无刷双馈电机动态磁网络模型研究及优化设计

发布时间：2020-11-03 18:44

　　 无刷双馈电机(Brushless Doubly-Fed Machine,BDFM)取消了电刷和滑环,提高了系统的可靠性,具有变频器容量小、功率因数可调等优点,在变频调速驱动及风力发电领域具有广阔发展前景。然而由于其结构特殊,磁场调制机理复杂,存在效率较低等缺点,且尚缺少有效工具可快速而准确地对其运行特性进行分析。本文采用理论分析、有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)与实验研究相结合的方法,对笼型转子BDFM的动态磁网络(Dynamic Magnetic Equivalent Circuit,DMEC)模型建模与求解方法及笼型转子BDFM的优化设计方法开展研究。首先,介绍了BDFM的基本结构及工作原理,并针对一个笼型转子BDFM样机,结合其结构特点并考虑铁心饱和与转子旋转的影响,分析并建立了其等效的DMEC模型,研究了DMEC模型的拓扑结构及磁阻的计算方法;其次,借鉴电路分析的方法,利用节点法、回路法和传输线模型法,分别建立了笼型转子BDFM的DMEC模型代数方程组,并将代数方程组与微分方程组相耦合,给出了DMEC模型的求解流程,对模型进行求解,比较了三种方法各自的优缺点;第三,利用DMEC模型对笼型转子BDFM的不同运行工况进行了性能分析,并将分析结果与FEA结果及实验数据进行了对比,从而验证了笼型转子BDFM的DMEC模型建模及计算结果的正确性;第四,以提升笼型转子BDFM的效率为目标,利用田口法对多个设计参数进行分析,根据分析结果选取了9个优化变量;最后,对差分进化算法(Differential Evolution Algorithm,DEA)进行改进,提升算法的性能,并将其应用到对笼型转子BDFM的优化设计中,得到优化后的设计方案,进而利用FEA对优化后的设计方案进行了验证。结果表明,本文提出的DMEC模型和改进的差分进化算法(Improved Differential Evolution Algorithm,IDEA)能对笼型转子BDFM的效率进行有效的优化设计,优化后样机的效率明显提高。本文的研究成果可丰富笼型转子BDFM运行性能的分析方法,可为改进笼型转子BDFM的电磁设计方法、提升其效率提供理论指导和参考。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM35
【部分图文】：

(a) 凸极磁阻转子 (b) 轴向叠片磁障转子 (c) 径向叠片磁障转子图 2.4 BDFM 的 3 种磁阻转子结构Fig. 2.4 Three reluctance rotor structures of BDFM③ 绕线型转子与上述两种转子不同，绕线型转子通过将转子部分的绕组按特定的方式进布，实现磁场调制的作用，在设计时可灵活的对转子绕组进行调整。目前绕组进行排布的方法主要有两种，分别是利用“齿谐波”原理进行设计及变极”原理进行设计。绕线式转子对磁场调制的作用最好，降低了 BDFM 用谐波磁场的含量，提高了转子绕组导体利用率，但存在绕组联结方式复杂易加工等缺点，图 2.5 为根据“变极”原理设计绕线转子的示意图。AcpapAAaAbAcBaBbpapbpApB

重庆大学硕士学位论文的磁路；Rsy、Rry分别为定转子轭部磁阻，用Rst、Rrt分别为定转子齿部磁阻，用来模拟定电机内部磁场的分布情况相对应，轭部磁阻径向摆放，定转子铁心部分的磁阻的数值将重合部分的定转子齿在气隙之间也由一磁阻磁通的磁路。此外，在 MEC 模型的拓扑结中的电流对磁场的激励作用。磁动势既可放置在齿部，则磁动势的数值为相邻两槽匝电繁杂；若放置在轭部，则磁动势为对应槽的单。为了便于建模和求解，本文将磁动势放值等于槽中的匝电流的数值。

3 笼型转子 BDFM 动态磁网络模型的求解C 模型进行求解时，需要将代数及微分方程相耦合每一时刻电压方程及机械运动方程将定转子绕组磁，代数方程根据定转子绕组磁链及转子位置角求方程及机械运动方程进行耦合，实现对 DMEC 模方法的对比型转子 BDFM 的 DMEC 模型建模和求解方法的正联型笼型转子 BDFM 样机为对象，建立其 MEC 立 DMEC 模型的代数方程组并和微分方程组相耦关程序来对 DMEC 模型进行求解，其中对代数方顿迭代法，对微分方程组求解的方法为四阶龙格-4 所示，样机参数如表 3.1 所示。
【参考文献】

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本文编号：2868958