有气隙感应式新型旋转变压器的设计研究

摘要

有刷双馈感应电机结构简单，投资较低，因而被广泛应用于风力发电领域。但其电刷与滑环组件的存在，带来可靠性低、维护成本较高等问题，因此双馈电机的无刷化成为研究的热点。
　　旋转变压器的原边绕组和副边绕组采用互相分离的电磁感应耦合，其原边和副边能保持相对旋转，转速变化不影响能量传输。本文提出利用旋转变压器的无接触能量传输的特点，替代双馈电机中的电刷和滑环，实现双馈电机的无刷化，从而消除了磨擦损耗，杜绝了电火花出现的可能，进而减少了维护费用，提升了系统的可靠性。
　　基于利用旋转变压器代替电刷和滑环实现双馈电机无刷化的目的，本文围绕旋转变压器的本体设计进行了系统研究，主要工作和创新点如下:
　　1)旋转变压器的工作原理与结构研究。本文详细介绍了旋转变压器的结构特点和分类，并针对轴向型磁芯、相邻式绕组配置的旋转变压器，分析了其耦合原理与能量传输特性，建立了该类旋转变压器的磁阻模型、漏感模型和互感模型。相比于传统变压器模型，本文建立的分析模型能更准确的表述气隙对励磁电感和漏感的影响。
　　2)旋转变压器的设计研究。本研究探讨了几种影响旋转变压器设计的因素，同时将这些因素进行优化以利于旋转变压器的设计。在此基础上，根据旋转变压器的电磁关系和几何关系，利用有限元分析和遗传算法，提出旋转变压器的优化设计方法，按照所提出的方法设计一台1kVA旋转变压器。
　　3)三维有限元仿真分析和三维模型设计研究。利用有限元建模分析方法，对所设计的1kVA旋转变压器在三维环境下进行建模，并对其性能进行仿真分析。从安装和装配的角度，利用三维设计软件对旋转变压器周边零器件进行建模设计和模拟装配。
　　4)样机组装与性能分析。按照设计对样机进行制作和组装，并对其性能进行测试和分析，结果表明，所设计的旋转变压器能够满足设计性能要求。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 无刷双馈感应电机的研究现状

1．2．2 旋转变压器研究现状

1．3 本文研究的主要内容

第2章 旋转变压器结构与特性分析

2．1 旋转变压器结构特点

2．2 旋转变压器的电磁模型

2．2．1 磁阻模型

2．2．2 漏感模型

2．2．3 互感模型

2．2．4 考虑损耗时的精确模型

2．3 本章小结

第3章 旋转变压器的设计及优化

3．1 影响旋转变压器设计的因素

3．1．1 工作频率和额定容量

3．1．2 电磁负载、损耗及效率

3．1．3 气隙

3．1．4 转子内径

3．1．5 磁芯材料及线圈结构

3．2 旋转变压器设计

3．2．1 设计概述

3．2．2 设计流程

3．3 遗传算法

3．3．1 遗传算法基础

3．3．2 遗传算法的应用

3．4 1kVA旋转变压器设计分析

3．4．1 设计参数和负载

3．4．2 初始尺寸计算

3．4．3 等效参数与有限元分析

3．5 本章小结

第4章 旋转变压器仿真分析和装配设计

4．1 三维模型及仿真分析

4．2 结构设计

4．2．1 转子部分设计

4．2．2 定子部分设计

4．2．3 整体设计

4．3 样机组装与测试

4．3．1 样机组装

4．3．2 参数测量

4．3．3 性能分析

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文