盘式无刷双馈电机的动态分析与设计

论文摘要

本文针对由两套相对独立盘式电机单元级联而成的新型盘式无刷双馈电机进行了研究。该电机兼具绕线式异步电机和电励磁同步电机的优点。采用盘式结构使之具有耦合能力高强、功率密度大、材料利用率高等优点。该电机可以实现异步、同步和双馈等多种方式运行,并能够应用于变速恒频风力发电系统和风机泵类负载的变频调速系统中,显著降低系统成本,提高系统运行的可靠性,具有十分广阔的应用前景。首先,分析该种电机的工作机理以及各种运行状态的实现方法,通过建立电压方程,推导出盘式无刷双馈电机的等效电路,进而分析电机内部的功率流程和各种运行状态下的功率平衡关系。其次,对盘式无刷双馈电机多种运行方式进行了研究。推导出了ABC静止坐标系中盘式无刷双馈电机的一般数学模型,给出了各种运行方式下的端电压约束,编写了样机在各种运行方式下的仿真程序,对盘式无刷双馈电机的稳态运行特性、起动特性、牵入特性和各种运行方式下的动态运行特性进行了仿真研究。仿真结果初步验证了电机设计的合理性和理论分析的正确性。再次,介绍盘式无刷双馈电机的结构特点。分析了该种电机的磁路特点,在此基础上,运用MATLAB软件编写了盘式无刷双馈电机电磁设计程序,设计出了一台（4+2）极的盘式无刷双馈电机。最后,搭建了实验平台对样机进行了实验。电动实验验证了理论分析的正确性,实现了双馈运行状态下的变频调速；在发电实验过程中,当转速发生波动时,通过改变控制绕组频率可以使保值功率单元频率保持不变,实现变速恒频发电。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 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 无刷双馈电机的研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 第二章 盘式无刷双馈电机的运行机理和基本电磁关系
• 2.1 盘式无刷双馈电机的基本结构特点
• 2.2 盘式无刷双馈电机的运行机理
• 2.2.1 盘式无刷双馈电机的调制模式
• 2.2.2 盘式无刷双馈电机的运行方式
• 2.3 盘式无刷双馈电机的基本电磁关系
• 2.3.1 盘式无刷双馈电机的转差率
• 2.3.2 盘式无刷双馈电机的等效电路
• 2.4 盘式无刷双馈电机的功率分析
• 2.4.1 和调制模式下的功率流通关系
• 2.4.2 差调制模式下的功率流通关系
• 2.5 本章小结
• 第三章 盘式无刷双馈电机的数学模型与动态特性仿真研究
• 3.1 盘式无刷双馈电机的数学模型
• 3.1.1 盘式无刷双馈电机的数学模型
• 3.1.2 端电压约束
• 3.2 仿真软件的研制
• 3.3 盘式无刷双馈电机的动态特性仿真研究
• 3.3.1 单馈异步动态特性仿真
• 3.3.2 同步运行特性仿真
• 3.3.3 双馈运行特性仿真
• 3.3.4 双馈变频调速特性仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 盘式无刷双馈电机的设计方法研究
• 4.1 盘式无刷双馈电机主要尺寸设计
• 4.1.1 电机主要尺寸设计的基本关系式
• 4.1.2 主要尺寸比和气隙的选择
• 4.2 盘式无刷双馈电机磁路特点和计算方法
• 4.2.1 电机的磁路特点
• 4.2.2 磁路的计算方法
• 4.3 盘式无刷双馈电机的计算机辅助设计与软件编制
• 4.4 本章小结
• 第五章 样机设计与实验研究
• 5.1 样机设计
• 5.1.1 样机的电磁设计
• 5.2 盘式无刷双馈电机的电动实验
• 5.3 盘式无刷双馈电机的发电试验
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢