繞線轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組設(shè)計(jì)和運(yùn)行特性研究.pdf

1、在變速驅(qū)動(dòng)和恒頻發(fā)電方面,無刷雙饋電機(jī)展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。為推動(dòng)這一新型電機(jī)的實(shí)用化進(jìn)程，本文對(duì)無刷雙饋電機(jī)做了深入分析，在電機(jī)設(shè)計(jì)方面做了一些探索，并對(duì)其作發(fā)電機(jī)時(shí)電機(jī)的運(yùn)行特性做了研究。無刷雙饋電機(jī)是一種可以實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行方式的新型交流勵(lì)磁電機(jī)，能夠在異步，同步和雙饋等多種方式運(yùn)行。無刷雙饋電機(jī)取消了電刷和滑環(huán)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、功率因數(shù)可調(diào)和變頻器容量等級(jí)小等優(yōu)點(diǎn)。無刷雙饋電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)時(shí)，可用于風(fēng)機(jī)和水泵等負(fù)載的變頻節(jié)能

2、調(diào)速系統(tǒng)；作為發(fā)電機(jī)時(shí)，可用于變速恒壓恒頻的船用軸帶發(fā)電、風(fēng)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(jī)性能好壞的關(guān)鍵因素。目前國(guó)內(nèi)外無刷雙饋電機(jī)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(dòng)勢(shì)諧波含量高，導(dǎo)體對(duì)兩種極對(duì)數(shù)兼顧性差、導(dǎo)體利用率低等缺點(diǎn)。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(dǎo)體利用率高，諧波含量低，因而具有更好的性能指標(biāo)及實(shí)用性。本文以繞線式無刷雙饋電機(jī)為研究對(duì)象，研究工作目的在于：對(duì)這種電

3、機(jī)進(jìn)行深入的理論研究，提出有效的轉(zhuǎn)子繞組設(shè)計(jì)方法，編寫可靠的轉(zhuǎn)子繞組分析、設(shè)計(jì)程序，建立繞線式無刷雙饋電機(jī)電磁設(shè)計(jì)方法，推動(dòng)電機(jī)的實(shí)用化進(jìn)程。主要包括如下幾方面的內(nèi)容：
　　 ⑴回顧無刷雙饋電機(jī)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(jī)研究的意義以及該電機(jī)目前在船用軸帶發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電中應(yīng)用前景。接著介紹了無刷雙饋電機(jī)的基本原理、定轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式等情況。
　　 ⑵提出繞線式無刷雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的磁

4、動(dòng)勢(shì)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(hào)相位圖和單繞組磁動(dòng)勢(shì)諧波理論，利用分布繞組可以降低磁動(dòng)勢(shì)諧波的特點(diǎn)，給出基于齒諧波原理的無刷雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組設(shè)計(jì)方法，并給出幾種具體的繞組設(shè)計(jì)實(shí)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(diǎn)，提出了星－環(huán)形接法轉(zhuǎn)子繞組設(shè)計(jì)方法，并給出了這一接法的電機(jī)工作原理和繞組連接實(shí)例。
　　 ⑶給出無刷雙饋電機(jī)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(duì)電機(jī)性能的影響。分析電機(jī)的電負(fù)荷和磁負(fù)荷對(duì)新型繞線式無刷雙饋電機(jī)的主要尺寸設(shè)計(jì)的影響，進(jìn)而分析在電、磁負(fù)荷允許的范圍內(nèi)，盡可能減小電機(jī)體積，以增大無刷雙饋電機(jī)的功率密度的條件。對(duì)無刷雙饋電機(jī)電路的參數(shù)測(cè)定是驗(yàn)證電機(jī)理論設(shè)計(jì)參數(shù)一個(gè)重要方法，本文采用改進(jìn)的粒子群優(yōu)化算法對(duì)實(shí)驗(yàn)所得樣機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，優(yōu)化出與多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合的電機(jī)等效電路參數(shù)，為電機(jī)的設(shè)計(jì)提供佐證。
　　 ⑷以兩臺(tái)Y315為基礎(chǔ)，先后設(shè)計(jì)七種4/8極電機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞

6、組方案，圍繞七種方案的樣機(jī)在船用軸帶發(fā)電方面的應(yīng)用做了詳細(xì)的分析：通過樣機(jī)空載特性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了樣機(jī)在不同的控制繞組頻率段電機(jī)的飽和程度基本不變；通過樣機(jī)負(fù)載實(shí)驗(yàn)分析了樣機(jī)在各種負(fù)載工況下，樣機(jī)的工作狀態(tài)變化過程；通過對(duì)比不同方案的樣機(jī)，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(jī)參數(shù)，驗(yàn)證了樣機(jī)在不同負(fù)載、不同轉(zhuǎn)速下的效率及其變化趨勢(shì)；通過分析電、磁負(fù)荷，以及變頻器容量對(duì)電機(jī)的影響，給出了樣機(jī)的可靠運(yùn)行范圍；通過測(cè)量