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题目：三相异步发电机自我激励的电压调节

摘要：

本文阐述基于双向可控硅切换电容器的电压调整的三相自励异步发电机。一个新的基于线性斜坡信号触发电路的自我调整机制，可以在双向可控硅开关实现，其中包括一个外部电路的电容器。SEASG的稳态等效分析早已完成了带负荷以及外部电容的分析。SEASG的运行特性早已在MATLAB中使用电力系统工具箱得到了模拟。SEASG的触发电路模型早已在实验室中开发、构建和测试。模拟和实验结果是提出和讨论过的。

关键词:异步发电机;仿真;TSC;电压调整。

1.介绍

自励笼式异步发电机使用的增加是由于非常规能源的快速消耗。目前，为了分散发电，已经在小型发电方向以及分配做出了尝试。这促使了风能和太阳能的使用来应对当前的能源危机。最近的趋势是利用太阳能、风能和潮汐能,这些都是成为受欢迎的可再生能源。由于其低成本、少维护和坚固的结构，使笼式感应发电机成为了一种在孤立的发电中可能替代传统发电机设备。

文献综述总结了SEASG的负荷特性伴随着在增加负荷的降落。因此，它需要一个电压调整器来维持终端电压平衡。它也揭示了额外的电容是必须的来支持发电机和负荷的无功功率的平衡。不同电压的控制组合的预期早已提出来了。其中，固态电压监管机构可以表现出电容器的现象，但是，直到外部电压源连接到电压源逆变器或电流源逆变器上，否则他们不支持电压级。

因此,这些条件也支持了SEASG电力系统电容器的必要性。基于电容器晶闸管控制电抗器(FC-TCR)电压调节器(SVC)在细节中有讨论。M.H. Hauqe解释了电容器的选择来调节异步发电机和调节器的端电压。在此基础上,作者试图使用一个基于双向可控硅电压调整器的实验来研究SEASG的电压调节。基于SEASG和等效电路通路现象的研究。SEASG的仿真研究早已使用MATLAB软件完成了。

本文组织来六个小标题;感应电机中的异步发电机操作机制早已通过感应电机的滑差转矩被讨论和研究了，三端双向可控硅开关元件电容和电压调整的基础早已在章节2中有描述。等效电路的分析早已在第三节介绍了。整个系统的仿真在第四章节解释过了。SEASG的原型机模型的仿真在第五章节有解释。对于试验工作和仿真结果的讨论在副标题6中。

2.系统的描述

图1（a）展现了所研究系统的单线图以及图（b）展现了它的连接图。它由SEASG以及属于额外电容C1的激励电容组Ce组成，它们通过三段双向可控硅开关与系统连接。这个激励电容值的选择比计算值稍微高一些。

Fig1.建议学习系统(a)单线图（b）电路连接图

2.1异步发电机

很明显，所有的感应电机运行在旋转磁场的同步转速下，所以被称作异步电机。假如这些磁场的转差率、滑差如表3所示经过负数。现在转子不再从定子那里消耗任何能量，要不然它将导致一个电压来提供充足的转子漏磁通。如果定子被连接到供应端网络，它消耗无功功率并未网端提供有功功率，被称作网端连接感应发电机。然而，这种自励感应发电机不能产生能量直到他的定子终端被提供给激励源。因此，两种发电机被称作为异步发电机。

2.2滑差转矩特性

自励笼式感应电动机的转矩速度特性与特定转子电阻如图2（a）所示。在该区的负滑差，这台机器是作为发电机为连接着它的终端的电力负荷提供电源。在该区的正滑差，它作为电机为连接到它的轴转动机械负荷。除了动力和发电区域，感应电机早已有第三个操作模式，是制动模式。如果电机通过变化它的延迟来使它的滑差大于一，它将以不影响任何东西来吸收能量。那就是，它以一个断路器工作着。转子导体中的电压损耗早已作为热量消耗了。涡流电流制动器就以这个原理工作着。比如，在紧急情况下，并网连接的感应电动机制动通过在终端中变换三相电压实现。响应转子中这种变换改变了旋转方向的磁场波。涡轮叶片的扭转应力和中心应力,然而,可能限制了制动转矩。

图（b）介绍了发电机的转矩差特性。如果发电机被加载上恒定负载转矩TL，它有两个可能的操作点P1和P2。这两个点中只有P1是稳定的。P1点附

近任何扰动点豆浆产生稳定的转矩把它带回到P1。图2也展示了发电机被加

载上负载的这种限制。最大转矩也被叫做击穿转矩。如果发电机被加载在最大转矩以上，它将变得不稳定和停滞，极大地电流降落，如果没有很好地保护将会破坏他本身的热态。

图2感应电机（a）电动机（b）发电机的滑差特性

2.3三端双向可控硅开关元件电容器的基础

一个单相双向可控硅开关电容器等效电路如图3所示，有一个与电容器串联的小值电感，可以用来限制这个电路的冲击电流。

图3 单相三端双向可控硅开关元件电容器的等效电路图在上面图3电路中应用基尔霍夫电压定律,源电压可以写成：

初始电感器的初始电压为零的点和电感器的电压为Vc的点，上式等式的解为：

在稳定状态下W0=1/ LC是震荡频率，Im是峰值电流，为了达到电流的稳态值，电流等式（3）应该达到以下条件：

它意味满足在[29, 30]中提到的基础条件。之后电流等式被写成：

2.4触发电路

触发电路的运行原理被解释在图4（a）所示的方框图。图4（b）解释了触发方案的理论输出波形。斜坡信号发生器证实了电压峰值和生成了信号。这个技术是其中一个可以移除同步电路和峰值探测器的方法。峰值探测器也被称做一种水平探测器可能会探测不到峰值点。补偿器早已补偿了参考量和斜坡信号。方波的消极边缘被集成电路探测到。充足的放大脉冲供应给控制电路。脉冲变压器已被用于隔离点火电路和电源电路。

图4典型脉冲发生电路的方块图

2.5电压规则

可以改变SEASG电压的三个外部因素分别是速度、终端电容和负载电阻。通过改变这些元素，会获得鼠笼式发电机的性能特性。在大多数SEASG的应用中，转速很少可控。因此，发电机或终端电容上的负荷必须可控。这个工作可以用电容控制解决，一系列连接到SEASG终端的定子电容器组和额外的电容必须被系统中的三端双向可控硅开关元件连接。图5展示了SEASG在恒转速运行下的负载特性。

图5 连接有三端双向可控硅开关元件的SEASG的负载特性他有降落的特性。如果电压低于膝点的负载特性，发电机未能建立电压。在这种情况下一个额外的电容打开。此外，负载电压级增加。不过，有必要控制电压级在(V max V min)的限度范围内。因此，电容器的选择非常重要。

向电路逐级添加外部电容器，如C、2C和4C等等。

3.等效电路分析

图6展示了带平衡负载的SEASG稳态等效电路。三端双向可控硅开关电容通过感应电容器关闭。在这个电路中，只有磁化电抗受到磁饱和的影响和所有其他参数假定是常数。另外，忽略磁芯损耗和谐波的影响。

图6带有负载和三端双向可控硅开关电容的SEASG的单相等效电路从图6，节点B的总电路被写成：

因此，在稳定状态下总的导纳归零。但是，

Vg / F ≠ 0

或者实部（Y6 +Y2 +Y1）＝0 (7)

虚部（Y6+Y2+Y1 ）= 0（8）

这里，Y1=1/[R2/(F-V)+jXm] (9)

Y2=1/jXm (10)

Y3=1/(V/F)+jX1 (11)

Y4=j(Xc+Xc-s)/-j(Xc Xc-s) （12）

Y5=1/（Rl/F）+jXl (13)

Y6=(Y4 Y5)/(Y4+Y5)+Y3 (14)

等式7和8是四个未知量的非线性方程，F, X m , X c和他们之中的两个参数应该是特定的。其他两个未知量可以通过解方程7得到，因为一个未知量和另外一个未知量可以通过方程8计算。特性计算早已确定了两个未知参数。SEIG的稳态特性可以通过解决图6的发电机的磁化曲线的电路来获得。