隨著全球能源需求的日益增長與電力電子技術的飛速發展,同步發電機通過接入整流橋輸出交流電能的方式,已逐步取代了傳統的直流發電機,在船舶交流電力系統、電動機車牽引系統以及航空供電系統等關鍵領域展現出其獨特的優勢。這一轉變不僅簡化了系統結構,還顯著提升了電能質量與運行維護的便捷性。
在多相(如6相、12相、18相)整流器同步發電機的應用中,其通過降低交流電壓紋波、減少干擾信號,并增強系統容錯能力,有效提升了能源轉換效率,尤其適用于對電能質量有嚴格要求的場景,如船舶電力系統。然而,作為獨立供電系統的核心部件,多相整流器發電機組的運行安全性與可靠性至關重要。
盡管當前針對整流器發電機組的短路故障研究已較為深入,涵蓋了匝間短路、同橋異色短路、異橋異色短路及缺橋故障等多種類型,但關于發電機組單相接地故障,尤其是其在多相整流器同步發電機中的影響,尚存研究空白。單相接地故障作為發電機組常見的故障類型之一,其對交流電壓的潛在影響不容忽視,尤其是在直流側可能引發的過電壓問題,不僅威脅設備絕緣安全,還可能進一步引發更嚴重的短路事故。
針對高壓船只常用的三相電繞組星形連接同步發電機,中性點的接地方式成為影響系統穩定性的關鍵因素。目前,中性點經電阻器接地和經消弧線圈接地是兩種常見的接地方法??紤]到消弧線圈接地可能引發的串聯諧振問題,對于整流器發電機組而言,中性點經電阻器接地的方式更為適宜。
本文以12相整流器同步發電機為例,深入探討其單相接地故障對直流過電壓的影響。通過輸出功率平衡法,我們首先將直流負載電阻等效轉換至交流側,并建立故障下健全繞組的等效零序回路模型,以此為基礎,分析故障繞阻零序電壓、非故障繞阻零序電壓與發電機組中性點接地電阻之間的關聯。隨后,利用向量分析法準確計算接地方式對直流過電壓的具體影響。最終,結合模擬仿真與實驗數據,驗證了理論分析的正確性與有效性。
綜上所述,本研究不僅填補了多相整流器同步發電機單相接地故障對直流過電壓影響的研究空白,還為優化整流器發電機組的接地設計、提升系統整體穩定性提供了重要的理論依據與實踐指導。