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绕线转子无刷双馈电机特性研究

作　者: 程源
导　师: 王雪帆
学　校: 华中科技大学
专　业: 电机与电器
关键词: 无刷双馈电机绕线转子有限元饱和磁场转矩稳定性等效电路
分类号: TM34
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

无刷双馈电机是一种具有广泛应用前景的新型电机。作为发电机可实现变速恒频恒压运行,可应用于船用轴带发电以及风力发电等领域；作为电动机可实现变频调速运行,其优点在于在一定转速范围内可使用小容量的变频器控制大容量的电机,且具有较硬的机械特性。正因为如此,国内外学者对该电机进行了广泛而深入的研究。而绕线转子无刷双馈电机是一种新型转子结构的无刷双馈电机,它不同于以往的特殊笼型的或是磁阻式的无刷双馈电机,通过对转子绕组采用不等匝以及不等节距的线圈组合,能够有效的控制转子绕组的谐波含量,提高两个主波的绕组系数,减少由谐波带来的电机损耗,提高电机的效率。故本文研究的无刷双馈电机其转子采用的均是绕线式的结构。本文的研究目的有两个方面：一是能够定量、准确的计算无刷双馈电机的各种性能和参数,即与实验结果保持一致性；二是对无刷双馈电机的转矩特性进行深入研究,并得出电动机的稳定运行判据。本文的研究工作主要包括以下几个方面的内容：首先,分析绕线转子无刷双馈电机的基本运行原理,得出电机功率在定子两套绕组中的分配规律。推导并建立绕线转子无刷双馈电机在ABC坐标系中的状态方程,并给出状态方程中电机参数和等效电路中电机参数之间的转换关系。其次,构建绕线转子无刷双馈电机的有限元模型,当电机作发电机运行时,将传统解析方法、有限元法的计算结果同实验结果进行比较,并给出有限元模型下控制绕组有功功率、功率因数的计算方法以及电机效率的估算方法。当电机作电动机运行时,将有限元模型的仿真结果和MATLAB的仿真结果进行比较。基于无刷双馈电机的简化有限元模型,提出一种利用磁通-磁势校正曲线对无刷双馈电机的两个励磁电感进行修正的方法,将数值和解析法进行有效的结合,减少计算时间,提高计算精度。然后,对绕线转子无刷双馈电机的转矩特性进行深入研究,分析在不同运行方式下电机的转矩构成,利用无刷双馈电机的等效电路,给出电机异步转矩、交变转矩以及同步转矩的计算方法。并在开环电压控制下,给出了绕线转子无刷双馈电动机在双馈运行模式下的稳定运行条件。最后,设计一台4/2对极绕线转子无刷双馈发电机实验样机,在空载和负载条件下,测量电机的发电电压、频率以及电压波形总谐波畸变率,给出电机在不同转速下的效率曲线。并结合电机的有限元模型,对电机的气隙磁场进行谐波分析。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-22
  1.1 无刷双馈电机的发展历史和研究现状  11-18
  1.2 无刷双馈电机的应用前景  18-19
  1.3 无刷双馈电机存在的问题  19-20
  1.4 本文研究内容和结构安排  20-22
2 绕线转子无刷双馈电机基本原理、动态模型和等效电路  22-38
  2.1 绕线转子无刷双馈电机基本工作原理  22-28
  2.2 绕线转子无刷双馈电机动态数学模型  28-34
  2.3 绕线转子无刷双馈电机等效电路  34-37
  2.4 本章小结  37-38
3 绕线转子无刷双馈电机有限元模型  38-57
  3.1 有限元模型  38-42
  3.2 有限元模型的验证  42-49
  3.3 功率分配和效率  49-52
  3.4 无刷双馈电动机起动过程分析  52-55
  3.5 本章小结  55-57
4 绕线转子无刷双馈电机励磁电感参数校正  57-71
  4.1 磁场分布特点  57-59
  4.2 有限元模型  59-63
  4.3 校正曲线  63-66
  4.4 励磁电感参数校正  66-69
  4.5 实验结果  69-70
  4.6 本章小结  70-71
5 绕线转子无刷双馈电机转矩特性研究  71-93
  5.1 绕线转子无刷双馈电机转矩分量  71-74
  5.2 绕线转子无刷双馈电机转矩计算  74-83
  5.3 绕线转子无刷双馈电机稳定性分析  83-88
  5.4 仿真验证  88-92
  5.5 本章小结  92-93
6 绕线转子无刷双馈发电机实验研究  93-105
  6.1 绕线转子无刷双馈发电机样机设计  93-96
  6.2 绕线转子无刷双馈发电机实验系统  96-98
  6.3 绕线转子无刷双馈发电机试验分析  98-104
  6.4 本章小结  104-105
7 全文总结及展望  105-108
  7.1 全文总结  105-106
  7.2 研究展望  106-108
致谢  108-110
参考文献  110-122
附录攻读博士学位期间发表的学术论文  122

绕线转子无刷双馈电机特性研究

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