绕线转子无刷双馈电机的电磁计算方法

为了快速准确计算绕线转子无刷双馈电机的运行性能,基于无刷双馈电机的等效磁路与电路,提出了一种新型电磁解析快速计算方法。以一台100 kW的绕线转子无刷双馈电机为例,通过对比计算与有限元仿真的结果,证明了此分析方法的快速性与准确性。

绕线转子无刷双馈电机‘Π’型等效电路

等效电路是电机性能分析的重要工具。由于无刷双馈电机为多耦合系统,传统等效电路计算复杂,该文提出了无刷双馈电机更简洁的‘Π’型等效电路,为这种电机的性能分析提供了简单有效的方法。首先根据感应电机基本原理,引出了无刷双馈电机的基本等效电路,考虑无刷双馈电机具体适用工况,将基本等效电路参数均折算到控制绕组。然后,在控制绕组为参考的等效电路基础上,通过电路等效,导出无刷双馈电机的‘Π’型等效电路。进一步对绕线转子无刷双馈电机等效电路的参数获得进行研究,讨论了使用解析法需要注意的地方;并提出用试验直接测定无刷双馈电机基本电路参数的办法。最后,在60k W绕线转子无刷双馈电机样机平台上进行试验,试验结果验证了‘Π’型等效电路的有效性,及参数计算、测试方法的正确性。

绕线转子无刷双馈电机齿驻波特性研究

由于无刷双馈电机定子包含两套绕组,电机转子需要与两套绕组进行耦合,所以其气隙合成磁场由两个极对数不同的基波磁场构成,导致其磁场特性相较于一般的交流电机更为复杂。该文以绕线转子无刷双馈电机为研究对象,将分析坐标系转换到转子坐标系分析气隙磁场,通过理论推导和有限元仿真提出该合成磁场具有与驻波类似的齿驻波特性,该特性表明合成磁场轴线相对转子静止,具有与同步电机相似的运行特性。同时,该特性对于无刷双馈电机的极数配合选择与性能优化具有指导意义。最后,通过在转子绕组中嵌入探测线圈并测量其感应电动势的方法进行了样机实验,结果证明了理论分析的正确性。

绕线转子无刷双馈电机的链型等效电路模型

为了建立准确的无刷双馈电机等效电路和分析谐波对电机性能的影响,从该类电机的基本电磁关系出发,在其基波等效电路的基础上,提出谐波等效电路,建立考虑谐波影响后的链型等效电路模型,并给出该等效电路模型中参数的计算公式和状态方程。以一台实际的绕线转子无刷双馈电机为例,利用链型等效电路模型,对样机的机械特性进行计算,并和基波等效电路模型的计算结果、实验结果进行对比分析。样机的计算结果和实验结果对比表明,本文给出的等效电路模型和计算方法是正确的。

考虑饱和影响的绕线转子无刷双馈电机性能

无刷双馈电机的磁路中同时存在两种不同极对数且不同转速的磁场。由于磁场分布的不对称性及时变性,传统的分析方法很难考虑饱和对电机带来的影响。本文建立了无刷双馈电机的有限元模型,并利用瞬态分析法分析了其相关运行性能,研究了功率在两套绕组中的分配规律。由于有限元模型考虑了磁场的饱和效应,故其计算结果相比传统方法更接近实测值,相关实验证实了该模型的有效性。

绕线转子无刷双馈电机开环控制下的稳定性研究

无刷双馈电机(brushless doubly-fed machine,BDFM)作电动机运行时,其稳态转速只由功率绕组和控制绕组的频率和极对数决定,而不随负载的改变而改变,它具有良好的机械特性和优良的调速性能,并且控制用变频器提供的功率只占电机总功率的一小部分,故无刷双馈电动机应用前景广阔。然而,研究发现,在开环电压控制下,电动机运行会产生不稳定甚至失步的现象,其稳定性与电机参数、运行范围以及控制电压有关。该文首先给出绕线转子无刷双馈电机的转矩计算方法,进而通过分析电机的转矩特性提出其在各种运行模式下能够稳定运行的判据,最后通过仿真予以验证。

极对数组合形式对绕线转子无刷双馈电机性能的影响

无刷双馈电机存在特殊性,其定子上有两套极对数不同的绕组,对于确定极对数的两套绕组,其极对数组合形式对电机性能有一定程度的影响。以绕线转子无刷双馈电机的等效电路为基础,推导空载和负载状态下转子电流和功率绕组侧输出相电压与控制绕组励磁电流之间的关系,以及负载状态下系统输出功率与控制绕组励磁电流之间的关系。利用有限元法对2/4、1/3对极电机分别在两种极对数组合下的性能进行研究,通过实验证明了理论推导及有限元分析的正确性,实验结果也表明选择极对数较小的绕组作为功率绕组的电机具有转子电流小、饱和程度低、运行范围广、功率绕组侧输出电压高和系统输出功率大等优点。

绕线转子无刷双馈电机的d-q轴数学模型

在阐述绕线转子无刷双馈电机的定子绕组、转子绕组结构和静止a-b-c轴数学模型的基础上,推导出电机的d-q轴数学模型。这种电机模型建立在一个任意d-q轴坐标系下,使用起来方便,消除定子绕组和转子绕组之间互感矩阵的时变系数,缩短计算时间,有利于控制方法的实现,适用于绕线转子无刷双馈电机动态和稳态性能的分析研究。d-q轴数学模型的参数能根据电机的设计几何尺寸和经验公式得到。通过仿真分析结果和实验数据的对比,验证了任意d-q轴数学模型的正确性。绕线转子无刷双馈电机任意d-q轴数学模型的建立为电机性能分析和控制策略的研究奠定基础。

绕线转子无刷双馈电机的工作原理及绕组设计

为解决转子结构中存在谐波含量高的问题,在分析无刷双馈电机工作原理的基础上,采用绕线转子的转子结构,对这种新转子结构电机的定转子绕组设计原理和接线方式进行研究.这种新的转子绕组可以根据"齿谐波"原理或者"变极"原理来设计,接线方式灵活,绕组系数高,谐波含量低.样机的试验数据说明:这种绕线转子无刷双馈电机有良好的性能.

绕线转子无刷双馈电机多谐波联合起动过程中磁动势及性能分析

多谐波联合起动绕线转子无刷双馈电机通过改变电机定子绕组联结方式,使得励磁电流在气隙中产生基波磁动势以及与基波同转向的不同极对数谐波磁动势。基波磁动势协同这些谐波磁动势与转子上复合线圈绕组相互作用来降低起动电流和增大起动转矩,进而改善电机的起动性能。该文通过详细的推导建立该电机的定子绕组磁动势数学模型,分析该电机在起动时磁动势谐波含量;分析转子绕组的磁场调制机理及工作特点,并对该电机在起动时的等效电路以及气隙磁通密度进行分析以研究其起动性能。仿真和试验结果表明,采用多谐波联合起动方式使电机的起动电流降低,起动转矩增大,并且使得电机具有良好的起动性能。

绕线转子无刷双馈电机漏感计算

为准确计算和测定绕线转子无刷双馈电机漏感参数,该文根据绕组电流在电机内不同位置所建立漏磁场的不同特点,推导槽漏感、端部漏感、谐波漏感计算公式。求解槽漏感时建立单槽槽漏磁场能量模型,分区域分层计算该槽漏磁场能量,利用叠加定理求出槽内导体漏感,参考网络图论列写关联矩阵求出各相槽漏感。求解端部漏感时,引入气隙电流和镜像电流,在均匀介质中建立线圈端部漏感计算模型,采用离散化的毕奥-萨伐尔定律求解两线圈间端部漏磁链,列写关联矩阵求出各相端部漏感。求解谐波漏感时,由于气隙长度相等使得磁动势波形与磁通密度波形具有相似性,对两种极对数的磁场,分别利用总电感减去基波电感计算两线圈间的谐波互感,列写关联矩阵求出各相谐波漏感。根据该模型计算一台不等匝同心式绕线转子无刷双馈电机漏感参数,通过与堵转试验及传统方法所得数据对比,验证了该方法的准确性。

一种新型绕线转子无刷双馈电机商用变频器控制方法探讨

探讨了一种采用RS485串口与变频器通讯方式来获得任意指定电压和频率的控制方法,从而实现商用变频器对无刷双馈电机电动和发电运行控制。Master430/440变频器具有特殊曲线可编程的V/F控制方式,修改3点可编程电压坐标可以实现变频器输出任意频率和电压的交流电。

磁阻辅助式绕线转子无刷双馈电机的结构优化

磁阻辅助式绕线转子是针对单一磁阻式转子或绕线转子无刷双馈电机高次谐波含量大和效率偏低等问题所提出的一种新型转子结构,其改善了气隙磁场,并使定转子之间的耦合能力有所提升。对磁阻辅助式绕线转子的结构进行了优化设计,分别研究不同隔磁层数、导磁层与隔磁层宽度比值以及极弧系数对无刷双馈电机磁场调制效果的影响,使用有限元软件对电机的性能进行了仿真分析,最后通过样机实验进一步验证转子优化设计的正确性。

基于定子电流法的绕线转子无刷双馈发电机偏心故障研究

绕线转子无刷双馈电机在船舶轴带发电以及风力发电等领域中具有良好的应用前景。转子偏心是一种常见的机械故障,威胁着现代化工业体系的稳定运转,因此实现其状态检测和故障诊断非常关键。由于无刷双馈电机具有特殊的定、转子绕组结构以及复杂的气隙磁场,因此传统的故障检测方法无法直接用于该类电机。该文通过定子电流法提取了功率绕组电流的特征频率分量作为故障指标,实现对静偏心、动偏心以及混合偏心的无创诊断。建立故障电机的时步有限元模型,并通过详细的故障机理分析,得出不同类型的偏心故障可能导致的特征频率信号。最后,以一台2/4对极无刷双馈电机为例,并通过有限元仿真、样机试验验证解析法的结论,为绕线转子无刷双馈电机偏心故障的精准检测提供了理论依据。

绕线转子无刷双馈发电机的计算机辅助设计系统

本文为了准确且快速分析计算无刷双馈发电机的稳态性能,基于传统三相电机的电磁设计程序和无刷双馈电机的等效电路,开发了采用C语言软件的绕线式无刷双馈电机计算机辅助设计系统。此系统可以计算在不同转速和控制电压下的电机性能。通过对实验数据和计算结果进行对比,证明了此设计系统计算结果的准确性,为绕线转子无刷双馈电机的计算机设计提供了高效便利方法。

不平衡磁拉力作用下无刷双馈电机的转子振动特性研究

无刷双馈电机长时间运行会出现转轴弯曲、轴承磨损等状况,导致气隙动偏心,并因此产生不平衡磁拉力,影响转子系统动力学特性。为了研究由不平衡磁拉力引起的转子振动特性问题,建立Jeffcott转子动力学模型,得出考虑不平衡磁拉力作用下转子系统的振动微分方程组,并对其自由振动响应进行了计算。以某型号无刷双馈电机的样机尺寸为例,分析气隙动偏心状态下电机气隙长度、转子材料及几何尺寸等对电机振动特性的影响,并利用Runge-Kutta法对振动微分方程组进行分析,结果表明:当转子动偏心率较小时,利用该转子系统的振动微分方程组计算出的解析解与数值计算结果吻合较好,转子的一阶振幅误差仅为0.2%,二阶振幅误差为2%,具有较高的精度且计算较为简便,为电机的高可靠运行提供理论支撑。

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。

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。

绕线式无刷双馈电机伺服系统的双同步转差型解耦控制研究

针对无刷双馈电机在解耦控制以及整体性能分析方面的不足,首先提出了一种双同步坐标系下无刷双馈电机的转差型解耦控制方案,并分析了该控制实现的必要条件。其次,通过对双同步坐标系下的静态方程求解得到该闭环控制下无刷双馈电机的带载特性。当电机转速和控制电机转子磁链一定时,可求解该工况下电机所能达到的带载边界,通过在负载转矩边界内部取值保证整个伺服系统的稳定运行。最后,通过仿真和实验验证了该控制方案的解耦性能和动态性能,同时也验证了该控制下带载性能分析的正确性和有效性。

无刷双馈电机研究综述与展望

无刷双馈电机具有结构可靠、变频器容量小等优势,非常适合灵活运行于防爆、易燃等特殊或极端工况,近年来受到广泛关注。该文根据无刷双馈电机的基本工作原理,明确了该类电机的命名原则与规范名称;总结了现有定转子方案的结构及性能特点,综合考虑性能指标与结构工艺,提出了转子双套绕组的发展方向;梳理了无刷双馈电机的稳态等效电路模型及基于各类数学模型的优化设计方法,针对现存难以完整考虑不同转速工况性能的不足,阐明了利用新型同步-异步相串联等效电路进行优化设计的思路;对比分析了经典及新近出现的无刷双馈电机控制系统拓扑和控制策略特点,面向典型电动、发电工况建立了完整的电机及控制系统。最后,对无刷双馈电机的上述理论研究问题及工业应用的发展方向进行了总结阐述,为该类电机的深入研究及加快推广应用提供参考和指导。