繞線轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組設計和運行特性研究.pdf

1、在變速驅(qū)動和恒頻發(fā)電方面,無刷雙饋電機展現(xiàn)出了良好的應用前景。為推動這一新型電機的實用化進程，本文對無刷雙饋電機做了深入分析，在電機設計方面做了一些探索，并對其作發(fā)電機時電機的運行特性做了研究。無刷雙饋電機是一種可以實現(xiàn)多種運行方式的新型交流勵磁電機，能夠在異步，同步和雙饋等多種方式運行。無刷雙饋電機取消了電刷和滑環(huán)，具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、功率因數(shù)可調(diào)和變頻器容量等級小等優(yōu)點。無刷雙饋電機作為電動機時，可用于風機和水泵等負載的變頻節(jié)能

2、調(diào)速系統(tǒng)；作為發(fā)電機時，可用于變速恒壓恒頻的船用軸帶發(fā)電、風力發(fā)電和水力發(fā)電系統(tǒng)中。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是無刷雙饋電機性能好壞的關(guān)鍵因素。目前國內(nèi)外無刷雙饋電機的轉(zhuǎn)子主要采用特殊籠型和磁阻兩種結(jié)構(gòu)，但這兩種結(jié)構(gòu)存在轉(zhuǎn)子磁動勢諧波含量高，導體對兩種極對數(shù)兼顧性差、導體利用率低等缺點。而繞線式轉(zhuǎn)子能通過調(diào)整繞組的匝數(shù)、節(jié)距等方法，使得導體利用率高，諧波含量低，因而具有更好的性能指標及實用性。本文以繞線式無刷雙饋電機為研究對象，研究工作目的在于：對這種電

3、機進行深入的理論研究，提出有效的轉(zhuǎn)子繞組設計方法，編寫可靠的轉(zhuǎn)子繞組分析、設計程序，建立繞線式無刷雙饋電機電磁設計方法，推動電機的實用化進程。主要包括如下幾方面的內(nèi)容：
　　 ⑴回顧無刷雙饋電機產(chǎn)生的背景條件、發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀，闡述新型繞線式無刷雙饋電機研究的意義以及該電機目前在船用軸帶發(fā)電和風力發(fā)電中應用前景。接著介紹了無刷雙饋電機的基本原理、定轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)和運行方式等情況。
　　 ⑵提出繞線式無刷雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組的磁

4、動勢諧波分析方法，編寫轉(zhuǎn)子繞組分析軟件，給出轉(zhuǎn)子的諧波漏抗和槽漏抗分析方法。依據(jù)槽號相位圖和單繞組磁動勢諧波理論，利用分布繞組可以降低磁動勢諧波的特點，給出基于齒諧波原理的無刷雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組設計方法，并給出幾種具體的繞組設計實例。借鑒星－三角接法的定子繞組可以提高繞組系數(shù)的特點，提出了星－環(huán)形接法轉(zhuǎn)子繞組設計方法，并給出了這一接法的電機工作原理和繞組連接實例。
　　 ⑶給出無刷雙饋電機定轉(zhuǎn)子槽配合、極數(shù)選擇的依據(jù)，以及極數(shù)配合

5、對電機性能的影響。分析電機的電負荷和磁負荷對新型繞線式無刷雙饋電機的主要尺寸設計的影響，進而分析在電、磁負荷允許的范圍內(nèi)，盡可能減小電機體積，以增大無刷雙饋電機的功率密度的條件。對無刷雙饋電機電路的參數(shù)測定是驗證電機理論設計參數(shù)一個重要方法，本文采用改進的粒子群優(yōu)化算法對實驗所得樣機數(shù)據(jù)進行分析，優(yōu)化出與多組實驗數(shù)據(jù)相吻合的電機等效電路參數(shù)，為電機的設計提供佐證。
　　 ⑷以兩臺Y315為基礎，先后設計七種4/8極電機定、轉(zhuǎn)子繞

6、組方案，圍繞七種方案的樣機在船用軸帶發(fā)電方面的應用做了詳細的分析：通過樣機空載特性實驗，驗證了樣機在不同的控制繞組頻率段電機的飽和程度基本不變；通過樣機負載實驗分析了樣機在各種負載工況下，樣機的工作狀態(tài)變化過程；通過對比不同方案的樣機，給出了控制繞組端所聯(lián)接變頻器的容量與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系；通過分析樣機參數(shù)，驗證了樣機在不同負載、不同轉(zhuǎn)速下的效率及其變化趨勢；通過分析電、磁負荷，以及變頻器容量對電機的影響，給出了樣機的可靠運行范圍；通過測量