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不同转子结构无刷双馈电机磁场调制效果与动态特性研究

高强  
【摘要】: 无刷双馈电机(Brushless Doubly-Fed Machine,以下简称“BDFM”)取消了电刷和滑环,具有变频器容量小、功率因数和转速可调等优点。它既可作为变频调速的电动机使用,也可作为变速恒频的发电机使用,具有很好的应用前景。由于磁场调制效果是影响BDFM运行特性的关键因素,而转子结构对磁场调制效果至关重要,因此本文针对不同转子结构BDFM的磁场调制效果与动态特性开展研究。 首先,简要介绍了BDFM的基本结构、工作原理和设计特点;其次,对笼型转子结构BDFM的定转子磁势进行了深入的理论分析,并利用有限元方法对3种不同笼型转子结构BDFM的磁场调制效果进行了研究;第三,针对3类不同转子结构的BDFM,利用Ansoft/Maxwell 2D建立了有限元模型,进行了气隙磁场谐波含量和动态特性的计算与对比分析,研究了5种不同转子结构对磁场调制效果的影响;第四,提出了1种新型转子结构——笼条加磁障转子结构的BDFM,并对其磁场调制效果和动态特性进行了计算与分析;最后,分析并建立了BDFM转子dq旋转轴系动态数学模型,并利用Matlab/Simulink对其异步、同步、亚同步和超同步等运行模式进行了仿真研究,从而验证了数学模型的正确性。 结果表明,笼型转子结构对磁场调制起主要作用的是靠近公共笼条附近的外圈短路环;对于4类不同转子结构的磁场调制效果,ALA磁阻转子最好,凸极加笼条转子次之,笼型转子与笼条加磁障转子较差;对于3种不同笼型转子结构的磁场调制效果,带公共笼条的转子和带公共笼条公共端环的转子效果一样,而非公共笼条的转子稍差;笼条加磁障转子的磁场调制效果与笼型转子相似,但前者具有更宽的电压稳定运行范围。 本文的研究工作为BDFM的转子结构优化设计以及BDFM系统的控制提供了理论基础。


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