无刷双馈电机控制原理
试论无刷双馈电机的工作原理及电磁设计
试论无刷双馈电机的工作原理及电磁设计摘要：无刷双馈电机是近年来发展起来的一种新型电机。
由于其比普通交流调速系统性能优越，它将在大型风机和水泵的调速节能驱动方面有着广泛的应用前景。
基于此，本文就围绕无刷双馈电机的工作原理及电磁设计展开分析。
关键词：无刷双馈电机；工作原理；电磁设计1、无刷双馈电机的工作原理无刷双馈调速电机工作原理如图1所示。
定子绕组由2套极对数不等（Pp≠Pc）的三相对称绕组构成，分别成为功率绕组和控制绕组。
它们可以是彼此独立的2套绕组组成，也已由1套三相绕组通过变极联结获得两种不同极数的三相对称绕组。
当功率绕组接入工频（fp）电源、控制绕组接入变频（fc）电源后（一般情况下fp≠fc），由于两套定子绕组同时有电流流过，因此在气隙中产生两个不同极对数的磁场，这两个磁场通过转子的调制发生交叉耦合，构成了实现能量传递转换的基础，经分析可得稳态运行时电机的转速与Pp、Pc、fp及fc的关系为：图12、无刷双馈电机的电磁设计2.1概述无刷双馈电机的尺寸计算、电磁负荷计算、槽型的设计和配合等部分，与普通异步电机的电磁设计相似。
由于无刷双馈电机电磁关系的特殊要求，定子绕组、转子绕组以及极对数等必须进行特殊设计。
2.2定子绕组极对数的设计2.2.1为了消除两个定子绕组间的电磁作用极对数应满足不等的条件即Pp≠Pc，当极对数满足时，两个定子绕组产生的基波磁场在空间分布的周期不同，因此相互作用的结果为零。
2.2.2由不同极数的定、转子磁场相互作用会产生径向拉力和脉动电磁转矩，电机的振动与噪声较大。
当极对数Pp和Pc相差越大时，越能降低振动与噪声。
因此，在选择Pp和Pc 时，使它们尽可能相差大些。
2.2.3由电机工作原理可知，转子电流产生的磁场需要转换成不同极对数（Pp和Pc）磁场。
它们是依靠产生谐波磁场来实现的，为了产生较强的对应谐波磁场，极对数Pp和Pc最好满足3倍关系，即Pc=3Pp。
综合考虑上述条件，可以确定本设计的定子绕组极对数为：Pp=1和Pc=3。
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制无刷双馈风力发电机是一种新型的风力发电机，其设计与控制技术对于提高风力发电机的效率和性能具有重要的意义。
本文将围绕无刷双馈风力发电机的设计原理、分析方法以及控制技术展开探讨，旨在提高读者对于这一新型风力发电技术的理解。
一、无刷双馈风力发电机的设计原理无刷双馈风力发电机是在传统的双馈风力发电机基础上进行了改进，其设计原理主要包括无刷化技术和双馈技术。
无刷化技术是指将传统双馈风力发电机中的差动转子绕组和励磁绕组由刷子式调速器改为电子式调速器，从而实现了发电机的无刷化运行，即无需使用碳刷和滑环，减少了摩擦损耗和维护成本，提高了发电机的可靠性和稳定性。
双馈技术是指在发电机的转子上设置一个差动绕组和一个励磁绕组，分别接通到转子外的两个变频器上，这样可以实现发电机的双馈运行，从而提高了发电机的自起动能力和低速区的发电效率。
无刷双馈风力发电机不仅具备了传统双馈风力发电机的优点，还具有了无刷化的优势，使得其在风力发电领域具有了更广阔的应用前景。
1. 发电机的结构设计无刷双馈风力发电机的结构设计主要包括转子结构、定子结构和冷却系统。
在转子结构设计上，需要考虑差动绕组和励磁绕组的布局，以及电子式调速器和转子温度的控制。
在定子结构设计上，需要考虑定子绕组的布局和传热系统，以及发电机的外部接线和绝缘系统。
在冷却系统设计上，需要考虑发电机在不同工况下的热特性，选择合适的冷却介质和冷却方式，以确保发电机在长时间运行中不会因发热而出现故障。
2. 发电机的电磁设计无刷双馈风力发电机的电磁设计是其设计的关键部分，主要包括磁场分析、电路设计和电磁计算。
在磁场分析中，需要通过有限元分析软件对发电机的磁场进行分析，以优化磁路设计和减小磁损。
在电路设计中，需要根据磁场分析结果设计差动绕组和励磁绕组的电路，以实现双馈运行和无刷化控制。
在电磁计算中，需要进行电磁场和热场的耦合计算，以验证发电机设计的合理性和可靠性。
《无刷双馈电机》课件
结论
无刷双馈电机具有许多优点，如高效、灵活和可靠。然而，也需要克服一些技术和设计上的挑战。我们 对无刷双馈电机的未来发展充满期望。
控制策略
制定合理的控制策略，可以 实现对无刷双馈电机的精确 控制，提高效率和稳定性。
热学特性分析
热学特性分析是优化无刷双 馈电机设计的重要步骤，以 确保长时间高效运行。
无刷双馈电机的应用实例
电动汽车中的应用
无刷双馈电机在电动汽车 中的应用，提供高效、可 靠的动力输出，推动电动 汽车的发展。
机器人领域中的应用
《无刷双馈电机》PPT课 件
本课件介绍无刷双馈电机的工作原理、应用实例和发展前景。通过深入的分 析和详细的解释，帮助大家全面了解这一新兴的电机技术。
无刷双机技术，利用电磁感应和电子功率转换器实现 高效转换。其独特的组成结构使其具有出色的性能和灵活性。
无刷双馈电机的工作原理
无刷双馈电机在机器人领 域中的应用，实现精确的 运动控制和高效的能量转 换。
家电领域中的应用
无刷双馈电机在家电领域 中的应用，为家电产品带 来更高的效能和更好的用 户体验。
无刷双馈电机的发展前景
1
技术瓶颈和发展机遇
无刷双馈电机面临一些技术挑战，但也有巨大的发展机遇和潜力。
2
未来的运用前景和趋势
无刷双馈电机在未来将有更广泛的应用领域，是电机技术发展的重要方向。
1
控制方法
2
无刷双馈电机采用智能电子控制器进
行精确控制，以提高效率和响应速度。
3
电磁、机械特性
无刷双馈电机利用电磁感应原理实现 动力传输和转换，同时具有良好的机 械特性。
工业应用中的优势
无刷双馈电机在各个工业领域中，如 制造业和能源生产中，具有明显的优 势。
无刷双馈电机控制技术讲义资料
无刷双馈电机控制技术✧无刷双馈电机的运行原理✧绕线式转子无刷双馈电机的数学模型✧绕线式转子无刷双馈电机控制系统分析1 无刷双馈电机的运行原理1.1 工作原理无刷双馈电机与两台极联的感应电机的原理相同。
两台电机级联是将两台绕线式电机的轴相连，转子绕组反相序连接。
级联电机系统从第一台电机的定子侧输入电功率，通过转子传递给第二台电机的转子绕组侧，第二台电机的定子绕组外接电阻短接。
省去了滑环，系统通过改变外接电阻大小就可以改变电机的转速。
无刷双馈电机接线如下图1.1所示，两套定子绕组没有直接电磁耦合，转子经特殊设计，起着两套定子绕组之间能量传递中介。
电网图1.1 无刷双馈电机系统示意图功率绕组p p 对极接入工频电源（p f ）、控制绕组c p 对极接变频器（c f ），两套绕组同时通电，在气隙中产生两种极对数不同的磁场，这两个磁场通过转子的调制，发生相互耦合，实现能量的相互传递。
功率绕组在电机气隙中产生的磁场同步转速：60p sp pf n p =转差率：sp r p rp sp pn n s n ωωω--==则转子绕组感应的电流频率为：6060p p rp p rp f p n s f f -==控制绕组接入变频电源时频率c f ，控制绕组与功率绕组反相序，故产生的旋转磁场方向与功率绕组产生的旋转磁场方向相反，其在转子绕组感应的电流频率：6060c c rc c rc f p n s f f +==采用绕线式转子结构电机（如变极法或齿谐波法），转子绕组共用线圈，因此当电机稳定运行时感应的转子绕组电流频率有rp rc f f =，因此由上面式子可得：p c r p cf f f p p -=+转子机械转速为：60()p c p cr f f p p n -=+如果第一台电机的定子输入的电功率是N P ，当运行于某一转速时的两台电机的转差分别是p s 和c s 。
可以得到第一台电机的机械功率：(1)wp p N P s P =-忽略了电机的其他损耗，p N s P 就成为第一台电机通过转子传给第二台电机的电功率，由于第二台电机的功率来源于它的转子，第二台电机的转子按变压器原理为原边，而第二台电机的定子为副边。
无刷双馈电机原理及定子结构设计分析
中图分类号:TM346.2 文献标识码:A 文章编号:100126848(2006)022*******无刷双馈电机原理及定子结构设计分析收稿日期:2005-10-17幺 莉,程剑飞,李万艳,王吉波(天津大学电气与自动化工程学院,天津 300072)摘 要:无刷双馈电机是一种新型的感应电机,在风力发电和水利发电中有着广泛的应用前景。
该文介绍了无刷双馈电机的结构组成,分析了它的变频调速原理,并对电机定子绕组的极数、型式和节距等定子结构设计的原理和方法进行了详尽地说明和分析,为该型电机的电磁设计和参数优化提供了理论依据。
关键词:感应电动机;双馈;工作原理;定子结构;电磁设计;参数优化The Pr i nc iple and Sta tor Structure D esign of Brushless D ouble-Fed M ach i neYAO L i,CH EN G J ian2fei,L IW an2yan,W AN G J i2bo(Schoo l of E lectrical Engineering and A utom ati on,T ianjin U niversity,T ianjin300072,Ch ina) ABSTRACT:T he brush less double2fed m ach ine is a new type of inducti on m ach ine and it has a comp rehensive app lied fo reground in the field of w ind pow er generati on and w ater pow er generati on.T he constructi on and configurati on of BD FM is introduced and its speed regulati on p rinci p le is analyzed in th is paper.T hen the p rinci p le and technique of stato r constructi on design,such as po le num ber,fo r m and p itch of stato r w inding,are illum inated and analyzed.So the theo retical foundati on of electrom agnetic design and param eter op ti m izing fo r brush less doubly2fed m ach ine is given.KEY WOR D S:Inducti on mo to r;BD FM;P rinci p le;Stato r structure;D esign;Param eter op ti m izing0 引 言上个世纪初,H un t首次提出了自级联感应电机。
无刷双馈电机的基本理论
第二章无刷双馈电机的基本理论2-1无刷双馈电机的基本架构近年来，国内外许多学者将目光投向无刷双馈电机。
出于这种电机在定子上实现了双馈。
不仅具有简单的转子结构，而且具有绕线式转子异步电机和同步电机的优良特性，既可作为交流调速电动机，又可作为变速恒频发电，特别适合用于风力发电，变落差水力发电，潮汐发电等可再生能源的开发利用，因此无刷双馈电机的应用越来越受到瞩目，作为一种新型电机的研究也正在获得不断发展。
无刷双馈带年纪的结构相当于2台绕线式异步电机同轴串级而成，具有2套分离的定子绕组。
因此，在中高压、大容量变频调速系统中可由工频电网向定子功率绕组提供额定功率，而由变频器仅向定子控制绕组提供转差功率，这样就可以降低变频器的容量，从而降低调速系统的成本，有效地解决了中高压，大容量变频调速系统中的技术难题。
另外，在水力或风力等可再生能源发电系统中，有级联式无刷双馈电机控制的绕组做交换励磁，发电系统根据原动机的转速来调节励磁电流的频率，从而实现变速恒频发电，并通过改变励磁点流的幅值和相位来独立调节发电机的有功，无功功率。
因此吗，无刷双馈电机在变频调速和变频恒速发电领域中有着广泛的应用前景，引起了越来越多学者们的关注和研究。
2-1-1无刷双馈电机的演变过程无刷双馈电动机是由串级异步电动机组发展而来。
所谓两台电机级联，就是将2台绕线式电机的同轴互相连接。
如图2.1。
从结构上看，我们看出：这个系统从第一台定子方输入电功率，通过转子传递给第二台电机的原边，第二胎电机的副边绕组（定子绕组）通过外接电阻短接。
这样就省去了滑环，该系统通过改变外接电阻大小就可以改变电机转速。
下面详细分析原型的运行原理。
极对数p p工频电网极对数：Pc转子图2.1原型电机示意图Prototype of brushless doubly 一fed machine在分析中忽略了2台电机的损耗，假设第一台电机的定子输入的电功率为P P ,运行于某一转速时的2台电机转差分别是P s ,C s ,由电机学基本知识我们可以得出第一台电机产生的机械功率为：mp p p =s P （1-）P （2.1）在忽略了电极损耗的前提下P mp 就成为第一台电机通过气隙传递给第二台电机的电功率，由于第二台电机的功率源于他的转子，因此我们称第二台电机的转子为原边，而第二台电机的定子为副边。
双馈电机原理
谢谢
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最大风能追踪机理
最大风能追踪实现
最大风能追踪的本质就是在风速发生变化时调节机组转速，保持最 佳叶尖速比。 实现最大风能追踪，可以通过风力机控制实现,也可以通过发电机控 制实现。
采用通过发电机功率控制实现最大风能追踪的方案的原理是： 通过 控制发电机输出功率来控制发电机阻转矩, 进而控制机组转速，以求 在风速变化时保持最佳叶尖速比，实现最大风能追踪。
率。当电机吸收无功功率时，往往由于功率角变大，使电机稳定度降低。如通过
调节交流励磁的相位，减小机组的功率角，使机组的运行稳定性提高，从而可多 吸收无功功率，克服目前由于晚间负荷下降、电网电压过高的不利局面。因此说
，交流励磁电机较同步机有更优越的运行性能。
双馈电机基本原理
3.交流励磁电机的应用 由于交流励磁电机有三个可调量，通过励磁调节，不仅保持了同步机的可以
fs 0
变频器提供直流励磁
转子回路能量流动
转子功率
P2 Ps sPm sP 1
亚同步发电 s>0 P2>0 变频器向转子绕组输入功率 超同步发电 s<0 P2<0 转子绕组向变频器输入功率 故要求变频器具有能量双向流动能力
最大风能追踪机理
VSCF风力发电 系统运行区域
并网控
就是说，可以变速发电或调速拖动。同时发现这种电机有调节电网功率 因数和提高电网稳定性的功能，而且可以使水轮机、风力机等原动机或
水泵等被拖动机械运行在最佳工况，使机组效率提高。
双馈电机基本原理
2.交流励磁电机的优点
无刷电机控制原理
无刷电机控制原理无刷电机是一种新型的电机类型，它与传统的有刷电机相比，具有更高的效率、更低的噪音和更长的使用寿命。
无刷电机控制原理是指通过一定的控制方式，使得无刷电机能够按照我们所需要的速度和方向运行。
一、无刷电机结构无刷电机由转子、定子、永磁体和传感器等组成。
其中，转子是由多个永磁体组成的，并且在其表面安装了许多导线。
而定子则是由许多绕组和铁芯组成，绕组上也安装了传感器。
永磁体则分别安装在转子和定子上。
二、无刷电机工作原理1. 传感器信号检测在控制无刷电机前，需要先进行传感器信号检测。
当转子旋转时，传感器会不断地向控制器发送信号，这些信号可以告诉控制器当前转子的位置和速度。
2. 三相交流驱动无刷电机采用三相交流驱动方式。
当控制器接收到传感器信号后，会根据当前转子位置和速度计算出下一个时刻应该输出哪些相位、哪些电压和哪些电流。
这些电压和电流会通过驱动器输出到无刷电机的三个绕组上，从而产生旋转力矩。
3. 电子换向由于无刷电机没有传统的换向器，因此需要通过控制器来实现电子换向。
控制器会根据传感器信号计算出下一步应该采取哪种控制策略，并且在适当的时候切换相位和输出电压，从而使得转子能够按照我们所需要的方式旋转。
三、无刷电机控制方式1. 基于霍尔传感器的控制方式这种控制方式是最为常见的一种，它通过霍尔传感器检测转子位置和速度，并且根据检测结果来进行相位、电压和电流控制。
2. 基于反电动势的控制方式这种控制方式利用无刷电机产生的反电动势信号来确定转子位置和速度，并且根据其结果来进行相位、电压和电流控制。
这种方法不需要使用额外的传感器，但是精度较低。
3. 基于位置估算算法的控制方式这种方法是一种高级别的无刷电机控制方式，它利用先进的位置估算算法来确定转子位置和速度，并且根据其结果来进行相位、电压和电流控制。
这种方法精度较高，但是需要更多的计算资源。
四、无刷电机控制器无刷电机控制器是一种专门用于控制无刷电机的设备。
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无刷双馈电机控制原理
一、设备名称
1250KW无刷双馈电机低压变频控制系统
二、设备用途
本设备用于电机厂1250kw无刷双馈电机低压绕组测变频控制
三、现场技术条件及技术参数
1、环境条件
·工作环境温度:0--40摄氏度
·存储环境温度:-25-- 55摄氏度
·相对湿度:<95%(无凝露)
·环境等级/ 有害化学物质:Class 3K3,符合标准 EN 60721-3-3 ·有机体 / 生物体影响因素:Class 3B1,符合标准 EN 60721-3-3 ·污染等级:2 (EN 61800-5-1)
2、电源
·660 — 690 V 3 AC, ±10 % (-15 % < 1 min)
·不平衡度±5 %
3、无刷双馈同步电动机技术参数
3、1电机型号:TWS630-8
3、2额定功率:1250KW
3、3额定转速:743r/min
3、4满载效率:95、1％
3、5工频绕组额定电压:6kV
3、6工频绕组额定频率:50Hz
3、7工频绕组额定电流; 100A
3、8工频绕组功率因数:0、84
3、9变频绕组额定电压:690V
3、10变频绕组额定频率: 25Hz
3、11变频绕组额定电流; 528A
3、12变频绕组功率因数: 0、8
4.变频调速装置技术参数
4、1额定功率:450 kW
4、2额定输入电压: 690V
4、3额定输入电流:598 A
4、4额定输入频率:50 Hz
4、5额定输出电压:690 V
4、6额定输出电流:560 A
4、7额定输出频率:25 Hz
5、变频器供电变压器技术参数
5、1产品型号及名称_ZTSFG(H)-800-6__
5、2额定容量___ _800______kVA 5、3高、低压额定电压___6___ / _0、69__ kV 5、4高压分接范围_____±2×2、5__ _% 5、5短路阻抗________6________% 5、6相数________3________
5、7绕组数________3________
5、8频率________50_______Hz 5、9使用条件
5、9、1海拔________1000_____m 5、9、2环境温度________-10～40__℃
5、9、3联结方式________Dyn11____
5、9、4防护等级________IP20 ____
四、主要技术原理
1、控制说明
无刷双馈电机的启动控制包含两个部分:业主提供的高压侧保护与启动回路(业主可选择高压断路器加真空接触器组合或只用高压断路器同时做启动与保护),乙方提供的变频柜及电阻柜。
变频器配置输出电抗器、制动模块及制动电阻、端子扩展模块、编码器接口模块。
变频器进线保护由断路器Q1实现,接触器KM1为隔离接触器,接触器KM2为高压电机启动电阻用接触器,接触器KM3为高压电机启动后低压绕组短路接触器。
变频柜柜门设置变频启动按钮、停止按钮、远程控制/本地控制切换旋钮,变频调速电位器,设置电源指示灯、变频器运行指示灯、变频器故障指示灯及变频准备好指示灯,设置变频电流指示表及变频器输出频率指示表。
电阻柜内设变频器制动电阻及高压电机启动电阻,电阻与变频柜间通过电缆进行联接。
工作过程:变频器控制分为本地控制与远程控制两种方式,两种控制的切换时通过变频器柜门的旋钮切换的,通常情况下变频器处于远程控制方式下,只有在维修及远程失灵等特殊状态下才会切换到本地控制方式下的。
远程控制——工作开始前检查变频柜690V供电电源及6KV高压侧供电,确认无问题后通过远程DCS或PLC给变频器远程启动接点一个脉冲命令,变频器控制KM2闭合接通启动电阻并保证KM1断开,变频器处于运行准备状态,在变频器确认当前状态正常后发出高压侧合闸信号,高压侧启动回路接通控制电机启动,启动过程结束后KM3闭合KM2断开电机进入稳定运行状态。
在变频器检测到电机稳定运行后,变频器自动控制KM3断开同时KM1闭合,将变频器投入,完成电机启动过程。
变频器通过AO(4~20mA)输出将运行电流指示信号传给DCS,操作人员在DCS 测观察到变频器电流平稳后,通过DCS给出4~20mA速度指令给变频器,进而调节电机转速。
变频器通过联接到电机轴上的变频器实时监测电机的运行速度(包括电机启动时的速度),同时变频器通过AO(4~20mA)输出给DCS指示当前的电机速度。
当需要停机时,DCS给变频器远程停机接点一个脉冲命令,变频器控制KM1断开同时控制KM3闭合,然后变频器控制高压侧停止回路断开电机高压侧工频回路,至此停机完毕。
本地控制——工作开始前检查变频柜690V供电电源及6KV高压侧供电,确认
正常后按下变频柜启动按钮,变频器控制KM2闭合接通启动电阻并保证KM1断开,变频器处于运行准备状态,在变频器确认当前状态正常后发出高压侧合闸信号,高压侧启动回路接通控制电机启动,启动过程结束后KM3闭合KM2断开电机进入稳定运行状态。
在变频器通过编码器检测到电机稳定运行后,变频器自动控制KM3断开同时KM1闭合,将变频器投入,完成电机启动过程。
在确认变频器电流平稳后,通过电位器调节变频器输出频率,进而调节电机转速。
在需要停机时,通过柜门的停止按钮控制KM1断开同时控制KM3闭合,然后变频器控制高压侧停止回路断开电机高压侧工频回路,至此停机完毕。
为保证变频器控制稳定可靠,变频器配置编码器模块通过高压电机上的编码器实测电机运行速度,通过制动模块及制动电阻卸放回馈的电压。
变频器故障时柜门的变频器故障指示灯点亮,同时KM1断开而KM3闭合。
变频柜具备对电机及变频器过流、短路、缺相、保护功能,有故障报警显示功能;具备电动机定子温度保护功能(得通过电机定子绕组内预埋的PT100)或电机轴承温度保护功能,温度保护只连接电机内的一组PT100,其余预埋的PT100可根据需要由用户联接到DCS。
2、变频柜与DCS之间的信号说明
注:线号及端子号会根据实际需要进行更改,请以交工图纸为主。
3、变频调速范围:0~电动机额定转速
控制精度:闭环控制时电机额定转速的0、1%
4、控制简图
5、对前级高压开关柜的要求
1)变压器进线保护用高压开关柜
可选用VS1型真空断路器,若额定短路开断电流为25KA可以满足要求,则断路器可以选择额定电流630A的型号;若额定短路开断电流为35KA才可以满足要求,则断路器得选择额定电流1250A或更大规格的型号。
开关柜内应设微机保护装置,可实现短路、过载、单相接地等保护。
高压开关柜控制回路中设变压器温度联锁点,当变压器柜温度报警时能断开真空断路器实现保护。
2)电机启动及保护用高压开关柜
可选用VS1型真空断路器,若额定短路开断电流为25KA可以满足要求,则断路器可以选择额定电流630A的型号;若额定短路开断电流为35KA才可以满足要求,则断路器得选择额定电流1250A或更大规格的型号。
开关柜内应设微机保护装置,可实现短路、过载、单相接地等保护。
高压开关柜可以远程控制闭合与断开,当选择了远程操作时,变频器柜可以通过一个开关量常开点的闭合控制VS1闭合,也可以通过另一个开关量常开点的闭合控制VS1断开。
VS1的开合状态也可以通过一个无源开关量点反馈给变频器。
3)应用范围:风机负载、水泵负载电厂、化工、锅炉引风
五、供货单位:佳木斯电机股份有限公司天津成套设备有限公司
电话:。