切向/径向混合励磁无刷变频交流同步发电机的基础研究

变频交流电源技术已成为国外先进大型民用飞机主电源的发展趋势，电源系统的核心能量转换部件是发电机，因此，高可靠性、大容量无刷变频交流发电机是我国迫切发展商用大飞机的关键技术。本项目提出一种功率密度高、可控性好，具有完全灭磁功能的新型切向/径向混合磁路同步电机，重点开展新型混合磁路电机设计、发电运行特性等基础理论研究，总结该类电机设计特点和内在电磁参数的规律性；探索混合励磁电机在大飞机主电源应用中存在的设计、控制难题，对无刷励磁技术、变频发电参数优化设计、电源电压品质等进行基础研究；本项目利用混合励磁电机的永磁磁通，提出了一种可靠自励的两级式复励无刷励磁方案，简化了电机的结构，克服了两级式电励磁同步电机自励不可靠难题，提高了主电源系统的可靠性和寿命。本项目具有多学科交叉的鲜明特色，将电机、电力电子、机械、自动控制等领域有机融合，项目成果有望形成我国完全自主知识产权的新型航空无刷交流发电机。

本项目在国家自然科学基金的资助下对切向径向并联磁路混合励磁发电机（Tangential ratial HESG，以下简称T/R-HESG）进行了深入的研究。.针对航空变频发电机特点，采用Ansoft等有限元仿真软件对T/R-HESG及其励磁机进行了电磁设计，利用MATLAB/Simulink软件建立了发电机系统的数学模型，分析了系统的稳态和动态特性。. 针对T/R-HESG电机输出电压谐波含量较大的问题，开展了谐波抑制的研究。对定子斜槽和转子结构优化等进行了探讨，最后采用了定子斜槽加转子非均匀外径的方案，并在转子上增加了阻尼绕组等措施，有效抑制T/R-HESG谐波含量，达到3%以下。.开展了T/R-HESG的无刷化励磁研究。提出了两级式无刷励磁方案，分析了励磁机的设计规律及其励磁机、主发电机的一体化设计技术，设计两级式无刷发电机，试验均证明其具有良好可控性和可靠性。. 针对航空变频电源系统特点，开发额定转速1500r/min、1.5kV样机；同时设计开发航空无刷变频交流发电机15kVA、12000r/min样机。开展了发电机外特性、参数提取等测试，同时验证了无刷化方案的可行性，其功率密度优于常规电磁式无刷发电机，其可控性、谐波性能均达到预期目标。.针对样机开展了起动特性的研究，研究表明该电机具有调速范围宽、性能平稳等优点。.