基于差分运行方式的新型绕线转子无刷双馈发电机研究

The Brushless Doubly-Fed Machine (BDFM) is a new type machine which has a good prospect. In previous studies, regardless of the rotor configuration, the natural speed of BDFM is 60f / (p1+ p2), i.e. based on the additive mode. In order to increase the machine's natural speed, expand the operating and control range and promote the machine's power density, this project presents a new type wound-rotor BDFM based on the differential mode, i.e., its natural speed is 60f /︳p1-p2︳. The main contents includes: research the design method of wound rotor for BDFM based on the differential mode, summarize and establish a set of perfect design theory of the rotor winding; discuss the calculation method of the machine's inductance parameters taking into account the saturation, based on a family of calibration curves, a method that amends the two main inductances of BDFM analytical model is presented; establish an optimization design theory for the machine by combining analytic solutions and numerical computations; prototype and experimental research. The results of the project can enrich and improve the working mechanism and design theory for BDFM, enlarge the applied range of this kind of machine. The research would definitely help to promote the development of theory and application for BDFM.

无刷双馈电机是一种具有广泛应用前景的新型电机。以往研究的无刷双馈电机无论采用的是何种转子结构，其自然同步速均为60f / (p1+ p2)，即基于和调制的运行方式。为了提高无刷双馈电机的自然同步速，扩大其运行和控制范围，提升电机的功率密度，本项目提出一种基于差分运行方式的新型绕线转子无刷双馈电机，即自然同步速为60f /︳p1-p2︳。主要内容包括：研究差分运行方式下无刷双馈电机绕线转子的设计方法，总结并建立一套完善的转子绕组设计理论；研究计及饱和影响的该类电机电感参数的计算方法，基于有限元模型提出一种励磁电感的曲线校正方法；运用有限元、解析相结合的方法建立一套适用于该类电机的优化设计理论；样机和实验的研究。本项目的研究成果可充实和完善无刷双馈电机的工作机理及设计理论，扩大该类电机的适用范围，将对无刷双馈电机理论和应用的发展起到积极的推动作用。

无刷双馈电机是一种具有广泛应用前景的新型电机。作为发电机可实现变速恒频恒压运行，可应用于船用轴带发电以及风力发电等领域；作为电动机可实现变频调速运行，其优点在于在一定转速范围内可使用小容量的变频器控制大容量的电机，且具有较硬的机械特性。正因为如此，国内外学者对该电机进行了广泛而深入的研究。.以往研究的无刷双馈电机无论采用的是何种转子结构，其自然同步速均为60f / (p1+ p2)，即基于和调制的运行方式。为了提高无刷双馈电机的自然同步速，扩大其运行和控制范围，提升电机的功率密度，本项目提出一种基于差分运行方式的新型无刷双馈电机，即自然同步速为60f /︳p1—p2︳，并对其在脉冲功率技术中的应用做了仿真研究。.本项目的研究工作主要包括以下几个方面的内容：.首先，分析差分式无刷双馈电机的基本运行原理，得出电机功率在定子两套绕组中的分配规律，推导并建立差分式无刷双馈电机在ABC坐标系中的状态方程。然后，研究差分运行方式下无刷双馈电机绕线转子的设计方法，总结并建立一套完善的转子绕组设计理论，并结合设计实例建立电机的有限元模型进行详细分析。最后，提出采用无刷双馈发电机作为脉冲电容器充电系统的三相电源，根据电机的设计参数，建立电机的有限元模型，并利用该模型计算电机的电感参数，从而建立起电机的数学模型并结合脉冲电容器充电系统的仿真模型和仿真结果证实电机设计方案的可行性。