基于复合线圈结构的无刷双馈电机起动性能研究

发布时间：2020-11-09 02:46

　　 绕线型无刷双馈电机是一种新型交流电机,可以实现异步起动、异步运行、同步运行和双馈运行等多种运行方式。无刷双馈电机与感应电机一样,具有结构简单和坚固耐用的优点。同时,无刷双馈电机取消了电刷和滑环结构,使得电机更加安全可靠地运行。当无刷双馈电机作发电机用时,具有良好的变速恒频恒压发电特性,广泛应用于风力发电,水力发电和船用轴带发电等领域;当无刷双馈电机作电动机用时具有良好的调速性能,可以简便的通过调节控制绕组的频率完成对转速的控制。转子结构是决定无刷双馈电机性能好坏的重要因素。与特殊笼型和磁阻型转子结构相比,绕线型转子结构具有导体利用率高、谐波含量低和接线方式灵活的优点。但是,绕线型无刷双馈电机的起动性能限制了其工业应用范围。本文以绕线型无刷双馈电动机为研究对象,研究的目的在于利用绕线型转子接线方式灵活的优点,采用复合线圈结构设计转子绕组,从而改善绕线型无刷双馈电动机的起动性能。如此,可以拓展绕线型无刷双馈电动机的工业应用范围,使得该类电机能更好地完成调速任务,推动实用化的进程。本文的研究内容主要包括以下几个方面:首先,回顾了国内外众多学者对无刷双馈电机发展做出的研究工作。在其基础上,总结了无刷双馈电机的基本原理,介绍了无刷双馈电机在分别作发电机运行和电动机运行时的多种运行方式。介绍了交流绕组的设计的基本要求、定子绕组设计要求和转子绕组设计要求。其次,通过分析绕线型异步电动机的串电阻起动方式和绕组折算公式发现,可以通过改变转子绕组每相有效匝数来改变转子电阻折算值的大小。经过分析,通过适当的设计可以实现与串电阻起动类似的起动过程和效果:在起动时,减小转子绕组每相有效匝数,增大了转子电阻折算值的大小,相当于转子绕组外串电阻,改善了起动性能;在运行状态下,将转子绕组每相有效匝数恢复正常数值,电机正常运行完成调速任务。如此,保证了电机可以高效运行。之后,介绍了复合线圈的结构。通过分析发现,复合线圈结构可以满足在不同运行状态下对于转子绕组每相有效匝数的要求,但存在前提条件:不同运行状态下需要设计不同的极对数。此外,根据理论分析结果,介绍了样机两套定子绕组和转子绕组的设计方案。其中,两套定子绕组均采用变极法设计,定子绕组的作用类似与“开关”对样机的运行状态进行切换;转子绕组采用复合线圈结构设计。并通过槽导体电动势星形图确定设计方案是否满足要求。最后,设计出一台4/8极试验样机。介绍了样机的设计数据和参数以及样机的定转子结构。其次,为了验证复合线圈理论的正确性以及对起动性能的影响,共建立了三个仿真模型进行比较。将常规线圈模型的仿真结构与样机模型的仿真结果进行比较,如此可以直观地验证复合线圈理论的正确性以及是否对起动性能有改善作用;此外,将样机模型的双六极起动方式的起动性能与样机采用异步起动方式时的起动性能进行对比。最后,进行了样机试验,以验证样机起动性能的仿真结果与样机试验结果是否一致。通过仿真结果和试验结果的对比和分析,可以说明采用本文方法设计的样机具有优良的起动性能,可以取代无刷双馈电动机的常规异步起动方式。同时也为该类电机的应用与进一步研究奠定了坚实基础。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM34
【部分图文】：

图 3. 2 串接不同电阻值时的 T-s 曲线.2 T / s curves with different resistance value随着串接电阻值的不断增大，各情况T-s 曲线出现了左移。最大转矩maxT接电阻值的增大而增大。公式如下21 1max2 ' 211 1 1 1 1 22 ( )m p UTc r r x c x '1 22 ' 21 1 1 2( )kc rsr x c x '1 221' 2 ' 21 1 1 2 1 1 2( ) ( )stm p rT U r c r x c x 绕组所施加的相电压；1m 和p分别绕组的相电阻和漏电抗；'r ，'x 为转

图 3. 4 转子绕组中小段绕组及其等效电Ashort winding of rotor winding and its eq合线圈组取代原绕组中的每个小段绕和2N匝（1 2N N，且1 2 0N N N），的产生的磁动势相加，两条支路电据图 3.4a）和 b)，可将图 3.5 等效为匝数为1N（2N）匝的两个线圈由匝等效。 设图 3.5 中，匝数为1N匝漏阻抗为2Z，则各部分漏阻抗如图组的漏阻抗为nZ，在图 3.4b）中标出1 1c 2 1c 4 1c 1N 匝1N匝2N 匝1I 2I 3 1c 2N 匝N 匝N 匝N 匝N 匝1 2c 2 2c 3 2c 4 2c

图 3. 11 变极电机运行时的外部接线图ternal wiring diagram of a pole-changing motor when绕组2s均采用变极法设计，不同的出线端对双定子异步电动机，1s和2s分别表示定子绕电机运行时，作无刷双馈电动机运行，此时所对应的极对数分别为pp和cp。等效电路1K和2K两组开关的状态，即控制两套定子绕行状态：当开关1K闭合2K断开时，电机处于机起动完成进入运行状态。机为一台双定子异步电动机有两套定子绕组经过频率折算后电动机定转子耦合电路示意数分别用下标 1 和 2 进行区分。而在电机处
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本文编号：2875761