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无刷双馈电机的设计及其电感参数计算

纪梁洲  
【摘要】:无刷双馈电机是由两台绕线式异步电机自级联演变发展起来的一种新型电机,它同时具有同步电机和异步电机特点。定子上具有两套极数不同的对称三组绕组,分别称之为功率绕组和控制绕组,转子采用笼型或磁阻型的结构。无刷双馈电机有着简单牢固的无刷结构、可回馈使用的转差功率、可调节的功率因素等优点,它在交流调速系统和变速恒频发电系统的应用研究受到了越来越多学者的关注。 结合国内外的有关文献,本文介绍了无刷双馈电机产生的研究背景和意义、发展历史、研究现状。随后在无刷双馈电机的基本工作原理的基础上,简要分析了无刷双馈电机不同运行方式下的具体工作情况,建立了笼型转子无刷双馈电机和磁阻型转子无刷双馈电机在三相静止坐标系下的数学模型,着重指出电感矩阵在数学模型中的重要性。 本文对无刷双馈电机的设计进行了较为全面地研究,分别从定、转子设计两方面来阐述所研究的内容。在定子设计部分,本文在传统异步感应电机定子设计的基础上,依据样机的设计要求,介绍了无刷双馈电机实际样机定子设计的流程和设计过程中需要掌握和遵循的若干基本原则;在转子设计部分,本文以凸极转子结构的优化设计为例,按照田口法的设计步骤,通过建立有限元模型进行正交试验,最终找到最优凸极转子结构并得出该种转子设计中的一些结论。田口法在转子设计中的应用,大大提高了设计效率,节省了时间并且该法能够推广至其他类型转子结构的设计过程当中。 最后,本文详细研究了无刷双馈电机电感参数的解析方法,推导了传统绕组函数法的电感参数计算的公式和具体过程,并在此基础上通过改进绕组函数和反气隙函数的数学表达式推导得到改进型绕组函数法计算电感参数的公式和具体过程,有限元计算结果验证了该法的有效性和正确性。


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