非接触式同步电机转子励磁新方法研究

该项目是在经过实验证明了其可行性的基础上，提出了非接触式同步电机转子励磁的新方法。该方法采用高频电源技术，利用磁罐变压器将能量耦合到转子，经高频同步整流后对转子进行励磁。这种方法可以取代传统励磁系统的电刷和滑环，使得同步电机结构相对简单，无火花干扰，寿命长。这种方法可以广泛应用于电励磁的同步电机系统，还可应用于永磁与电励磁混合励磁的同步电机系统，在这种应用情况下，它可以方便地通过改变励磁方向实现系统的增磁与弱磁。本项目将通过理论分析建立原副边绕组在相对运动状态下的磁场模型，并进行仿真分析，揭示电机旋转速度，高频变压器间隙等对励磁效果的影响。本项目还将通过实验深入研究非接触式同步电机转子励磁系统的稳定性问题，特别是电机转子上的电子器件在运动状态下的稳定性问题。这种方法可广泛应用于电动车用驱动电机以及汽车发电机等同步电机的励磁系统。

非接触式同步电机转子励磁的方法采用高频电源技术，利用磁罐变压器将能量耦合到转子，经高频同步整流后对转子进行励磁。这种方法中由于采用了非接触式的磁罐变压器 ，取代了传统励磁系统的电刷和滑环，不仅可使同步电机结构简单，而且无火花干扰，寿命长。通过深入了解和研究国内外关于非接触式变压器能量传输系统的结构和控制方式，对本项目中为实现同步电机无刷励磁所采用的非接触式磁罐变压器结构和控制方法进行了深入的仿真分析和实验研究。. 首先设计磁罐变压器结构，根据Ansoft电磁场仿真结果确定绕组采用毗连型结构，并利用最优能效积理论确定线圈匝数和气隙大小，从而确定最佳的耦合系数。其次进行控制电路设计，为了改善初、次级回路的供电性能，需要对初、次级回路的无功功率进行补偿。通过初级补偿，可以提高初级绕组输入端的功率因数，提高供电质量；在初级输入电压相同的情况下，通过次级补偿，可以提高系统的输出功率和传输效率。再次完成变压器、控制电路与同步电机整体安装实验，通过同步电机的输出完成系统整体的闭环控制。最后，设计并加工实现带有隔离变压器的一体化同步电机，即将变压器，控制电路及整流电路与同步电机实现整合。. 通过磁场的仿真分析，毗连型的磁罐变压器结构下具有较强的磁密分布，同时漏磁较低。利用最优能效积理论确定的变压器结构，以降低11.1%的输出功率为代价实现了33.3%的效率提升，最终可以达到65%的传输效率。通过电路仿真与实验平台的搭建确定采用串联-串联谐振电容补偿方式，可以对非接触式变压器中漏感所带来的效率损失进行有效的补偿，在谐振频率附近可以获得7%左右的效率提升；. 项目中最核心的就是起隔离变压器作用的磁罐变压器，通过合理设计该变压器来有效控制电机轴向长度，实现真正意义上的无刷励磁。高频电源优越的控制方式弥补了无刷励磁同步电机的缺陷，可以确保电机无冲击快速起动，在保持电枢最大电压不变的条件下，通过增弱磁控制实现系统宽调速运行，同时保证了系统高速运行所需要的功率。电力电子变换器和数字控制器的结合，使得电机性能参数现场可控，磁通可调，从而实现电机驱动系统的机电结合、动静结合，形成一类新的高效电机系统。