盘式无刷双馈电机分析与仿真研究

论文摘要

盘式无刷双馈电机(DBDFM)集不同结构无刷双馈电机优点于一体,是一种新型的交流电机,既具有传统级联式无刷双馈电机耦合性能好、效率高的优点,同时还具有单定子结构无刷双馈电机体积小、使用材料少的优点。盘式无刷双馈电机应用于调速系统中,可以减小变频器容量,从而降低系统成本,而其无刷结构以及在变频器故障时能维持运转的特性使系统更加可靠。对于这种新型电机,国内外研究工作较少,本文系统地对其进行研究,主要包括以下几个方面。首先,根据电机基本理论,分析该种电机的运行机理;定义电机各个转差率的概念,并推导各转差率之间的关系;建立电压方程,并由此推导该种电机的等效电路;研究该种电机在不同运行状态下的能量流通关系,从而形成较为完整的盘式无刷双馈电机分析方法。其次,阐述盘式无刷双馈电机结构与磁路的特点;研究该种电机主要尺寸与计算功率之间关系以及磁场分布的特点,分析其电磁设计特点,推导适合该种电机的电磁计算公式,并总结电磁设计方法;编写电磁设计的计算机辅助设计程序;设计一台样机,并计算样机的电磁参数。然后,建立盘式无刷双馈电机各种运行方式的数学模型并编写仿真程序,对电机进行仿真研究表明:电机在和调制模式下,具有良好的运行性能,有广阔的应用前景;证明了所设计的样机具有很好的运行性能;电机在差调制模式下,输出转矩较小,效率低,不具备应用于调速系统的潜力;对电机极数配合研究结果表明,在电机设计时,应使功率单元极数大于控制单元,才能获得较好的运行性能。最后,开发盘式无刷双馈电机参数计算及特性仿真软件,该软件能够对任何极数配合的盘式无刷双馈电机在多种运行方式下的特性进行仿真研究。电机的设计要求与尺寸参数由界面输入,参数计算及仿真结果在窗口中显示输出,界面简洁,易于操作,为该电机的进一步研究和推广应用提供了技术支撑。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.2 无刷双馈电机的研究现状
• 1.2.1 无刷双馈电机的发展
• 1.2.2 无刷双馈电机研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 盘式无刷双馈电机基本理论
• 2.1 盘式无刷双馈电机的基本结构
• 2.2 盘式无刷双馈电机的运行机理
• 2.2.1 盘式无刷双馈电机和调制模式
• 2.2.2 盘式无刷双馈电机差调制模式
• 2.2.3 盘式无刷双馈电机的运行方式
• 2.3 盘式无刷双馈电机的转差率
• 2.3.1 和调制模式的转差率
• 2.3.2 差调制模式的转差率
• 2.3.3 转差率与频率的关系
• 2.4 盘式无刷双馈电机的电压方程与等效电路
• 2.4.1 盘式无刷双馈电机的电压方程
• 2.4.2 盘式无刷双馈电机的等效电路
• 2.5 盘式无刷双馈电机功率流通关系
• 2.5.1 和调制模式功率流通关系
• 2.5.2 差调制模式功率流通关系
• 2.6 本章小结
• 第三章 盘式无刷双馈电机设计
• 3.1 盘式无刷双馈电机的电磁设计
• 3.1.1 主要尺寸和计算功率
• 3.1.2 磁路特点与电磁设计方法
• 3.1.3 槽形选择和绕组设计
• 3.2 盘式无刷双馈电机电磁设计 CAD
• 3.3 盘式无刷双馈电机样机设计
• 3.3.1 设计要求与铁芯设计尺寸
• 3.3.2 槽形设计
• 3.3.3 绕组设计
• 3.3.4 样机的电磁参数
• 3.4 本章小结
• 第四章 盘式无刷双馈电机动态运行仿真
• 4.1 盘式无刷双馈电机的数学模型
• 4.1.1 功率单元的数学模型
• 4.1.2 控制单元的数学模型
• 4.1.3 盘式无刷双馈电机和调制模式数学模型
• 4.1.4 盘式无刷双馈电机差调制模式数学模型
• 4.2 盘式无刷双馈电机和调制模式仿真
• 4.2.1 和调制模式自起动及异步运行方式
• 4.2.2 和调制模式同步运行方式
• 4.2.3 和调制模式双馈运行方式
• 4.2.4 极数配合对电机性能影响研究
• 4.3 盘式无刷双馈电机差调制模式动态运行仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 盘式无刷双馈电机仿真软件开发
• 5.1 软件的实现方式
• 5.2 软件的开发
• 5.2.1 软件的设计思想
• 5.2.2 软件的具体实现
• 5.2.3 软件需要进一步完善之处
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢