繞線轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機電磁分析和瞬態(tài)模型研究.pdf

1、無刷雙饋電機是在感應電機變速運行要求下發(fā)展起來的一種新型交流電機，其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)感應電機類似，可運行于同步、異步和雙饋等多種方式。這種電機沒有電刷和滑環(huán)，具有簡單可靠、變頻器容量小和功率因數(shù)可調(diào)等優(yōu)點。在水力發(fā)電、風力發(fā)電、船舶軸帶發(fā)電和交流電機調(diào)速等領(lǐng)域有著良好的應用前景。
　　無刷雙饋電機控制端口和功率端口的耦合依靠特殊設(shè)計的轉(zhuǎn)子完成，所以轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的設(shè)計對電機性能的影響至關(guān)重要。國內(nèi)外主要采用的無刷雙饋電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有：特殊籠型、

2、磁阻型、繞線型和混合型。目前試制的兆瓦級電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有特殊籠型和繞線型。特殊籠型結(jié)構(gòu)簡單，但是導體利用率較低、轉(zhuǎn)子繞組諧波含量大；相對而言，繞線轉(zhuǎn)子具有更靈活的繞組排列方式，可以合理設(shè)計轉(zhuǎn)子的兩種基波繞組系數(shù)同時削弱其它諧波，有著良好的諧波控制性能和較高的效率。
　　本文以繞線轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機為研究對象，對這種電機進行了深入的理論和實驗研究。研究的主要目的是：將按“齒諧波”原理和“雙正弦繞組”方法設(shè)計的繞線轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，應用于大中容量

3、無刷雙饋電機，驗證繞線轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)在大中容量無刷雙饋電機上的適用性；推導了簡潔有效的‘Π’型等效電路，并采用空間矢量的方式建立了無刷雙饋電機的任意速空間矢量模型，使電機性能分析變得更簡單，推動無刷雙饋電機的工程化進展。
　　本文的工作內(nèi)容主要有：
　　首先，對無刷雙饋電機的發(fā)展和演變進行了回顧，對無刷雙饋電機的基本運行原理和常見運行方式進行了總結(jié)，并分析了其主要尺寸與電磁設(shè)計參數(shù)之間的關(guān)系，說明了轉(zhuǎn)子繞組設(shè)計的重要性。在此基礎(chǔ)上

4、，重點介紹了繞線轉(zhuǎn)子獨特的“齒諧波”原理和“雙正弦繞組”結(jié)構(gòu)，詳細介紹了繞線轉(zhuǎn)子繞組的設(shè)計思路和方法，分析了兩種不同極對數(shù)氣隙磁密和合成磁動勢之間的相互關(guān)系，揭示了無刷雙饋電機的氣隙磁場特性和極對數(shù)及繞組系數(shù)之間的聯(lián)系。
　　其次，將無刷雙饋電機視為兩臺感應電機的級聯(lián)，從普通感應電機等效電路出發(fā)，結(jié)合無刷雙饋電機的特點，推導了基本等效電路；在此基礎(chǔ)上，利用等效網(wǎng)絡(luò)變換，導出了更為簡潔有效的‘Π’型等效電路，并用磁路法及利用特殊工況

5、對轉(zhuǎn)子繞組互感解耦的試驗法對等效電路參數(shù)進行了計算和測定；接著從互感空間諧波分析的角度出發(fā)，總結(jié)了無刷雙饋電機極對數(shù)的選取原則，并利用等效電路對不同運行狀態(tài)的能量傳遞關(guān)系進行了分析。
　　然后，給出了在靜止abc坐標系下的無刷雙饋電機模型，采用空間矢量的形式對其進行變換，得出了無刷雙饋電機在任意速下的空間矢量模型，給出了其瞬態(tài)等效電路。在此基礎(chǔ)上，利用空間矢量瞬態(tài)模型，對繞線轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機的短路電流進行了研究。
　　最后，