新型磁障调制式双馈无刷电机转子优化设计的研究

摘要

双馈无刷电机(Doubly-Fed Brushless Machine,简称DFBM)是一种适合于变速恒频风力发电系统和变速驱动系统的新型交流电机。其系统结构简单、转子上没有电刷和滑环,实现了无刷化,在工程应用中具有较高的可靠性,同时还具有多种运行方式、易于调节无功和有功功率等优越性。
　　 双馈无刷电机磁阻型转子中,新型磁障调制式转子不仅磁耦合性能较好,而且转子中没有绕组,对提高电机的运行效率具有独特的优势。本文以1.5kW新型磁障调制式DFBM为例,对其转子的优化设计进行如下几方面的研究。
　　 首先,基于绕组函数理论,采用一种离散思想推导了新型磁障调制式DFBM定子绕组的基波和谐波绕组函数,以及气隙磁密的基波和谐波分量,然后根据气隙磁密推导了电机定子内缘单位面积径向力的计算公式,并运用Matlab软件编程计算三种转子极对数电机的气隙磁场分布、转子外缘一周的径向力波和整个转子所受的径向合力。
　　 其次,根据电磁场理论建立了三种转子极对数1.5kW新型磁障调制式DFBM的二维电磁场模型,运用Ansoft有限元软件对电机在静止和同步运行两种状态进行了电磁力计算,并对比分析了三种转子极对数电机的转子整体电磁力的变化情况,同时进行了电磁力的谐波分析。
　　 最后,从电机学的基本理论出发,结合新型磁障调制式DFBM的特点,重点研究了转子导磁层与磁障层的宽度变化以及导磁层条数变化对该电机性能的影响。利用Ansoft有限元软件建立了四种不同转子结构参数的电机模型,并对四种电机模型进行了电磁场计算,对比分析电机的磁场分布、转矩特性、绕组端部特性、电机损耗及受力等。