多三相绕组同步电机定子电感与瞬态电抗算法及规律研究

摘要

多相电机的单相容量较低，容错能力较强，可构成低压大容量发电系统或交流变频驱动系统，可降低系统配套设备等级，提高系统的性能、效率和可靠性。其中，多三相绕组同步电机可采用工业应用比较成熟的三相变频器作为电源，并具有功率密度高，功率因数可控等优点，已成为多相电机的重要研究方向。本文将对其定子电感与瞬态电抗在不同绕组结构和不同转子偏心状态下的算法及规律进行研究。
　　为深入分析定子电感规律并合理构建瞬态电抗算法，依次建立并分析了多三相绕组同步电机的时域数学模型与复域数学模型。首先，确定了定子电感矩阵经多重dq0变换和矢量空间解耦变换后的联系。其次，确定了消去转子电流项的复域磁链方程及其简化条件，提出了利用定子电流折算定义等效电抗的方法，并由此建立了复域磁链方程的等效电路。
　　气隙长度函数是利用改进绕组函数理论分析定子电感的关键，为解决凸极同步电机气隙长度函数在转子偏心且极数较多时较难确定的问题，提出先确定改进绕组函数，再确定气隙长度函数的思想，并通过有限元算法实现了气隙长度函数在转子具有不同形态和不同偏心状态时的快速、准确分析。同时，将改进绕组函数与绕组函数之差定义为差别绕组函数，分析并得到定子绕组的差别绕组函数在转子具有不同形态和不同转子偏心状态时的存在条件。
　　多三相绕组同步电机的定子电感算法具有对速度和精度的双重要求，为快速计算气隙磁场形成的定子电感，对基于改进绕组函数理论的定子电感积分算式进行了合理拆分，分别确定了绕组函数和差别绕组函数对应的电感积分算式，实现了利用差别绕组存在条件对定子电感计算的简化。基于电感积分算式和气隙长度函数特征，推导了上述电感在不同绕组连接和不同转子偏心状态下的级数算式，并通过有限元法验证了级数算式的准确性。
　　多三相绕组同步电机的定子电感与绕组结构有关，为了提供与参数有关的定子绕组的设计依据，分析了定子电感随绕组结构的变化规律。通过分析揭示了考虑谐波分量时，定子电感经多重dq0变换和矢量空间解耦变换后的具体特征；只考虑直流分量时，定子电感矩阵经多重dq0变换后的循环对称性；dq子空间电感随绕组结构的变化规律；定子电感在转子动态偏心和静态偏心时的特征规律。
　　为快速分析多三相绕组同步电机的瞬态电抗，研究了多三相绕组同步电机运算电抗的频率特性算法，进而提出多相绕组脉振电流的加载方法。基于该算法和多三相绕组同步电机瞬态电抗的拟合方程，分析了双三相绕组凸极同步电机的瞬态电抗，并通过实验验证了分析结果的合理性。同时，基于该算法分析了瞬态电抗随绕组结构和转子位置的变化规律，进而给出了瞬态电抗频域算法的具体特征。

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第1章 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2多三相绕组同步电机的研究现状与分析

1.3论文的主要内容

第2章 多三相绕组同步电机的数学模型

2.1时域数学模型

2.2 复域数学模型

2.3 数学模型和电感参数

2.4 本章小结

第3章 改进绕组函数与气隙长度函数研究

3.1改进绕组函数算法

3.2差别绕组函数分析

3.3气隙长度函数算法

3.4转子偏心时的气隙长度函数分析

3.5本章小节

第4章 定子电感改进绕组函数算法研究

4.1定子电感算式分析

4.2转子偏心时的定子电感级数算式

4.3转子非偏心时的定子电感级数算式

4.4定子电感级数算式的准确性分析

4.5本章小结

第5章 定子电感在不同偏心状态下的规律研究

5.1定子电感分析方式和定子阻抗基值

5.2转子非偏心时的定子电感规律研究

5.3转子偏心时的定子电感规律研究

5.4本章小结

第6章 瞬态电抗频域算法及规律研究

6.1运算电抗频率特性算法

6.2运算电抗频率特性拟合

6.3运算电抗频率特性算例分析

6.4绕组连接变化对电抗分析结果的影响

6.5转子位置变化对电抗分析结果的影响

6.6本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

攻读学位期间参与完成的科研项目

致谢