双定子笼障转子无刷双馈发电机冷却空气流变特性数值分析

双定子笼障转子无刷双馈发电机(DSCBR-BDFG)采用了背靠背笼障转子以及双定子结构,因此其具有磁场耦合能力强、功率密度高、容错性能好等优势。针对该发电机结构复杂、散热困难、额定运行时局部温升较高的问题,研究通风结构内部冷却空气的流变特性对发电机冷却系统优化设计具有重要意义。以一台50kWDSCBR-BDFG样机为研究对象,阐述了该发电机的机械结构、绕组联结方式以及励磁控制系统,分别建立内外流体区域的三维物理模型和数学模型,给出边界条件和基本假设,根据流体力学理论,采用有限体积法对其湍流控制方程进行数值求解,得到了发电机内部空间不同位置的空气流速、流量以及迹线等空间分布特点,并对其进行详细分析。通过研究揭示了DSCBR-BDFG内部冷却介质流变特性的分布规律,为后续对该发电机通风冷却结构的优化设计提供依据。

不平衡电压下双笼转子无刷双馈发电机的多目标控制

该文以双笼转子无刷双馈感应发电机为主要研究对象。为了解决不平衡电网电压带来的功率绕组(power winding,PW)定子绕组功率脉动和电流不平衡的问题,设计了简化矢量控制策略,对PW侧谐波功率和负序电流进行抑制。此外,通过建立控制绕组(control winding,CW)电流统一表达式,对各个控制目标之间的关系进行了数学推导和理论分析。在此基础上,建立了PW电流不平衡度约束条件下,针对PW有功功率脉动幅值和无功功率脉动幅值的多目标控制数学模型。并采用粒子群算法进行求解,对CW统一电流表达式中的系数进行优化,计算CW参考电流值从而实现多目标控制。最后在双笼转子无刷双馈感应发电机实验平台上,对所提出的控制策略的有效性和理论推导的正确性进行了验证。

基于Kriging代理模型的无刷双馈发电机转子优化设计

无刷双馈发电机由于其自身没有电刷、滑环等结构特点,因此被认为是最有希望成为风力发电系统的主流发电机之一。无刷双馈发电机是依靠转子的磁场调制机理实现机电能量转换,其转子的耦合能力是影响电机性能的重要因素。因此本文提出了一种串联笼条辅助磁障转子的新型转子结构,分析了该种转子不同结构参数对电机性能的影响,并提出一种基于Kriging代理模型的多目标差分进化算法的无刷双馈发电机转子优化设计方法。首先建立该种新型转子的参数化模型,通过Kriging代理模型建立优化变量与优化目标之间的响应关系,再利用多目标差分进化算法找到最优的变量组合,最后通过有限元仿真对电机的性能进行分析。

新型双定子无刷双馈风力发电机直接功率控制

新型双定子无刷双馈发电机包括内外功率绕组和内外控制绕组,二者分别通过中间带隔磁环的背靠背笼障转子进行磁场耦合。针对该新型双定子无刷双馈风力发电机提出一种直接功率控制方法,内外功率绕组及内外控制绕组分别串联以保持各自同相绕组的电磁一致性,将功率绕组有功和无功功率滞环比较器输出值及控制绕组磁链扇区号综合,采用查找表得到控制绕组机侧变流器所需输出的电压空间矢量。通过定量对比研究12/8极50 kW样机控制系统阶跃信号作用下的特性仿真与实验结果,验证了所提双定子无刷双馈风力发电机直接功率控制在亚同步~超同步速度变化范围内变速恒频发电、最大功率跟踪、无功功率与单位功率因数控制等方面的正确性、可行性和有效性。

永磁/笼障混合转子双定子风力发电机电磁设计与性能分析

针对主流永磁同步发电机存在成本高和有刷双馈感应发电机存在可靠性低的问题,结合风电发展的要求,提出一种具有功率密度高和可靠性高的新型永磁/笼障混合转子双定子风力发电机应用于海上风力发电。功率密度与电机的功率分配、极槽配合和转子耦合能力有关。基于该发电机的工作原理和设计要求,设计一台300 kW永磁/笼障混合转子双定子风力发电机,并考虑功率分配、主要尺寸确定方法、极槽配合和转子耦合能力。在此基础上,采用数值法分析不同运行状态下该发电机性能,并与实验测试结果作比较;同时将所提出的发电机与常规电机在转矩密度和成本方面作比较,验证该发电机设计和分析方法的合理性和有效性及转矩密度高的特点。

笼型转子无刷双馈发电机的间接功率控制

针对无刷双馈发电机(BDFIG)在变速恒频风力发电系统中有功功率和无功功率的控制问题,提出一种笼型转子无刷双馈发电机并网后的间接功率控制方法。利用BDFIG统一坐标系模型推导出有功功率与控制绕组磁链幅值和相位增量之间的解析关系,在此基础上设计有功功率和无功功率的控制器,建立间接功率控制系统的结构框图。样机并网后的实验结果表明该方法能够实现有功功率与无功功率的控制。该方法无需进行旋转坐标变换,用到的电机参数较少,构成的控制系统结构简单。

笼障转子无刷双馈电机水冷系统设计

为了降低笼障转子无刷双馈电机的温升,进一步提高其功率密度,提出采用水冷方式替代风扇冷却对该种新型电机进行冷却系统设计。建立水冷系统解析计算模型,分别设计了轴向和螺旋两种水路结构,计算两种水路结构机壳表面温度,并对两种水路结构进行对比分析。选取无刷双馈电机周向1/6区域作为研究对象,建立三维稳态温度场物理模型,通过采用有限元方法计算了电机各部分的温升分布,并对结果进行详细分析。最后将有限元计算结果与解析结果进行对比,验证了螺旋水路冷却方案设计的有效性,为后续水冷样机的研制和进一步实验研究提供理论依据。

新型双定子无刷双馈风力发电机温度场计算与分析

针对现有风力发电机功率密度较小,运输成本高,容错性较差等问题,本文提出一种新型笼障转子耦合双定子无刷双馈风力发电机。该种电机内部谐波磁场丰富,损耗较大,导致其在运行时温升较高。然而温升对电机性能具有较大的影响,因此对其准确计算至关重要。本文介绍了该种电机的总体结构,建立传热三维物理模型和数学模型,给定相关基本假设和边界条件,采用有限元方法对温度场进行了仿真计算,得到了各部件温升的分布规律,并对比分析了不同的机壳材料、冷却介质以及流速等条件下双定子无刷双馈发电机温度分布情况。本文为后续该种发电机冷却系统的设计优化提供了依据。

无刷双重馈电双定子感应发电机

澳大利亚《ELECTRICAL WORLD》(222-8)报道,1998年以前,澳大利亚悉尼科学技术大学和Varispeed电子电机公司就曾研制了一种无刷双定子感应电动机;1998年双重馈电(一个定子由一个可变频输出的变频器馈电)双定子的形式开始实验,从而产生了一种具有较高效率、便于控制的以同步模式运行的无刷双重馈电双定子感应电动机(BDFTSIM)。最近的研究工作扩展到用来转换机械能的发电机,即无刷双重馈电双定子感应发电机(BDFTSIG)。 20kW的机组和系统正在实验,在实验设备中的BDFTSIM或BDFTSIG均包括两个相同的绕线式转子感应电机,一个构成功率绕组,另一个构成控制绕组。由于该两个电机的转子绕组在内部直接连接,因此无需电刷和集电环。在实验机组中安装这些元件是为了能够测量实验转子的电流。

无刷双馈发电机不依赖参数的矢量控制策略

通过对无刷双馈发电机的功率绕组电压定向的统一矢量模型进行研究,提出了一种不依赖电机参数的矢量控制策略。该控制方法通过控制控制绕组的d轴和q轴电压分量来分别控制无刷双馈发电机的有功功率和无功功率,同时针对两定子d轴和q轴变量之间的交叉耦合问题加入了补偿模块。相比其他补偿策略,该补偿模块更加容易计算和实现。该控制策略不需要使用电机参数,避免了电机运行过程中因参数变化带来的控制精度下降问题。为了验证所提出的控制策略的性能,搭建了变频调速试验平台。试验结果证明了该控制方法具有良好的控制性能和解耦性能。

不同转子结构无刷双馈电动机的仿真研究

阐述了无刷双馈电动机的工作原理和不同转子结构特点,采用Ansoft软件对磁障、笼型、凸极、凸极加导条4种不同转子结构的无刷双馈电动机进行了建模仿真,通过二维瞬态电磁场有限元计算出了不同转子结构无刷双馈电动机的磁力线分布及气隙磁场谐波的频谱图,揭示了不同转子结构对无刷双馈电动机磁场调制效果的影响,得出磁障转子无刷双馈电动机对磁场的调制效果最好、笼型转子无刷双馈电动机对磁场的调制效果最差的结论,为深入研究无刷双馈电动机转子结构的优化设计奠定了基础。