径向叠片磁阻转子无刷双馈电机的有限元分析与研究

摘要

风力发电作为一种新能源发电在全球范围内受到广泛关注,发展适用于风力发电的新型特种电机也越来越受到重视。无刷双馈电机是一种新型的交流电机,其结构简单,可靠性高,同时具有同步电机和异步电机的特点,通过控制励磁绕组电压及频率易于实现变速恒频恒压发电,适合风力发电等条件恶劣的运行环境,在变频调速系统中,需要的变频器容量远小于电机本身的容量,降低了系统成本。因此,无刷双馈电机有着良好的推广应用前景,研究无刷双馈电机具有重要的理论意义和实用价值。
　　 本文首先介绍了无刷双馈电机的定转子结构,以普通凸极磁阻转子电机为例分析了无刷双馈电机的运行原理,揭示了磁阻转子对定子绕组磁场调制作用。其次以一种新型磁阻转子结构的无刷双馈电机——径向叠片磁阻转子无刷双馈电机为研究对象,运用有限元的方法对电机的瞬态场进行了分析。建立了二维时变场的数学模型,计算并分析了电机空载运行时的磁链、气隙磁密,电压及负载同步运行时的转矩性能,功率绕组电压等参数。并探讨了径向叠片磁阻转子(RLR-rotor)电机转子极对数对电机空负载情况下电机各项性能参数的影响,对比研究了三种不同转子结构无刷双馈电机的空负载参数特性。为实际工程应用中电机的优化设计及选择提供了必要的理论依据。
　　 运用绕组函数理论对径向叠片磁阻转子无刷双馈电机的电感参数进行了计算,并与有限元计算的电感参数对比分析,并介绍了电机电感的实验测量方法。简要说明了无刷双馈电机的几种运行方式,针对一台1.5kW径向叠片磁阻转子无刷双馈电机进行了实验研究,对其电阻电感参数进行了测量,验证了电机的转速与频率之间的约束关系;对电机的单馈异步,同步及双馈超同步、亚同步等运行方式进行了实验研究,并与有限元计算的结果进行了相应比较,实验结果证实了有限元计算模型的有效性,表明了该电机在工程应用中是可以制造与实现的。为无刷双馈电机及其控制系统的更深入研究奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 引言

1.1 无刷双馈电机的发展

1.2 国内外研究现状

1.3 电机电磁场计算方法及软件

1.3.1 计算方法

1.3.2 常用软件

1.4 目的和意义

1.5 本文所做的工作

2 无刷双馈电机的原理

2.1 无刷双馈电机的结构

2.2 定子结构

2.3 转子结构

2.4 工作原理

2.5 本章小结

3 无刷双馈电机电磁场的有限元分析

3.1 正弦时变电磁场的微分方程

3.1.1 时变电磁场方程

3.1.2 失量磁位方程

3.2 径向叠片磁阻转子无刷双馈电机的瞬态场计算

3.2.1 磁链

3.2.2 空载磁密

3.2.3 空载气隙磁通密度谐波分析

3.2.4 空载电压

3.2.5 电磁转矩

3.2.6 功角

3.2.7 功率因数

3.3 本章小结

4 不同转子无刷双馈电机的性能比较

4.1 转子极对数对径向叠片磁阻转子无刷双馈电机性能影响

4.1.1 磁链

4.1.2 空载气隙磁密谐波含量

4.1.3 空载电压比较

4.1.4 负载运行

4.2 不同转子结构的无刷双馈电机性能比较

4.2.1 磁力线分布

4.2.2 空载磁链

4.2.3 空载电压

4.2.4 负载运行

4.3 本章小结

5 径向叠片磁阻转子无刷双馈电机的参数计算

5.1 绕组函数原理

5.1.1 绕组函数基本原理

5.1.2 绕组函数

5.2 电感计算

5.2.1 电感计算模型

5.2.2 电感计算

5.3 电感的实验测量

5.3.1 静测法

5.3.2 动测法

5.4 本章小结

6 径向叠片磁阻转子无刷双馈电机系统实验

6.1 无刷双馈电机的运行方式

6.1.1 自启动与异步运行

6.1.2 同步运行

6.1.3 双馈运行

6.1.4 发电运行

6.2 实验电机参数

6.3 电机系统实验

6.3.1 电机参数测定

6.3.2 电机空载特性实验

6.3.3 单馈异步运行实验

6.3.4 同步运行实验

6.3.5 双馈运行实验

6.4 本章小结

7 结论

参考文献

作者简历

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