机的各个部分可以划分为运动部分与静止部分，气隙是两者的分界线，仿真软件通过设置band面来体现电机的转动，band面的部分是旋转的，band面之外的部分是静止不动的，运动方式设置为rotation，旋转中心为z轴。

技术总结
本发明公开了一种新型无刷励磁电路的设计方法，包括在主回路上，新增一路直流125V的直流电源，该电压可以在黑启动、厂用电丢失、厂用电切换等任意工况下，保证励磁整流电源一直有电源输出，该电源接到直流125V蓄电池上，通过蓄电池对励磁进行整流，正常运行时，还是通过交流励磁电压进行整流，当交流电源消失时，通过V101和V102两个二极管进行无扰动切换，实现励磁电源不中断，通过新增一路直流电源，可以在黑启动、厂用电丢失、厂用电切换等任意工况下，保证励磁整流电源正常输出，不会导致机组跳机，同时非常适合黑启动工况下的燃机励磁系统运行工况，提高励磁整流电源的可靠性，满足燃机发电机各种工况的正常运行。

技术研发人员：吴育涛,黎志浪
受保护的技术使用者：惠州深能源丰达电力有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21