單繞組多相無軸承電機的研究.pdf

1、隨著電力電子器件與技術(shù)發(fā)展，多相功率變換器得以實現(xiàn)，這才使電機擺脫電網(wǎng)相數(shù)的限制。從而，電機的相數(shù)在現(xiàn)代電氣傳動系統(tǒng)中成為了一個新的自由度。與3相電機相比，多相電機（相數(shù)n>3）不僅易于通過低壓器件實現(xiàn)大功率傳動，還具有更高的可靠性。多相電機在船舶推進、機車牽引和航天電氣等領(lǐng)域引起人們的廣泛興趣。 本文對多相電機理論和多相電機多自由度的利用等方面展開研究，全文的主要內(nèi)容如下： 磁動勢分析是深入了解多相電機特性的手段?；?/p>

2、繞組函數(shù)理論分析了通用的多相系統(tǒng)的磁動勢分布，建立了多相異步電機數(shù)學(xué)模型；從這兩個角度分析闡述了各種不同繞組結(jié)構(gòu)多相電機的特性。 詳細闡述了多相電機的多自由度特性，一臺多相電機（相數(shù)n>5）具有多個正交平面，各個正交平面內(nèi)的電流可以以不同的方式利用。 以15相集中整距繞組異步電機為例，各次諧波被用來改善磁場分布。分析了諧波的注入對磁密影響，氣隙磁密優(yōu)化成平頂波形以充分利用鐵心；分別探討了電壓源供電和磁場定向控制時如何得到

3、期望的氣隙磁密波形；在相同的齒、軛部磁密幅值和定子銅耗下分別比較了正弦供電和非正弦供電時電機性能，并揭示了注入諧波后電機轉(zhuǎn)矩和功率密度得到提高的原因以及磁密波形的優(yōu)化。 無軸承電機通常在定子中嵌入兩套3相繞組，一套用作轉(zhuǎn)矩驅(qū)動，另一套用于懸浮。本文將多相電機的多控制自由度理論與無軸承電機的懸浮原理相結(jié)合，提出單繞組多相無軸承電機模型即利用一套多相繞組實現(xiàn)無軸承電機，通過通入兩組不同相位差的電流來產(chǎn)生所需的磁場，換言之，這兩組電流

4、分別映射到多相系統(tǒng)中不同的平面，一個平面用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩而另一個平面用作懸浮，從而將多相電機的優(yōu)點引入到無軸承電機中來。利用改進的繞組函數(shù)法計算了氣隙偏心時旋轉(zhuǎn)坐標系下多相系統(tǒng)的電感矩陣，并由此推導(dǎo)了電機的數(shù)學(xué)模型。利用虛位移法推導(dǎo)了徑向力解析模型，并通過有限元法驗證；借鑒雙繞組無軸承電機的控制思路設(shè)計了單繞組多相無軸承電機磁場定向控制系統(tǒng)；對單繞組多相無軸承電機的相數(shù)的選擇、繞組結(jié)構(gòu)和定子銅耗分析等問題進行了分析；搭建了六相無軸承異步電機